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1、全球变化与适应对策 一 全球变化的概念二 当代主要的全球变化三 国际全球变化研究计划四 全球变化的适应对策 我们的家园 空气水食物 1 人类活动对地球表层系统的影响 人类活动对地球系统的影响 成为现代生态学和现代社会发展的重要科学命题和研究焦点 如何保证地球成为适合人类生存并持续发展的生命支持系统成为当前亟待解决的根本问题 而科学 全面的认识地球生态系统过程发生的各种变化 是确定科学对策的关键 2 全球变化的定义 该词出现于20世纪70年代 全球变化 表达了整个人类社会 经济 政治体系的不稳定状态 20世纪80年代 随着环境问题的突出 自然科学家将原来的定义扩展到整个地球环境系统的变化 全球变
2、化 是指由于自然和人为的因素而引起的全球性的环境变化 包括气候变化 大气组成变化 土地利用变化 生物多样性变化 荒漠化 2 2当代主要的全球变化 全球变化相互影响 人口增长是主要驱动因子 2 全球变化的定义 人口呈指数级数增长 1850年10亿 1999年60亿每增加10亿需要的时间越来越短 工业革命后 人口增长的速率与温度升高 CO2增加 N增加趋势基本一致 人类的改造能力迅速增加 二 主要的全球变化及其成因 证据二 1 大气成分变化 CO2 CO2对全球温暖化的贡献率60 工业革命后CO2浓度呈指数增长 工业革命前280umol mol 1 1958 2010 315 385umol mo
3、l 1 CH4 N2O 1 大气成分变化 CH4 N2O 1 大气成分变化 臭氧 Ozone 和氟氯化碳 CFCs 化石燃料和水泥生产土地利用变化 1 大气成分变化 CO2的来源 1980 1989 55亿吨 年 2000 2007 75亿吨碳 年 1980 1989 16亿吨 年 2000 2007 15亿吨碳 年 AverageannualbudgetofCO2for1980to1989andfor1989to1998 expressedinGtCyr 2000 1980 1998年全球碳预算 三个原因 工业化后CO2增加归因于化石燃料燃烧 1 南极和格林兰冰芯记录 大气中CO2开始增加的
4、时间与同期化石燃料消耗的增长率相近 2 北半球大气CO2浓度比南半球的高 因为大多数最强的排放源位于北半球 3 大气中氧含量每年减少3ppm 这与大气中CO2增加是相对应的 因为CO2是燃烧的一种产品 工业化 1750年 以来 大气中温室气体明显增加 南极冰芯资料显示近1000年大气CO2浓度 2001 土地利用变化引起的碳排放 土地利用变化大约占全球CO2释放量的15 20 作用仅次于化石燃料的燃烧 1850 1998年间 土地利用变化引起的全球碳排放达136 55Gt 其中毁林占87 草地开垦占13 同期化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为270 30Gt 森林采伐 森林减少而少了地上生物量
5、 吸收大气CO2 残留植物的腐烂和土壤有机物质自然分解而放出大量CO2 Gt 十亿吨 109ton 森林破坏 森林转化为农田 土壤碳损失25 40 0 20cm耕作层损失最大 40 森林转化为草地或者轮种地 土壤碳损失20 27 热带森林土地利用变化净碳损失0 47GtC a 1 植物0 31 土壤0 16 土地利用变化引起的碳排放 草原破坏 草原的碳库90 以上在土壤中 影响草地生态系统碳库变化的土地利用主要是开垦和过度放牧 开垦 开垦后的烧荒使植被中的碳都释放到大气中 开垦促进土壤呼吸 加快土壤有机质分解 多年生草本被作物替代后 固定的初级生产量 C 分配到土壤中比例降低 一大部分被收割走
6、损失 开垦后 土壤中的碳损失30 50 过度放牧 初级生产力降低 家畜采食减少了向土壤中输入的碳 加快土壤呼吸 内蒙古锡林河流域羊草草原的研究显示 过度放牧使表层土壤碳减少12 土地利用变化引起的碳排放 热带毁林导致的CO2排放急剧上升 干扰 稳定 森林采伐后的碳库动态 土壤 死有机物碳释放 全球变暖降水格局改变气候灾害事件增加厄尔尼诺现象 2 气候变化 2 气候变暖 1860年以来 全球表面温度平均上升0 6 C 仅过去40年就增加0 2 0 3 C 2 气候变暖 20世纪是过去2000年中最温暖的100年 近代的气候变暖与大气中温室气体的浓度大幅度上升密切相关 CO2是最主要的温室气体 对
7、气候的稳定起着关键的作用 2 气候变暖的原因 温室气体能够吸收地表向外发射的长波辐射 减小地球向外空释放能量 并通过大气的再发射向地表传递热量 使低层大气和地面温度上升 这一过程称为 温室效应 Greenhouseeffect 自第二次工业革命以来 大气CO2浓度显著增加 尤其是自20世纪60年代 CO2浓度与温度以相似的趋势递增 由上可见 1 CO2与温度变化总是以相同的趋势演变 CO2是气候变化的一个关键驱动力 2 人类排放的CO2是近代气候变化的主要驱动力 3 如果CO2及其它温室气体的大气含量增加到400 500ppm以上 地球的平均温度至少要升高2 以上 用模型方法分离自然活动和人类
8、活动对气候的影响 结果显示 有人类活动影响的模拟的气候变化趋势最接近实际情况 2 气候变暖的原因 黑线 观测值红色 人类变化 自然变化蓝色 自然变化 海平面上升永冻土层解冻植物生长季延长动 植物分布范围向高海拔 高纬度地区移动动植物物候节律变化 生育季节 开花时间珊瑚礁白化 2 气候变暖 后果 20世纪已观测到的气候变化的影响 过去100年全球海平面上升10 20cm 平均每年上升1 2mm 预计到2100年平均上升50cm 海平面升高 冰盖的融化 北冰洋冰盖的缩小 冰川退缩 缪尔冰川 Alaska 阿拉斯加永冻层融化 永冻层融解 大量碳释放 加剧全球变暖 生物向高纬度 高海拔迁移 温带森林的
9、砍伐 3 土地利用变化 土地覆盖 landcover 土壤 植被系统的结构 如森林 草地 耕地等 土地利用 landuse 人类利用土地覆盖类型的方式 例如如何利用森林 生产木材or保持水土 森林 耕地 牧业用地 全球耕地一半以上于1900年后开垦出来 1961 1991全球土地利用变化 森林减少 耕地增加 3 土地利用变化 改变下垫面的热力特征 如地表反射率等 从而影响气候系统 通过对陆地碳循环影响大气组成成分 主要是温室气体 进而影响气候变化 1850 1998年间 土地利用变化引起的全球碳排放达136 55Gt 其中毁林占87 草地开垦占13 而同期化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为27
10、0 30Gt 影响生物多样性 3 土地利用变化 影响 地表反射率水汽流动碳排放 森林 农田 3 土地利用变化 影响气候系统 水汽流动 植被的蒸腾蒸散 热带森林 天然 很高的植被蒸腾 农田 需要额外的水分灌溉 毁林导致的碳排放 4 荒漠化 定义 由于不恰当的人为活动 导致的干旱 半干旱和半湿润地带的环境退化现象 包括气候变异和人类活动在内的多种因素的作用下产生和发展的土壤退化 水资源减少 植被退化 生产潜力减少 我国的荒漠化形势严峻 达国土面积8 以2100km2 yr的速度蔓延潜在荒漠化面积占国土面积34 6 风蚀 土地沙化 草场退化 目前物种灭绝速度为自然速度100 1000倍未来灭绝速度将
11、以目前10倍的速度增加中国 拥有全球物种的10 14 多样性极为丰富 然而 目前 61 的野生生境丧失40 的生态系统严重退化15 20 的物种濒危 5 生物多样性丧失 5 生物多样性丧失 多样性 生态系统稳定性 高生产力 重要的经济资源 多样性丧失 生态系统的稳定性降低 进而影响生态系统的结构和功能 三 国际全球变化研究计划 全球变化是一个多学科的研究领域 需要全世界的科学家联合起来开展研究 目前 国际上已经展开了多项跨学科的交流与合作研究项目 并取得了大量研究结果 为制定科学 合理的应对全球变化政策提供了科学依据 WCRP 世界气候研究计划 1980s 1985 IGBP 国际地圈与生物圈
12、计划 1986DIVERSITAS 全球生物多样性计划 1991IHDP 全球环境变化的人文因素计划 1996 三 国际全球变化研究计划 世界气候研究计划 WCRP 由世界气象组织 WMO 和国际科学联合会联合主持 20世纪80年代开始执行 主要研究气候系统物理方面的问题 包括对大气 海洋和地球表面的研究 目标 全球气候的可预报程度 人类活动对气候的影响 国际地圈生物圈计划 IGBP 由国际科学联合会1986年正式确立 针对整个地球系统的合作项目 重点研究地圈和生物圈的相互作用 目标是了解控制地球系统及其演化的相互作用过程 以及人类活动对地球系统的影响 全球生物多样性计划 BIODIVERSI
13、TAS 由国际生物学联合会 环境问题科学委员会 联合国教科文组织联合发起 主要任务 通过国际间合作 加强对生物多样性的起源 组成 功能 维持和保护及可持续利用的研究 全球变化的人文因素计划 IHDP 由国际远景机构联合会 联合国教科文组织 国际社会科学联合会联合制定的计划 该计划主要侧重社会科学领域的综合研究 分析人类在导致全球变化中所起的作用 目标 加强对人 地系统复杂相互作用的认识 探索并预测全球环境下的社会 确定社会策略以减缓全球变化的不利影响 四 全球变化的适应对策 全球变化研究的不确定性碳政策林业和牧业对策农业对策 1 全球变化研究的不确定 气候变化存在时空差异性 不同生态系统类型对
14、气候变化的响应和敏感性不同 未来的气候变化预测存在不确定性 制定适应对策应该考虑不同的气候变化情景 气候预测的不确定性 在大气环流模型 GCM 中 大气与海洋 大气与生物圈还没有完全耦合 对于生态系统的描述还不完善 其中的陆面过程模型对于植物的过程和机理描述不充足 1 全球变化研究的不确定 全球尺度的气候系统模式的空间分辨率尽管已经增加 在模拟全球 洲际大陆空间尺度上可信度较高 但在较小的国家或省区尺度上分辨率不够 并且 其科学内涵在区域尺度上也经常是粗糙的 因而对区域模拟的不确定性很大 不同的模式经常给出完全相反的结论 植被对气候反馈的不确定性 现有的陆面模型是以研究区域给定的植被类型和土壤
15、特征为基础 忽略了对气候系统有重要影响的植被类型的潜在变化 即没有考虑植被类型的改变对气候变化的反馈作用 植被和生态系统变化机理的不确定性 植被对于环境的适应性在不断发生变化 严重影响预测结果的准确性 人类活动的范围和强度的不确定性 人类活动的影响大多是通过人类的经济活动而出现的 经济发展中的不确定因素 使预测难以达到理想的程度 干扰的范围及其强度的不确定性 是否存在中世纪暖期 WMP 和小冰期 LIA 历史气候研究中 关于过去两千年来是否存在比20世纪更暖的中世纪暖期存在很大争议 该争议关系到如何评估20世纪气候变暖中自然波动与人类活动的贡献问题 如存在WMP 意味着20世纪暖期可能是百年甚
16、至千年尺度的暖期的重现 与小冰期 LIA 结束后气候转暖有关 而不一定是主要由于人类活动导致 案例1 气候变暖的不确定性 不存在WMP LIA 美国学者MannM和英国学者JonesP 他们认为过去千年来上个世纪最暖 MWP和LIA存在 加拿大学者McIntyreS McKitrickR以及美国学者SoonW 认为MannM的资料在1550年之前数据可信度不高 存在6个错误 资料核对的误差 不合理的截断及外推记录 应用过时的资料 地理位置错误 不正确地计算树木年轮的主分量以及资料缺少质量控制 重新订正后发现1550年之前的温度比MannM预测的高 意味着历史时期存在暖期 美国科学研究咨询委员会 NRCNA 对利用代用资料重建的全球或北半球温度变化的结果进行了评估 认为截至2006年 学术界重建的全球或半球温度序列在900 1600年时段的可信度较低 2009年 MannM在Science上发表文章 认可了MWP和LIA的存在 并承认某些区域MWP的温暖程度可能超过了20世纪末 2 全球碳对策 经过反复争论和研究 基本达成共识 造成全球气候变暖的主要根源在于矿物燃料 森林过伐 草地过牧和
