第九章第九章 气候变化气候变化第一节 气候变化的史实 气候变化的时间尺度：大冰期和大间冰期气候：时间尺度约为几百万到几万万年亚冰期气候与亚间冰期气候：时间尺度约为几十万年副冰期与副间冰期气候：时间尺度约为几万年冰冷期〔或小冰期〕与暖和期〔或小间冰期〕气候：时间尺度为几年到几十年 一、历史时期的气候变化 1、震旦纪大冰期气候震旦纪砂质泥岩中的龟裂构造湖北宜昌震旦纪地层剖面 2、寒武纪—石炭纪大间冰期气候寒武纪生物群奥陶纪生物群志留纪生物群泥盆纪鱼类石炭纪植物群 3、石炭纪—二迭纪大冰期气候二迭纪植物群 4、三迭纪—第三纪大间冰期气候 三迭纪植物群侏罗纪鱼类白垩纪恐龙第三纪植物群 5、第四纪大冰期气候第四纪动物群斯堪的那维亚冰川中心 北美冰川中心 西伯利亚冰川中心 二、历史时期的气候变化n1、历史时期的全球变化n历史气候的气候，通常是指第四纪大冰期中大理〔武木〕亚冰期的最近一次副冰期终了以来1万年左右的所谓“冰后期〞气候 公元前5000年到公元前1000年的最适宜气候期，当时气温比如今高3—4℃ 十五世纪以来的冰冷气候〔雪线降低表示温度下降〕，其中1550—1850年为冰后期以来最冰冷的阶段，称为小冰河期，当时气温比如今低1—2℃。
二、历史时期的气候变化n2、中国历史时期的冷暖气候 第一次暖和时期：公元前3000年至1000年之间 仰韶文化 遗址中发现有大量水獐和竹鼠等亚热带动物的遗骨 竹鼠 河南安阳殷墟遗址中开掘出大批当地曾经灭绝了的哺乳动物残骨化石，除水獐和竹鼠外，还有水牛、野猪、野象等的遗骨 第一次冰冷时期：公元前1000年至公元前850年 丹江口水库 第二次暖和时期 公元前770年的东周到公元初的西汉 第二次冰冷时期 公元初到公元600年 第三次暖和时期 公元600至1000年 第三次冰冷时期 公元1000至1200年 第四次暖和时期 公元1200至1300年 第四次冰冷时期 公元十五世纪初至十九世纪末 十七世纪是第四冰冷时期中最冷的阶段，太湖、汉水和淮河均结冰4次，洞庭湖结冰三次，鄱阳湖也曾经结冰 〔1〕近五千年的最初二千年，大部分时间的年平均温度比如今高2℃左右冬季〔1月〕的温度大约比如今高3—5℃〔2〕从公元前1000年的周朝初期以后，气候有一系列的冷暖变动，其最低温度出现时期分别在公元前1000年、公元400年、公元1200年和公元1700年，温度变动幅度为1—2℃。
〔3〕在每个400—800年的期间里，可分出50—100年的周期动摇，温度变化范围为0.5—1.0℃〔4〕近五千年气候变化的趋势，暖和期越来越短，暖和程度越来越低，从生物分布上也可看出这一特点 〔5〕气候的动摇是全球性的，虽然世界各地的最冷年份和最暖年份发生在不同时代，但气候的冷暖起伏是先后呼应的 b、d、e〔阐明确实从公元1550年前后气温出现明显的负距平，开场进入冰冷时期，图a也有这样的趋势，图c与图f那么推迟到公元1600年才进入冰冷期，所以17世纪比较冷是一致的18世纪相对暖和，只需图8·3中f依然维持较冷，但至少在18世纪前半期也有所减弱，19世纪又出现一个冰冷期，只需在图e相对冷的程度弱一些，大约在公元1800—1850年之间气温到达最低，因此在历史时期将公元1550—1850定为小冰期是有根据的 二、历史时期的气候变化n3、中国历史时期的干、湿交替 旱涝比=干旱频数/同期雨涝频数 I=2F/〔F+D〕 I为潮湿指数，F为历史上有记载的雨涝频数，D是同期内所记载的干旱频数I值变化于0和2之间，I=1表示旱涝频数相等，小于1表示干旱占优势，大于1表示雨涝占优势 三、近代气候变化研讨n1、冷暖变化从十九世纪中叶到如今，全球气候在动摇中缓慢增暖 1919—1928年间的巴伦支海水面温度比1912—1918年高8℃。
增暖景象在40年代到达极大以后，世界气候变冷，以北极为中心的60°N以北，气温越来越低，进入60年代以后高纬地域气候变冷趋势更加显著 进入20世纪70年代以后，世界气候有明显变暖，到1980年以后，世界气温增暖的方式更为突出 全球年平均气温从1880年到1940年这60年中添加0.5℃，1940年—1965年降低了0.2℃，然后从1965—1993年又增暖了0.5℃ 中国学者根据中国从1910年—1984年个站的气温资料，将每个站逐月的平均气温划分为五个等级，即1级暖、2级偏暖、3级正常、4级偏冷、5级冷，然后绘制了全国1910年以来逐月的气温等级分布图 20世纪以来我国气温的变化与北半球气温变化趋势根本上是大同小异，即前期增暖，40年代中期以后变冷，70年代中期以来又见上升，所不同的只是在增暖过程中，30年代初曾有短期降温，但很快又继续增温，至40年代初到达峰点另外，40年代中期以后的降温那么比北半球猛烈，至50年代后期到达低点，60年代初曾有短暂上升，但很快又再次下降，而且夏季比冬季明显，70年代中期后又开场上升，但80年代的增暖远不如北半球强 三、近代气候变化研讨n2、干湿变化 四、现代气候变化的背景n第一，现代的气候变化是属于第四纪大冰期中的一个相对暖和的时期还是已不属于这个时期？ 第二，现代曾经分开了武木亚冰期，还是依然处在武木亚冰期中的一个间隙期？ 第八章 气候变化第二节第二节 气候变化的要素气候变化的要素 一、太阳辐射的变化〔一〕地球轨道参数的变化1、地球轨道偏心率的变化 到达地球外表单位面积上的天文辐射强度是与日地间隔〔b〕的平方成反比的，地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，太阳位于其中的一个焦点上。
如今地球轨道的偏心率为0.016偏心率是在0.00到0.06之间变动的，其周期约为96000年当偏心率到达最大值时地球获得的热量将比如今添加3% 就目前的情况来看，地球在近日点时所获得的天文辐射量〔不思索其它条件的影响〕较如今远日点的辐射量约大1/15，当偏心率值为极大时，这个差别就称为1/3假设冬季在远日点，夏季在近日点，那么冬季长而冷，夏季热而短，使一年之内冷热差别非常大，这种变化在南北半球是相反的如今北半球冬季为远日点，北半球冬季虽应暖和，但是由于北半球陆面太大，所以如今北半球较南半球具有大陆性气候 2、地轴倾斜度的变化地轴倾斜〔即赤道面与黄道面的夹角，又称黄赤交角〕是产生四季的缘由由于地球轨道平面在空间有变动，所以地轴对于这个平面的倾斜角〔ε〕也在变动如今地轴的倾斜度是23°44′，最大时可达24°24′，最小时为22.1°，变动周期约为40000年这个变动使得夏季太阳直射到达的极限纬度〔北回归线〕和冬季极夜到达的极限纬度〔北极圈〕发生变动 当倾斜度增大时，高纬度的年辐射量要添加，赤道地域的年辐射量会减少例如当地轴倾斜度增大1°时，在极地年辐射量添加4.02%，而在赤道却减少0.35%。
可见地轴倾斜度的变化对气候的影响在高纬度比低纬度要大得多此外，倾斜度愈大，地球冬夏接受的太阳辐射量差值就愈大，特别时在高纬度地域必然是冬寒夏热，气温年较差增大，相反，当倾斜度小时，那么冬暖夏凉，气温年较差减小，夏凉那么有利于冰川的开展 3、春分点的挪动 春分点沿黄道缓慢向西挪动，大约每21000年，春分点绕地球轨道一周春分点位置变动的结果，引起四季开场时间的挪动和近日点与远日点的变化地球近日点所在季节的变化，每70年推迟一天大约在1万年前，北半球在冬季是处于远日点的位置〔如今是近日点〕，那时北半球冬季比如今要更冷，南半球那么相反 米兰柯维奇曾综合这三者的作用计算出北纬65度上夏季太阳辐射量在60万年内的变化并用相对纬度来表示例如，23万年前在北纬65度上的太阳辐射量和如今北纬77度上的一样，而在13万年前又和如今59度上的一样他以为当夏季温度降低约4—5℃，冬季反而略有升高的年份，冬天降雪较多，而到夏天雪还没来得及融化时，冬天又接着到来，这样反复进展，就会构成冰期 一、太阳辐射的变化n〔二〕火山活动引起大气透明度的变化n〔三〕太阳活动的变化黑子是出如今太阳亮堂光盘上的暗色斑点 太阳活动种类繁多，除黑子外，还有光斑、耀斑、日珥及日冕膨胀等。
光斑是光球上亮堂的斑点 二、下垫面地理环境的变化n〔一〕地极挪动n〔二〕大陆漂移n〔三〕海陆分布的变化n〔四〕地形变化 三、宇宙—地球物理因子n宇宙因子指的是月球和太阳的引潮力，地球物理因子指的是地球重力空间变化，地球转动瞬时极的运动和地球自转速度的变化等地球各部分遭到月球的差别吸引，其中，地心所受的月球引力，不论方向和大小，无疑都是全球的平均值同这个平均引力相比较，各地实践所受的月球引力，总存在一个差值这个差值就是使地球发生潮汐变形的直接缘由，因此被称为引潮力 三、宇宙—地球物理因子地球外表重力分布的不均匀引起海平面高度的不均匀，并且使大气产生变形 地轴不断地挪动，地球自转速度也在不断变化，这些都会引起离心力的变化，相应地也会引起海洋和大气的变化，从而导致气候变化1956年以来发生的8次厄尔尼诺事件，均发生在地球自转速度减慢的时段，尤其是自转速度减慢两年之时1957、1963、1965、1969、1972和1976年的厄尔尼诺事件，无论是海温开场增暖和最暖的时间，都发生在地球自转开场减慢和最慢之后或处在同时，阐明地球自转减慢有能够是构成厄尔尼诺的缘由 四、大气环流和大气化学组成的变化大气环流情势和大气化学组成部分的变化是导致气候变化和产生气候异常的重要要素 n根据高纬度洋面海冰的观测记录，在北太平洋区域海冰南限与上一次气候冰冷期〔1550—1850〕终了后的海冰南限位置相差无几，而大西洋区域的海冰南限却南进甚多，这是极地高压在北大西洋区域扩展与加强的结果。
n北极变冷导致极地高压加强，气候带向南推进，这一过程在大气活动中心的多年变化中也反映出来从冬季环流情势来看，大西洋上冰岛低压的位置在一段时间内不断是向西南挪动的；太平洋上的阿留申低压也同样向西南挪动 n1961—1970年，这10年是经向环流开展最明显的时期，也是我国气温最低的10年在转冷最剧的1963年，冰岛地域竟被冷高压控制，原来的冰岛低压移到了大西洋中部，亚速尔高压也相应南移，这就使得北欧奇冷，撒哈拉沙漠向南扩展 冰岛低压亚速尔高压 干旱少雨的地带，植被极其稀少，地面为大范围的干涸裸地如沙、岩石等，沙、岩石的颜色又甚浅 太阳辐射反射辐射反射率大，吸收的太阳辐射比潮湿地域少得多砂、岩石的比热小，在白天阳光照射下，地面剧烈增温，使地面长波辐射很强 空气枯燥无云，大气逆辐射弱 地面散失的热量很多，成为热辐射的汇 在短少平流热量输入的情况下，为了要维持热量平衡，那里的空气一定要下沉，紧缩增温由于下沉的空气非常枯燥，使得沙漠地域进一步变干，植被进一步被破坏，导致沙漠化的范围进一步扩展 这种生物的地球物理反响机制特别适用于撒哈拉—阿拉伯—印度—巴基斯坦一带沙漠区，尤其对撒哈拉南部边缘的撒赫勒地域最为适宜 自1968年开场非洲萨赫勒地域发生了继续性的干旱，成为二十世纪国际上瞩目的艰苦气候异常事件。
虽然从1989年开场至今曾经出现了少数降水接近或者超越正常值的年，阐明干旱趋势有所变化，但是尚不能以为这次长达30年的干旱期曾经终了 大气中一些微量气体和痕量气体对太阳辐射是透明的，但对地气系统中的长波辐射〔约相当于285K黑体辐射〕却有相当强的吸收才干，对地面气候起类似温室的作用，故称温室气体这些气体有一些是大气中固有的，如CO2、CH4、N2O、O、O3等；还有一些是由近代人类活动所引起的，如CFC11和CFC12等这些成分在大气中的含量虽然很小，但它们的温室效应，对地气系统的辐射能收支和能量平衡却起着极其重要的作用这些成分浓度的变化必然会导致地球气候系统呵斥明显扰动，引起全球气候的变化 第八章 气候变化第三节第三节 人类活动对气候的影响人类活动对气候的影响 人类活动对气候的影响 无认识的影响，即在人类活动中无认识的影响，即在人类活动中对气候产生的副作用对气候产生的副作用 为了某种目的，采取一定的措施，为了某种目的，采取一定的措施，有认识地改动气候条件有认识地改动气候条件 〔1〕在工农业消费中排放至大气中得温室气体和各种污染物，改动大气的化学组成；〔2〕在农牧业开展和其它活动中改动下垫面的性质，如破坏森林和草原植被，海洋石油被污染等等；〔3〕在城市中的城市气候效应。
n一、改动大气化学组成与气候效应n二、改动下垫面性质与气候效应n1、破坏森林 森林的气候效应森林的气候效应n森林林冠能大量吸收太阳入射辐射，用以促进光协作用和蒸腾作用，使其本身气温增高不多，林下地表在白天因林冠的阻挠，透入太阳辐射不多，气温不会急剧升高，夜晚因有林冠的维护，有效辐射不强，所以气温不易降低，因此林内气温日〔年〕变化比林外裸露地域小，气温的大陆度明显减弱 森林的气候效应森林的气候效应n森林林冠可以截留降水，林下的疏松腐殖质层及枯枝落叶层可以蓄水，减少降雨后的地表径流量，因此森林可称为“绿色蓄水库〞雨水渐渐浸透入土壤中使土壤湿度增大，可供蒸发的水分增多，再加上森林的蒸腾作用，导致森林中的绝对湿度和相对湿度都比林外裸地为大 森林的气候效应森林的气候效应n森林可以添加降水量，当气流流经林冠时，因受森林的妨碍和摩擦，有强迫气流的上升作用，并导致湍流加强，加上林区空气湿度大，凝结高度低，因此森林地域降水时机比空阔地多，雨量也很大 森林的气候效应森林的气候效应n森林有减低风速的作用，当风吹向森林时，在森林的迎风面，距森林100米左右的地方，风速就发生变化在穿入森林内风速很快降低，假设风中携带泥沙的话，会使流沙下沉并逐渐固定。
穿过森林后在森林的背风面在一定间隔内风速仍有减小的效应在干旱地域森林可以减小干旱风的袭击，防风固沙在沿海大风地域森林可以防御海风的侵袭，维护农田森林覆盖区气候潮湿，水土坚持良好，生态平衡有良性循环，可称为“绿色海洋〞 2 2、干旱、半干旱地域不合理的土地运用、干旱、半干旱地域不合理的土地运用方式方式 3 3、不合理的坡地利用、不合理的坡地利用 4 4、海洋、海洋污染染 大量的石油注入海洋，大量的石油注入海洋，势必构成油膜必构成油膜广布在海洋上，抑制海水的蒸广布在海洋上，抑制海水的蒸发，使海，使海上空气上空气变得枯燥同得枯燥同时又减少了海面潜又减少了海面潜热的的转移，移，导致海水温度的日致海水温度的日变化、年化、年变化加大，使海洋失去化加大，使海洋失去调理气温的作用理气温的作用 ，，产生生““海洋沙漠化效海洋沙漠化效应〞 改动下垫面性质，对气候亦产生显著影响 千岛湖〔千岛湖〔新安江水新安江水库〕库〕 。