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1、 . 气候变化的影响因素及影响机制探析摘要 近年来气候变化的问题越来越成为人们关注的焦点。关于气候的研究也层出不穷，但研究多只涉及某一方面的影响因素。而要准确的预测将来气候的变化，必须综合分析各方面的影响因素。因此对各种影响气候变化的因素及其影响机制进行综合概述就显得十分重要。本文基于上述目的通过对以前学者的研究内容进行总结分析，阐述了影响全球气候变化的主要因素:大气上界辐射变化、温室气体变化、气溶胶、地震潮汐和火山运动、北极海冰、构造抬升、下垫面物理景观变化、世界人口数量。并且总结概括了各种影响因素对气候变化的影响机制。主要有流体动力学模式，评价温室效应的LLNL一ZD化学模式以及UIUC一
2、ZD化学模式及以前应用最多的是全球环流模式(GCM)和现在使用较多的NCAR/RegCMZ区域气候模式，构造抬升变化的“构造输入”模型。关键词 气候变化；影响因素；影响机制 1 引言 近些年来的气候变化已导致冰川湖泊范围扩大，数量增加；多年冻土区土地的不稳定状态增大，山区出现泥石流和雪崩；北极和南极部分生态系统发生变化，包括那些存在于海冰生物群落的生态系统，以及处于食物链高端的食肉动物；在许多由冰川和积雪供水的河流中，径流量和早春最大溢流量增加；许多地区的湖泊和河流变暖，对热力结构和水质产生影响；树木出新叶、鸟类迁徙和产蛋等春季特有现象出现时间提前；动植物物种的地理分布朝两极和高海拔地区推移；
3、许多地区春季植被提前“返青”，变暖造成了生长季延长；高纬海洋中藻类、浮游生物和鱼类的地理分布发生变化；高纬和高山湖泊中藻类和浮游动物增加；河流中鱼类的地理分布发生变化并提早迁徙。人为碳排放的增多导致海洋更加酸化，pH值平均下降了0.1个单位。气候变化和气候变异，正在开始影响许多其他的自然和人类系统，山区的人居环境遭受冰川湖泊爆发洪水的风险加大；在非洲的萨赫勒地区，更暖、更干的环境已经导致了生长期的缩短，并对农作物产生了有害影响；海平面升高和人类发展，都在造成海岸带湿地和红树林的损失，增加了许多地区海岸带洪水造成的损害。气候变化越剧烈，净影响就越趋向于负面，最脆弱的是那些位于海岸带和江河平原的地
4、区、经济与气候敏感性资源联系密切的地区、极端天气事件易发的地区、特别是城市化发展快速的地区。气候变化的影响还会通过社会和经济领域的复杂联系，间接地影响到其他的地区和部门。气候变化对健康也会产生较大影响【1】。鉴于气候变化带来的众多问题，全球气候变化越来越成为人们关注的重点。研究气候变化的影响因素及影响机制，有助于我们对将来气候的的预测，尽早提出应对的措施，减少由于气候变化造成的灾害。迄今为止有关气候变化的研究已经表明影响气候变化的因素主要有大气上界辐射变化、温室气体变化、气溶胶、地震潮汐和火山运动、北极海冰、构造抬升、下垫面物理景观变化、世界人口数量。其中大气上界辐射变化的影响主要受地球轨道形
5、状变化和太阳活动的控制，下垫面物理景观的变化主要涉及植被变化、冰雪覆盖变化、湿地和沙漠化以及目前的研究热点城市化热岛效应。 早期的全球气候变化预测模式有热力学模式和流动力学模式。热力学模式不考虑或只以非常简化的方式考虑大气运动场对辐射收支的影响，它只能预报大气成分变化所引起的温度变化。能量平衡模式（EBM）和辐射对流模式（RCM）都属于此类。流体动力学模式考虑了辐射场以及大气位势能和动能之间的转化，考虑了温度场和运动场之间的相互作用，可以预报大气成分变化所引起的温度场和运动场变化，以及由此所引起的降水变化。最基本的流体动力学模式是全球大气环流模式（AGCM），而比较完善的气候模式还应包括全球海
6、洋环流模式（OGCM）、路面过程模式（LPM）、全球海洋大气耦合模式（OACGCM）。近些年来，伴随着一系列气候问题的出现，气候变化问题越来越成为各国政府、公众和科技界关注的重大问题，世界各地广泛开展了长期气候变化趋势、影响及适应性对策研究。世界气象组织和联合国环境规划署共同成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC)，组织权威专家共同研究这一重大课题，取得了许多成果，制定了一些对策性规划【2】。联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）就地球气候变化问题先后完成了四次评估报告。1990年第一次评估报告公布的结论
7、是：近几年的气候变化可能是自然波动或人类活动或二者共同影响造成的。【46】1996年的第二次评估报告显示：尽管定量表述人类活动对全球气侯的影响能力仍有限，且在一些关键因子方面还存在不确定性，但越来越多的事实表明，人类活动对气候的影响已被觉察出来。【47】2001年第三次评估报告则以更新更强的证据表明：过去50年观测到的地球气候的大部分增暖，66%以上可能是因为人类活动造成的。【48】2007年第四次评估报告的结论是：人类活动很可能是气候变暖的主要原因，这种可能性在90%以上。【49】专家们对气候系统未来情景的预估是：与19801999年相比，21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.16.4；2
8、1世纪高温、热浪以及强降水频率可能增加，热带气旋（台风和飓风）强度可能加强；21世纪末全球平均海平面将上升0.180.59 m ；格陵兰冰盖退缩将导致2100年后海平面继续上升；鉴于清除大气中的CO2所需的时间尺度，过去和未来人为排放的CO2将使地球增暖和海平面上升延续达千年以上【37】。今年我国南方大部分地区和西北地区中部出现了建国以来罕见的持续大范围低温、雨雪和冰冻极端天气。气象专家分析说，欧亚地区的大气环流异常是造成这次灾害的根本原因，而“拉尼娜”现象则起了推波助澜的作用【48】。研究还发现大部分观测到的近50年来的全球平均温度的升高，很可能由于观测到的人为温室气体的增加所导致。目前，可
9、辨别的人类活动影响扩展到了气候的其他方面，包括海洋变暖，大陆尺度的平均温度、极端温度和风场。由于火山气溶胶和人为气溶胶抵消了一部分本来会出现的增暖，因此如果单独考虑温室气体浓度，其导致的变暖可能比观测到的更大；气候系统的变暖，在地表和自由大气温度，海表以下几百米厚度上的海水温度，以及海平面上升方面，已被检测并归因于人为强迫。观测到的对流层增暖型和平流层降冷型，在很大程度上可归因于温室气体增加和平流层臭氧耗损的共同影响；近50年来，除南极外，各大洲平均可能出现了显著的人为增暖。观测到的增暖型，包括陆地比海洋更明显的增暖及其随时间的变化，都已被包含人为强迫的模式所模拟到；人类强迫可能造成了风场的改
10、变，影响到热带以外的南北半球的风暴路径、风和温度分布型。然而，观测到的北半球环流变化在对20世纪强迫变的响应比模拟结果更大；多数最极端热夜、冷夜和冷昼的温度可能由于人为强迫的作用已升高。从古气候的视角进行了研究，最近的古气候研究表明古气候信息支持上半个世纪气候变暖至少在最近1300年中是异常的。12.5万年前，极地地区的温度比现在高出3至5，南北极冰盖的退缩导致了海平面上升4至6米。目前的全球模式研究预估结果表明，南极冰盖将会维持在非常寒冷的状态，不至于会出现大范围表层融化的现象，而且由于降雪增加，冰量还会增大。然而，如果动力冰耗主导了冰盖的质量平衡，有可能会发生冰量的净损失。由于清除二氧化碳
11、气体所需的时间尺度，过去和未来的人为二氧化碳排放将使增暖和海平面上升现象延续到千年以上。【42】“绿色和平”环保组织27日发表的一份最新报告指出，到本世纪末，如果全球气候变暖趋势持续，所引发的海平面上升和水资源短缺将导致南亚1.25亿居民被迫迁移。另据新科学家杂志报道，美国科学家最新公布的一项研究表明，煤烟颗粒是造成近一百多年来地球表面温度升高的重要原因之一，其危害程度是温室气体二氧化碳的两倍。美国宇航局戈达德空间研究所的科学家利用气象模型，研究沉积在雪和冰上的煤烟颗粒对大气的影响。他们发现，纯净的雪和冰通常可反射90的太阳光，而因煤烟污染而变暗的雪和冰却能吸收更多的太阳光。地球上各个地域煤烟
12、沉积的比例各不相同，根据模型判断，煤烟颗粒使北极地区的太阳短波反射率降低了1.5，使北半球陆地的太阳短波反射率降低了3。据报道，被吸收的阳光能导致冰雪融化，从而进一步提高冰雪对太阳能的吸收率。科学家在研究报告中称，这也许能够解释近些年来出现的“早春”和冰层融化的现象。模型显示，自1880年以来，全球气温上升幅度的25应归结于煤烟颗粒。气候变化及其影响具有很大的不确定性。目前我们对全球气候变化的观测和监测能力仍很不足，尤其对海洋、沙漠、高原等地区的气候变化事实不十分清楚。我们无法准确地给出过去的气候变化在多大程度上是由人类活动引起的，自然变化在其中起了多大作用。在对气候变化极为重要的地球生物化学
13、循环过程及其反馈机制的认识方面，亟待加强研究。对温室气体，尤其是对云和气溶胶的气候效应也不十分清楚。作为对未来气候变化进行定量预估的有效工具之一，气候模式在近几十年里虽然取得了突飞猛进的发展，但是气候系统的复杂特性和资料的有限决定了气候模拟中必然存在缺陷。由于影响气候变化的自然因素很多，加之大气海洋陆地冰雪等系统内部的相互作用和反馈，构成情景设定的不确定性。故单纯考虑一种影响因素及使用一种影响机制输出的气候信息往往与实际情况有很大的出入，可靠性较差。因而综合分析各种影响因素及联合使用各种影响机制对气候变化进行分析具有重要的意义。2 影响因素及影响机制 影响气候形成和变化的因子包括内部因子和外部
14、因子两大类。内部因子是指气候系统内的热力、动力和下垫面诸因子及其相互作用。外部因子是指宇宙及地球内部因子（来自气候系统下边界以下的地球内力作用）和人类活动因子【3】。具体来说全球气候变化的影响因素主要有大气上界辐射变化、温室气体变化、气溶胶、地震潮汐和火山活动、北极海冰、构造抬升、下垫面物理景观变化及世界人口等人为因素【4】。影响全球气候变化的机制有外部强迫和大气系统内部自然变化两类。从地气系统辐射平衡原理出发，外部强迫机制主要是由于地球轨道参数变化和太阳活动引起的大气上界辐射及其分布的变化、大气温室气体的变化、气溶胶变化与火山活动、下垫面物理景观变化等，这些变化通过影响地气系统辐射和热量、水
15、分平衡而驱动全球长期气候变化【4】。2.1 太阳辐射变化 气候系统是一个包含大气、海洋、冰雪圈、陆地表面和生物圈的复杂系统。地球气候系统的变化，实际上是能量平衡改变的结果，而大气运动的最根本能量来自于太阳辐射，地气系统本身又向外发射红外辐射，长期平均而言，入射和出射辐射达到某种平衡。但是有一些因子的变化能改变这种平衡从而造成气候变化，这些因子统称为气候强迫因子。为了表征地气系统诸因子如人射太阳辐射、大气成分及行星表面特性等的改变对全球能量平衡所施加的影响，引人了“辐射强迫”的概念。其精确的定义为，在保持地面和对流层温度不变的前提下，使平流层温度调整到辐射平衡后，对流层顶的净辐射通量的变化【5】
16、。 太阳对地球加热，在极地和赤道之间形成辐射差，通过气压梯度和克里奥利力的作用，成为大气系统的源动力。因而太阳辐射的变化会使气候发生某种长期变化。大气上界太阳辐射变化主要取决于地球轨道参数的变化和太阳活动的影响。 地球轨道参数的变化主要取决于地轴倾角、二分点进动和轨道偏心率的变化，与超长期气候变化有关。当倾角增大时，高纬夏季接收辐射增加，冬季则减少，因而高纬的季节温度变幅加大。太阳和月亮对地球赤道部分的万有引力，使地轴发生“晃动”，又因为地球公转轨道。为椭圆形，这种晃动影响着二分点和二分点相对日地极值的距离的时间。这种现象称为二分点的进动或岁差，影响到季节的强度。太阳活动是影响太阳发出辐射的主要因素，具有较明显的周期性变化。太阳黑子的多发期与太阳光斑、耀斑和日珥数目的增加相联系，结果使太阳总辐射增加。尽管因太阳活动引起的太阳常数变化不足1%，但许多学者从气
