1、 地球气候的演变与近百年气候变化目 录1、地质年代的气候变化的特征与主要驱动力2、人类活动影响现代全球气候的证据3、不同时间尺度地球气候演变的比较地球的气候不断地在变化着，但地质年代的气候变化总体上在时间上是缓慢的，而现代气候变化是快速的，它比地质年代的气候变化速率一般要快1千到1万倍。这种变化速度是空前的，并且二氧化碳与温度变化总是以相同的趋势在演变。二氧化碳是气候变化的一个关键驱动力。近百年的现代气候变化是由自然的气候波动与人类活动共同造成，而近50年的全球变暖主要是由人类活动造成。有三个证据可以支持这个结论。这种科学的共识导致了国际上政治层面的重大决策，即制定了联合国气候变化框架公约与京
2、都议定书。 1、地质年代的气候变化的特征与主要驱动力4亿年来大陆冰期的CO2的变化7000万年以来深海18O同位素记录（温度）6500万年以来CO2的详细演变IPCC,2007地质年代气候的变化新生代（6500万年-现在）新生代（6500万年-现在）Cenozoic Era65 Million Years AgoPresent DayGlobal Climate ForcingsExternal (solar irradiance): +1 W/m2Surface (continent locations): 10 W/m2地质年代的CO2含量有时比现在高得多，地球的气候比现在暖吗？ 回答是肯
3、定的。从地球大气逐渐形成到1亿年前的地质年代是高CO2时期，CO2浓度很高，可以达到30007000 ppmv。那时，地球上的气候是很暖的。 但是在1亿年（100Ma年）前，有三次大冰河期，分别发生在22-24亿年前（氧上升期），6-7.5亿年前和2.8亿年前（古生代二叠纪大冰期）。那时海洋完全被冰封，通过冰反照率反馈机制，最后全球冰封，进入雪球阶段。以后通过大陆漂移，板块碰撞，使地壳变形，同时又有火山爆发作用，使CO2排放入大气。由于没有碳汇（全球冰封），大气中CO2浓度增加，最终由CO2产生的温室效应和风吹降尘产生的冰盖变黑（减少反照率）使地表温度上升到一临界值，首先使热带冰层融化，一旦这
4、个过程开始，则通过冰反照率反馈机制使增暖增强并扩展到全球。最后使整个地球进入无冰的水球状态，此即雪球水球轮回时期。1亿年前左右，板块运动减慢，地球上的气候由不稳定状态进入稳定状态。 6500万年时白垩纪结束，温暖的气候结束（那时CO2比今天高一个量级；热带到处是恐龙和葱绿植物） 。 此后，地球气候总趋势是不断变冷。到更新世（250万年），气候十分寒冷。一个值得注意的事件是发生在始新世（5500万年前）的气候极暖期，它是突然来到的（1万年量级，延续10万年），所释放的碳与21世纪预测释放的量相近。高纬增暖20 左右。在6000万年以来的气候变冷期，总体上，温度比今天要暖，CO2浓度比今天高，如在
5、330-300万年时（上新世）温度比工业化前高2-3 ，CO2浓度为360-400ppmv。海平面高度比今天高15-25米。以后温度和CO2浓度主要由冰芯获取，揭示了10万年周期的冰期-间冰期循环，即米兰科维奇气候循环。 由上可见：（1）不论任何时期，任何起因，地质资料告诉我们，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是地球气候变化中近代产生的一个新的驱动力；（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。因而从地质年代CO2与温度长期记录看，现代全球气候变暖是非常值得关注的。它可能
6、逐渐地向地质年代晚期的气候状态演变。近万年来全球和中国温度变化 近万年来，全球地表温度波动的幅度为2-3，共经历了三次暖期：即气候最宜期（距今8000-3500年）、中世纪温暖期（公元10-13世纪）以及近代暖期（20世纪中后期至今）。（朝仓正, 1991）2、人类活动影响现代全球气候的证据证据一过去10000年大气CO2，CH4，N2O的变化。由冰芯和大气测量组合得到。工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。年100012001400160018002000280300320340360浓度(ppmv)CO2南极Law Dome冰芯资料显示的近1000年大气CO2浓度（IPCC，2
7、001）年夏威夷Mauna Loa观象台测量的大气CO2浓度变化38031032033034035036037019601970198019902000浓度CO2(ppmv)2003年5月已达到379ppmv (百万分之一体积)。过去10年中大气CO2浓度以1.8ppmv/年 的速率增长，而过去50年平均仅为1ppmv/年。（IPCC，2001）年383ppmCO2浓度2004年已高达383ppmv。1979-2005年地表（上左），对流层（上右）线性全球温度趋势分布。下图是年全球平均温度曲线（点）。红线是线性趋势（1850-2005）。仪器观测头70年（1850-1919）到最近5年（200
8、1-2005）的温度变化为0.780.18证据二中高纬度大陆地区变暖最为明显。增温速率（/10年）1979-2003年全球年平均气温变化趋势（Tom Peterson, NOAA/NCDC）全球SST年距平分布（1861-2004）0-700m和0-3000m层海洋热含量（1022J）曲线。垂直线代表1个标准差误差。1866-2004年SOI曲线。红色：Darwin为正海平面气压距平，即El Nino年 ENSO20世纪是过去2000年中最温暖的100年。近两千年全球地表平均气温变化（相对于1961-1990年30年气候平均）公元 200-1980年 公元1856-2004年（根据Mann a
9、nd Jones, 2003改绘）全球平均温度距平。黑线：观测。灰线：多模式（13个）集成模拟。（a）人类活动+自然强迫；（b）只有自然强迫证据三不同地区气温变化原因的模拟结果（1906-2005） 黑线：观测值 红色：人类变化+自然变化 蓝色：自然变化过去1100年的辐射强迫和模拟的温度（a）火山活动，（b）太阳辐射变化，（c）所有强迫，（e）北半球年温度（分别对人类活动和自然强迫）“最近50年的气候变化是由人类活动产生的”这一结论的可信度提高 IPCC关于气候变化成因的认识逐步深化：新的、更强的证据表明，过去50年观测到的大部分增暖“”归因于人类活动（66以上可能性）；：人类活动“”是气候
10、变暖的主要原因（90以上可能性）。有三个原因把工业化后CO2增加趋势归因于化石燃料燃烧（1）南极和格林兰冰芯记录表明：大气中CO2开始增加的时间是在工业革命前后，从那以后，其浓度变化大致与化石燃料消耗的增长率相近。（2）北半球大气CO2浓度比南半球的高几个ppmv，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3ppmv，这与大气中CO2增加是相对应的，因为CO2是燃烧的一种产品。3、不同时间尺度地球气候演变的比较更新世（200万年-1万年）气候变化及其意义1.气候变化的主要启动力是地球轨道变化，非常弱的强迫2.更新世气候变化的主要机制是GHGs和冰盖区，作为反馈机制3.长时间尺
11、度的气候变化对很小的强迫是很敏感的4.人类造成的强迫矮化了引起冰期与间冰期气候变化的自然强迫，人类活动成为近代气候（尤其是200年）的一个主要驱动力。Hansen,2007新生代气候变化的特点1. 主要驱动力：自然CO2变化- 变率 100 ppm/百万年(0.0001 ppm/年)- 今天人类的速率：2 ppm/年人类活动压倒缓慢的地质变化 2. 气候敏感性高- 如果 CO2 450 ppm 南极冰形成- 冰盖形成是可逆的人类能够产生一个不同的星球3、变化速度快近百年的全球气候变化是快速的变化，其速度比地质年代要快近千倍到近万倍。驱动冰河期循环的地球轨道参数变化示意图全球气候是否会向冰期（变
12、冷）演变？ 太阳活动的变化是引起近代气候变暖的主要原因吗？ 总太阳辐射变化（太阳常数）最近28年太阳总辐射量的变化过去650000年以来，南极冰芯D（ 代表温度），CO2，CH4和N2O浓度的变化，阴影柱代表间冰暖期 由上可见：（1）不论任何时期，任何起因，地质资料告诉我们，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是地球气候变化中近代产生的一个新的驱动力；（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。因而从地质年代CO2与温度长期记录看，现代全球气候变暖是非常值得关注的。它可能逐渐地向地质年代晚期的气候状态演变。
