1、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。寒冷期（或小冰期）与温暖期（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
2、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结束以来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，当时气温比现在高34 十五世纪以来的寒冷气候（雪线降低表示温度下降），其中15501850年为冰后期以来最寒冷的阶段，称为小冰河期，当时气温比现在低12。二、历史时期的气候变化n2、中国历史时期的冷暖气候 第一次温暖时期：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发掘
3、出大批当地已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。第一次寒冷时期：公元前1000年至公元前850年丹江口水库第二次温暖时期 公元前770年的东周到公元初的西汉第二次寒冷时期 公元初到公元600年第三次温暖时期 公元600至1000年第三次寒冷时期 公元1000至1200年第四次温暖时期 公元1200至1300年第四次寒冷时期 公元十五世纪初至十九世纪末十七世纪是第四寒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现在高2左右。冬季（1月）的温度大约比现在高35。（2）从公元
4、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12。（3）在每个400800年的期间里，可分出50100年的周期波动，温度变化范围为0.51.0。（4）近五千年气候变迁的趋势，温暖期越来越短，温暖程度越来越低，从生物分布上也可看出这一特点。（5）气候的波动是全球性的，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（表明确实从公元1550年前后气温出现明显的负距平，开始进入寒冷时期，图a也有这样的趋势，图c与图f则推迟到公元1600年才进入寒冷期，
5、所以17世纪比较冷是一致的。18世纪相对温暖，只有图83中f仍然维持较冷，但至少在18世纪前半期也有所减弱，19世纪又出现一个寒冷期，只有在图e相对冷的程度弱一些，大约在公元18001850年之间气温达到最低，因此在历史时期将公元15501850定为小冰期是有依据的。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为湿润指数，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、近代气候变化研究n1、冷暖变化从十九世纪中叶到现在，全球气候在
6、波动中缓慢增暖 19191928年间的巴伦支海水面温度比19121918年高8。增暖现象在40年代达到极大。此后，世界气候变冷，以北极为中心的60N以北，气温越来越低，进入60年代以后高纬地区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，世界气温增暖的形式更为突出。全球年平均气温从1880年到1940年这60年中增加0.5，1940年1965年降低了0.2，然后从19651993年又增暖了0.5。中国学者根据中国从1910年1984年137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
7、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基本上是大同小异，即前期增暖，40年代中期以后变冷，70年代中期以来又见回升，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年代初达到峰点。另外，40年代中期以后的降温则比北半球激烈，至50年代后期达到低点，60年代初曾有短暂回升，但很快又再次下降，而且夏季比冬季明显，70年代中期后又开始回升，但80年代的增暖远不如北半球强 三、近代气候变化研究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温暖的时期还是已不属于这个时期？第二，现代已经离开了武
8、木亚冰期，还是仍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 气候变化的因素气候变化的因素一、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 到达地球表面单位面积上的天文辐射强度是与日地距离（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。现在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。当偏心率达到最大值时地球获得的热量将比现在增加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（不考虑其它条件的影响）较现在远日点的辐射量约大1/15，当偏心率值为极大时，这个差异就称为1/3。如
9、果冬季在远日点，夏季在近日点，则冬季长而冷，夏季热而短，使一年之内冷热差异非常大，这种变化在南北半球是相反的。现在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，所以现在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）是产生四季的原因。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（）也在变动。现在地轴的倾斜度是2344，最大时可达2424，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达到的极限纬度（北回归线）和冬季极夜达到的极限纬度（北极圈）发生变动 当倾斜度增大时，高纬度的年辐射量要增加，
10、赤道地区的年辐射量会减少。例如当地轴倾斜度增大1时，在极地年辐射量增加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，特别时在高纬度地区必然是冬寒夏热，气温年较差增大，相反，当倾斜度小时，则冬暖夏凉，气温年较差减小，夏凉则有利于冰川的发展。3、春分点的移动 春分点沿黄道缓慢向西移动，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，引起四季开始时间的移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（现在是近日点
11、），那时北半球冬季比现在要更冷，南半球则相反。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现在北纬77度上的一样，而在13万年前又和现在59度上的一样。他认为当夏季温度降低约45，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，这样反复进行，就会形成冰期。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现在太阳明亮光盘上的暗色斑点 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。光斑是光球上明亮的斑点 二、下垫面
12、地理环境的变化n（一）地极移动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。地球各部分受到月球的差别吸引，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，各地实际所受的月球引力，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原因，因而被称为引潮力 三、宇宙地球物理因子地球表面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。地轴不断地移动，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
13、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，无论是海温开始增暖和最暖的时间，都发生在地球自转开始减慢和最慢之后或处在同时，表明地球自转减慢有可能是形成厄尔尼诺的原因。四、大气环流和大气化学组成的变化大气环流形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因素 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寒冷期（15501850）结束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
14、，这是极地高压在北大西洋区域扩大与加强的结果。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。从冬季环流形势来看，大西洋上冰岛低压的位置在一段时间内一直是向西南移动的；太平洋上的阿留申低压也同样向西南移动。n19611970年，这10年是经向环流发展最明显的时期，也是我国气温最低的10年。在转冷最剧的1963年，冰岛地区竟被冷高压控制，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
15、大，吸收的太阳辐射比湿润地区少得多砂、岩石的比热小，在白天阳光照射下，地面强烈增温，使地面长波辐射很强 空气干燥无云，大气逆辐射弱 地面散失的热量很多，成为热辐射的汇 在缺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，压缩增温。由于下沉的空气十分干燥，使得沙漠地区进一步变干，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馈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区最为合适 自1968年开始非洲萨赫勒地区发生了持续性的干旱，成为二十世纪国际上瞩目的重大气候异常事件。虽然从1989年开始至今已经出现了少数降水接近或者超
16、过正常值的年，说明干旱趋势有所变化，但是尚不能认为这次长达30年的干旱期已经结束。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）却有相当强的吸收能力，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造成明显扰动，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
17、影响人类活动对气候的影响人类活动对气候的影响 无意识的影响，即在人类活动无意识的影响，即在人类活动中对气候产生的副作用中对气候产生的副作用 为了某种目的，采取一定的措为了某种目的，采取一定的措施，有意识地改变气候条件施，有意识地改变气候条件（1）在工农业生产中排放至大气中得温室气体和各种污染物，改变大气的化学组成；（2）在农牧业发展和其它活动中改变下垫面的性质，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、改变大气化学组成与气候效应n二、改变下垫面性质与气候效应1 1、破坏森林、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，用以促进光合作
18、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挡，透入太阳辐射不多，气温不会急剧升高，夜晚因有林冠的保护，有效辐射不强，所以气温不易降低，因此林内气温日（年）变化比林外裸露地区小，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”。雨水缓缓渗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森林可以增加降水量，当气流流经林冠时，因受森林的阻碍和摩擦，有强迫气流的上升作用，
19、并导致湍流加强，加上林区空气湿度大，凝结高度低，因此森林地区降水机会比空旷地多，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，如果风中携带泥沙的话，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距离内风速仍有减小的效应。在干旱地区森林可以减小干旱风的袭击，防风固沙。在沿海大风地区森林可以防御海风的侵袭，保护农田。森林覆盖区气候湿润，水土保持良好，生态平衡有良性循环，可称为“绿色海洋”。2 2、干旱、半干旱地区不合理的土地使用、干旱、半干旱地区不合理的土地使用方式方式3 3、不合理的坡地利用、不合理的坡地利用4 4、海洋污染、海洋污染 大量的石油注入海洋，势必形成油膜广大量的石油注入海洋，势必形成油膜广布在海洋上，抑制海水的蒸发，使海上布在海洋上，抑制海水的蒸发，使海上空气变得干燥。同时又减少了海面潜热空气变得干燥。同时又减少了海面潜热的转移，导致海水温度的日变化、年变的转移，导致海水温度的日变化、年变化加大，使海洋失去调节气温的作用化加大，使海洋失去调节气温的作用，产生产生“海洋沙漠化效应海洋沙漠化效应”。改变下垫面性质，对气候亦产生显著影响 千岛湖千岛湖（新安江（新安江水库）水库）
