未來全球變化及其影響

1、第九章未來全球變化及其影響PPT教學根據(jù)氣溫變化的千年曲線，從氣溫的變化趨勢及20世紀后期的 升溫引入未來氣候?qū)⑷绾巫兓?？是否會像電?the day after tomorrow所說那樣進入新的冰河世紀。第一節(jié)全球氣候變化預測全球氣候變化既有自然原因，也有人為因素。由于未來自然氣候 變化的不確定性，特別是在人們關(guān)心的世紀尺度的氣候變化，現(xiàn)在還 無法給出明確地預測，因此，本章主要討論的是人為溫室氣體增加可 能造成的氣候變化。一、溫室氣體濃度的變化未來溫室氣體濃度的變化主要取決于人類溫室氣體的排放、海洋對碳的吸收、陸地生態(tài)系統(tǒng)對碳的吸收等多種生物地球化學過程。對 于這些過程，目前還存在著許多不確

2、定性，因此，預測未來大氣溫室 氣體的濃度也只能給出一個粗略的范圍。大氣中的主要溫室氣體（IPCC,1990年）；部分溫室氣體的全球變暖潛勢；15個排放CO2最多的國家（1992）；中國能源消費總量增長趨勢；中國煤炭消費量和二氧化硫排放量增長趨勢；國際上要求我國減排溫室氣體的壓力越來越大? 為了準確預測未來大氣中C02濃度隨時間的變化，需 要準確了解化石燃料使用量增長、海洋洋流和海洋生物變化、 陸地生物量變化等全球碳循環(huán)過程中的一系列問題。? IPCC對未來大氣中溫室氣體的濃度進行評估，給出了 IS92六種可能的情景，每種情景分別考慮了 人口增長、GDP 農(nóng)業(yè)、能源消耗和其他因素。大氣化學成分變

3、化的預測（IPCC, 2001）消耗臭氧層物質(zhì)消費趨勢二、增溫的預測未來CO2等溫室氣體濃度的增加，全球氣溫將出現(xiàn)增加的 趨勢。目前，關(guān)于未來氣溫的預測，主要是采用數(shù)值模式進行預 測。此外，還有根據(jù)目前氣候的變化趨勢外推和根據(jù)地質(zhì)時期的 古氣候資料類比法在預測未來氣溫時也得到應(yīng)用。（一）大氣環(huán)流模式（GCM）。大氣環(huán)流模式（GCM）可以反映 調(diào)節(jié)大氣變化的各種反饋過程，用這種方法模擬 CO2等溫室氣體濃度 的增加導致的氣溫變化是比較理想的。1、CO2濃度增加1倍時溫度的增加?Manabe和 Wetherald（ 1975）得出 CO2濃度增加 1 倍時，全球表面氣溫增加2-3 C的結(jié)論；?他們

4、的研究結(jié)果還表明了溫度增加的區(qū)域差異， 高緯度地區(qū)的增溫幅度比低緯度地區(qū)大幾倍；?全球平均降水量也隨之增加。? 盡管他們的研究基于理想的大陸分布和沼澤狀的海 洋（沒有混合和輸送）及年平均的輻射（沒有季節(jié)變化），是 一種非常簡單的模式，但他們的上述幾點重要結(jié)論卻經(jīng)受住了 時間的檢驗。?后來的模擬包括了更為真實的海陸分布和季節(jié)變化，并考慮了海洋的動力和熱力交換過程，但所得出的結(jié)論和 Manabe等前輩的研究非常相似，一般在 2-4 C；同時證實最大 增溫的確在高緯度地區(qū)，特別是北半球的高緯度地區(qū)，也發(fā)現(xiàn) 最顯著的增溫季節(jié)在冬季。?美國國家科學院（1982）的報告預測，C02濃度增加1倍時，全球地表

5、溫度增加 3?1.5 C，這就是后來廣為引用的 估計數(shù)字；?當然也有的模擬未見到高緯度地區(qū)變暖的幅度增強的現(xiàn)象，Washington和Meehl（1984）的研究表明，高緯度地區(qū) 變暖的幅度增強的現(xiàn)象只出現(xiàn)在海冰的邊緣，而不是在陸地 上。?Manabe和Wetherald （1980）預測得出CO2濃度增加1倍時，變暖的幅度隨高度和緯度的變化。在地面，赤道附近 增溫約2 C左右；35-50?N之間為3-4 C, 80?N附近可達7-8 C。? 在中高緯度地區(qū)，溫度增加數(shù)值隨高度減小。在平流 層氣溫是下降的。美國國家大氣研究中心（NCAR 1980）的報 告反映了近似的結(jié)果，但在細節(jié)上和 Man

6、abe等人的結(jié)論略有 出入。區(qū)域氣候模式模擬的二氧化碳加倍時中國地區(qū)年平均溫度變化 （單位:C）區(qū)域氣候模式模擬的二氧化碳加倍時中國地區(qū)年平均降水變化 （單位：%2、CO2濃度增加到工業(yè)革命前的4倍時全球氣溫的變化?Manabe和Stouffer （1980）用大氣環(huán)流模式模擬了當大氣濃度增加到工業(yè)革命前的4倍時全球各地區(qū)氣溫的變化。他們的研究結(jié)果表明高緯度地區(qū)升溫幅度最大的特點仍然 十分明顯。在北半球的冬季，亞洲和北美洲的大陸東岸升溫幅 度高于同緯度其他地區(qū)，但兩個大陸的干燥地區(qū)升溫幅度并不 大。在北半球的夏季，最大增暖地區(qū)是南極大陸和南大洋；北 半球此時的增暖中心有三個，即：北大西洋地區(qū)、

7、北太平洋地 區(qū)和歐亞大陸內(nèi)部。（二）海洋-氣候耦合模式?IPCC的第二次報告中，應(yīng)用海洋-氣候耦合模式預測溫室氣體濃度增加引起全球溫度的變化，已經(jīng)得到了有效地體 現(xiàn)。根據(jù)這份報告，到21世紀末，考慮到大氣中CO等溫室氣 體濃度的增加、氣溶膠的作用和對氣候模式敏感性的估計，全 球溫度可能升高1.0-3.5 C,最佳估計是2.0 C。?估計的溫度增加幅度減小是因為引入了溫室氣體減排的數(shù)字和氣溶膠的負輻射平衡作用。?對于溫度增加的區(qū)域分布和季節(jié)變化的預測，仍存在著較大的不確定性。?在地區(qū)上，北半球中高緯度地區(qū)溫度增加幅度比較??；歐亞大陸和北美大陸的北部地區(qū)溫度增加顯著，部分地區(qū) 可以達到5 C以上；

8、熱帶海洋上溫度上升幅度較小，南大洋西 風帶增溫也比較弱。到2100年，全球氣溫可能上升的幅度為 1.4-5.8 C （在1990 年的基礎(chǔ)上）。這是同時考慮了溫室氣體的增溫作用和氣溶膠的 降溫作用后得出的結(jié)論。SAR: 1-3.5 C到2100年，因氣溫升高造成的海平面上升可能達到9-88cm（在 1990 年的基礎(chǔ)上）。SAR: 13-94 cm中國溫度變化時間序列圖（SRES-A2情景下）（全球模式模擬的A2情景下20712100年中國年平均溫度變化（單位：C）（相對于1961-1990年）（三）古氣候研究和模式模擬?古氣候研究和模式模擬結(jié)果表明，在全球增溫的過程中，北大西洋的深層水生成速

9、率將減小。這意味著，墨西哥灣 暖流和北大西洋暖流的強度將減弱。?原因分析：引起深層水生成速率減小的主要原因是北大西洋地區(qū)雨量的增多和溫度的上升，這將導致海水鹽度下 降，表層水沉降變?nèi)?，大西洋熱量傳送帶的運轉(zhuǎn)變慢。?影響：引起半球或全球性的氣候變化，但受影響最大的還是歐洲本身。三、降水和干濕的預測? 大氣中CO2等溫室氣體濃度的增加導致氣候的變化， 不僅導致氣溫的變化，同時也引起降水量或土壤水分的變化， 從某種意義上講，這種水分條件的變化比氣溫的變化更有意 義。但是預測CO2等溫室氣體濃度的增加導致降水量或土壤水 分的變化的時間、空間的變化比較困難。在研究中，多采用氣 候模式、歷史類比法和動力分

10、析三種方法。氣候模式法：模擬結(jié)果表明，由于增強的蒸發(fā)作用，全球降水 的平均值回有所增加。CO2倍增后，降水的平均值可增多百分 之幾（Manabe和Wetherald，1975）。后來的模擬還表明，中 高緯度夏季雨帶略向高緯度方向移動，中高緯度地區(qū)土壤水分 變得更為不足。?Manabe和 Wetherald （1985）的模擬還表明，CO2等溫室氣體濃度的增加一個基本的變化，就是全球水分循環(huán)過程 的增強，蒸發(fā)和降水量都增加。在高緯度地區(qū)，CO2等溫室氣體濃度的增加引起的降水量的增加高于蒸發(fā)率，因此，徑流系 數(shù)和土壤水分含量相應(yīng)地明顯提高（值得商榷）。在中緯度地 帶，地帶平均的土壤水分含量有所減少

11、。?從地區(qū)上來看，在北半球的夏季，除了南美洲的大部分地區(qū)、中國東部、非洲大部分和澳大利亞西部土壤水分增加之外，其余基本上趨于干燥，尤其是澳大利亞東南部和美國的 東南部土壤水分減少非常明顯。第二節(jié) 全球氣候變化的可能影響IPCC第二工作組第四次評估報告氣候變化 2007:影響、 適應(yīng)和脆弱性指出：氣候變化和其它因素的綜合作用可能會對生 態(tài)系統(tǒng)造成不可恢復的影響。在過去 50年里，人類對生態(tài)系統(tǒng)的 影響比以往任何時期都要快速和廣泛；生態(tài)系統(tǒng)在為人類社會和經(jīng) 濟發(fā)展做出貢獻的同時，其服務(wù)功能也在不斷退化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 功能的退化在未來50年內(nèi)將進一步加劇，這將嚴重威脅聯(lián)合國千 年發(fā)展目標的實現(xiàn)；通過

12、調(diào)整政策和機制，有可能在增加需求的同 時，減緩生態(tài)系統(tǒng)的退化。一、對陸地生態(tài)系統(tǒng)的可能影響近20年來，全球氣候變化的可能影響的研究主要集中在當CO2濃度達到什么數(shù)值時，氣溫和降水開始變化？有何影響？在20世紀80年代，人們對達到CO2濃度加倍的時間估計過早，當時認為， 如果化石燃料燃燒以每年4%勺速度增長，則CO2濃度加倍的時間 是在2025年；如以每年2%勺速度增長，這個時間是 2050年；但 如以低于2%勺速度增長，大氣中CO2濃度加倍的時間就要推遲在 21世紀末或22世紀初。IPCC1995評估報告認為，按1994年排放 水平，到2100年，大氣中CO2濃度的最佳估計為500PPM如果到

13、2100年，大氣中CO2濃度達到500PPM全球氣溫將升 高2 C,這表明，增溫速度達到每10年0.2 C。1、植物做出不同的響應(yīng)在這種情況下，同樣是植物，喬木和草本植物對氣候變化的響 應(yīng)表現(xiàn)為明顯不同的性質(zhì)。草本植物對即將變化的氣候響應(yīng)迅速， 可以很快在新的水熱條件下達到平衡狀態(tài)，喬木對氣候變化的響應(yīng)緩慢，完全調(diào)整到平衡狀態(tài)需要很長的時間，因此，在森林和 草原的邊緣會出現(xiàn)一些復雜的情況，當邊緣趨于干旱的時候，一 些針葉林可以在幾年里迅速枯死，草本植物迅速占領(lǐng)原來屬于針 葉林的區(qū)域。當邊緣趨于濕潤的時候，草類可能會迅速退縮，但 森林很難侵入原來屬于草類的領(lǐng)地，森林的擴展需要較長的時間。2、森林

14、的格局發(fā)生變化森林的形成需要數(shù)以百年計的時間，土壤的形成速度更慢。一 種土壤的形成需要數(shù)百年甚至數(shù)千年的時間。因此，即使植被遷 移到了新的位置，但土壤的地理分布格局，并沒有發(fā)生顯著的變 化。于是出現(xiàn)了新的綜合自然地理特征。3、加速某些物種的滅絕由于氣候變化速率太快，可能會造成一些植物的更新和遷移 速度跟不上環(huán)境變化的步伐。由于現(xiàn)代陸地生態(tài)系統(tǒng)的碎片化和 人為應(yīng)力作用的存在，動植物正經(jīng)受著前所未有的威脅。在全球 變暖的情況下，物種滅絕的速度會進一步加快。二、對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響CO2濃度的增加導致的氣候變化有顯著的區(qū)域差異。美國人的悲觀態(tài)度俄羅斯人的樂觀態(tài)度中國保持什么樣的態(tài)度？三、對水資源的影響未

15、來氣候變化情景下：1、徑流總量可能會增加21c20s，徑流總量可能增加 2.9%;50s，徑流總量可能增加4% 80s，徑流總量可能增加6.5%;2、區(qū)域變化的差異徑流量在高緯度和赤道地區(qū)一般會增加，而中緯度地區(qū)一 般會減少。第四節(jié) 未來全球變化的復雜性和不確定性氣候系統(tǒng)是非常復雜的系統(tǒng)，包括大氣、海洋、陸地、大陸 的水體，植被等這都是一個氣候系統(tǒng)，這個系統(tǒng)里面有各種各樣 的物理過程，化學過程，生物過程，這些過程之間都有互相的聯(lián) 系，所以要來求解描寫這樣復雜過程的方程組是相當困難的問題。由于目前對氣候系統(tǒng)的認識有限，上述氣候變化預測結(jié)果給 出的只是可能的變化趨勢和方向，包含有相當大的不確定性。

16、降 水預測的不確定性比溫度的更大。產(chǎn)生不確定性的原因很多，主 要有：1、未來大氣中溫室氣體濃度的估算存在不確定性未來大氣中的二氧化碳濃度，直接影響未來氣候變暖的幅 度。只有弄清了碳循環(huán)過程中的各種“匯”和“源”，尤其是陸 地生態(tài)系統(tǒng)和海洋物理過程和生化過程到 底吸收了多少排放的 二氧化碳（包括氣候系統(tǒng)各圈層之間的相互影響）才能比較準確 地判明未來大氣中的二氧化碳濃度將如何變化。但現(xiàn)在對溫室氣 體“匯”和“源”的了解還很有限。同時，各國未來的溫室氣體 和氣溶膠排放量，取決于當時的人口、經(jīng)濟、社會等狀況，這使 得現(xiàn)在就準確地預測未來大氣中溫室氣體的濃度相當困難。2、可用于氣候研究和模擬的氣候系統(tǒng)資料不足現(xiàn)有的與氣候系統(tǒng)觀測有關(guān)的觀測網(wǎng)，基本是圍繞某一部 門、某一學科的需要而獨立建設(shè)和運行的。站網(wǎng)布局、觀測內(nèi)容 等方面都不能滿足氣候系統(tǒng)