氣象學(xué)與氣候?qū)W：第八章 氣候變化和人類對氣候的影響

1、第八章氣候變化和人類對氣候的影響哥本哈根世界氣候變化大會 2009.12.7-18德班世界氣候大會 2011.11.28-12.9京都議定書第八章氣候變化和人類對氣候的影響一、研究氣候變化的方法二、氣候變化的史實三、氣候變化的因素四、人類活動對氣候的影響第一節(jié) 研究氣候變化的方法 研究氣候變化最好要有長時期的氣候觀測資料，但是世界上大多數(shù)地區(qū)只有幾十年，最多亦只有二、三百年的記錄，因此僅憑儀器觀測的資料是無法了解地球長期氣候變化的規(guī)律的。由于氣候是一個龐大的系統(tǒng)，大氣過程發(fā)生變化時，其他組成部分如海洋(海水溫度，海面升降等)，大陸(巖石、土壤等)、冰雪覆蓋(冰川、大陸冰原、海冰等)和生物圈(植

2、物、動物等)都會發(fā)生相應(yīng)的變化，并在地球表面遺留下它們變化的痕跡；為人們研究地球氣候變化的主要依據(jù)。第二節(jié) 氣候變化的史實 據(jù)研究，世界氣候都經(jīng)歷著長度為幾十年到幾億年為周年的氣候變化，現(xiàn)在為世界科學(xué)界所公認的至少有： （1）大冰期與大間冰期氣候-時間尺度約為幾千萬年到幾萬萬年。 （2）亞冰期氣候與亞間冰期氣候-時間尺度約為幾十萬年。 （3）副冰期與副間冰期氣候-時間尺度約為幾萬年。 （4）寒冷期(或小冰期)與溫暖期(或小間冰期)氣候-時間尺度約為幾百年到幾千年。 （5）世紀(jì)及世紀(jì)內(nèi)的氣候變動-時間尺度為幾年到幾十年。 從時間尺度和研究方法來看，把地球氣候變化史分為三個階段地質(zhì)時期：22億-1

3、萬年歷史時期：1萬年以來的氣候近代氣候：最近一、二百年有氣象觀測記錄時期一、地質(zhì)時期的氣候變化 暖冷震旦紀(jì)冰期距今6億年前石炭二疊紀(jì)冰期第一大間冰期第四紀(jì)冰期第二大間冰期現(xiàn)今全 球年平均氣溫15 C圖8 地球6億年來經(jīng)歷的三大冰期和兩大間冰期示意圖 從地球距今6億年以來經(jīng)歷的三個大冰期和兩個大間冰期與全球平均氣溫變化示意圖來看，我們現(xiàn)仍處在全球第三個大冰期即將結(jié)束的階段，即仍處于第四紀(jì)大冰期之內(nèi)，但目前正處于一個相對溫暖的后期。還表明地球6億年以來大部分時間年平均氣溫都比現(xiàn)今要高。二、歷史時期的氣候變化 自第四紀(jì)更新世晚期約距今1萬年左右的時期開始，全球進入冰后期。挪威的冰川學(xué)家曾作出冰后期的

4、近1萬年來挪威的雪線升降圖(圖8-7)。從圖上看來，近1萬年雪線升降幅度并不小，它顯示冰后期氣候的變化是相當(dāng)明顯的。 一萬年來挪威雪線高度變化和我國溫度變化的比較三、近代氣候變化特征歸納：全球氣候變化特征： 全球地質(zhì)時期氣候變化的時間尺度在22億年到1萬年以上，以冰期和間冰期的出現(xiàn)為特征，氣溫變化幅度在10以上。冰期來臨時，不僅整個氣候系統(tǒng)發(fā)生變化，甚至導(dǎo)致地理環(huán)境的改變。歷史時期的氣候變化是近1萬來，主要是近5000年來的氣候變化，變化的幅度最大不超過2-3，大都是在地理環(huán)境不變的情況下發(fā)生的，近代的氣候變化主要是指近百年或20世紀(jì)以來的氣候變化，氣溫振幅在0.5-1.0。第三節(jié) 氣候變化的

5、因素 影響氣候形成和變化的因子 太陽輻射 宇宙-地球物理因子 環(huán)流因子 下墊面因子 人類活動的影響 影響氣候形成和變化的因子 太陽輻射 地球軌道因素的改變 地球軌道偏心率的變化 地軸傾斜度的變化 春分點的移動火山活動引起大氣透明度的變化太陽活動的變化一、太陽輻射的變化 太陽輻射是氣候形成的最主要因素。氣候的變遷與到達地表的輻射能的變化關(guān)系至為密切。引起太陽輻射能變化的條件是多方面的。(一)地球軌道因素的改變 地球在自己的公轉(zhuǎn)軌道上，接受太陽輻射能。而地球公轉(zhuǎn)軌道的三個因素：地球軌道的偏心率、地軸的傾斜度和春分點的位置等都是以一定的周期在變動著的，這就導(dǎo)致地球上所受到的太陽天文輻射發(fā)生變動，引起

6、氣候變遷。 1.地球軌道偏心率的變化 到達地球表面單位面積上的天文輻射強度是與日地距離(b)的平方成反比的，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道是一個橢圓形，現(xiàn)在這個橢圓形的偏心率(e)約為0.016。目前北半球冬季位于近日點附近，因此北半球冬半年比較短(從秋分至春分，比夏半年短7.5日)。但偏心率是在0.00-0.06之間變動的，其周期約為96000年，以目前情況而論地球在近日點時所獲得的天文輻射量(不考慮其他條件的影響)較現(xiàn)在遠日點的輻射量約大115。當(dāng)偏心率e值為極大時，則此差異就成為13；如果冬季在遠日點，夏季在近日點，則冬季長而冷，夏季熱而短，使一年之內(nèi)冷熱差異增大。2.地軸傾斜度的變化 地軸的傾斜是

7、產(chǎn)生四季的原因。由于地球軌道平面在空間有變動，所以地軸對于這個平面的傾斜度(f)也在變動。現(xiàn)在地軸傾斜度是23.44，最大時可達24.24，最小時為22.1，變動周期約40000年。這個變動使得夏季太陽直射達到的極限緯度(北回歸線)和冬季極夜達到的極限緯度(北極圈)發(fā)生變動如下圖所示。 3.春分點的移動 春分點沿黃道向西緩慢移動，大約每21000年，春分點繞地球軌道一周。春分點位置變動的結(jié)果，引起四季開始時間的移動和近日點與遠日點的變化。地球近日點所在季節(jié)的變化，每70年推遲一天。大約在一萬年前，北半球在冬季是處于遠日點的位置(現(xiàn)在是近日點)，那時北半球冬季比現(xiàn)在要更冷，南半球則相反。 上面三

8、個軌道要素的不同周期的變化，同時對氣候發(fā)生影響。(二)大氣透明度的變化 到達地表的太陽輻射的強弱，要受大氣透明度的影響?；鹕交顒訉Υ髿馔该鞫鹊挠绊懽畲?，火山爆發(fā)噴出的灰塵能強烈地反射和散射太陽輻射，而對地面發(fā)出的長波輻射沒有顯著影響。據(jù)計算，火山塵埃散射太陽輻射的能力比散射地面長波輻射大30倍，塵埃反射太陽輻射的作用比大氣分子強得多。 此外，太陽黑子活動具有一定的周期性。 二、宇宙-地球物理因子的影響宇宙因子 指的是月球和太陽的引潮力地球物理因子地球重力空間變化地球轉(zhuǎn)動瞬時極的運動和地球自轉(zhuǎn)速度的變化 這些宇宙-地球物理因子的時間或空間變化，引起地球上變形力的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致地球上海洋和大氣的變

9、形，并進而影響氣候發(fā)生變化。 三、下墊面地理條件的變化 在整個地質(zhì)時期中，下墊面的地理條件發(fā)生了多次變化，對氣候變化產(chǎn)生了深刻的影響。其中以海陸分布和地形的變化對氣候變遷影響最大。(一)海陸分布的變化(二)地形變化-“滄海桑田” 在地球史上地形的變化是十分顯著的。四、大氣環(huán)流和大氣化學(xué)組成的變化 大氣環(huán)流形勢和大氣化學(xué)組成成分的變化是導(dǎo)致氣候變化和產(chǎn)生氣候異常的重要因素。 氣候的形成和變化受多種因子的影響和制約，下圖表示各因子之間的主要關(guān)系，圖中C.D是氣候系統(tǒng)的兩個主要組成部分，A、B、F則是外界因子。 第四節(jié) 人類活動對氣候的影響影響氣候形成和變化的因子 太陽輻射 宇宙-地球物理因子 環(huán)流

10、因子 下墊面因子 人類活動的影響第四節(jié) 人類活動對氣候的影響 人類主要是通過對下墊面性質(zhì)的改變來影響氣候 人類活動改變了一部分大氣的組成成分 城市氣候效應(yīng) 一、改變下墊面性質(zhì)引起的氣候變化 破壞森林、坡地、干旱地的植被及造成海洋石油污染、城市化等。 2/3、46%、37%、22% 8.6%、12%、116二、改變大氣組成成分與氣候效應(yīng)溫室氣體：CO2、CH4、N2O、CFCsO3與CFCs大氣中溫室氣體增加會造成以下后果氣候變暖和海平面升高對降水和全球生態(tài)系統(tǒng)都有一定影響森林北界會向極地方向發(fā)展臭氧層的破壞對生態(tài)和人體健康影響甚大 20世紀(jì)以來，隨著工業(yè)的發(fā)展，致冷劑、發(fā)泡劑、噴霧劑以及滅火劑

11、中廣泛使用氟氯烴化合物(俗稱氟里昻)，這類物質(zhì)在低層大氣中比較穩(wěn)定、無毒、不易燃燒，但一旦升至高層大氣后，就會在強烈的太陽紫外線輻射下發(fā)生分解，產(chǎn)生的氯原子會與臭氧分子發(fā)生反應(yīng)，奪取其中一個氧原子，而生成很不穩(wěn)定的一氧化氯；后者再與另一氧原子結(jié)合，使氯原子再次游離出來，又重復(fù)上述反應(yīng)。這種過程可以重復(fù)上千次，就這樣，一個氯原子大約能破壞一萬個臭氧分子，從而導(dǎo)致臭氧層的破壞。臭氧層空洞所以在南極上空產(chǎn)生，這與南極的特殊地理、氣溫、氣流條件有關(guān)。經(jīng)觀測研究，北極上空在冬季雖然也存在嚴重的臭氧損耗，但尚未形成臭氧層空洞。 三、城市氣候人為熱和人為水汽的排放城市混濁度效應(yīng)城市熱島效應(yīng)城市干島和濕島效應(yīng)城市雨島效應(yīng)城市熱島環(huán)流三、城市氣候人為熱和人為水汽的排放城市混濁度效應(yīng)城市熱島效應(yīng)城市干島和濕島效應(yīng)城市雨島效應(yīng)城市熱島環(huán)流三、城市氣候人為熱和人為水汽的排放城市混濁度效應(yīng)城市熱島效應(yīng)城市干島和濕島效應(yīng)城市雨