氣候變化與氣候系統(tǒng)1

1、 氣候變化與氣候系統(tǒng) 引 言教學(xué)內(nèi)容： 1、氣候與氣候系統(tǒng) 2、氣候變化 3、研究氣候變化的目的意義； 11、氣候氣候定義的演變 公元前1411世紀(jì)中國(guó)甲骨文就有季節(jié)和八方位風(fēng)等的記載； 西周的詩(shī)經(jīng)幽風(fēng)七月有各月物候現(xiàn)象的記載； 古希臘的希波克拉底(約公元前460375)著論風(fēng)、水和地點(diǎn)一文，并編寫(xiě)了氣候?qū)W講義，是人類(lèi)最早關(guān)于氣候的論著。隨著幾千年人類(lèi)文明和科學(xué)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)氣候的研究和認(rèn)識(shí)一步步的深化，關(guān)于氣候的定義也隨之演變，概括起來(lái)可以分為三個(gè)主要階段。 2 古典氣候?qū)W 區(qū)別氣候與天氣的概念。認(rèn)為 天氣是大氣的瞬時(shí)狀態(tài)； 氣候是大氣的平均狀態(tài)； ，即氣候是一段長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)眾多天氣狀態(tài)的平均狀

2、態(tài)。 描述方法用統(tǒng)計(jì)平均的手段來(lái)表征氣候的特征。 氣候?qū)W研究氣象要素的地理分布及其日、年變化的規(guī)律，因此常稱(chēng)之為“地理氣候?qū)W”的定義。20世紀(jì)以前古典氣候?qū)W階段3 實(shí)質(zhì)上，大氣狀態(tài)是隨時(shí)間和空間變化的，氣象要素的平均狀態(tài)能在一定程度上反映氣候的一定特征，但不能反映大氣的整個(gè)狀態(tài)或氣候的全貌。 氣候不僅僅是天氣的平均，例如兩個(gè)地方的平均氣溫或平均雨量基本相等，其氣候特征可能差異很大，不屬于同一氣候類(lèi)型。 古典氣候的定義有其局限性，沒(méi)有完全反映氣候概念的本質(zhì)。 但由于氣象要素的平均狀態(tài)是氣候的一種基本屬性，現(xiàn)在仍應(yīng)用各種氣象要素的平均值來(lái)描述一定的氣候特征，所以這一傳統(tǒng)的氣候定義仍被廣泛采用。 4

3、近代氣候?qū)W 著眼于大氣運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。 （氣候?qū)W大發(fā)展時(shí)期，關(guān)于氣候的各種二級(jí)氣候?qū)W定義很多）認(rèn)為 天氣是短時(shí)間尺度的大氣過(guò)程，氣候是長(zhǎng)時(shí)間尺度的大氣過(guò)程，提出氣候是天氣的“總和” 或“綜合”。（天氣氣候?qū)W定義） 氣候是大氣眾多狀態(tài)的一個(gè)統(tǒng)計(jì)集合。（統(tǒng)計(jì)氣候?qū)W的定義）該定義既包括了氣候的平均狀態(tài)，也包括了氣候的變化情況和極端情況。 氣候是輻射、地理因素和大氣環(huán)流三者相互作用下的特征性天氣狀況。（氣候的成因）。20世紀(jì)初70年代以前近代氣候?qū)W階段5 氣候系統(tǒng) 氣候?qū)W研究的一個(gè)嶄新階段。 氣候系統(tǒng)指包括大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈、生物圈中，自身的及其相互影響的物理、化學(xué)、生物運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程。 每種過(guò)程

4、具有不同的的空間尺度和時(shí)間尺度。 20世紀(jì)70年代以后氣候的全新概念6 氣候系統(tǒng)物質(zhì)與能量交換的過(guò)程 物理過(guò)程大氣和海洋的環(huán)流運(yùn)動(dòng)及其相聯(lián)系的熱量輸送、水循環(huán)過(guò)程、地殼的垂直升降與水平推移等過(guò)程。 化學(xué)過(guò)程巖石礦物的溶解、大洋中的碳酸鹽沉積、大氣中氧氣的生成與消耗等過(guò)程。 生物過(guò)程動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖過(guò)程，生物之間的捕食與被捕食等于生命活動(dòng)相聯(lián)系的過(guò)程。7 地球系統(tǒng)中物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生物過(guò)程是相互聯(lián)系、相互滲透的整體 植物通過(guò)光合作用的生物過(guò)程，將太陽(yáng)能和大氣中的碳固定在植物體內(nèi)； 通過(guò)植物的呼吸作用或植物的燃燒，固定的碳和能量又被釋放到大氣之中。太陽(yáng)能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、進(jìn)而被轉(zhuǎn)化為熱能； 碳是

5、以不同的無(wú)機(jī)與有機(jī)化合物間轉(zhuǎn)化的方式參加循環(huán)的。8 氣候變化指氣候平均狀態(tài)和離差兩者中的一個(gè)或者兩者一起出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)意義上的顯著變化。 離差值增大，氣候狀態(tài)的不穩(wěn)定性增加，氣候的敏感性也增大。 氣候變化（氣候系統(tǒng)的變化）的原因有很多，概括起來(lái)可分為自然的氣候波動(dòng)與人類(lèi)活動(dòng)的影響。 2、氣候變化9全球氣候變暖 自1860年有氣象儀器觀測(cè)記錄以來(lái), 全球平均溫度升高了0.60.2。增暖速率為0.5/100a。最暖的14個(gè)年份均出現(xiàn)在1983年以后。20世紀(jì)北半球溫度的增幅可能是過(guò)去1000年中最高的。 氣候的變暖造成世界上許多的冰川消融,甚至消失, 全球海平面平均上升了15cm,其中一半估計(jì)是由于海

6、水的熱力膨脹造成的,另一半是由于冰雪溶化造成的。 從衛(wèi)星觀測(cè)表明,北半球春季和夏季的雪蓋面積,從1987年以來(lái)已經(jīng)減少了10%。這些間接的證據(jù)也都說(shuō)明了20世紀(jì)氣候在變暖。 10氣候變化研究發(fā)展的原因？ 社會(huì)的需求當(dāng)前一系列重大環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙 理論基礎(chǔ)全球性重大環(huán)境問(wèn)題超越了傳統(tǒng)自然科學(xué)分支的界限，自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)之間的界限，導(dǎo)出了地球科學(xué)系統(tǒng)的新概念。 技術(shù)支撐系統(tǒng)論、 遙感觀測(cè)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、 現(xiàn)代化的分析測(cè)試手段為代表的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為從整體上監(jiān)視、分析和模擬地球系統(tǒng)的行為提供了可能。 11氣候變化的研究對(duì)象、目標(biāo) 和要解決的主要科學(xué)問(wèn)題 對(duì)象氣候系統(tǒng)

7、、各子系統(tǒng)內(nèi)部及各子系統(tǒng)之間的相互作用。 目標(biāo)描述和理解人類(lèi)賴(lài)以生存的氣候系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制、變化規(guī)律及人類(lèi)活動(dòng)在其中所起的作用與影響；提高對(duì)未來(lái)環(huán)境變化及其對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展影響的預(yù)測(cè)和評(píng)估能力；為全球環(huán)境問(wèn)題的宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。 12主要的科學(xué)問(wèn)題 1）控制全球大氣化學(xué)組成的基本過(guò)程 生物過(guò)程在消耗和產(chǎn)生微量氣體中的作用 2）海洋生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程 控制海洋內(nèi)部碳循環(huán)和相關(guān)生物過(guò)程的主要因子 3）海洋熱力過(guò)程對(duì)氣候的影響 全球海洋環(huán)流，海洋熱通量和淡水通量及其與大氣的交換 4）地球系統(tǒng)的能量和水循環(huán) 植被在能量和水循環(huán)中的作用 5）海陸相互作用 海岸帶的物質(zhì)輸送和海平面上升 13 6）平流層過(guò)程對(duì)氣候的影響 臭氧層的變化及其生態(tài)影響 7）地球環(huán)境過(guò)去的變化 重建地球環(huán)境變化的歷史及其相關(guān)的因子 8）全球變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生物多樣性對(duì)全球變化的響應(yīng) 9）人類(lèi)在地球系統(tǒng)中的作用 土地利用，工業(yè)發(fā)展和城市化，人類(lèi)對(duì)全球變化的適應(yīng) 10）地球系統(tǒng)整體行為的集成分析和模擬 地球系統(tǒng)模式 11）地球系統(tǒng)的觀測(cè) GCOS, GOOS, GTOS14全球變化的國(guó)際研究計(jì)劃 （1）世界氣候研究計(jì)劃WCRP