現(xiàn)代氣候?qū)W第9章氣候變化

第九章氣候變化第一節(jié)氣候變化的基本概念第二節(jié)氣候變化史實(shí)第三節(jié)氣候變化的影響因素12第一節(jié)9.1.1氣候變化概念1氣候變化與氣候異常：由各種要素（氣溫、降水、氣壓等）所表征的氣候狀態(tài)相對(duì)于某一氣候標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的偏差或同類氣候狀態(tài)間的變化稱為氣候變化；當(dāng)這種偏差（變化）超過(guò)一定程度稱為氣候異常。氣候（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）：在太陽(yáng)輻射和氣候系統(tǒng)各子系統(tǒng)相互作用下，地球上某一區(qū)域在某一特定時(shí)段內(nèi)天氣的多年平均狀況及其極端情形。32氣候狀態(tài)：地球上某一區(qū)域在某一特定時(shí)段內(nèi)天氣的某一年份或指定年份平均狀況。3氣候變率：大量同類氣候狀態(tài)間的方差，也經(jīng)常用來(lái)專指年際及年代際的氣候變化?；蛘撸簳r(shí)間尺度大于天氣尺度的氣候變量圍繞平均值的變化。氣候變化包含氣候變率4世界1月海平面氣溫（攝氏度）的分布1860-2000年全球地表溫度上升0.4－0.8℃(平均0.6℃)；近百年間17個(gè)最暖年份出現(xiàn)在1983年以后。20世紀(jì)以來(lái)，1998年最暖，2002年和2003年分別為第二和第三暖年。5溫度距平（℃）年公元1856－2003年全球地表溫度變化（相對(duì)于1961－1990年30年氣候平均）(updatedfromJonesetal.,2003)61980-1999與1950-1969年均SST差值場(chǎng)（年代際變化）74氣候趨勢(shì)：氣候的長(zhǎng)期變化傾向，即在記錄時(shí)期(特定時(shí)期）具有單調(diào)地上升或下降特點(diǎn)的氣候變化（線性和非線性趨勢(shì)）氣候趨勢(shì)(℃/10a)ObsCMIP5-MMEDJFJJA9奇異譜分析（SSA）對(duì)全球平均地面氣溫序列的趨勢(shì)擬合10樣條插值函數(shù)對(duì)全球平均地面氣溫的趨勢(shì)擬合氣候變率StdofJJAPrStd：CMIP5MME/Obs125

氣候波動(dòng)（振蕩）：氣候狀態(tài)圍繞氣候平均態(tài)的波動(dòng)式變化，表現(xiàn)為準(zhǔn)周期性振蕩特征，有年際、年代際等時(shí)間尺度.1880-1996年中國(guó)東部35站的年降水量距平（以1961-1990年為基準(zhǔn)期）（王紹武，1998）13全球平均氣溫的功率譜分析波數(shù)6（5年周期）波數(shù)17（22.5月周期）14準(zhǔn)5年周期振蕩準(zhǔn)2年周期振蕩全球平均氣溫SSA的重建分量序列15影響華北汛期降水登陸臺(tái)風(fēng)頻數(shù)小波變換周期（年）166氣候突變：從一種氣候狀態(tài)（或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢(shì)或氣候波動(dòng)）跳躍式地轉(zhuǎn)變到另一種氣候狀態(tài)（或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢(shì)或氣候波動(dòng)）的現(xiàn)象。臺(tái)風(fēng)頻數(shù)在1976-77年發(fā)生了突變（均值）氣候趨勢(shì)17氣候變化氣候波動(dòng)：年際、年代際等尺度波動(dòng)氣候突變隨機(jī)變化18周期段時(shí)間尺度振幅（Co）大冰期與大間冰期幾百萬(wàn)年-幾億年10亞冰期與亞間冰期十萬(wàn)年8-9副冰期與副間冰期

一-幾萬(wàn)年5-7寒冷期（小冰期）與溫暖期（小間冰期）幾百年-幾千年2世紀(jì)及世紀(jì)內(nèi)的氣候變動(dòng)幾年-幾十年0.5各種周期氣候波動(dòng)19變化的時(shí)間尺度

主要特征、形成原因資料來(lái)源、分析和研究方法地質(zhì)時(shí)期氣候變化

歷史時(shí)期氣候變化

現(xiàn)代氣候變化

氣候變化時(shí)期的劃分1.氣候變化的多時(shí)間尺度性①短期氣候變化（月，季，年）；②中期氣候變化，其時(shí)間尺度為幾年（年際變化）；③長(zhǎng)期氣候變化，其時(shí)間尺度為幾十年（年代際變化）；④超長(zhǎng)期氣候變化，其時(shí)間尺度為幾百年（世紀(jì)際變化）；⑤歷史時(shí)期氣候變化，其時(shí)間尺度為千年；⑥地質(zhì)期氣候變化，其時(shí)間尺度為萬(wàn)年或更長(zhǎng)。由于有氣候資料記載的時(shí)間不過(guò)幾百年，對(duì)于氣候變化研究也就主要集中在前四個(gè)時(shí)間尺度，尤其是前三個(gè)時(shí)間尺度的變化。但是，為了深入認(rèn)識(shí)氣候演變規(guī)律，探索氣候變化的原因，歷史時(shí)期和地質(zhì)時(shí)期的氣候變化問(wèn)題也是很值得研究的。9.1.2氣候變化的特征多時(shí)間尺度性階段性突變性

氣候變化的階段性同氣候變化的時(shí)間尺度是緊密聯(lián)系的，不同時(shí)間尺度的變化也就有不同的階段性。近千年來(lái)的氣候變化也有其階段性，在1300～1800年間的小冰期平均氣溫偏低，而在小冰期前后平均溫度卻相當(dāng)高。在過(guò)去的50萬(wàn)年的時(shí)間里，冰期和間冰期有交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。2.氣候變化的階段性間冰期暖期千年22中國(guó)東部夏季降水均值突變：從一個(gè)氣候基本狀態(tài)（以某一平均值表示）向另一個(gè)氣候基本狀態(tài)的急劇變化。趨勢(shì)突變：兩個(gè)氣候階段有完全不同的變化趨勢(shì)，例如，某個(gè)氣候階段溫度一致持續(xù)下降，其后一個(gè)氣候階段的溫度一致持續(xù)上升。變率突變：變率突變包括兩種情況，其一是振幅有明顯差異的突變；其二是頻率有明顯差異的突變。3.氣候變化的突變性三類氣候突變示意圖(a)均值突變；(b)趨勢(shì)突變；(c)變率突變25研究氣候變化的資料與方法(1)樹木年輪(2)冰芯(3)孢粉(4)珊瑚(5)史料分析地質(zhì)與歷史時(shí)期，代用資料，

氣候重建現(xiàn)代氣候各種觀測(cè)資料基礎(chǔ)26現(xiàn)代氣候的主要觀測(cè)資料集溫度CRUTS3.211901/01to2012/12，陸地；0.5°x0.5°；Globalsurfacetemperaturedata:GISTEMP:NASAGoddardInstituteforSpaceStudies(GISS)SurfaceTemperatureAnalysis,5°x5°Globalsurfacetemperaturedata:HadCRUT4andCRUTEM4,5°x5°Globalsurfacetemperaturedata:MLOST:NOAAMergedLand-OceanSurfaceTemperatureAnalysis降水CMAP：CMAP:CPCMergedAnalysisofPrecipitation，1979/01to2011/11，2.5°x2.5°globalmonthlyGPCC:GlobalPrecipitationClimatologyCentre，陸地GPCP(Monthly):GlobalPrecipitationClimatologyProject，1979/01-GPCP(Daily):GlobalPrecipitationClimatologyProject，1996/01–衛(wèi)星降水資料：TRMM:TropicalRainfallMeasuringMissionCHOMPS:CICSHigh-ResolutionOptimallyInterpolatedMicrowavePrecipitationfromSatellitesAPHRODITE:AsianPrecipitation-Highly-ResolvedObservationalDataIntegrationTowardsEvaluationofWaterResources，陸地SSTNOAAExtendedReconstructionSSTs,version3(ERSSTv3&3b)HadSST3再分析資料(U,V,Q,Z,T)NCEP/NCAR；ERA-40，ERA-interim；JAR-25，JRA-55；NCEPNARR;NASAMERRAClimateForecastSystemReanalysis(CFSR)NOAA20th-CenturyReanalysis,Version2(20CR)271統(tǒng)計(jì)方法1）分析氣候及氣候變化事實(shí)：均值，變率，趨勢(shì)，年循環(huán)單一時(shí)間序列：回歸分析（趨勢(shì)）、SSA及小波分析（周期）、突變檢測(cè)場(chǎng)序列：EOF（空間型）、REOF（分區(qū)）2）診斷不同氣候要素間的統(tǒng)計(jì)聯(lián)系：

相關(guān)分析、合成分析、SVD等；3）利用要素間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，進(jìn)行氣候預(yù)測(cè)：

建立回歸統(tǒng)計(jì)模型；不能解釋氣候變化或相互聯(lián)系的成因統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)一般對(duì)氣候異?；驓夂蛲蛔兊念A(yù)測(cè)能力較差現(xiàn)代氣候的主要研究方法28二、數(shù)值模擬1.建立在熱量、動(dòng)量、物質(zhì)守恒基礎(chǔ)上的數(shù)值模式，對(duì)氣候系統(tǒng)進(jìn)行定量描述，研究氣候要素變化的物理過(guò)程及成因，進(jìn)行氣候敏感性研究，增強(qiáng)氣候變化機(jī)理的理解；2.模式的誤差：物理過(guò)程的了解不夠，不能給出精確的數(shù)學(xué)描述；計(jì)算誤差。3.隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，模式分辨率增加，對(duì)氣候系統(tǒng)相互作用及各子系統(tǒng)物理過(guò)程的描述準(zhǔn)確性的提高，數(shù)值模式的模擬及預(yù)測(cè)水平將會(huì)越來(lái)越高。29三、氣候及氣候變化或異常的研究思路針對(duì)某一氣候要素1分析其氣候特征：氣候場(chǎng)空間分布、季節(jié)變化；2利用統(tǒng)計(jì)方法分析其氣候變化特征；3利用統(tǒng)計(jì)或數(shù)值模式診斷其變化成因。30第二節(jié)氣候變化史實(shí)一、地質(zhì)時(shí)期的氣候變化1定義：時(shí)間尺度在幾萬(wàn)年以上的氣候變化.地質(zhì)年代：代→紀(jì)→世世：時(shí)間尺度萬(wàn)年以上31地質(zhì)年代氣候概況代紀(jì)世紀(jì)持續(xù)時(shí)間（百萬(wàn)年）紀(jì)開始年齡（百萬(wàn)年BP）新生代第四紀(jì)全新世22大冰期更新世大間冰期第三紀(jì)上新世6466中新世漸新世始新世古新世中生代白堊紀(jì)66132侏羅紀(jì)53185三疊紀(jì)50235古生代二疊紀(jì)45280大冰期石炭紀(jì)65345泥盆紀(jì)55400大間冰期志留紀(jì)35435奧陶紀(jì)55490寒武紀(jì)80570元古代震旦紀(jì)30600大冰期太古代3233以溫暖為主，大冰期和大間冰期交替出現(xiàn)。變溫幅度平均約為10度三次大冰期二次大間冰期成煤紀(jì)34地質(zhì)年代氣候概況代紀(jì)世紀(jì)持續(xù)時(shí)間（百萬(wàn)年）紀(jì)開始年齡（百萬(wàn)年BP）新生代第四紀(jì)全新世22大冰期更新世大間冰期第三紀(jì)上新世6466中新世漸新世始新世古新世中生代白堊紀(jì)66132侏羅紀(jì)53185三疊紀(jì)50235古生代二疊紀(jì)45280大冰期石炭紀(jì)65345泥盆紀(jì)55400大間冰期志留紀(jì)35435奧陶紀(jì)55490寒武紀(jì)80570元古代震旦紀(jì)30600大冰期太古代2特點(diǎn)：大冰期與大間冰期旋回

1）三大冰期（1）震旦紀(jì)大冰期發(fā)生時(shí)間：在早古生代，距今約6億年前。主要特點(diǎn)：這次冰期的影響范圍幾乎遍及世界五大洲，我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)都有震旦紀(jì)冰磧層。（呂梁運(yùn)動(dòng)）36（2）石碳—二疊紀(jì)大冰期發(fā)生時(shí)間：距今2.5~3億年氣候特點(diǎn)：冰期氣候影響的主要在南半球；在北半球(除印度外)到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)屬于這次冰期的可靠遺跡。（3）第四紀(jì)大冰期發(fā)生時(shí)間：距今240萬(wàn)年前開始直到現(xiàn)在；主要特征：存在亞冰期與亞間冰期的冷暖反復(fù)交替。37第四紀(jì)大冰期中的亞冰期距今年數(shù)（萬(wàn)年）歐洲的亞冰期中國(guó)的亞冰期10武木亞冰期大理亞冰期20里斯-武木間冰期30里斯亞冰期廬山亞冰期40-60民德-里斯間冰期70民德亞冰期大姑亞冰期80-90群智-民德間冰期100-110群智亞冰期鄱陽(yáng)湖亞冰期120-130多腦-群智間冰期140-160多腦亞冰期38據(jù)研究，在距今2.1萬(wàn)年前為第四紀(jì)冰川最盛時(shí)期，溫度比現(xiàn)在低8-12度，一直到1.65萬(wàn)年前，冰川開始融化，大約在1萬(wàn)年前大理亞冰期（歐洲武木亞冰期）消退，此后氣候逐漸回暖。39近40萬(wàn)年(第四紀(jì)大冰期)以來(lái)的氣候變化

副冰期-副間冰期旋回南極東方站（Vostok）冰芯反演得到的氣溫、CO2、CH4的變化末次冰期冰盛期（LastGlacialMaximum:LGM)~21kaBP末次冰期（1.8萬(wàn)年BP）中氣候最冷、冰川規(guī)模最大時(shí)段全球降溫5-10C，降水普遍減少，冷干氣候特征末次間冰期最暖時(shí)期（12萬(wàn)年BP）402）二大間冰期（1）寒武紀(jì)—石炭紀(jì)大間冰期發(fā)生時(shí)間：距今約3—6億年?；咎卣鳎貉┚€升高，冰川后退，氣候顯著變暖?！考o(jì)’在地質(zhì)史上又稱為‘成煤紀(jì)’。我國(guó)都處于熱帶氣候。41（2）三疊紀(jì)-第三紀(jì)大間冰期發(fā)生時(shí)間：距今約2.5億年-200萬(wàn)年，包括三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和新生代的第三紀(jì)。主要特征：三疊紀(jì)時(shí)氣候炎熱而干燥，其后侏羅紀(jì)的氣候由干熱轉(zhuǎn)為濕熱，有利于植物生長(zhǎng)，造成繼石炭紀(jì)之后的第二個(gè)成煤時(shí)期。42二、歷史時(shí)期的氣候變化1定義:從第四紀(jì)大冰期中的武木（大理）亞冰期的最近一次副冰期之后的1萬(wàn)年至有器測(cè)資料的“冰后期”氣候。從地質(zhì)年代來(lái)看，該時(shí)期也稱為全新世氣候。2資料來(lái)源：冰芯、樹木年輪、黃土、湖泊沉積、歷史文獻(xiàn)等3特點(diǎn)：溫暖期與寒冷期交替出現(xiàn)434主要?dú)夂蚴录┐伪诒⑵冢↙astGlacialMaximum:LGM)~21kaBP新仙女木事件（YoungerDryas:YD）~12.2-10.5kaBP全新世大暖期（MegathermalinHolocene）~8.5-3.0kaBP中世紀(jì)暖期(MedievalWarmPeriod)~AD900-1300

小冰期(LittleIceAge)~AD1320-192044距今約兩萬(wàn)年前；末次冰期冰盛期（LGM）是距我們最近的極寒冷時(shí)期，LGM時(shí)全球陸地約有24%被冰覆蓋，而現(xiàn)代僅有11%。由于大量的水形成陸冰，海平面可能比現(xiàn)代低130m,南極溫度比現(xiàn)代低10-12°C,格林蘭可能低20°C45新仙女木事件（YoungerDryas:YD）發(fā)生在距今12800年時(shí)，在此之前地球處于溫暖的間冰期。溫度突然下降，幾乎恢復(fù)到冰期最盛期(LGM)的溫度,地球平均氣溫下降了大約7、8℃。這次降溫持續(xù)了上千年.直到11500年前，氣溫才又突然回升。北美長(zhǎng)毛猛犸象、劍齒虎、駱駝和樹獺、美洲獅突然滅絕的原因仙女木：北極植物，寒冷氣候的代表。46新仙女木事件（YD）12.2-10.5kaBP全球冰川消退、氣候回暖過(guò)程中發(fā)生的氣候突變事件，YD結(jié)束后即進(jìn)入溫暖濕潤(rùn)的全新世全新世大暖期8.5-3.0kaBP間冰期中最暖階段，該階段時(shí)限較寬，包含一些氣候波動(dòng)。總體上暖于現(xiàn)代，降水多于現(xiàn)代全新世千年尺度氣候波動(dòng)與氣候事件全新世存在千年尺度氣候波動(dòng)平均周期1.45ka

。11kaBP以來(lái)有9個(gè)寒冷期，最近一次為小冰期.大暖期（8.5-3.0kaBP）8.2kaBP冷事件中世紀(jì)暖期(AD900-1300)小冰期（AD1320-1920）現(xiàn)代增暖（20世紀(jì)）近2萬(wàn)年以來(lái)的氣候變化47一萬(wàn)年來(lái)挪威雪線高度（實(shí)線）與五千年來(lái)我國(guó)溫度（虛線）變遷中國(guó)近五千年內(nèi)可以相對(duì)地分出四個(gè)溫暖期與四個(gè)寒冷期。

200018001600140012001300150017001900+4+3+2+1-10-2-3-4100005000400030002000100050005001000150016001700180019001950高度（m）溫度（℃）年代溫暖期溫暖期溫暖期溫暖期寒冷期寒冷期寒冷期寒冷期歷史時(shí)期的氣候變遷（近數(shù)千年的氣候史）48全新世暖期中國(guó)溫度較現(xiàn)代增加的幅度（單位:℃。施雅風(fēng)等，1992）

oooooooooo12013012535451102350045700250750km100809049上圖：中國(guó)過(guò)去2000年（加權(quán)）溫度距平，分辨率：10年。粗線為3點(diǎn)滑動(dòng)（Yangetal,2002）下圖：東部過(guò)去1200年的溫度距平，分辨率：50年。（據(jù)王紹武等，2000b）過(guò)去2000年中國(guó)東部溫度變化中世紀(jì)暖期小冰期50青海湖孢粉所顯示的近10ka氣溫（℃）、降水量（%）變化（王紹武等，2002a）全新世大暖期51三、近代氣候變化特征1

器測(cè)資料：最早有氣象觀測(cè)記錄地方佛羅倫薩（1652），倫敦（1668），巴黎（1752）2主要?dú)夂蜃兓F(xiàn)象1）全球增暖(GlobalWarming)

波動(dòng)階段性上升不同區(qū)域增暖幅度不同，極區(qū)最顯著52過(guò)去140年來(lái)地球表面氣溫變化情況

IPCCTAR:0.6±0.2?C,0.58?C/100a53過(guò)去150年來(lái)地球表面氣溫變化情況

IPCCAR4:0.45±0.12?C,0.74?C/100a20世紀(jì)增暖主要發(fā)生在兩個(gè)階段：1915-19451975后54LSATSSTGMST全球增暖停滯(1998-present)

globalwarminghiatus

globalwarmingpause

globalwarmingslowdown5556全球增暖停滯(1998-present)可能原因海洋熱含量KosakaY,XieSP(September2013)."Recentglobal-warminghiatustiedtoequatorialPacificsurfacecooling".Nature

501(7467):403–7.Ridley,D.A.;Solomon,S.;Barnes,J.E.;Burlakov,V.D.;Deshler,T.;Dolgii,S.I.;Herber,A.B.;Nagai,T.;Neely,R.R.;Nevzorov,A.V.;Ritter,C.;Sakai,T.;Santer,B.D.;Sato,M.;Schmidt,A.;Uchino,O.;Vernier,J.P.(November2014)."Totalvolcanicstratosphericaerosolopticaldepthsandimplicationsforglobalclimatechange".GeophysicalResearchLetters:n/a–n/a.doi:10.1002/2014GL061541火山爆發(fā)57全球、南北半球溫度變化趨勢(shì)對(duì)比（CRU）（℃/10a）（IPCC，2007）1850~2005年1901~2005年1979~2005年全球0.042±0.0120.071±0.0170.163±0.046北半球0.047±0.0130.075±0.0230.234±0.070南半球0.038±0.0140.068±0.0170.092±0.038陸地0.054±0.0160.084±0.0210.268±0.069海洋0.038±0.0110.067±0.0150.133±0.047陸地溫度增暖速率比海洋快58全球溫度變化趨勢(shì)（℃/10a）（IPCCAR5）1901–2012：0.89°C(0.69°C–1.08°C)1951–2012：0.72°C(0.49°C–0.89°C)年平均氣溫的變化趨勢(shì)5960極區(qū)增溫更顯著61Johannessenetal.(2004)全球增暖的證據(jù)：北極海冰面積減少62全球增暖的證據(jù)：海平面上升636465中國(guó)年平均氣溫距平(1880-1999年)

(國(guó)家評(píng)估報(bào)告：0.2~0.8?C/100a)1998年是近百年最暖的1年，1990s是最暖的10年66中國(guó)年平均氣溫變化趨勢(shì)（%/10a）分布圖（1960—1999）67全球氣候變化的基本特征全球地質(zhì)時(shí)期氣候變化的時(shí)間尺度在22億年到1萬(wàn)年以上，以大冰期和大間冰期的交替出現(xiàn)為特征，氣溫變化幅度在10°C以上歷史時(shí)期的氣候變化是近1萬(wàn)年來(lái)，主要是近5000年來(lái)的氣候變化，變化的幅度最大不超過(guò)2-3°C近代的氣候變化主要是指近百年或20世紀(jì)以來(lái)的氣候變化，氣溫振幅在0.5-1.0°C之間。682）近百年全球降水變化1900-2005年全球陸地降水距平的時(shí)間序列（以1981-2000年GHCN為平均值）（IPCC，2007）無(wú)顯著趨勢(shì)變化6970近百年來(lái)，全球平均降水無(wú)顯著趨勢(shì)變化不同數(shù)據(jù)集趨勢(shì)間存在明顯差異，同時(shí)降水也有較大時(shí)空變率。北半球中緯度陸地降水很可能總體上呈增加趨勢(shì)。71723）近百年中國(guó)降水變化1880-1996年中國(guó)東部35站的年降水量距平（以1961-1990年為基準(zhǔn)期）（王紹武，1998）根據(jù)史料和降水量觀測(cè)結(jié)合無(wú)明顯趨勢(shì)20-30年周期73（1）近百年降水量并無(wú)明顯趨勢(shì)。（2）降水量的變化存在20-30年的干濕期交替：旱期：19世紀(jì)末到20世紀(jì)初有強(qiáng)旱期

20世紀(jì)30年代

20世紀(jì)60-70年代豐水期：20世紀(jì)初期

20世紀(jì)50年代74中國(guó)東部夏季降水的年代際變化(1979-2005減1958-1978)。751951–1978761979–1992771993–2004氣候變化與平均值或離差值變化的關(guān)系相對(duì)于1961–1990平均4）極端氣候的變化英文縮寫指數(shù)名稱定義單位FD霜凍季節(jié)(年)內(nèi)逐日最低溫度<0℃的天數(shù)天HW熱浪逐日最高溫度超過(guò)90%分位點(diǎn)的最大持續(xù)天數(shù)天SDII平均日降水強(qiáng)度季節(jié)(年)總降水量/有雨日數(shù)(≥1mm)mm/dayCDD最大持續(xù)無(wú)雨期季節(jié)(年)內(nèi)最大無(wú)雨（日降水量小于1mm）持續(xù)天數(shù)天(day)R5d連續(xù)五天最大降水量季節(jié)(年)內(nèi)連續(xù)五天降水量之和的最大值毫米(mm)R95t極端降水貢獻(xiàn)率極端降水量（日降水量≥1961-1990期間95%分位點(diǎn)）之和/該年總降水量*100%%極端氣候指數(shù)80極端溫度事件81極端溫度事件82極端降水事件83熱帶氣旋84氣候變化的影響因素

自然原因

銀河系變化、太陽(yáng)演化、太陽(yáng)活動(dòng)地球軌道參數(shù)（軸傾、歲差、偏心率）大陸漂移、造山運(yùn)動(dòng)、火山活動(dòng)海洋環(huán)流與海-冰-氣-陸相互作用人為原因溫室氣體、氣溶膠排放土地使用、熱帶雨林破壞城市化

……

時(shí)間尺度

不同時(shí)間尺度氣候變化、形成機(jī)制不同第三節(jié)85冰期-間冰期循環(huán)（萬(wàn)年尺度）的形成機(jī)制米蘭科維奇理論(Milankovitch,1941)~冰期天文理論軌道參數(shù)的周期性變動(dòng)由于天體間引力的影響，地球軌道偏心率、地軸傾斜度和歲差等地球軌道參數(shù)發(fā)生變化，使地球接收到的太陽(yáng)輻射產(chǎn)生差異，從而引起數(shù)十萬(wàn)年間的氣候變遷。86160萬(wàn)年以來(lái)地球軌道參數(shù)變化地軸傾角（黃赤交角）4.1萬(wàn)年周期歲差2.2萬(wàn)年周期偏心率9.58萬(wàn)年周期1）地球軌道偏心率描述地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌道的圓扁程度，值越大越扁，值越小越圓。軌道偏心率越小(越接近圓形)時(shí)，四季變化相對(duì)較不明顯，也不易有冰期的發(fā)生。反之，偏心率越接近1(但不等于)的軌道，四季明顯，也較易產(chǎn)生冰期。。每隔10萬(wàn)年，地球公轉(zhuǎn)軌道的偏心率變化一個(gè)周期e=0e=0.58821.8~24.5，現(xiàn)在為23.44地軸傾斜度的影響表現(xiàn)在：角度越大，高緯度地區(qū)因接受輻射的時(shí)間差異較大，易形成冰期。地軸傾斜度增加：高緯度輻射量夏季增大，冬季減少，年較差增大，且年輻射量增加；赤道地區(qū)年輻射量減少。2）地軸傾斜度(黃赤交角的變化)893）歲差在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，若北半球傾向太陽(yáng)冬天溫度將會(huì)相對(duì)較高；若因進(jìn)動(dòng)而導(dǎo)致南半球在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)傾向太陽(yáng)，北半球的冬天將較為酷寒。加上北半球陸地多，比熱小，溫度容易下降，而較容易形稱冰期。米蘭科維奇理論(冰期天文理論)認(rèn)為日-地關(guān)系的變化（地球軌道偏心率、地軸傾斜度和歲差）是地球地質(zhì)時(shí)期冰期與間冰期交替出現(xiàn)的主要原因。日-地關(guān)系的變化使地球夏季高緯接收到的太陽(yáng)輻射偏少（或偏多），使得冬季累積的冰雪融化不足（或加速融化），從而出現(xiàn)冰期（或間冰期）。夏季，太陽(yáng)輻射減少，冬季冰雪融化不足，冰雪覆蓋加大，冰雪反照率增加，吸收太陽(yáng)輻射減少，正反饋冰期時(shí)，黃赤交角較小，夏季位于遠(yuǎn)日點(diǎn)，高緯度得到的太陽(yáng)輻射最小反之，黃赤交角較大，地球夏季位于近日點(diǎn)，高緯度獲得太陽(yáng)輻射大，間冰期90912火山活動(dòng)1）火山活動(dòng)的影響：增加大氣氣溶膠。使地面氣溫下降，火山活動(dòng)的“陽(yáng)傘效應(yīng)”?；鹕交覊m和硫酸氣溶膠進(jìn)入到平流層下層，由于不會(huì)受到于水的沖刷，它能擴(kuò)散到整個(gè)半球，低緯度的噴發(fā)能擴(kuò)散到全球，并在中高緯保持最大濃度，最后在極冠落下。強(qiáng)烈反射和散射太陽(yáng)輻射，削弱到達(dá)地面的直接輻射火山灰停留時(shí)間短（幾個(gè)月），硫酸氣溶膠可停留數(shù)年，可長(zhǎng)時(shí)間對(duì)地面產(chǎn)生凈冷卻效應(yīng)。引起不同程度的全球氣候波動(dòng)：全球性的氣溫降低、降水增加、直接輻射減弱、散射輻射增加等。2）火山活動(dòng)呈現(xiàn)周期性變化（如高橋浩一郎（1986）指出：70年周期）92931）太陽(yáng)活動(dòng)的表征：太陽(yáng)黑子。太陽(yáng)黑子多，太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)，太陽(yáng)光斑增加，太陽(yáng)輻射增加.2）太陽(yáng)活動(dòng)的周期性特征：11年（太陽(yáng)活動(dòng)周）、22年（海爾周期）、世紀(jì)尺度；3）太陽(yáng)活動(dòng)周期與氣候振動(dòng)11年周期里，地球氣候表現(xiàn)單的和雙振動(dòng)現(xiàn)象。如地球上雷暴頻數(shù)、大氣環(huán)流特征、氣溫等存在雙振動(dòng)現(xiàn)象（5-6年周期）地球氣候表現(xiàn)出與太陽(yáng)活動(dòng)22年周期一致的海爾周期現(xiàn)象，如氣壓、氣溫、降水、阻塞高壓頻率、大氣活動(dòng)中心位置等太陽(yáng)活動(dòng)世紀(jì)周期與氣候振動(dòng)具有密切的聯(lián)系，環(huán)流強(qiáng)度、臺(tái)風(fēng)頻數(shù)等3太陽(yáng)活動(dòng)944大陸漂移與氣候變化板塊漂移、地形變化改變著地球海陸分布的形態(tài)，對(duì)地球氣候的形成、演變具有重大影響95百年-千年尺度氣候變化的形成機(jī)制海-氣相互作用大西洋溫鹽環(huán)流（THC）變化96全球溫鹽環(huán)流回路97北大西洋溫鹽環(huán)流的變化導(dǎo)致千年尺度氣候變化冰期冰盛期現(xiàn)代98北大西洋溫鹽環(huán)流的減弱或停止導(dǎo)致冷的氣候突變事件海表溫度鹽度（新仙女木事件）99100為何現(xiàn)代氣候增暖歸因于人類活動(dòng)？

增強(qiáng)的溫室效應(yīng)機(jī)制數(shù)值模擬研究表明：?jiǎn)渭兊淖匀蛔兟什蛔阋詫?dǎo)致工業(yè)化以來(lái)以全球增暖為主要特征的氣候變化氣候變化的人為原因101溫室氣體增加產(chǎn)生的氣候效應(yīng):

氣候變暖海平面升高對(duì)降水量及分布的影響對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的影響102未來(lái)氣候變化的預(yù)估（Projection)溫室氣體的排放情景

(Scenario)不確定性（Uncertainty）氣候突變

(AbruptChange)10310421世紀(jì)全球氣溫預(yù)估

（不同模式、不同排放情景，IPCCTAR）105106由于二氧化碳在大氣中能穩(wěn)定存在約200年，即使保持當(dāng)前的排放水平，也無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)使得二氧化碳濃度達(dá)到穩(wěn)定CO2釋放情景大氣中CO2濃度氣溫的響應(yīng)107LandareasareprojectedtowarmmorethantheoceanswiththegreatestwarmingathighlatitudesAnnualmeantemperaturechange,2071to2100relativeto1990:GlobalAveragein2085=3.1oC108全球變暖模擬的不確定性1）人類活動(dòng)的不確定性：能源排放、人口增長(zhǎng)、土地利用等方面的發(fā)展?fàn)顩r；2）人類活動(dòng)排放的微量氣體在輻射過(guò)程中的作用的復(fù)雜性；3）氣候模式的不確定性。109未來(lái)氣候突變的可能性美國(guó)國(guó)防部秘密報(bào)告：AnAbruptClimateChangeScenarioandItsImplicationforUnitedStatesNationalSecurity（氣候突變情景及其對(duì)美國(guó)國(guó)家安全的含義）電影：TheDayafterTomorrow

（后天）201221世紀(jì)某個(gè)時(shí)段北大西洋溫鹽環(huán)流減弱或崩潰？110全球增暖情景下模擬的大西洋溫鹽環(huán)流崩潰及其氣候后果111

全球變暖對(duì)人類與社會(huì)發(fā)展的影響1）農(nóng)業(yè)：產(chǎn)量、生長(zhǎng)的積溫分布的可能變化、農(nóng)作物耕作制度；2）林業(yè)：植被（森林）分布3）地球生態(tài)系統(tǒng)4）水資源：水循環(huán)、降水、徑流；5）海洋和海岸帶：海平面、海洋環(huán)流、海洋生態(tài)系統(tǒng)；6）人類健康；7）工業(yè)、運(yùn)輸?shù)?128）氣候影響的不確定性（1）未來(lái)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不確定性；（2）未來(lái)氣候變化的不確定性；（3）氣候影響模式的不確定性；（4）氣候影響的局地性很強(qiáng)113

全球氣候變暖的應(yīng)對(duì)1）能源排放與減排對(duì)策，定期給出：國(guó)家排放清單、計(jì)算各國(guó)未來(lái)排放方案、制訂減排和限排方案、能源排放貿(mào)易和納稅、技術(shù)改革和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等。2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：人類活動(dòng)與氣候變化和氣候影響之間的關(guān)系尚未研究清楚，存在很大的不確定性，需要進(jìn)行對(duì)氣候?qū)Σ叩娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。3)氣候變化的集成評(píng)估

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氣候變化與影響研究涉及的領(lǐng)域很多，包括能源各部門、氣象、環(huán)境、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、醫(yī)藥等部門，還間接涉及到政策與策略的許多部門以及人口、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各部門。建立一種集成模式，把與氣候變化有關(guān)系的各部門和行業(yè)通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一模式定量地聯(lián)系起來(lái)。4）減排與發(fā)展

對(duì)策：發(fā)展清潔能源來(lái)代替煤、石油、天然氣；對(duì)排放溫室