第一章 引論全球變化生態(tài)學(xué)

全球變化生態(tài)學(xué)孫國(guó)鈞sungj@第一章引論第二章氣候變化相關(guān)國(guó)際會(huì)議、公約第三章氣候變化相關(guān)國(guó)際重大研究計(jì)劃第四章氣候變化下的NGO和公司第五章生物與環(huán)境第六章種群第七章群落第八章生態(tài)系統(tǒng)第九章生物多樣性第一章引論2013年全球變暖各地極端天氣堪比“末日”

1月，由加拿大而來的北極氣團(tuán)持續(xù)席卷大部分的美國(guó)地區(qū)，致使北方部分地區(qū)呈現(xiàn)出了2013年“冰河時(shí)代”的面貌。1月，熱帶氣旋“奧斯瓦德”肆虐澳大利亞東部，所到之處，狂風(fēng)大作，暴雨如注。當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月28日，昆士蘭州因強(qiáng)降水爆發(fā)了洪水，已經(jīng)導(dǎo)致3人死亡，數(shù)百座房屋被淹沒。1月，澳大利亞被滾滾熱浪包裹，多地氣溫達(dá)到40℃，甚至44℃。此外高溫還引發(fā)山林大火，導(dǎo)致多人死亡和失蹤。部分地區(qū)溫度計(jì)破表4月，蘇格蘭地區(qū)遭遇強(qiáng)沙塵暴襲擊，造成大量農(nóng)作物毀壞，不少農(nóng)民的土地變成了“沙灘”。2013年5月10日，加拿大遭遇每小時(shí)55英里(約合每小時(shí)88公里)速度的強(qiáng)風(fēng)，強(qiáng)風(fēng)將正在解凍的多芬湖的冰堆推至岸邊使當(dāng)?shù)鼐用駭?shù)家房屋被摧毀，超過15家受災(zāi)嚴(yán)重，但幸無受傷。報(bào)道強(qiáng)調(diào)，如此強(qiáng)度和規(guī)模的風(fēng)力實(shí)屬罕見2013年5月31日，一場(chǎng)劇烈的龍卷風(fēng)“EF3”席卷了美國(guó)俄克拉荷馬州，其中專業(yè)風(fēng)暴追逐者提姆?塞姆拉斯和保羅?薩馬拉斯及隊(duì)員卡爾?榮格不幸喪生。這場(chǎng)龍卷風(fēng)已造成至少100人受傷，大量房屋被毀和專業(yè)追風(fēng)暴者死亡人數(shù)上升至12人。

7月，英國(guó)飽受自1976年以來最為極端惡劣的天氣侵襲，損失慘重。其中，諾丁漢郡因大雨襲擊大片魚群死亡，連綿一個(gè)月之久的降雨也一直困擾著伍斯特郡。7月以來，美國(guó)死亡谷國(guó)家公園持續(xù)高溫，游客們甚至借此機(jī)會(huì)在公園內(nèi)的石頭上煎起了雞蛋。2013年7月28日晚，德國(guó)漢諾威(Hannover)忽然天降冰雹，令人猝不及防。不僅如此，冰雹的個(gè)頭十分碩大，最大的直徑達(dá)到了8厘米。7月16日，夏天原本是享受大自然風(fēng)光的最佳時(shí)節(jié)，但是今年夏天，德國(guó)人卻飽受蚊子的侵?jǐn)_。由于洪災(zāi)和隨后而至的高溫天氣，德國(guó)的蚊子泛濫成災(zāi)，部分地區(qū)“蚊子甚至遮蔽了天空，看起來好像陰天了一樣?！?月31日，因?qū)幉ㄟB續(xù)多天40度高溫，甬臺(tái)溫高速奉化收費(fèi)站附近一塊廣告牌發(fā)生了自燃。38年前，也就是1975年8月8日，美國(guó)著名的氣候?qū)W家、地球化學(xué)家WallaceBroecker教授在《科學(xué)》雜志發(fā)表了題為“我們是不是處在全球變暖的緊要關(guān)頭？”的文章。在文章中他預(yù)測(cè)，地球即將轉(zhuǎn)入由于二氧化碳增加導(dǎo)致的全球變暖期。這篇文章的發(fā)表正式宣布了“全球變暖”概念的誕生。在1968年12月，阿波羅8號(hào)首次離開近地軌道，在距地球30000千米所拍攝到地球的照片，阿波羅8號(hào)的宇航員對(duì)地球的描述：在浩瀚太空中的一個(gè)巨大的綠洲。任務(wù)徽章

阿波羅8號(hào)任務(wù)徽章1.藍(lán)色星球2.改變了人類傳統(tǒng)的觀點(diǎn)3.地球作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)任務(wù)徽章

為什么地球與其他星球有這么大區(qū)別？地球生命系統(tǒng)的作用是什么？任務(wù)徽章

1.1蓋亞假說

蓋亞假說（GaiaHypothesis）是由詹姆斯·洛夫洛克在1972年提出的一個(gè)假說。

詹姆斯·洛夫洛克指出，我們的行星上的大氣由生命無法存活的混合氣體組成，通過地球化學(xué)過程（如巖石侵蝕）和大氣支持的有機(jī)物活動(dòng)（如用光和植物去除二氧化碳并產(chǎn)生氧氣），這些氣體得以維持平衡比例。他以古希臘大地母親女神蓋亞命名了該假說，提出陸生生物過程和自然過程共同作用產(chǎn)生并調(diào)節(jié)有益于生命繼續(xù)生存的環(huán)境。1.1蓋亞假說地球與其生物系統(tǒng)形成一個(gè)“超級(jí)有機(jī)體”。這一有機(jī)體具有自我調(diào)節(jié)的負(fù)反饋機(jī)制，生命與環(huán)境相互作用，從而保持地球的環(huán)境條件適宜生命的持續(xù)與發(fā)展。與傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)的區(qū)別：生物不是被動(dòng)地受環(huán)境條件的影響，而是能夠主動(dòng)調(diào)節(jié)其生存環(huán)境。反饋系統(tǒng)環(huán)境生命蓋亞假說：生命與環(huán)境的反饋?zhàn)饔?/p>

如今，人類也是生物系統(tǒng)的重要成分，人類活動(dòng)改變了地球系統(tǒng)，如氣候、生態(tài)系統(tǒng)。如果沒有溫室氣體，地球表面溫度將是-19℃，但如果這些氣體在現(xiàn)有水平上不加任何控制地增長(zhǎng)，地球的氣候就會(huì)類似金星。確保蓋亞的溫室氣體成份保持穩(wěn)定已經(jīng)成為21世紀(jì)最大的科學(xué)和政治挑戰(zhàn)之一。任務(wù)徽章

自從二戰(zhàn)以來快速的全球變化，給生態(tài)學(xué)家研究全球尺度的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象帶來了新的挑戰(zhàn)。

斯坦福生態(tài)學(xué)家彼得·維托塞克（PeterVitousek）指出，我們是利用工具觀測(cè)到地球系統(tǒng)受人類活動(dòng)而變化的第一代人，也很有可能成為唯一有機(jī)會(huì)減弱這種變化趨勢(shì)的一代人。1.2全球化與全球變化全球化促進(jìn)了產(chǎn)品、服務(wù)、勞動(dòng)力、金融、資源及環(huán)境生產(chǎn)要素等的流動(dòng)擴(kuò)大了人類活動(dòng)的范圍和影響程度，加深了全球環(huán)境變化全球變化全球變化(Globalchange)：包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈地球系統(tǒng)的變化全球環(huán)境變化(GlobalEnvironmentalChange)：涉及人類與環(huán)境的相互作用、影響和響應(yīng)的全球變化全球氣候變化(GlobalClimaticchange)：地質(zhì)歷史時(shí)期或儀器觀測(cè)的氣候記錄的變化全球氣候變暖(GlobalWarming)：指全球的平均氣溫逐漸升高的現(xiàn)象。1.2全球變化科學(xué)19世紀(jì)早期,地球生物圈(Biosphere)的概念1927年,LeRoy和TeilharddeChardin首次提出人類圈(Noêsphere)的概念1955年舉行的題為“人類在改變地球面貌中的作用”的研討會(huì)上有關(guān)環(huán)境的全球概念得到、跨學(xué)科的回顧1984年國(guó)際科學(xué)委員會(huì)(ICSU)第一次全球變化國(guó)際在加拿大渥太華召開20世紀(jì)末期，“國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃”（IGBP）、“全球環(huán)境變化的人文因素計(jì)劃”（IHDP）、“世界氣候研究計(jì)劃”（WCRP）和國(guó)際生物多樣性計(jì)劃（DIVERSITAS）及全球氣候、海洋及陸地觀測(cè)系統(tǒng)（GCOS）（GOOS）（GTOS）建立20世紀(jì)末期，聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約、京都議定書、蒙特利爾議定書簽訂

1.3全球變化的證據(jù)什么是全球變化？陳宜瑜等認(rèn)為全球變化是一門集成學(xué)科,以“地球系統(tǒng)”為研究對(duì)象,將大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈(包括人類自身)視為一個(gè)整體,探討由一系列相互作用過程聯(lián)系起來的復(fù)雜非線形多重耦合的地球系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制。全球變化包括：人口、氣候、經(jīng)濟(jì)、資源利用、能源開發(fā)、交通、通訊、土地利用和覆蓋、城市化、全球化、大氣和海洋環(huán)流、碳氮水等循環(huán)、冰川減少、海平面上升、食物網(wǎng)、生物多樣性、污染、健康、過度捕漁等等。氣候變化：主要表現(xiàn)為全球變暖在北極地區(qū)發(fā)現(xiàn)了喜愛溫水環(huán)境的藍(lán)貽貝；該軟體動(dòng)物通常生活在法國(guó)和美國(guó)東岸之類的溫暖水域；挪威斯瓦爾巴群島附近的海面冰層融化帶伸展到了近250年來的最北區(qū)域近年來，居住在加拿大北部的因紐特人行走在海面的冰層上，會(huì)發(fā)生因冰太薄而掉下去的事件，而從前冰層是非常牢固的；在北歐的斯堪的納維亞地區(qū)，樺樹生長(zhǎng)的區(qū)域正在向北擴(kuò)展；武素功發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)江源頭格拉丹東地區(qū)的崗加曲巴冰川，1970-90年20年后退達(dá)500米；1991到2004年估計(jì)冰川大體上退縮了750米，退縮速度提高一倍；中國(guó)冰川面積近40年平均減少了7%，目前冰川年融水徑流量相當(dāng)于一條黃河。1861年以來，全球的氣溫變化趨勢(shì)

20世紀(jì)氣溫增幅最大的兩個(gè)時(shí)期。全球溫度變化-區(qū)域差異來源：IPCC第三次評(píng)估報(bào)告其他氣候變化的結(jié)論

氣溫和海溫

1950-1993年期間，陸地表面的日最低氣溫以每十年0.2℃的速度遞增，超過日最高氣溫遞增速度的兩倍。使中高緯度許多地區(qū)的無霜期加長(zhǎng)；海平面溫度的上升速度是陸地表面平均氣溫上升速度的一半；對(duì)流層氣溫

20世紀(jì)50年代以來，地表以上8km的大氣層平均每10年增溫0.1℃。降水

20世紀(jì)北半球中高緯度大陸地區(qū)，每十年的降水量很可能增加了0.5-1%。熱帶地區(qū)可能每十年增加了0.2-0.3%。而亞熱帶地區(qū)可能減少了0.3%；

20世紀(jì)后半葉，北半球中高緯度地區(qū)，強(qiáng)降水天氣可能增加了2-4%。溫室氣體的含量與作用溫室氣體包括CO2、CH4、N2O、CFCs（氟氯化碳）、O3，只占大氣組成的1%；還有H2O（約1%）靠吸收地面紅外輻射起到增溫作用沒有溫室氣體，地表溫度-18℃；目前溫度15℃，溫室氣體增溫33℃各種溫室氣體增溫作用的相對(duì)大小

CO2: 60%CH4: 15-20%N2O,CFCs,O3: 20%溫室效應(yīng)示意圖溫室氣體的變化：

大氣CO2濃度增加的紀(jì)錄根據(jù)美國(guó)冒納羅亞氣象臺(tái)的記錄顯示：最近大氣中二氧化碳平均濃度達(dá)到379ppm，比一年前上升了3ppm，創(chuàng)下歷史新高；而過去10年中大氣二氧化碳含量年平均增長(zhǎng)幅度為1.8ppm；50年前，大氣二氧化碳含量平均每年僅增1ppm；有關(guān)研究顯示，在人類尚未進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代和大規(guī)模使用礦物燃料之前，地球大氣中的二氧化碳濃度保持在280ppm左右；由聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署等建立的政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)曾預(yù)測(cè)說，如果各國(guó)不采取行動(dòng)遏制溫室氣體排放，大氣中二氧化碳濃度到2100年將達(dá)到650至970ppm。近千年來大氣CO2濃度的變化45萬年以來大氣二氧化碳濃度的變化目前的CO2濃度是42萬年的最大值過去1000年大氣甲烷和N2O濃度的變化甲烷氧化亞氮過去400年大氣中氣溶膠濃度的變化大氣臭氧變化南極臭氧層空洞臭氧空洞造成紫外輻射增加全球臭氧變化趨勢(shì)60S-60N2001年2002年近年來臭氧問題有所緩解1987年國(guó)際社會(huì)簽署的保護(hù)臭氧層公約

《蒙特利爾議定書》自1700年至1980年，自然生態(tài)系統(tǒng)占地從95%減少到65%；人工生態(tài)系統(tǒng)占地則從5%增加到35%土地利用/土地覆被的變化其他林地草場(chǎng)耕地

農(nóng)田擴(kuò)張農(nóng)業(yè)文明約有1萬年的歷史，但耕地增長(zhǎng)速度緩慢。耕地的擴(kuò)張主要發(fā)生在1850年以來的140年間，最近90年來全球耕地面積增加了一倍；

林地減少過去140年間，拉丁美洲林地面積減少了28%；南亞和東南亞減少了34-38%；

城市擴(kuò)張總面積只占陸地總面積的1%左右，但發(fā)展迅速。世界主要熱帶國(guó)家80-90年代森林面積減少

森林減少的原因轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)遷移農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化為灌叢正在消失中的綠色寶庫(kù)我國(guó)森林資源遭到破壞的原因：（1）集中過伐，消耗量大于生長(zhǎng)量；（2）計(jì)劃外采伐量大；

（3）森林火災(zāi)及病蟲害損失大；（4）毀林開荒和濫伐現(xiàn)象極其嚴(yán)重。1.3全球變化的影響可能的影響健康天氣原因的死亡現(xiàn)象傳染病森林群落結(jié)構(gòu)地理分布健康和生產(chǎn)力水資源水量水質(zhì)用水競(jìng)爭(zhēng)海岸帶沿岸侵蝕沿岸土地淹沒沿岸城鄉(xiāng)保護(hù)的成本自然生態(tài)區(qū)物種和棲息地的喪失農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量灌溉用水的需求變化氣候變化氣溫降水海平面上升生物多樣性減少

Biodiversityloss1)物種多樣性減少Speciesdiversity：世界物種總數(shù)約500～3000萬種（已被陳述140萬種），近百年獸類減少150種。2)生態(tài)系統(tǒng)多樣性減少Ecosystemdiversity：森林、草原、濕地、水生生境遭受破壞。3)遺傳多樣性減少Geneticdiversity。生物多樣性減少的后果為：

(1)破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能；

(2)影響人類食物來源；

(3)影響人類對(duì)疾病斗爭(zhēng)（人類60％主要依據(jù)野生植物為藥品）；

(4)影響生產(chǎn)原料供給。物種的減少動(dòng)物正以自然界正常速率的一百至一千倍的速度永久地消失。在世界范圍內(nèi)，特別是在熱帶雨林中，動(dòng)物的生命受到嚴(yán)重威脅。熱帶雨林只占陸地面積的10％，呈窄的帶狀分布，其中生活了現(xiàn)今生物的一半以上。雨林正在以很快的速度消失。在今后的50年中，大部分熱帶雨林很可能永遠(yuǎn)消失。如果雨林遭到破壞，多達(dá)300萬種的大小動(dòng)物可能隨之絕滅。城市擴(kuò)張、污染、耕種、放牧和伐木毀壞了數(shù)千種動(dòng)物賴以生存的荒野，是導(dǎo)致物種滅絕的主因哺乳動(dòng)物鳥類滅絕的種數(shù)50201600-16491650-16991700-17491750-17991800-18491850-18991900-1959

有關(guān)生物多樣性，人類現(xiàn)有的知識(shí)最少。拿熱帶雨林來講，生活在地球上的所有生物物種中，十種之中有六種來自熱帶森林，而科學(xué)家所能認(rèn)識(shí)的只不過3/10。

物種的減少棲居區(qū)：歐洲中部滅絕：1627年獵殺原因：肉棲居區(qū)：非洲滅絕：1883年獵殺原因：皮毛棲居區(qū)：新英格蘭至美國(guó)東海岸南部滅絕：1932年獵殺原因：肉野牛斑驢石南雞幾種獵殺滅絕的動(dòng)物袋狼是像狼的有袋類，背上有條紋，頜骨很有力。最后一只袋狼死于1936年。幾萬年來，它們是塔斯馬尼亞島的主要捕食動(dòng)物。但是當(dāng)英國(guó)人在這個(gè)澳大利亞島嶼定居后，他們?yōu)榱损B(yǎng)羊而砍倒了大片森林。袋狼捕食羊，牧場(chǎng)主就向它們開火。隨著供它們棲居的荒野變小，袋狼消失了。在世界各地，其他島嶼上的捕食動(dòng)物也遭到了類似的命運(yùn)。袋狼氣候變化的影響雪被和冰被衛(wèi)星