第

二

章全球變化的主要特征與過程第一頁，共69頁。第一節(jié) 全球變化的時空譜特征第二節(jié) 全球變化的驅(qū)動力第三節(jié) 全球變化的三大循環(huán)過程第二頁，共69頁。第一節(jié)

全球變化的時空譜特征全球變化的時間尺度全球變化的空間尺度時空尺度的聯(lián)系性第三頁，共69頁。一、全球變化的時間尺度（陳速逑2001）≥106年尺度，地質(zhì)歷史時期內(nèi)，涉及到所有圈層,構(gòu)造運動對氣候變化的驅(qū)動作用占據(jù)主導(dǎo)地位。103-106年尺度，第四紀(jì)晚期及人類歷史時期內(nèi)，受地球軌道參數(shù)變化的驅(qū)動，冰期—間冰期變化表現(xiàn)顯著。100-103年尺度，年際、年代際、世紀(jì)際時期內(nèi)，太陽活動、火山活動、大氣環(huán)流的長期變化、厄爾尼諾-南方濤動等自然因子；大氣溫室效應(yīng)的增強等人為因子驅(qū)動著氣候變化。10-1-100幾天-幾個季度尺度，一年內(nèi)的變化。10-4-10-1幾秒-幾小時尺度，一天內(nèi)的變化。第四頁，共69頁。全球變化事件與過程的時空尺度S Min特征時間尺度log(s)DayYear(a)Centary104a106a109a全球104特征空間

103尺度（公里）102101100局地大氣湍流大氣對流地震周期火山爆發(fā)營養(yǎng)物循環(huán)季節(jié)性植物循環(huán)土壤侵蝕成礦作用土壤溫度變化上層海洋混合天氣尺度系統(tǒng)土壤形成海洋環(huán)流全球天氣變化CO2變化氣候El

Nino大氣組分冰期間冰期物種形成滅絕事件造山事件板塊構(gòu)造地幔對流地球和生命起源要認(rèn)識這些事件和過程的性質(zhì)，就必須在特定的時空尺度上對它們進(jìn)行研究。第五頁，共69頁。1、幾百萬年以上尺度變化的概念模式在最初十幾億年，全球變化以發(fā)生在地球歷史的的各種早期地球過程為起點,從地球的起源、生命的出現(xiàn)，決定地球早期的歷史并構(gòu)成了以后全球變化的基礎(chǔ)。該時間尺度的事件受地球行星演化規(guī)律與進(jìn)程的控制，基本為不可逆過程。包括的事件有：造山造陸導(dǎo)致的地球上滄海桑田的演變、大氣圈和水圈的形成的演變、生命的起源等。S Min

Day特征時間尺度log(s)Year(a)

Centary104a106a109a全球征

104空

103間

102尺

101100度

局（

地公里特）成礦作用物種形成地幔對流滅絕事件造山事件板塊起構(gòu)源造地球和生命第六頁，共69頁。2、幾千年~幾十萬年尺度變化的概念模式在幾千年-幾十萬年尺度上,

第四紀(jì)晚期（距今最近的一個地質(zhì)時期）和人類歷史時期，全球變化主要由地球軌道要素的周期變化而引起的。板塊運動造成的大地貌單元的變化與火山活動通過地球軌道參數(shù)變化發(fā)生耦合作用，共同決定全球變化的狀態(tài)。（可逆事件）海面升降； 大氣成分的變化生物種的分布、遷移、滅絕人類文明的誕生和發(fā)展第七頁，共69頁。該時間尺度的事件受地球軌道參數(shù)（如偏心率、黃赤交角和歲差）等變化的影響。屬于可逆事件。包括的事件有：第四紀(jì)冰期－間冰期的交替、海面的升降、伴隨冷暖干濕的大氣成分的改變、古土壤層的發(fā)育、生物中的分布、遷移和滅絕，以及人類文明的誕生和發(fā)展。S Min特征時間尺度log(s)DayYear(a)

Centary

104a106a109a全球104103特征

102空間

101尺度

100（公

局地里）成礦作用土壤形成海洋環(huán)流大氣組分冰期間冰期物種形成滅絕事件人類文明的誕生和發(fā)展第八頁，共69頁。3、幾年~幾百年尺度變化的概念模式全球變化最受關(guān)注。在此時間尺度上,年際、年代際、世紀(jì)際事件。同時人類活動對全球變化的影響也最為明顯。主要驅(qū)動因子：太陽活動、火山活動、大氣環(huán)流的長期變化、厄爾尼諾-南方濤動等自然因子；大氣溫室效應(yīng)的增強等人為因子。第九頁，共69頁。該時間尺度的事件受太陽活動、火山活動、大氣環(huán)流的長期變化、ENSO等自然因子和大氣溫室效應(yīng)的增強等認(rèn)為因子的控制和驅(qū)動。包括的事件有：全球氣溫的趨勢上升、氣溫、海溫、降水量、徑流量、植物物候期及生長季節(jié)等的準(zhǔn)周期性波動和突變，植物群落結(jié)構(gòu)變化和植被帶的可能移動。S Min特征時間尺度log(s)DayYear(a)Centary104a106a109a全球104103特征

102空間

101尺度

100（

局公

地里）營養(yǎng)物循環(huán)季節(jié)性植

土壤侵蝕物循環(huán)土壤溫度變化上層海洋

海洋環(huán)流混合CO2變化氣候ElNino第十頁，共69頁。4、幾天~幾個季度尺度變化的概念模式季節(jié)更替為本質(zhì)特征。主要驅(qū)動因子：太陽輻射輸入的年循環(huán)。S Min特征時間尺度log(s)DayYear(a)

Centary104a106a109a全球104103特征空

102間尺

101度（

100公里

局地）地震周期火山爆發(fā)營養(yǎng)物循環(huán)季節(jié)性植物循環(huán)土壤溫度變化上層海洋混合天氣尺度系統(tǒng)全球天氣變化第十一頁，共69頁。5、幾秒~幾小時尺度變化的概念模式日變化為本質(zhì)特征。主要驅(qū)動因子：太陽輻射輸入的日循環(huán)。日變化為本質(zhì)特征。主要驅(qū)動因子：太陽輻射輸入的日循環(huán)。包括的事件有：風(fēng)溫壓濕的日變化、地表植物冠層與大氣界面上的分子擴(kuò)散和湍流交換、物質(zhì)交換過程第十二頁，共69頁?！?/p>

氣候變化的時間尺度從時間尺度來看，氣候變化可以分為六類：地質(zhì)時期氣候變化歷史時期氣候變化超長期氣候變化長期氣候變化中期氣候變化短期氣候變化萬年或萬年以上（104~108年）幾千年（103~104年）幾百年

（世紀(jì)際102~103

）幾十年（年代際101~102年）幾年（年際100~101年）月或季（100年）第十三頁，共69頁。二、全球變化的空間尺度：1、全球尺度

≥20

000km特征事件：太陽輻射分布、大氣環(huán)流和洋流、溫室效應(yīng)加劇、全球氣候變化、臭氧層破壞、地球和生命的起源等2、區(qū)域尺度

≤100-20

000km特征事件：季風(fēng)、大型天氣過程、海流、ENSO、構(gòu)造運動、造山運動、冰期-間冰期交替、氣候帶與地帶性植被的形成等3、地方尺度

≤10-100km特征事件：地震、流域水土流失、中尺度天氣系統(tǒng)、植物物候、城市氣候與大氣污染、河流與水域的污染、成礦作用等4、局地尺度

≤103m特征事件：火山爆發(fā)、小流域地表侵蝕、小尺度天氣系統(tǒng)等第十四頁，共69頁。全球尺度

(空間范圍在20

000公里以上，為半球至全球尺度)特征事件有：太陽輻射的分布，大氣環(huán)流和洋流，溫室效應(yīng)加劇與全球氣候變化，臭氧層的破壞，地球和生命的起源等。這些事件對應(yīng)的時間譜相當(dāng)寬泛（從年至幾十億年），并且不同時空尺度的過程是相互影響的。如溫室氣體和臭氧層的破壞是近百年的事情，但它們對季節(jié)、年際、幾十年至上百年的全球和區(qū)域氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)演變產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。區(qū)域尺度（100公里－20

000公里，地域單元為：大陸、大洋、陸地上的自然帶和自然區(qū)及海區(qū)等）特征事件有：季風(fēng)、大型天氣過程（臺風(fēng)、氣旋反氣旋）、海流、ENSO、巖石圈板塊構(gòu)造運動與造山運動、冰期－間冰期交替、氣候帶與地帶性植被－土壤的形成。這些事件對應(yīng)的時間譜相當(dāng)寬泛（從年至幾十億年），并且不同時空尺度的過程濕相互影響的。如青藏高原隆起的效應(yīng)。第十五頁，共69頁。地方尺度（10公里－100公里）特征事件有：地震、流域的水土流失、中尺度天氣系統(tǒng)（如雷暴）、植物物候期的水平變化、城市氣候與大氣污染、河流與水域的污染、成礦作用等。這些事件對應(yīng)的時間譜可以從小于1天到百萬年。事件的個體性增強，彼此間的聯(lián)系減弱，事件的影響多限于當(dāng)?shù)?。局地尺度?0公里以下）特征事件有：火山爆發(fā)、小流域地表侵蝕、小尺度天氣系統(tǒng)（如龍卷風(fēng)、山谷風(fēng)）、植物物候期的隨地形的變化、植被冠層的微氣象、土壤的養(yǎng)分循環(huán)、氣體等的點污染。這些事件對應(yīng)的時間譜短，從幾秒到一年內(nèi)，空間特性明顯。第十六頁，共69頁。三、時空尺度的聯(lián)系性：1、大氣圈的變化 最活躍2、生物圈的變化 較為復(fù)雜3、土壤的成土過程從幾百年-幾千年，但其侵蝕過程僅幾年-幾十年，甚至是一次暴雨過程4、海洋過程5、地質(zhì)過程中的板塊運動、地幔對流、造山運動、地球的起源第十七頁，共69頁。第二節(jié)全球變化的驅(qū)動力Questions驅(qū)動全球變化的外力因素？

驅(qū)動全球變化的內(nèi)力因素？

人類是怎樣影響全球變化的？

地球系統(tǒng)內(nèi)部的反饋作用。第十八頁，共69頁。全球變化驅(qū)動因素:地球外力因素；地球內(nèi)力因素；人類活動對全球變化的影響；地球系統(tǒng)自身相互間的影響和反饋。第十九頁，共69頁。影響全球變化因素:①周期變化因素。太陽活動、地球軌道參數(shù)的變化,

致全球環(huán)境的周期性變化;②非可逆性變化因素。太陽長期演化、板塊運動,

可致環(huán)境的不可逆的變化;③隨機發(fā)生的因素。火山活動、小行星碰撞,

致全球變化有短期的擾動,

也有長期的不可逆的變化。每種因素在不同時間尺度上具有不同的重要程度和表現(xiàn)方式。第二十頁，共69頁。一、驅(qū)動全球變化的地球外因素□

太陽輻射的變化□

地球軌道參數(shù)的變化□

地外物體的撞擊作用第二十一頁，共69頁。太陽輻射、其他天體引力作用、星體對地球的撞擊。太陽輻射直接驅(qū)動了發(fā)生在地球表面的各種過程。太陽輻射變化改變到達(dá)大氣頂能量，影響能量收支 導(dǎo)致氣候變化全球變化

。其他天體引力作用星體對地球的撞擊物種的滅絕和產(chǎn)生地球運動軌道參數(shù)改變地球運動軌道參數(shù)改變，地貌改變、地球全球變化。自1750年至今，太陽輻射變化導(dǎo)致的輻射強迫約為0.3±0.2W/M2，據(jù)估計主要發(fā)生在20世紀(jì)的前50年中。1970年代以來，衛(wèi)星觀

測到的太陽輻射沒有大的變化。第二十二頁，共69頁。Data1）太陽活動：太陽活動指太陽表面上一切擾動現(xiàn)象的總稱。如太陽黑子、光斑,

譜斑、耀斑,

日餌等。2）太陽活動的周期：太陽黑子活動在101~102

年尺度上存在顯著的周期變化。如11年的沃爾夫周期、22年的海爾周期、80年的世紀(jì)周期、180年的雙世紀(jì)周期等。第二十三頁，共69頁。據(jù)估計：太陽輻射變化1%，地面平均溫度可變化約1℃，冬半球高緯度溫度變化更為明顯；模擬結(jié)果顯示：太陽常數(shù)增加2%，地面溫度可上升約3℃；太陽常數(shù)減少2%，地面溫度可下降約4.3℃。有資料表明：太陽黑子活動弱時氣溫偏低，歷史上太陽活動極小期對應(yīng)冷期，如17世紀(jì)的小冰期，是太陽黑子活動的蒙得爾極小期，太陽常數(shù)比現(xiàn)代低1%

。第二十四頁，共69頁。據(jù)估計：太陽輻射變化1%，地面平均溫度可變化約1℃，冬半球高緯度溫度變化更為明顯；模擬結(jié)果顯示：太陽常數(shù)增加2%，地面溫度可上升約3℃；太陽常數(shù)減少2%，地面溫度可下降約4.3℃。有資料表明：太陽黑子活動弱時氣溫偏低，歷史上太陽活動極小期對應(yīng)冷期，如17世紀(jì)的小冰期，是太陽黑子活動的蒙得爾極小期，太陽常數(shù)比現(xiàn)代低1%

。第二十五頁，共69頁?！醯厍蜍壍绤?shù)的變化地球軌道要素主要有3個:偏心率、黃赤交角與歲差。20世紀(jì)30年代米蘭科維奇提出用地球軌道要素的變化來解釋第四紀(jì)冰期——間冰期的交替。（1）地球繞太陽運行的軌道參數(shù)的變化會引起日地距離的變化,從而改變地球接受的太陽輻射量。（2）軌道參數(shù)的變化則可能影響地球接受太陽輻射的季節(jié)變化及地理分布的變化,進(jìn)而改變氣候。認(rèn)為：夏季接受太陽輻射的多少是冰蓋盛衰的關(guān)鍵。夏季涼爽會使冬季積雪融化較少,因而導(dǎo)致冰進(jìn)。夏季炎熱則可以使冰雪融化,造成冰退。第二十六頁，共69頁。1）地球軌道偏心率：地球繞日橢圓軌道的焦距與主軸長度之比。2）黃赤交角：地球自轉(zhuǎn)軸與對黃道面的垂直軸之間的交角。3）

歲差

：春分點的進(jìn)動。4)耀斑是太陽大氣中的爆炸現(xiàn)象，表現(xiàn)為日面突然出現(xiàn)迅速發(fā)展的亮斑閃耀，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間，釋放出相當(dāng)于上百億顆百噸級氫彈爆炸的巨大能量。第二十七頁，共69頁。①偏心率：偏心率變化于0.005~0.06之間，周期約9.6萬年,另有40萬年的周期變化。目前偏心率約0.0167。偏心率愈小，地球繞日軌道愈接近圓形。目前的近日點與遠(yuǎn)日點接受的太陽輻射量約差7%，若偏心率最大時接受的太陽輻射量可差30%。現(xiàn)代北半球為冬季時在近日點,夏季在遠(yuǎn)日點,夏季雖然太陽輻射強度下降但夏季增長,有利于冰融化。第二十八頁，共69頁。②黃赤交角：黃赤交角的變化影響地球上不同緯度和不同季節(jié)的氣候差異程度的大小，黃赤交角越大，冬季和夏季的差異越大。黃赤交角變化對極區(qū)影響最大，極地地區(qū)夏季變涼，冬季變暖；反之，極地地區(qū)更為寒冷。若黃赤交角增大，高緯度夏季輻射量增大，冬季減少，年較差增大，且年輻射量增加（4.02%/1

)；赤道地區(qū)年輻射量減少(0.35%/

1

)

。若黃赤交角減小，高緯度夏季輻射量減少(涼夏，有利于冰川發(fā)展），冬季增加（冬暖），年較差減?。怀嗟赖貐^(qū)年輻射量增加。第二十九頁，共69頁。黃赤交角的變幅21o39′~

24o36′，變化周期約4.1萬年。目前傾角為23o27′。2.83萬年前為

22o06′，即冬暖夏涼有利冰川發(fā)展。 （冬夏差異小）9100年前為24o14′

，冬寒夏熱有利冰川融化。（冬夏差異大）第三十頁，共69頁。③歲差：近日點在一年中所處位置的變化，約有2.1萬年的周期變化。冬至位于近日點時冬暖夏涼；夏至位于近日點時冬寒夏熱。大約1萬年前北半球冬季為遠(yuǎn)日點，目前為近日點。第三十一頁，共69頁。米蘭柯維奇理論：于1920年提出的第四紀(jì)冰期的天文假說。認(rèn)為：偏心率、黃赤交角和歲差的周期變化改變地表的日照量，足以導(dǎo)致冰蓋的大規(guī)模進(jìn)退，是形成第四紀(jì)冰期-間冰期更替的主要原因。認(rèn)為：夏半年日照量的減少是冰期形成的主要因素。該理論較好地解釋了第四紀(jì)冰期-間冰期變化的驅(qū)動因素，但最初因缺乏實證而末被普遍接受。1950年以后，從深海沉積、珊瑚礁階地、陸上的黃土沉積等過去環(huán)境變化的記錄中均分別檢測出地球軌道參數(shù)變化的幾個特征周期，如0.4Ma、0.1Ma的偏心率周期，41ka的地軸傾斜率周期，以及23ka和19ka的歲差周期，反映了第四紀(jì)氣候變化與地球軌道參數(shù)變化的高度相關(guān)性，使得米蘭柯維奇的理論被廣為接受。第三十二頁，共69頁。米蘭柯維奇認(rèn)為，地球軌道偏心率e值增大，地面接受輻射量減少，氣候轉(zhuǎn)冷，出現(xiàn)冰期。e值變化周期為96．6ka。他認(rèn)為地球軌道要素的周期性變化，是更新世氣候波動的原因，并計算出北緯45°-70°間(地球上氣候敏感區(qū))，0.65MaB.P．和lMaB.P.以來夏季太陽輻射量變化曲線，并將輻射量變化轉(zhuǎn)換為相當(dāng)?shù)木暥茸兓?等緯效應(yīng))，用來解釋第四紀(jì)冰期歷史，這一曲線被稱為“米蘭柯維奇系列”。到20世紀(jì)70年代，有人把這一曲線作為深海有孔蟲氧同位素分析古溫度曲線和海面波動曲線對比解釋的理論基礎(chǔ)，借以確定地球上冰期事件的年代和規(guī)律。第三十三頁，共69頁。米蘭柯維奇理論存在的問題：（1）不能解釋冰期建立的機制。冰期為什么出現(xiàn)在第四紀(jì)而不發(fā)生在始新世或上新世等其它時期,因此第四紀(jì)冰期的建立可能還受到更長尺度的因素作用。（2）地球軌道參數(shù)變化所引起的變化被放大。分析表明：地球軌道參數(shù)變化本身所引起的氣候變化比實際發(fā)生的全球變化的幅度小。因此,在地球軌道參數(shù)變化與全球變化之間必然存在一系列的反饋機制使得由地球軌道參數(shù)變化所引起的變化被放大。（3）難以解釋為什么會發(fā)生主導(dǎo)周期的變化。據(jù)地質(zhì)記錄：

在2.4MaB.P.以前,19ka和23ka的歲差周期占主導(dǎo)地位；在2.4MaB.P.~0.8MaB.P.,41ka的黃赤交角變化周期最為顯著；在0.8MaB.P.以來，0.1Ma的偏心率周期最為顯著；米蘭柯維奇理論也難以解釋地球在第四紀(jì)以前各大間冰期中雖受偏心率、黃赤交角和歲差影響，但并未出現(xiàn)冰期-間冰期周期性變化的原因。因此，全球變化的天文機制值得進(jìn)一步深入探索。第三十四頁，共69頁。□

地外物體的撞擊作用小行星以宇宙速度撞擊地球時,將產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)和地質(zhì)作用過程。小行星體經(jīng)過地球大氣層時,出現(xiàn)耀眼的分光現(xiàn)象；引發(fā)森林大火,致大量的煙塵和炭黑等有機顆粒物質(zhì)彌漫于大氣中。攜帶的有毒物質(zhì)如鎳等重金屬,使地球環(huán)境惡化,生物中毒死亡。在海洋中的撞擊作用,形成強烈的海嘯和地震。第三十五頁，共69頁。地外物體的撞擊對全球變化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響導(dǎo)致地球內(nèi)部物質(zhì)重新分配,對地球內(nèi)部過程影響深刻。隕石撞擊→地幔柱→板塊破裂→大陸分離地質(zhì)歷史上的巨大隕石沖擊的時間與大陸漂移開始分離和海底擴(kuò)張方向的改變的時間幾乎一致：210MaBP以來，9個隕石沖擊期中有5個和大陸分離的時間一致,僅54MaBP的大陸分離與沖擊期不相符；8次海底擴(kuò)張方向變化的時期中有6次與沖擊期一致,另有1次沖擊期與大西洋海底擴(kuò)張開始的時間(203MaBP)相對應(yīng)。第三十六頁，共69頁。新生代以來,地球至少有六次重大的地外物體撞擊事件,分別發(fā)生在65、34、15、2.4、1.0、0.7MaBP。撞擊事件對全球變化起誘發(fā)作用。模擬結(jié)果：六次撞擊事件產(chǎn)生不同程度的降溫效應(yīng),其中65MaBP的撞擊事件(直徑約10km小行星)可使溫度降低至-48℃,降溫效應(yīng)持續(xù)近3年,恢復(fù)至撞擊前溫度需要14年,整個降溫效應(yīng)持續(xù)時間17年。如果考慮撞擊造成森林燃燒所產(chǎn)生的煙塵、地表的反饋作用、海洋平衡變化引起的大氣CO2含量降低,則撞擊作用后所產(chǎn)生的降溫可能會持續(xù)更長時間,甚至導(dǎo)致全球氣候的變化。第三十七頁，共69頁。地質(zhì)記錄顯示：65MaBP的撞擊事件,導(dǎo)致恐龍及大批（約三分之二）

生物的滅絕,造成新生代的氣候變冷。34、15、1.0和0.7MaBP

的撞擊事件與地球氣候的主要變冷事件基本處于同一時期,并出現(xiàn)不同程度的生物物種絕滅事件。2.4MaBP發(fā)生的撞擊作用處在第三紀(jì)與第四紀(jì)的分界上,它不是一次事件,而是多次撞擊作用的疊加,其規(guī)模尚不十分清楚,但在2.4MaBP以后,全球氣候變化呈現(xiàn)出在米蘭柯維奇周期主導(dǎo)下的冰期-間冰期周期性變化特征。第三十八頁，共69頁。二、驅(qū)動全球變化的地球內(nèi)力因素□

海陸分布變化□

高海拔的山地或高原的隆起□

火山活動第三十九頁，共69頁?！?/p>

海陸分布變化現(xiàn)現(xiàn)代代的的海海陸陸分分布布格格局局是是由由約約220000MMaaBBPP的的泛泛大大陸陸與與泛泛大大洋洋((特特提提斯斯海海))分分裂裂形形成成的的。。海海面面升升降降、、海海陸陸分分布布格格局局、、海海洋洋和和陸陸地地面面積積對對比比的的變變化化、、陸陸地地位位置置和和組組合合關(guān)關(guān)系系的的不不同同,,對對全全球球的的溫溫度度和和降降水水格格局局均均會會產(chǎn)產(chǎn)生生深深刻刻的的影影響響。。海陸分布格局及其影響發(fā)生在106~107年的尺度上。第四十頁，共69頁。對聯(lián)合古陸存在時期(三疊紀(jì))的氣候模擬結(jié)果表明：巨大的陸地使得冬季寒冷、夏季炎熱，氣候的大陸性極其顯著，并存在大尺度的冬夏季風(fēng)環(huán)流。庫茨巴赫根據(jù)理想泛大陸氣候狀況的模擬結(jié)果指出：假設(shè)在沒有地形作用、現(xiàn)代的加熱率、現(xiàn)代的冰雪覆蓋狀況的前提下計算出當(dāng)時的降水平均狀況，整個陸地上的年降水量≤720

mm(日降水量2mm)。日降水量≥2mm的地區(qū)包括持提斯海沿岸受夏季風(fēng)影響的地區(qū)和東海岸個高緯度全年接受降水的地區(qū)；西海岸日降水量平均達(dá)2mm的地區(qū)位于冬季受西風(fēng)帶控制的中緯度地區(qū)和赤道輻合帶控制下的赤道地區(qū)。低緯地區(qū)降水小于蒸發(fā)，中緯度地區(qū)降水大于蒸發(fā)，土壤水分狀況與此相似。第四十一頁，共69頁。海陸分布格局的變化會導(dǎo)致大洋環(huán)流形式的變化。大陸分布格局變化使得一些海道開啟，另一些海道閉合，造成洋流的迅速調(diào)整。新生代全球變冷的若干主要階段分別與同期若干海邁開啟與閉合相對應(yīng)，其中，大約50MaBP之時，澳大利亞向北運動形成具有重要意義的南大洋通道，使得繞極環(huán)流得以建立與發(fā)展，可能是導(dǎo)致南極大陸開始變冷并最終發(fā)育成冰川的原因。第四十二頁，共69頁。□高海拔的山地或高原的隆起高海拔的山地或高原的隆起在104~105年的尺度上對全球變化影響最大的板塊運動事件是巨地形的變化。第四紀(jì)板塊運動的主要表現(xiàn)之一是高原山地的強烈隆起和沉積盆地的拗陷。各種地質(zhì)證據(jù)表明：現(xiàn)代北半球的兩個最大高原山地均是4OMaBP以來隆起的。這些高海拔的山地或高原雖只具有區(qū)域尺度的規(guī)模,

但它們的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出高原或山地范圍本身,造成更大范圍的、乃至全球尺度的變化。第四十三頁，共69頁。高原、山地的隆起在第四紀(jì)氣候形成中有重要作用高海拔的高原、山地的低溫環(huán)境為冰川和積雪的積累提供了大范圍場所，這些冰雪通過反射率的反饋作用成為溫度升降變化的放大器，增強氣候變化的不穩(wěn)定性，從而對全球變化產(chǎn)生與極地冰蓋性質(zhì)相近的作用。高山和高原通過熱力和動力作用對全球大氣環(huán)流運動所產(chǎn)生的深刻影響更為重大。青藏高原和北美西部的山系等均對近地層行星風(fēng)系的運動乃至結(jié)構(gòu)有強烈的改造作用。高海拔高原和山地由于高聳入云和體積巨大，因此還會對正常的地球自轉(zhuǎn)速率起阻礙和減緩的影響。第四十四頁，共69頁。青藏高原的隆起在第四紀(jì)氣候形成中有重要作用第四紀(jì)初，高原平均高度在2000-3000m之間。早更新世末-中更新世初,高原又經(jīng)歷了一次強烈的隆起,高原的平均高度已達(dá)到3000m以上。全新世高原已達(dá)到現(xiàn)代的高度。第四十五頁，共69頁?！趸鹕交顒踊鹕交顒踊鹕絿姲l(fā)能夠把大量氣體和火山灰拋向高空，火山塵幕中的固體粒子直徑在0.5μm~2μm，甚至更小，它們可在平流層大氣中停留1年以上，并通過對平流層化學(xué)及動力學(xué)的影響而介入全球變化過程。它們可以改變平流層的化學(xué)成分并造成化學(xué)過程異常，從而對大氣中的CO2、O3等的平衡產(chǎn)生影響(見表)；

而受火山活動影響最大的，可能是平流層中氣溶膠及其光學(xué)性質(zhì)的變化所造成的太陽輻射收支的變化。第四十六頁，共69頁。強火山爆發(fā)能在乎流層下部形成一個持久的含有硫酸鹽粒子的氣溶膠層，它們存留在乎流層中增加了大氣的反射率，因而減少了到達(dá)地面的直接太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致溫度下降，這個影響被稱為“陽傘效應(yīng)”。1963年3月印度尼西亞巴厘島的阿貢火山爆發(fā)約3個月后，澳大利亞墨爾本的直接太陽輻射減少23%，散射輻射增加1倍，總輻射減少達(dá)6％。一般認(rèn)為，一次較大火山爆發(fā)后一兩年，半球或全球平均溫度下降0.3℃左右，以后逐漸回升，四五年后恢復(fù)正常。北半球的火山噴發(fā)往往使全球溫度在3個月后產(chǎn)生最大降溫，并可影響南半球的氣溫，但影響時間短；而南半球的火山噴發(fā)要在19-20個月之后才產(chǎn)生最大降溫、但影響時間長，對北半球影響不大。不少學(xué)者認(rèn)為，火山活動對夏季溫度影響最大，日本17-20世紀(jì)期間的冷夏年有67％在上半年或前一年有強火山爆發(fā)。第四十七頁，共69頁?；鹕交顒訉夂虻挠绊懡档蛯α鲗拥臏囟?

平流層的氣溫可能略有升高（地面氣溫的降低已經(jīng)為觀測事實和數(shù)值模擬所證實）英國陰冷的夏天都發(fā)生在火山塵埃影響年份；（18世紀(jì)60年代；19世紀(jì)40年代；20世紀(jì)的1903

、1912）歐洲的冬季在火山爆發(fā)后也偏冷,

低緯火山噴發(fā)后的冬天表現(xiàn)更突出。第四十八頁，共69頁。有分析顯示： 火山爆發(fā)可使溫度下降中緯度最明顯,北美洲東北部和西歐氣溫降低最強烈。氣壓響應(yīng)在北大西洋最顯著。中緯度氣旋增強并南移,副熱帶高壓也南移。若結(jié)論成立,火山活動可能誘發(fā)北半球冰川擴(kuò)張,因為北半球冰蓋也是反復(fù)出現(xiàn)在北大西洋兩岸的陸地上的。第四十九頁，共69頁。按氣溶膠在大氣中的停留時間計算：，單個火山爆發(fā)的影響一般不超過1a一2a，但持續(xù)幾十年到數(shù)百年的火山活動集中時期和火山活動沉寂時期，會影響幾十年到幾百年尺度上的氣候變化。從格陵蘭冰芯過去1.5ka來的酸度序列可以以別出歷史上許多著名的火山噴發(fā)，如唐包拉火山1815年)、k拉卡托火山(1883午)、阿頁火山(1963年)等。對比1.5ka來冰芯酸度的變化與氣候變化過程發(fā)現(xiàn)，由低酸度所表征的弱火山活動時期對應(yīng)溫暖的時期，高酸度時期則對應(yīng)寒冷時期(見圖)。第五十頁，共69頁。三、地球系統(tǒng)內(nèi)部的反饋作用外力作用下系統(tǒng)自身藕合反饋作用產(chǎn)生短尺度變化的最典型的例證：厄爾尼諾——南方濤動現(xiàn)象(ENSO)。第五十一頁，共69頁。在常年，赤道太平洋東向信風(fēng)盛行，在平均風(fēng)速下，沿赤道太平洋海平面高度呈西高東低的形勢。西太平洋斜溫層深度約200m，東太平洋僅50m左右，呈現(xiàn)西暖東冷的平均海溫分布（圖a）。圖

赤道太平洋熱結(jié)構(gòu)對海面風(fēng)場變化的響應(yīng)a.平均狀況第五十二頁，共69頁。圖

赤道太平洋熱結(jié)構(gòu)對海面風(fēng)場變化的響應(yīng)（強信風(fēng)）在東風(fēng)異常加強情況下，赤道表面東風(fēng)應(yīng)力把表層暖水向西太平洋輸送，在此堆積，西太平洋海平面抬升，積累大量位能，斜溫層加深。東太平洋在離岸風(fēng)的作用下，表層海水產(chǎn)生強的離岸漂流，造成海水質(zhì)量的輻散，海平面降低，次層冷海水上翻，導(dǎo)致這里成為更冷的冷水帶。出現(xiàn)拉尼娜事件。第五十三頁，共69頁。圖

赤道太平洋熱結(jié)構(gòu)對海面風(fēng)場變化的響應(yīng)（信風(fēng)張馳）每隔數(shù)年，偏東信風(fēng)發(fā)生張馳（減弱），赤道東太平洋的冷水上翻現(xiàn)象消失，并使西太平洋原先積累的位能釋放，表層暖水向東回流，導(dǎo)致赤道東太平洋海平面升高，海面水溫增暖，秘魯、厄瓜多爾沿岸由冷洋流轉(zhuǎn)變?yōu)榕罅?，海水溫度出現(xiàn)正距平，出現(xiàn)厄爾尼諾事件。第五十四頁，共69頁。受赤道信風(fēng)作用,赤道太平洋的水溫和水位均呈西高東低。

當(dāng)信風(fēng)減弱時,激發(fā)出異常的暖性開爾文波,從赤道西太平洋向東傳播,并通過海氣作用加強,導(dǎo)致暖水區(qū)向東擴(kuò)展、暖水層增厚,導(dǎo)致厄爾尼諾事件,太平洋東側(cè)氣壓隨海溫升高而下降,而西側(cè)氣壓則隨海溫下降而升高。在暖性開爾文波東傳的同時,海氣作用也激發(fā)產(chǎn)生一種向西傳播的冷性羅斯貝波,一方面可使西太平洋海溫降低,同時在西岸反射而成為冷性的開爾文波。若此時信風(fēng)加強,冷性開爾文波便可在赤道西太平洋持續(xù)產(chǎn)生并向東傳播,通過海氣作用而加強,最終導(dǎo)致拉尼娜事件。在冷性的開爾文波東傳過程中,海氣作用又激發(fā)產(chǎn)生暖性的羅斯貝波,它同暖性開爾文波在赤道東太平洋海岸反射后的暖性羅斯貝波一起傳到赤道西太平洋,使海溫升高,同時在西岸反射而成暖性的開爾文波,為下一次循環(huán)準(zhǔn)備條件。ENSO循環(huán)的物理模型第五十五頁，共69頁。在厄爾尼諾年,沃克環(huán)流的上升氣流和下沉氣流地區(qū)向東移動,同時哈得萊環(huán)流和中緯度的緯向西風(fēng)均得到加強,進(jìn)而導(dǎo)致全球范圍的氣候異常。需要強調(diào)指出的是，ENSO循環(huán)的關(guān)鍵海域應(yīng)是赤道中西太平洋而不是赤道東太平洋，盡管SST的異常信號在赤道東太平洋最強；赤道中西太平洋地區(qū)的信風(fēng)異常在ENSO循環(huán)中有著重要的作用。第五十六頁，共69頁。四、地球系統(tǒng)內(nèi)部的人文因素人類活動所引起的地球系統(tǒng)的狀態(tài)和功能的改變，在工業(yè)化以來的200多年里急劇加速，在幾十至幾百年的時間尺度上，人類活動對全球變化的影響與全球變化對人類的影響均極為顯著，人類生態(tài)系統(tǒng)過程已成為全球變化過程的一個不可忽視的組成部分。第五十七頁，共69頁。如今人類活動所導(dǎo)致的全球變化在某些方面一定程度上已達(dá)到與自然變化相同量級的規(guī)模。森林破壞、臭氧洞、溫室效應(yīng)增強等均是全球變化的顯著表現(xiàn)。但是，全球變化遠(yuǎn)不只是“溫室效應(yīng)和臭氧洞”：根本的問題是，“人類正在以各種連自己還沒能認(rèn)識得很清楚的方式，根本性地改變位生命得以在地球上存在的各種系統(tǒng)和循環(huán)”。第五十八頁，共69頁。人類活動對全球變化的影響是與人類賴以生存的人類生態(tài)系統(tǒng)的建立與維持過程密切聯(lián)系的。由人類建造的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和城市生態(tài)系統(tǒng)取代自然生態(tài)系統(tǒng)，是人類活動導(dǎo)致全球變化的一種主要的形式，它不僅使得土地覆蓋的狀況發(fā)生顯著改變，而且使得自然生態(tài)系統(tǒng)的許多功能也隨著喪失。隨著人類生態(tài)系統(tǒng)在全球生態(tài)系統(tǒng)中所占份額的增大，由此對全球變化影響的顯著程度也在相應(yīng)地增加。第五十九頁，共69頁。人類影響全球變化的另一種方式是為維持農(nóng)業(yè)和城市等人類生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，需要有大量的物質(zhì)和能量持續(xù)不斷地輸入列系統(tǒng)之中，與此相聯(lián)系的資源開發(fā)和廢棄物的排放均對自然環(huán)境產(chǎn)生巨大的壓力，當(dāng)其超出自然環(huán)境的承受能力時，就會引發(fā)全球變化過程?！叭祟愅ㄟ^土地利用改變地表景觀、或通過化石能源和礦物原料大量開發(fā)使用的方式改變自然環(huán)境，其結(jié)果造成土地覆蓋變化、系統(tǒng)成分變化、自然過程變化和自然系統(tǒng)功能變化。第六十頁，共69頁。觀測到的全球充分混合的溫室氣體含量及其輻射強迫的變化CO2 ：大氣中CO2濃度從1750年的280ppm增加到1999年的

367ppm，增加了31%，但尚未超過過去42萬年和似乎過去2000萬年的變化范圍。本世紀(jì)的大氣中CO2濃度增長率是前所未有的，至少在過去2萬年中未出現(xiàn)過。過去40年的觀測表明，大氣中CO2濃度增長率在年與年之間存在較大變動。在1990年代，年增長率變動在0.9-2.8ppm/a

之間。從大氣觀測中，現(xiàn)已能夠計算出人類排放的CO2對大氣CO2濃度增加的貢獻(xiàn)和被陸地與海洋吸收的部分。CH4 ：自1750年以來，大氣中CH4 濃度增長了150%

，現(xiàn)在的濃度達(dá)到過去42萬年以來最高值。近期，大氣

CH4

濃度從1983年的

1610ppb增加到了1998年的1745ppb，但這段時間里年增長率下降