全球变化1-2.ppt

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第二章全球变化的主要特征与过程,第一节全球变化的时空谱特征全球变化的时间尺度全球变化的空间尺度时空尺度的联系性,一、全球变化的时间尺度106年尺度，地质历史时期内，涉及到所有圈层,构造运动对气候变化的驱动作用占据主导地位。

103-106年尺度，第四纪晚期及人类历史时期内，受地球轨道参数变化的驱动，冰期间冰期变化表现显著。

100-103年尺度，年际、年代际、世纪际时期内，太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、厄尔尼诺-南方涛动等自然因子；大气温室效应的增强等人为因子驱动着气候变化。

10-1-100几天-几个季度尺度，一年内的变化。

10-4-10-1几秒-几小时尺度，一天内的变化。

1、几百万年以上尺度变化的概念模式该尺度的变化过程既发生在地表,也发生在地球内部。

在最初十几亿年，全球变化以发生在地球历史的的各种早期地球过程为起点,从地球的起源、生命的出现，决定地球早期的历史并构成了以后全球变化的基础。

在早期事件之后,地球历史由三类过程决定。

地核和地幔过程。

板块构造过程。

太阳驱动的过程。

2、几千年几十万年尺度变化的概念模式在几千年-几十万年尺度上,第四纪晚期（距今最近的一个地质时期）和人类历史时期，全球变化主要由地球轨道要素的周期变化而引起的。

板块运动造成的大地貌单元的变化与火山活动通过地球轨道参数变化发生耦合作用，共同决定全球变化的状态。

在该时间尺度上的全球变化主要过程:

气候系统过程；生态系统过程；生物地球化学循环；地貌发育；全球变化表现为冰期间冰期的冷暖交替；大幅度海面升降与海进海退；土壤发育变化；侵蚀堆积过程变化；生物种类地域分布的变化等。

3、几年几百年尺度变化的概念模式全球变化最受关注。

在此时间尺度上,年际、年代际、世纪际事件。

同时人类活动对全球变化的影响也最为明显。

主要驱动因子：

太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、厄尔尼诺-南方涛动等自然因子；大气温室效应的增强等人为因子。

在几十年几百年的时间尺度上：

太阳辐射变化是全球变化的最终能源。

火山活动通过对平流层化学/动力学的影响而介入到全球变化过程。

人类活动,通过土地利用，改变土地覆盖率进而影响陆地生态系统；通过污染物和温室气体的排放影响对流层化学系统。

最终影响全球变化。

4、几天几个季度尺度变化的概念模式季节更替为本质特征。

主要驱动因子：

太阳辐射输入的年循环。

5、几秒几小时尺度变化的概念模式日变化为本质特征。

主要驱动因子：

太阳辐射输入的日循环。

气候变化集中在几种不同的时间尺度（见表）,二、全球变化的空间尺度：

1、全球尺度20000km2、区域尺度100-20000km3、地方尺度10-100km4、局地尺度103m,三、时空尺度的联系性：

1、大气圈的变化2、生物圈的变化3、土壤的成土过程4、海洋过程5、地质过程中的板块运动、地幔对流、造山运动、地球的起源,第二节全球变化的驱动力,Questions,驱动全球变化的外因素？

驱动全球变化的内力因素？

地球系统内部的反馈作用。

人类是怎样影响全球变化的？

全球变化驱动因素:

地球外因素；地球内力因素；人类活动对全球变化的影响；地球系统自身相互间的影响和反馈。

影响全球变化因素:

周期变化因素。

太阳活动、地球轨道参数的变化,致全球环境的周期性变化;非可逆性变化因素。

太阳长期演化、板块运动,可致环境的不可逆的变化;随机发生的因素。

火山活动、小行星碰撞,致全球变化有短期的扰动,也有长期的不可逆的变化。

每种因素在不同时间尺度上具有不同的重要程度和表现方式。

一、驱动全球变化的地球外因素,太阳活动地球轨道参数的变化地外物体的撞击作用,Data,1）太阳活动：

太阳活动指太阳表面上一切扰动现象的总称。

如太阳黑子、光斑,谱斑、耀斑,日饵等。

2）太阳活动的周期：

太阳黑子活动在101102年尺度上存在显著的周期变化。

如11年的沃尔夫周期、22年的海尔周期、80年的世纪周期、180年的双世纪周期等。

太阳活动太阳的辐射的变化：

随着太阳年龄的增长而变化的,在45亿年前地球诞生之初,太阳辐射比现代低30%。

在101102年时间尺度上，太阳活动的周期变化同样影响着太阳辐射。

太阳活动的强弱程度用黑子数的多少示之。

太阳活动对应的地球物理现象：

极光、磁暴、电离层扰动等。

太阳活动高峰年,极光现象明显增加；树木年轮中的14C含量低；反之,14C含量高。

据估计：

太阳辐射变化1%，地面平均温度可变化约1，冬半球高纬度温度变化更为明显；模拟结果显示：

太阳常数增加2%，地面温度可上升约3；太阳常数减少2%，地面温度可下降约4.3。

有资料表明：

太阳黑子活动弱时气温偏低，历史上太阳活动极小期对应冷期，如17世纪的小冰期，是太阳黑子活动的蒙得尔极小期，太阳常数比现代低1%。

地球轨道参数的变化地球轨道要素主要有3个:

偏心率、黄赤交角与岁差。

20世纪30年代米兰科维奇提出用地球轨道要素的变化来解释第四纪冰期间冰期的交替。

（1）地球绕太阳运行的轨道参数的变化会引起日地距离的变化,从而改变地球接受的太阳辐射量。

（2）轨道参数的变化则可能影响地球接受太阳辐射的季节变化及地理分布的变化,进而改变气候。

认为：

夏季接受太阳辐射的多少是冰盖盛衰的关键。

夏季凉爽会使冬季积雪融化较少,因而导致冰进。

夏季炎热则可以使冰雪融化,造成冰退。

Data,1）地球轨道偏心率：

地球绕日椭圆轨道的焦距与主轴长度之比。

2）黄赤交角：

地球自转轴与对黄道面的垂直轴之间的交角。

3）岁差：

春分点的进动。

偏心率：

偏心率变化于0.0050.06之间，周期约9.6万年,另有40万年的周期变化。

目前偏心率约0.016,偏心率愈小，地球绕日轨道愈接近圆形。

目前的近日点与远日点接受的太阳辐射量约差7%，若偏心率最大时接受的太阳辐射量可差30%。

现代北半球为冬季时在近日点,夏季在远日点,夏季虽然太阳辐射强度下降但夏季增长,有利于冰融化。

有分析表明：

第四纪的间冰期多处于偏心率增大时期,冰期多处于偏心率减小时期。

黄赤交角：

地轴倾角的变化影响辐射的地理分布及季节分配。

黄赤交角的变幅21392436，变化周期约4.1万年。

目前倾角为2327。

2.83万年前为2206，即冬暖夏凉有利冰川发展。

（冬夏差异小）9100年前为2414，冬寒夏热有利冰川融化。

（冬夏差异大）,岁差：

近日点在一年中所处位置的变化，约有2.1万年的周期变化。

冬至位于近日点时冬暖夏凉；夏至位于近日点时冬寒夏热。

大约1万年前北半球冬季为远日点，目前为近日点。

米兰科维奇为了研究第四纪的气候变化，计算了当时65N接受太阳辐射量相当于现代哪一个纬度所接受的辐射，并用相对纬度来表示。

很多作者利用大型计算机对其进行了精确的计算，并与第四纪冰期进行了比较，得到了很相似的结论：

未来属于第四纪内的间冰期；在10万年内可能没有冰期；在20万年、30万年、50万年、60万年、70万年前后均可能又出现冰期，而且每个冰期由23次冷期组成。

由此得到结论：

未来可能进入长达10万年以上的间冰期。

据计算，地球轨道参数可能导致6温度变化，比实际观测的冰期与间冰期的温差要小。

米兰科维奇为了研究第四纪的气候变化，计算了当时65N接受太阳辐射量相当于现代哪一个纬度所接受的辐射，并用相对纬度来表示。

很多作者利用大型计算机对其进行了精确的计算，并与第四纪冰期进行了比较，得到了很相似的结论：

未来属于第四纪内的间冰期；在10万年内可能没有冰期；在20万年、30万年、50万年、60万年、70万年前后均可能又出现冰期，而且每个冰期由23次冷期组成。

由此得到结论：

未来可能进入长达10万年以上的间冰期。

据计算，地球轨道参数可能导致6温度变化，比实际观测的冰期与间冰期的温差要小。

米兰柯维奇理论存在的问题：

（1）不能解释冰期建立的机制。

冰期为什么出现在第四纪而不发生在始新世或上新世等其它时期,因此第四纪冰期的建立可能还受到更长尺度的因素作用。

（2）地球轨道参数变化所引起的变化被放大。

分析表明：

地球轨道参数变化本身所引起的气候变化比实际发生的全球变化的幅度小。

因此,在地球轨道参数变化与全球变化之间必然存在一系列的反馈机制使得由地球轨道参数变化所引起的变化被放大。

（3）难以解释为什么会发生主导周期的变化。

据地质记录：

在2.4MaBP以前,19ka和23ka的岁差周期占主导地位；在2.40.8MaBP期间,41ka的黄赤交角变化周期为主要周期；在0.8MaBP以来，0.1Ma的偏心率周期最为显著；,地外物体的撞击作用小行星以宇宙速度撞击地球时,将产生一系列的物理、化学和地质作用过程。

小行星体经过地球大气层时,出现耀眼的分光现象；引发森林大火,致大量的烟尘和炭黑等有机颗粒物质弥漫于大气中。

携带的有毒物质如镍等重金属,使地球环境恶化,生物中毒死亡。

在海洋中的撞击作用,形成强烈的海啸和地震。

地外物体的撞击对全球变化产生深远影响导致地球内部物质重新分配,对地球内部过程影响深刻。

陨石撞击地幔柱板块破裂大陆分离地质历史上的巨大陨石冲击的时间与大陆漂移开始分离和海底扩张方向的改变的时间几乎一致：

210MaBP以来，9个陨石冲击期中有5个和大陆分离的时间一致,仅54MaBP的大陆分离与冲击期不相符；8次海底扩张方向变化的时期中有6次与冲击期一致,另有1次冲击期与大西洋海底扩张开始的时间（203MaBP）相对应。

新生代以来,地球至少有六次重大的地外物体撞击事件,分别发生在65、34、15、2.4、1.0、0.7MaBP。

撞击事件对全球变化起诱发作用。

模拟结果：

六次撞击事件产生不同程度的降温效应,其中65MaBP的撞击事件可使温度降低至-48,降温效应持续近3年,恢复至撞击前温度需要14年,整个降温效应持续时间17年。

如果考虑撞击造成森林燃烧所产生的烟尘、地表的反馈作用、海洋平衡变化引起的大气CO2含量降低,则撞击作用后所产生的降温可能会持续更长时间,甚至导致全球气候的变化。

地质记录显示：

65MaBP的撞击事件,导致大批生物的灭绝,造成新生代的气候变冷。

34、15、1.0和0.7MaBP的撞击事件与地球气候的主要变冷事件基本处于同一时期,并出现不同程度的生物物种绝灭事件。

2.4MaBP发生的撞击作用处在第三纪与第四纪的分界上,它不是一次事件,而是多次撞击作用的叠加,其规模尚不十分清楚,但在2.4MaBP以后,全球气候变化呈现出在米兰柯维奇周期主导下的冰期一间冰期周期性变化特征。

二、驱动全球变化的地球内力因素,海陆分布变化高海拔的山地或高原的隆起火山活动,海陆分布变化现代的海陆分布格局是由约200MaBP的泛大陆与泛大洋（特提斯海）分裂形成的。

海面升降、海陆分布格局、海洋和陆地面积对比的变化、陆地位置和组合关系的不同,对全球的温度和降水格局均会产生深刻的影响。

高海拔的山地或高原的隆起在104105年的尺度上对全球变化影响最大的板块运动事件是巨地形的变化。

第四纪板块运动的主要表现之一是高原山地的强烈隆起和沉积盆地的拗陷。

各种地质证据表明：

现代北半球的两个最大高原山地均是4OMaBP以来隆起的。

这些高海拔的山地或高原虽只具有区域尺度的规模,但它们的影响却远远超出高原或山地范围本身,造成更大范围的、乃至全球尺度的变化。

青藏高原的隆起在第四纪气候形成中有重要作用第四纪初，高原平均高度在2000-3000m之间。

早更新世末-中更新世初,高原又经历了一次强烈的隆起,高原的平均高度已达到3000m以上。

全新世高原已达到现代的高度。

青藏高原的隆起在第四纪气候形成中有重要作用高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供了大范围场所，这些冰雪通过反射率的反馈作用成为温度升降变化的放大器，增强气候变化的不稳定性，从而对全球变化产生与极地冰盖性质相近的作用。

高山和高原通过热力和动力作用对全球大气环流运动所产生的深刻影响更为重大。

青藏高原和北美西部的山系等均对近地层行星风系的运动乃至结构有强烈的改造作用。

高海拔高原和山地由于高耸入云和体积巨大，因此还会对正常的地球自转速率起阻碍和减缓的影响。

据最新气候模式研究结果：

如果没有青藏高原存在，夏季的西南