全球变化5.ppt

全球变化5.ppt

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七，近现代的全球变化,第一节全球气候系统的变化第二节生态系统的变化,一、全球气候系统的变化大气圈组成成分的变化温度和降水的变化气候变化的自然原因海平面的变化,大气圈组成成分的变化大气化学成分的变化会改变大气层中的能量分布,破坏原有的物质和能量平衡。

自然、人为干扰的影响下，大气圈中的微量气体变化非常明显。

人类对全球大气成分的变化负有十分重要的责任。

人类改变大气成分的三种途径:

1、通过工农业生产、生活活动改变地表向大气的排放。

（化石燃料的燃烧排放如CO2、S02、CO、NO、甲烷等）（制冷剂的使用致使含氯氟烃物质排放）（森林的燃烧增加CO2的相对含量）（种植水稻增加甲烷的排放，化肥的使用致N2O的增加）2、由土地覆盖变化而改变与大气交换的比例。

（如森林破坏使地表生物量减少从而影响大气中CO2和02平衡，生物活体中储存的C含量减少）3、排放到大气的某些化学物质在大气中发生一系列化学反应，改变原有的平衡。

（如进入大气中的氟里昂分子中的氯原子在紫外线的作用下挣脱出来，反复与臭氧反应，破坏臭氧分子，一个氟里昂分子可导致十万个臭氧分子的破坏）。

人类活动对大气成分变化影响的具体表现:

1、使一些成分的含量增加（如CO2、S02、CO、NO、甲烷等）2、使另一些大气成分的含量减少（如平流层臭氧）3、改变一些大气成分的性质（如大气中水的酸化；S02和氮氧化物在大气中被氧化成为酸性气溶胶,它们溶入雨滴或雾滴使雨、云或雾酸化）4、向大气中增添人工合成的成分（如氟里昂-人工合成的含氯氟烃物质,原本不存在）。

CO2含量及其他温室气体的增加平流层臭氧含量的减少气溶胶的变化,据冒纳罗亚山观测站记录：

19世纪开始,CO2含量持续增加,1958年大气CO2含量为31510-6,1998年，已达36010-6,比工业革命前增加了6010-6。

因此,在40年时间里,CO2含量增加了4510-6,增加速率约1.010-6/年。

据极地冰芯分析资料：

近20万年里,大气中CO2含量长期波动于19010-628010-6左右。

（如图）,按照人类排放温室气体的趋势，溫室效应將使地球暖化，並在下21世纪中期以前見到明显的效应。

CO2浓度加倍之后，地表平均溫度將升高25左右（1981）。

但这些气候模型並未考虑海洋环流的迟滯效应，但亦不表示大洋底流的迟滯終能延缓暖化的危机。

其它温室气体的增加也倍受注意。

大气里的甲烷（CH4）正在以每年1%2%的速率增加；一氧化二氮（N20）增长速率为0.2%/年,氟里昂在1990年代以前的增长速率为百分之几。

从19701985年,北半球中高纬度地区对流层中臭氧（03）含量估计增加了70%以上。

这些气体多数具有长生命期（如N20、CH4、CFCs、HCFCs等）,可以在对流层保留很长时间,并对地球的温室效应产生影响（见表）。

目前对这些微量气体的了解比对C02还差。

N2O的增加可能与全球化肥使用量的增多有关,这种物质还是平流层臭氧的有破坏者。

甲烷的增加可能历史悠久，300年前大气中甲烷的含量只有0.710-6。

臭氧的增加一方面和人类排放的N02光分解产物有关,同时还可能与平流层臭氧变化相联系。

氟里昂主要是人类使用制冷剂、喷雾剂等散失到大气中的,它也是平流层臭氧的主要破坏者。

目前侧重研究，这些物质的排放量、在大气中的化学转化、对增强温室效应方面的贡献。

近年来,由人类活动排放到大气中的S02,及其产生的气溶胶,引起人们极大注意。

土地荒漠化等导致的大气矿物气溶胶也得到广泛关注。

这些大气气溶胶可能已经对区域性气候变化产生了重要影响。

人为气溶胶的源地：

北半球的工业化地区,包括北美东部、欧洲和东亚。

这些地区,化石燃料使用产生了大量的S02和氮氧化物。

S02和氮氧化物与大气中水汽和矿物微粒相互作用形成硫酸盐和硝酸盐气溶胶。

由此产生酸雨,日趋加重的酸雨正在改变着水循环的性质和功能,使得陆地上淡水的补充过程发生变异,陆地上河湖、土壤受到酸雨的污染而发生性质的改变,陆上的许多生命活动会因此受到伤害,地表的风化、侵蚀过程也会因此而改变。

悬浮在对流层大气中的硫酸盐和硝酸盐气溶胶,又是散射太阳辐射、造成区域性气候变化的重要因子。

研究认为：

人为气溶胶的辐射强迫作用是负值,即引起地面降温。

北半球中纬度地带，过去100多年增温较少可能和人为气溶胶的抵消作用有直接关系。

自然原因产生的矿物气溶胶，主要来源于干燥与半干燥地区风扬起的粉尘,以及农业地带农闲季节从土壤表层吹起的矿物和少量有机微粒。

北非、中亚和北美的沙漠地带,以及欧亚大陆和北美大陆的温带农业区是最重要的源地。

矿物气溶胶的作用矿物气溶胶对太阳辐射的作用还不完全清楚,一般认为它的作用也通过散射阳光使受影响地区温度降低。

矿物气溶胶可能也通过水汽凝结过程和对流过程影响区域性降水。

与温室气体不同，悬浮在大气中的气溶胶存留时间比较短,一般不超过10天。

且几乎全部集中于对流层,重力沉降和雨水的淋洗会很快将其清除。

温室气体在大气中可以存留上百年甚至更长时间。

因此,如果人类现在找到一种办法可以避免排放硫和氮的氧化物,那么它们的辐射作用会立刻停止;但温室气体即使现在停止排放,它们的作用仍将在今后很长时间内存在。

平流层内的O3大气圈中的O3主要分布在平流层内,2025km处最为集中,形成所谓臭氧层。

人类活动对臭氧层O3变化的影响：

超音速飞机、日益增加的氮氧化物（NO,NO2）、用于多种工具和制冷设备中的含氯氟烃、核武器试验、可能的核战争产生的氮的氧化物。

氮氧化物直接进入臭氧层,可破坏O3层。

20世纪70年代以来,臭氧层的O3不断减少,减少趋势随纬度增高而增加。

在南极上空,臭氧含量在每年10月份前后削减最多,出现所谓“臭氧洞”现象。

据观测,1979年1985年,南极地区上空O3含量减少了40%50%,全球6年里O3含量减少约3%。

到1987年,南极上空的“臭氧洞”又宽又深,已经扩大到南极大陆以外,一度引起科学界和公众的深切恐慌。

观测表明,北半球大气臭氧浓度也出现减少趋势。

平流层臭氧层的破坏会导致一系列环境后果,包括对气候、生物、人类健康造成的不良影响。

臭氧层的破坏对气候的影响。

臭氧层强烈吸收太阳紫外辐射。

由于臭氧层的存在,到达对流层和地面的太阳紫外辐射量非常少。

而平流层由于吸收太阳短波辐射能量温度升高,但地表则由于缺乏短波部分辐射能的收入使温度相对较低。

当臭氧层变稀薄,透过臭氧层的太阳辐射将会增加,会引起对流层气温上升,而平流层气温则将下降。

对流层和平流层气温的变化又会导致大气环流的变化,并进而影响全球大气其它方面的变化。

在太阳活动期间,太阳辐射变化最多的波谱段位于紫外线部分。

臭氧层在正常情况下对太阳活动引起的辐射能量变化起到缓冲器作用。

如果臭氧减少,对流层大气对太阳活动的反应可能会更为敏感,近地面气候变化有可能更加剧烈。

臭氧层的破坏对生物的影响。

臭氧层的破坏，过多的紫外线直接投射到地表,会引起地球生命系统的严重灾难。

大部分植物（如农作物）对增强的紫外辐射都表现出不同程度的受伤害,抗病能力下降。

臭氧减少25%所引起的紫外辐射增加,能使大豆产量下降20%25%（考虑抗病能力的减低,实际减产可能会更多）,同时大豆种子中蛋白质和植物油含量也分别下降5%和2%。

因此,臭氧层破坏可能会对世界粮食产量和粮食质量造成显著影响。

臭氧层变化对水生生态系统的影响。

海洋中浮游生物对紫外线几乎没有什么抵抗能力，可能是紫外辐射增强的最大受害者。

海洋鱼类的幼体对强紫外线照射也是忍受不了的。

在紫外辐射增强20%的情况下,生活在水深10m以上的鱼的幼体将全部死亡。

浮游生物和鱼类幼体的死亡将引起食物链的中断,并进一步扰乱整个海洋生态系统。

臭氧层变化对人类健康的影响。

紫外线增强,人类皮肤癌的发病率将上升。

O3浓度每降低1%,皮肤癌患病率将增加2%。

O3含量下降2.5%,世界每年将多增加1万5千人死于皮肤癌。

紫外线增加还伤害眼睛,造成白内障从而失明;紫外线增加损伤人体免疫系统,降低抗病能力。

近百年温度和降水的变化,全球地表气温的变化1、全球地表气温序列的建立全球平均温度的序列建立面临的问题：

（1）资料覆盖面不完整；

（2）观测方法改变造成序列不均一性；（3）计算全球平均的方法不同；（4）计算距平采用的标准值不同。

国际上有代表性的近百年全球温度序列主要有3家：

（1）英国东英吉利大学（UniversityofEastAnglia）琼斯（P.D.Jones）等的全球温度序列。

用插值法计算全球陆地5纬度10经度网格内各自气温值,再按各网格面积大小加权处理,计算出半球和全球平均气温。

后又用海面温度,尽量剔除温度观测方法的改变及城市热岛效应所带来的影响,并精细到了5纬度10经度网格。

序列自1856年开始。

Jones的序列存在的问题：

覆盖面不完整；前后不一致。

（2）美国戈达德空间中心（GISS）汉斯（J.E.Hansen）等的序列。

先把全球划分为面积相等的80个大区,各大区包含100个小区,先计算小区的温度,再计算大区及半球和全球平均温度。

（3）前苏联水文气象院维尼科夫（K.Ya-Vinnikov）等的序列。

根据北半球单站气温距平手绘等值线,再读出经纬度格点上的值。

后来又重新补充资料,采用客观分析方法计算格点值,再求半球平均,并补充了南半球温度,得到全球平均值。

其中北半球的序列向前延伸到了1841年。

2007年IPCC-AR4公布了CRU（HadCRUT3；Brohan等，2006）；NCDC（Smith和Reynolds，2005）；GISS（Hansen等，2001）等全球平均气温数据。

图全球平均地表气温距平变化逐年全球平均气温（黑点），左轴表示距平，右轴表示实际气温（）（IPCC，2007）,图1901-2000年全球年平均温度距平序列（LuAnnDahlman，2009）,2、20世纪全球变暖近百年以来全球气温变化最突出的特征是显著变暖，但增暖过程呈现波动性上升。

全球平均气温近百年（1906-2005年）线性变暖趋势为0.740.18/100a；近50年（1956-2005年）的变暖趋势为1.30.3/100a，是近百年的2倍。

表明：

变暖过程表现出加速趋势。

20世纪增暖主要发生在两个阶段，分别是1915-1945年以及1975年以后，其中近百年来最暖的5年发生于1997年后，1996-2005年的12年中有11个最暖年。

3、气温变化的时、空间差异全球变暖的趋势存在显著的区域性。

南北半球增暖趋势存在明显差异，特别是近27年（1979-2005）北半球增暖趋势是南半球趋势的2.5倍，达到了0.2340.070/10a；南半球增暖趋势为0.0920.038/10a。

海陆增暖趋势的差异也比较显著，近27年（1979-2005）陆地气温的变暖趋势是海洋SST的2倍。

海陆变暖趋势的差异部分反映了南北半球海陆面积的不同。

表全球、南北半球地面气温变化趋势对比（/10a）（IPCC，2007）,图1901-2005（左，/10a）和1979-2005（右，/10a）的逐年气温变化线性趋势灰色表示数据不充足的地区。

趋势显著性水平在5%的地区用白色+表示（所用到的数据库来自Smith和Reynolds（2005）提供的NCDC，IPCC，2007）,图中可见：

20世纪以来，除了格陵兰南部区域和美国东南部的三个较小地区，以及玻利维亚和刚果盆地的部分地区以外，世界大部分区域地表气温都呈增加趋势。

增暖最显著的地区在40N70N（即亚洲内陆、北美西北部）以及南半球中纬度地区和巴西等地。

现有记录表明：

陆地表面气温的变暖速率比海洋快，特别是1970年以来。

近20年来陆地和海洋的增暖速率分别为0.27/10a和0.13/10a。

同时，有些地区则增暖现象不明显或者变冷。

比如，在65S以南的南极大陆近几十年没有明显的增温现象。

图1979-2005（/10a）季节（春、夏、秋、冬）气温线性趋势灰色表示数据不充足的地区，趋势显