全球气候变化与其影响的研究Word格式.docx

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IPCC2001年的报告还对21世纪的气候变化作出了预测，预计到2100年，地球平均温度可能增加1.4℃～5.8℃，地球平均海平面可能上升0.09～0.88m。

不过这种预测存在许多不确定因素。

在20世纪，全球气候变化对社会系统与自然生态系统都产生了巨大影响，对社会影响最突出地表现在人民生命财产损失的增加，社会变得十分脆弱；

对自然生态系统的影响主要表现在生命过程的变化与生物物种的变化。

气候变化是一个十分复杂而又重大的课题，尽管不少科学家对温室变暖效应导致气候变化有了共识；

然而，也有一些科学家对此提出质疑。

现今，全球气候变化研究已经渗透到了十分广泛的科学领域，同时气候变化的影响也涉及到了很多方面，其中可以从两个方面概括：

即社会生态系统和自然生态系统。

2.世界全球气候变化评估

在来自许多国家、由数百位科学家组成的“政府间气候变化委员会”（IPCC）2001年提出的第3次评估与工作报告中，对全球气候变化的状况作出了权威性的小结，日益增多的观测资料表明：

世界正在变暖，气候系统正在发生变化。

2.1全球表面平均温度在20世纪已经升高了大约0.6℃

自1861年起，全球表面平均温度（接近地表的平均气温与海面温度）开始上升。

在20世纪已增加0.6±

0.2℃，较第2次评估（1994年）约增加了0.15℃，如图3（a）所示，原因是1995-2000年增加了几个高温年，而且资料处理方法也有了改进，其中考虑了城市热岛效应的校正。

在上述140年间，20世纪出现了两段最热的时期，即1910-1945年与1976-2000年。

就全球而言，20世纪90年代是1861年以来的最热的10年，1998年是有仪器观测的最热的年份，如图3（a）所示。

（a）柱状图—逐年全球平均温度值；

黑实线—10年滑动平均温度值；

T—逐年全球平均温度值；

（b）黑波动线—逐年全球平均温度；

黑实线—50年滑动平均温度值；

淡黑色—逐年全球平均温度值95%置信区间

图1地球表面温度变化

根据北半球古气候资料的最新分析，20世纪温度的升高可能是过去1000年内温度升高最多的一个世纪。

在北半球，20世纪90年代可能是最热的10年，1998年是最热的年份，如图3（b）所示。

限于资料，对于1000年以前的年平均温度以及1861年前南半球的温度都知之甚少。

就平均而言，在1950-1993年间，陆地夜间日最低气温每10年大约增加0.2℃，约为陆地白天最高气温每10年增加0.1℃的2倍。

许多中、高纬度地区的无冰期增长了。

在同一时期，海面温度的增加约为陆面平均温度增加的1/2。

2.2过去的40年，近地球8km内的大气层温度增加20世纪50年代后期以来（气球观测精度较高时期），近地球8km内大气层与地表一样气温增加了，每10年气温增加0.1℃。

从1979年起，卫星与天气气球同步观测表明，近地球8km内大气层的全球平均温度每10年变化+0.05±

0.10℃，而全球表面温度则每10年增加+0.15±

0.05℃。

变暖率的差异具有统计上的显著性。

这种差异主要发生在热带与亚热带地区。

近地表8km内大气层与地表受诸如平流层臭氧消耗、大气内烟雾以及厄尔尼诺（ElNino）现象等因素的影响有所不同。

因此，在物理上似有理由相信在一个短时期内（例如20年），气候趋势可能有所不同。

此外，空间取样技术也可对趋势的差异作出某种解释。

2.3雪盖与冰区范围减少

卫星资料表明，雪盖范围自20世纪60年代后期以来可能减少了10%。

地面观测站资料表明，在20世纪，北半球中、高纬度地区每年的河、湖冰盖期大约减少2周。

在20世纪，非极地山区冰川出现大范围退缩现象。

自20世纪50年代以来，北半球春夏海冰范围减少10%～15%，近10年来，北极夏末至秋初的海冰厚度可能已减少4%，而冬季的海冰厚度减少得十分缓慢。

2.4全球平均海平面上升，海洋含热量增加

潮位站资料显示，在20世纪全球平均海平面上升了0.1～0.2m。

自20世纪50年代末以来，全球海洋含热量增加了。

2.5降水量有增加的趋势

北半球大陆大多数中、高纬度地区在20世纪降水量每10年增加0.5%～1%，热带（北纬10°

到南纬10°

）陆地雨量每10年增加0.2%～0.3%，北半球亚热带（北纬10°

到北纬30°

）大部分陆地，在20世纪降水量每10年约减少0.3%。

北半球中、高纬度地区在20世纪下半叶，大雨的频率增加了2%～4%。

2.6厄尔尼诺现象更加频繁

同以往100年比较，自20世纪70年代以来，温暖的厄尔尼诺南方涛动（ENSO）现象更加频繁、持续时间更长，强度更大。

2.7部分地区干旱有所增加

在1900-1995年，全球陆地普遍出现严重干旱与严重洪涝的机会增加不多，在许多地区，类似ENSO趋于更暖的变化主要表现为10年内以及数十年内的气候变化。

在近数十年里，像亚洲的部分地区，干旱的频率与强度有所增加。

2.8人类活动继续影响着气候

有充分的证据表明，在过去的50年里，观测到的变暖现象是人类活动造成的。

目前的模型估计，过去100年来的变暖，不可能只是内部的变异引起的；

图3（b）上1000年资料也说明变暖是不正常的，不可能完全是自然现象；

仅仅模拟对自然因素作用（即对太阳辐照度和火山爆发变化的响应）不能解释20世纪下半叶变暖的事实。

人类造成的硫酸烟雾作用，尽管不确定，但却是变冷效果，因而也不能解释变暖。

图4表明，若仅仅模拟太阳辐射与火山爆发等自然因素（图4（a）），或仅仅模拟温室效应与硫酸烟雾排放等人类活动作用（图4（b）），都不足以与观测结果吻合，只有同时对两者进行模拟（图4（c）），才能使模拟温度与观测温度接近。

（a）为模拟太阳辐射变化以及火山爆发等自然因素对全球平均温度的影响；

（b）为模拟温室效应与硫酸烟雾等人类活动因素对全球平均温度的影响；

（c）为同时对自然因素与人类活动对全球温度影响的模拟

图2全球表面平均温度模拟

3.气候变化的原因的分析

目前，关于气候变化原因的学说及其分支估计有上百个，Hay等[30]将这些假说归类为11种。

如果再结合其它研究的成果，我们大致可以归纳出全球气候变化的16种原因，它们包括：

a.太阳辐射的变化；

b.宇宙沙尘浓度的变化；

c.地球轨道的变化；

d.大陆漂移；

e.山地隆升对大气环流和环境的影响；

f.洋流的改变；

g.海冰的变化；

h.大气温室气体的变化；

i.大气气溶胶浓度的变化；

j.极地同温层云量的变化；

k.极地植被的变化；

l.同大陆沙尘气溶胶相联系的“铁假说”；

m.大陆C3植物向C4植物的转化；

n.天体撞击；

o.火山爆发；

p.地核环流作用等。

这些假说一方面使我们眼花缭乱，但另一方面也可见这一科学命题的复杂性，它成为目前全球变化研究中最受关注的科学难题并不是偶然的。

3.1构造尺度气候变化的原因

目前，关于构造时间尺度气候变化的原因，大多数科学家倾向于海陆的构造运动，包括板块的漂移、海道的开启与闭合及山地的隆升，它对气候的影响具有不可逆性，决定着地球系统的气候格局。

在整个新生代期间，气候一直趋向于变冷，并可识别出一系列快速的降温事件，而这些降温均与现代海陆演化的发展阶段相联系，图1给出了气候变化及事件与大的构造运动的关系图，表明地球的构造运动可能是造成这种超长时间尺度气候变化的原始驱动力。

整个新生代以来，主要的地球构造运动事件有：

①在约50MaBP之后的始新世，在南大洋中的杜累克海峡开启，澳大利亚从南极洲分离，绕南极的环流出现，阻碍了赤道与极地的热量交换，南极开始出现冰盖；

②在38MaBP前后的始新世末期，杜累克海峡进一步张开，加强了绕南极的环流，南极冰盖已达到目前的70%，被称为早渐新世冰盖增大事件；

③在2.5MaBP前后即第四纪的初期，它恰好对应北半球大陆冰盖开始发展的时期，有科学家认为是南北美洲之间的通道在此时关闭，导致墨西哥湾暖流增强，给北极地区带去了更多的降雪[1，28]；

④在新生代，全球降温与天体撞击有相当密切的关系，在65、34、15、2.4、1.0和0.7MaBP分别发生的6次重大天体撞击产生的“核冬天”可能对全球气候变冷起到了诱发作用；

⑤Ruddiman等力主青藏高原等新生代隆起地区对全球气候变冷可能做出了决定性的贡献，其依据不是山地隆升导致大气环流的改变，而是基于山地隆升—CO2减少—气候变冷的机制。

France等认为山地隆升导致有机碳的埋藏，较硅酸盐、基岩风化更能除去大气中的CO2，有研

Mi-1和Oi-1分别为中新世和渐新世的2次气候快速转换事件；

Paleocene为古新世；

Eocene为始新世；

Oligocene为渐新世；

Miocene为中新世；

Pliocene为上新世；

Pl.t为第四纪

图3新生代以来的气候变化及事件与大的构造运动

究表明青藏高原隆升的三大阶段与新生代3次突发性变冷有不同程度的联系，山地隆升导致晚新生代以来气候变冷的学说被科学界广泛接受。

因此，从80年代末以来，山地隆升和温室气体被认为是晚新生代以来气候变化最主要的2个因素。

不过，有时候地球构造运动不是孤立地对气候变化起作用，而是与其它过程迭加在一起来影响气候变化。

如第四纪的初期北半球大陆冰盖的发展，不仅只是南北美洲之间的通道在此时关闭的原因。

Barron等认为它可能还隐含了更多因素的作用。

同时，绕极环流的增强同冰盖增加相联系的解释没有能够得到GCM数值模拟实验的充分支持。

同时，有科学家认为，宇宙电磁场的扰动到达高层大气后，通过“变压器效应”激发地核环流，导致地球磁场的反转，进而控制造山运动的强弱，使大气的热机效率增强和减弱，从而决定全球气候的冷和暖。

并认为它不但可解释22亿年以来地球的7次大冰期，而且同样适用于新生代的气候变冷。

不过，此假说仍然缺乏关键的证据。

3.2轨道尺度气候变化的原因

轨道尺度气候变化是叠加在构造尺度上的一种幅度相对较小的气候波动，因而表现出明显的准周期；

关于轨道尺度气候变化的原因有许多观点：

首先，影响最大的当属于米兰科维奇假说，他认为太阳辐射的变化驱动了100、41和23ka的地球轨道周期，从而引起全球气候的变化，它比较成功地解释了北半球冰盖的进退机制，但被认为主要局限于上新世及第四纪的北半球。

其次，最近有一种比较盛行的观点认为，行星间宇宙沙尘的100ka周期很可能控制了第四纪冰期—间冰期的更替。

第三，温室气体特别是CO2目前被认为是气候变化的主要原因，此观点于19世纪末期被Chamber-lin所提出。

20世纪80年代提取的南极Vostok冰芯中的CO2曲线同温度曲线高度的一致性，为这一假说提供了证据，降低的大气CO2浓度被认为是导致晚新生代以来气候变冷最成功的假说。

Raymo对Chamberlin的新假说做了仔细的研究，认为海床扩张率的增强加速了火山爆发和山地隆升，大量新鲜的硅酸盐和基岩被暴露风化，从而吸收大气中的CO2转变成为碳酸盐，进而使大气中的CO2减少，导致了冰期的来临。

第四，在轨道尺度上解释气候变化原因的另外一个目前非常流行的假说就是“温盐环流”，美国2004年推出的最新的气候灾难大片《末日浩劫》中关于气候突变的理论基本上就是基于此假说。

此假说于20世纪90年代被提出，其原理是由于在不同地区因降水和温度的不同，所以导致海水密度分布不均匀形成的热力学海流，而海水的密度主要由温度和盐度决定，所以这种由温度和密度梯度驱动的深层洋流，被称为“温盐环流”。

全球大洋中有90%的水体受温盐环流影响，是全球大气—海洋能量交换的主要方式，极地地区因辐射冷却等因素而形成寒冷、高盐、高密度的海水强烈下沉，形成底层和深层流。

北大西洋高盐度的深层流向南绕过非洲南端，除部分北流到印度洋外，其余向东流入太平洋，受温暖和淡水的稀释作用，海水密度降低并上升到海表面，然后在上层向西运动返回到大西洋，从而构成了一个跨越各大洋的海洋“传送带”。

研究认为该传送带向高纬地区输送的热量远超过地球轨道要素引起的日照率变化所产生的影响，是影响高纬地区冰盖生消的重要原因，进而提出了大洋环流—气候模式来解释第四纪冰期—间冰期的转换机制。

“温盐环流”假说同冰盖假说在目前有进一步融合的趋势，并同CO2上升引起全球变暖紧密联系在一起。

研究认为北极冰盖的生消和北极地区河流的改道，导致进入大西洋淡水产生变化，从而影响北大西洋海水的密度，进而加强或削弱大洋传输带的强弱，对全球气候产生影响。

然而，轨道尺度上气候变化的原因还有许多令人费解的地方。

如长序列的CO2曲线目前仍没有得到，而一般认为它的变化同深海有孔虫氧同位素一样，但已有的几个CO2代用指标如δ13C、δ13B所反映的CO2曲线并没有同深海有孔虫氧同位素趋势一样，Veizer等甚至认为同深海有孔虫氧同位素曲线所反映的温度几乎没有相关关系。

但有些科学家认为在海洋中不可能得到大气中真实的CO2曲线。

同时，目前能够监测的、短期的CO2浓度尽管与观测的温度吻合的非常好，但大气CO2浓度与气候的关系因最近温度上升的幅度远低于科学家根据CO2浓度上升所预测的温度值而受到挑战，这些因素使CO2—气候的机制也面临一定困惑。

因此，能够得到公认的、真正反映CO2变化的、高精度的整个新生代超长序列CO2曲线的获得是平息这场争端中的焦点科学问题。

最近南极近74万年高分辨率冰芯资料的获得，较原来的Vostok冰芯长近1倍，其所包含的大气CO2浓度曲线的解译，将为我们了解气候变化的原因及检验CO2假说提供更有效的资料序列。

3.3亚轨道尺度气候变化的原因

亚轨道时间尺度上的气候变化既包括了几十年到万年的长周期变化。

在20世纪90年代以前，认为气候在此时间尺度内基本保持稳定，但Heinrich事件的发现，特别是在冰芯中发现了具有千年尺度的气候波动（称为D—O循环）以及包括Heinrich事件在内的Bond旋回，人们开始认识到气候系统存在不稳定性，打破了人们习惯于气候变化需要上千年以上时间尺度这一传统观念，气候变化具有突变性的观念也开始被广泛接受，关于气候突变发生的时间尺度已经由千年缩小到10年之内，如在11kaBP前后的新仙女木事件，温度在数百年内下降了6℃，而全新世暖期的降温事件（82kaBP）中，气温在几年内就骤降了8℃。

这些亚轨道尺度气候快速变化的成因机制目前仍不清楚，但现行占据主导地位的仍是大西洋温盐环流的解释。

最近又出现了几个新的观点：

第一，认为产生ENSO的赤道地区海洋和大气体系才是气候突变的触发、放大和快速传播的主要地区。

因为热带地区是全球接受能量最多的地区。

此假说认为在一定的轨道条件下，与ENSO有关的赤道附近地区海温变化可以产生骤然的气候突变，并直接影响海水的温度和盐度，而且这种影响可能会持续几个世纪，形成所谓的超级ENSO。

第二，认为这种气候变化来自太阳变化的声音也不容忽视，如Friis等研究了近百年来太阳黑子周期长度（SCL）与全球温度的关系，发现它们有非常好的相关性，许靖华认为如此高的相关性证明气候与太阳活动之间的关系不可能是假的。

汤懋苍在此基础上对中国气候的最新研究指出：

SCL的长短是制约中国年代（101）和世纪（102）气候变化的最基本的因素之一。

钟巍等通过研究发现4ka来气候变化周期，与太阳活动周期有很好的一致性，并且这种一致性存在于全球各地大量的气候变化记录中。

这些研究表明：

形成全球不同地区气候变化具有相同或相似周期的根本原因，可能在于太阳辐射变化的驱动；

换言之，太阳辐射是形成全球数十至百年尺度气候变化的重要驱动力。

器测资料、历史时期的各种气候代用指标的研究早已显示，太阳辐射与气候具有相同或相近的短周期变化，如11年的“Schwabe周期”、22年的“Hale周期”以及90年的周期。

但不少科学家仍然对太阳活动对于地球气候变化的影响存在怀疑，其主要原因是地球接受到的太阳总辐射量（太阳常数）的微小变化可能很难对全球气候产生重大影响。

同时，过去数十年间，虽然已有非常多的证据表明气候变化与太阳活动之间存在密切的联系，但其影响气候的机理仍没有得到很好的解释。

不过，最新的研究发现宇宙射线不但会增强太阳活动的强度，进而使太阳风加强，而且导致大气中云的形成，使到达地球的太阳总辐射量减少，引起地球降温，目前这个观点的证据仅仅适用于短期气候变化，但它从新的角度诠释了太阳活动对气候的影响，使太阳辐射的假说得以复活。

无论如何，太阳直接驱动了地球表面的各种过程，是气候变化最大的外在因素。

我们如今对太阳内部变化的机制仍然知之甚少，同时也需要大量不同地区、具有较高分辨率和较长时间尺度的气候变化记录，以进一步验证和解释其中的关系。

第三，目前流行的“铁假说”也因1993年在赤道海洋及1999年在南极进行的“南极南海铁投放实验”（SOIREE）引起海洋浮游生物大发展而变得格外引人注目。

海洋中浮游生物的增加可消耗大量的碳，并通过“生物泵”作用沉积到海底，从而使大气中的CO2浓度降低，引起亚轨道时间尺度上的全球气候变冷，而海洋中的铁物质供应则来自各大陆的沙尘。

南极Vostok冰芯中400ka的沙尘通量与CO2浓度和温度呈非常显著的负相关，在一定程度上证明了这一假说。

同时，有证据进一步证明来自大陆的沙尘与全球气候变冷有非常密切的关系。

Ridgwell进一步认为沙尘气溶胶不仅仅只是扮演了在空中削弱太阳辐射从而降低大气温度的角色，而很可能通过海洋的“生物泵”作用，有效地降低了大气中的CO2浓度，从而起着抑制全球变暖的作用。

4.气候变化对世界的影响

气候变化对世界的影响包括对社会系统与对自然生态系统影响两个方面。

对社会系统的影响以美国为例。

美国因暴雨造成当年财产保险业损失超过500万美元的灾害损失已由20世纪50年代每年1亿美元增加到90年代每年60亿美元。

1990-1997年总财产保险损失达到600亿美元，联邦政府由于天气灾害支付的赈灾费用为120亿美元。

在1990-1996年，造成1亿美元财产保险损失（1992年价）的致灾暴雨共发生72次，而在前40年仅发生142次；

但是，造成10亿美元损失以上大的天气灾害并未增加，这类灾害自1949年以来共发生22次，且随机地出现在1949-1997年间。

作物雹灾保险损失从50年代年均损失3000万美元（遭灾年份平均）增加到90年代的3.2亿美元，联邦政府由于天气灾害支付的赈灾费用从1966-1970（1994年价）年的6.7亿美元增加到1991-1995年的40亿美元。

各种天气灾害造成的损失同样增加了，每年飓风造成的损失由20世纪40年代的50亿美元增加到90年代的400亿美元（1990年价）。

居美国天气灾害损失首位的洪灾损失，由40年代每年损失10亿美元增加到80-90年代每年损失60亿美元（1997年价）。

在一些城市，雹灾造成城市损失超过3亿美元的已经变得普遍了。

应当认为，天气灾害损失的增加至少包括两方面因素，即社会因素与自然因素。

不过，许多科学家认为，大多数损失的增加是由于社会变化引起，而主要不是天气极端情况增加所致。

人口的增加，向多暴雨地区聚居以及财富的集聚使国家在极端气候发生时更加脆弱。

天气灾害造成人员死亡的情形与钱财损失不同，总的来说增加不多，这主要应归功于较好的预报和预警系统的改进以及加强了灾害风险意识。

气候变化对自然生态系统产生的影响也是很大的。

陆地上许多物种的变化足以证实20世纪气候变化已对自然生态系统产生了影响，较之10年前，已观测到更多的是由于全球变暖而产生的生命变化[9]。

许多生物过程在特定的温度与降水阈值发生时都经历了突变。

遭受严寒与少雨，常常决定了动植物的生活空间边界，单一的极端温度有可能改变生态系统。

例如，由于美国密执安湖强大的冬季风暴，导致最大与最小的麻雀发生不对称的死亡，从而选择了健壮的体型。

海龟的性成熟期决定于胚胎生长期内的最高温度。

有的地方在厄尔尼诺出现的干旱年份，鸣禽的嘴喙变大，反之，在极端多雨的年份，鸣禽的嘴喙变小。

20世纪50年代新墨西哥一次持续的干旱导致松树林边界扩充了2km。

在北美西部，一种蝴蝶的活动范围在20世纪向北扩大了92km，向高空扩展了124m，这恰好与同期的平均温度等值线向北移动105km，向高空抬高105m极其吻合。

这种活动区移动机理表明了蝴蝶群灭绝率在墨西哥西部高于加拿大北部的事实。

目前观测到的干旱、“伪春”、仲夏严寒等多种极端天气条件造成了蝴蝶群体的死亡。

因此，自1904年以来，这种活动范围逐渐北移并向高空发展，很可能是少数极端天气条件对生物群体灭绝率影响的结果。

海洋环流的变化似乎也影响着生命的变化，例如挪威的红鹿，温暖的北大西洋振荡使雌性红鹿变小，雄性红鹿变大。

以上列举的若干气候变化对社会系统与自然生态系统影响的实例仅仅是千万影响中微小的部分；

但即使这样，人们在目前仍不能直接将这些社会系统与自然生态系统的变化同气候变化建立起联系，因为气候变化是非线性的，任何一种气候变化在时间和空间上都变化多端。

对于这一点必须要有清醒的认识。

5.未来气候变化的预测

IPCC对1990-2100年全球气候变化作出如下预测：

（1）根据对温室效应的估计，全球表面平均温度可增加1.4～5.8℃

①21世纪气候变暖的速度不仅大大超过20世纪，也是过去10000年间所从未看到过的。

②几乎所有大陆上的气候变暖都超过全球平均情况，尤其是北半球高纬度地区的冬季。

特别突出的是北美的北部以及亚洲的北部与中部，这些地区的温度增加有可能超过全球平均增温的40%；

但在亚洲的南部与东南部的夏季与南美南部的冬季，气候变暖的程度可能要低于全球的平均增温。

地表温度变化的趋势将使厄尔尼诺现象增多

①热带太平洋东部变热的程度超过西部，降水偏多。

②全球水汽含量与降水量都会增多，大的旱涝风险会增加。

全球海平面从1990-2100年预计将上升0.09～0.88m

①北半球的雪盖与海冰将进一步减少，冰川与冰帽将在大范围内退缩。

②南极的冰盖将因降水的增多而加重，而格陵兰的冰盖将因径流超过降水而逐渐消融。

③处于海平面以下的南极西部冰盖将因其减少而导致海平面上升。

全球平均温度的增高必然导致水文循环中水分的再循环率的增强。

较高的蒸发率将加速降水后土壤的干化，从而使某些地区出现干旱，并使温度增高，水分的再循环率加快将增强大雨雨率，增加大雨的频率。

全球变暖还可能改变厄尔尼诺这种大气中的自然秉性，引起