全球气候变化.pptx
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,全球气候变化,主要内容,1、6500万年前的地球气候2、6500万年以来新生代气候3第四纪气候4末次冰期气候5气候的快速变化6全新世环境72000年来的气候变化,周期、准周期变化平稳序列趋势变化变率变化突变:
均值、周期、变率在时间坐标上环境演变的基本表现形式(据Hare1979年修改),一开一合谓之变,化新裁旧谓之变,1、6500万年前地球气候,全球气候变化,地球历史早期时太阳的光度比现代低2030,如果按照现代大气成分估算,地球的平均温度在20亿年以前均应处于冰点以下,大气中含量远高于现代的CO2等温室气体的强温室作用应是地球保持温暖状态的原因。
现代CO2含量,现代太阳光度,地球历史的绝大部分时期是温暖的,从地质时期的气候演变看,目前所处的第四,第四纪冰期,石炭二叠纪纪冰期纪冰期是相对寒冷的时期。
前寒武纪冰期地球气候的长期演变(L.A.Frakes,1984),至迟在距今20亿年前后,现代意义的板块运动的开始。
自此之后,地壳的演变主要表现为大陆的合并与解体的板块运动旋回阶段。
可能在距今11.5亿年前后存在一个主要大陆块联合在一起的古联合大陆(Proto-Pangaea)时期,在距今106亿年期间,古统一大陆解体。
现代的海陆分布格局是由约200MaBP的泛大陆和泛大洋分裂形成的。
理想泛大陆的气候状况模拟(据Kutzbach和Gallimore,1989;引自R.J.Huggett,1991),巨大的陆地使得气候的大陆性极其显著,并存在大尺度的冬夏季风环流。
整个陆地上的年降水量大多不超过720mm,东海岸日降水量超过2mm,西海岸日降水量平均达2mm的地区位在冬季受西风带控制的中纬度地区和赤道辐合带控制下的赤道地区。
低纬地区降水小于蒸发,中纬度地区降水大于蒸发。
石炭纪和白垩纪时期的自然带分布(引自白顺良等,1984),2、6500万年以来新生代气候,全球气候变化,大洋传送带洋流是自然界的冷热水管。
洋流变动与气候变化密切相关,互为因果。
密度差异是海洋水团运动的重要原因。
密度取决于温度和盐度。
低纬地带因蒸发强而盐度高,但同时温度也高,所以密度并不高。
当洋流向高纬运动过程中,温度下降而盐分保留,所以密度增大而下沉。
再沿洋底流向低纬地带。
新生代以来的大陆漂移与温度变化(M.A.J.Williams等,1997),澳大利亚从南极洲分离建立起绕极环流,南极洲和澳大利亚之间的进一步分离,塔斯马尼亚海道开启,出现大规模的海冰,印度大陆向欧亚大陆的接近,南大洋和杜累克海峡增宽,极大陆上逐步发育起来地中海与世界其它大洋分离,6.25MaBP,杜累克海峡的张开,冰川在南“Messinisn盐度危,机”,大洋中的盐度下降约6,海水冻结温度提高,造成高纬地区的海冰进一步扩展,南北美洲之间的通道关闭在上新世的轻微转暖之后。
到3MaBP北半球的气候变冷导致冰川的显著扩展,在北大西洋中发现有冰漂碎屑存在,标志着作为第四纪特征的冰盖迅速增长与消融的时期的开始,白垩纪到早第三纪的大洋环流及其与晚第三纪以来大洋环流的对比(J.Rogers,1993),13C显示的7MaBP前后巴基斯坦和北美地区从C3植物到C4植物的转化(引自Turekin,1996),东非地区2.4MaBP前后环境的变化(引自StevenM.Stanley,1995),晚新生代的变冷和干旱化不仅限于从西撒哈拉经阿拉伯到印度西北部的广阔热带干旱带,也不限于北半球。
中国从2.4MaBP开始出现黄土沉积,地中海地区的夏季干旱也在此时出现。
热带安第斯地区的植物群于2.5MaBP发生显著变化。
南美、南非和澳大利亚地区虽尚无法准确地确定时间,但地貌学、地球化学、动植物方面的证据均表明新第三纪干旱化的趋向。
新生代以来自然带格局变化示意图,3、第四纪气候变化,全球气候变化,深海沉积记录的第四纪气候旋回,地球轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射的变化,NATURE|VOL429|10JUNE2004,最近80万年来深海气候记录与天文轨道周期,第四纪万年尺度气候变化原因,在深海氧同位素序列和我国黄土古土壤序列中均分别检测出地球轨道参数变化的几个特征周期,即0.4Ma、0.1Ma的偏心率周期,41ka的地轴倾斜率周期,以及23ka和19ka的岁差周期,表明第四纪冷暖波动周期与地球轨道参数周期(米兰柯维奇周期)相一致。
深海沉积、黄土和冰芯等各指标曲线的形式与根据地球轨道参数变化所计算的北半球高纬度地区太阳辐射量的变化曲线相一致,仅时相上略有落后,因此,地球轨道参数变化可能是第四纪环境周期性变化的驱动力。
Setpointsatca.200&290ppm,Atmoscompositionandclimatearecloselycoupled,Periodicityatca.100000years,Longglacialperiods;shortinterglacials,TheVostokChallenge,WhataretheforcingsandfeedbacksthatmovetheEarthSystembetweenglacialandinterglacialstates?
Whatcontrolsthesetpoints?
Howimportantisbiologyintheself-regulationoftheEarthSystemasseenintheVostokrecord?
转换过程的不对称性冰期与间冰期之间的转换是不对称的,从间冰期向冰期的过程是缓慢的、阶段性的,缓慢的变冷过程可能会持续7090ka,其间并发生数次轻微回暖的阶段;从冰期向间冰期的变化是迅速的,冰川融化只需要8ka的时间,冰川的退缩使环境迅速转变为现代的间冰期。
Source:
Labeyrieetal(2003)In:
Paleoclimate,GlobalChangeandtheFuture,Springer.,45万年来全球大洋海平面的变化,末次间冰期以来的大气CO2含量变化(A)、温度变化(B)、深海18O变化(C)与海平面变化(D)。
(Barnola等,1987;Chappell等,1986),南极冰芯中15kaBP以来的全球变化记录:
a.微粒的体积浓度,b.非海相硫酸盐的含量,c.CO2含量,d.18O,e.估计的降水率,f.推测的古温度。
(引自Williams,1997),北半球冰盖的发育按照这样的模式:
冰雪积累形成冰盖的过程十分缓慢,但冰川融化、冰盖退缩的过程却十分迅速。
冰盖随冰期间冰期的转换发生大幅度的往复进退(以深海18O的变化为代表),这一过程既是对全球温度变化的响应,同时也对全球温度变化起到强烈的正反馈作用。
冰盖与海冰反馈,与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面的升降。
在从间冰期向冰期转换的过程中,大量的水分被从海洋转移到冰盖中固定下来,导致全球海平面随着冰盖的强烈扩张而发生大幅度下降。
由于冰期大洋缩小、海面蒸发减弱,导致全球降水减少,气候变干,陆地冰盖因缺少水分供应而不会无限制增大,使冰盖反射率反馈不致无限制增加。
“下削”机制的意义在于,冰退作用的增强不是靠大气的增温使冰体融化,而是靠崩裂的海冰随海流漂走之后由海水的热量使冰融化。
大气温室气体的反馈与气溶胶反馈,冰芯记录显示,温室气体CO2和CH4的含量在冰期时减少,在间冰期时增大,呈现与温度变化相同的趋势。
这种强相关暗示存在着大气通过温室气体的变化影响温度的反馈作用,使得变冷或变暖的程度加大。
南极冰芯资料表明,在增暖事件中,CO2的变化与温度的变化几乎是同步的,但落后于日射变化。
在变冷事件中,温度变化落后于日射变化,而CO2的变化又落后于温度变化。
冰期降水减少、风速增大、经向环流增强,浅海大量出露为大陆,陆地植被覆盖降低,有大量的尘埃由陆地吹向海洋,甚至到达南极中部,冰芯中粉尘浓度在冰期时增大,冰期最盛期的冰芯中粉尘浓度是冰后期的70倍。
气溶胶粒子在大气中的载荷增大具有正反馈效应,能将太阳辐射反射回太空,从而加速地面冷却,使冰期加剧。
间冰期时情况则相反。
地表风蚀,大气粉尘,沙尘天气,水汽凝结核,阳伞效应,全球温度,大气降水,黄土/土壤,大洋降尘,陆地降尘,戈壁/荒漠,陆地生态系统,海洋生物泵,碳循环,风尘搬运与堆积对气候系统的影响,我国黄土古土壤记录表明,由粒度代表的冬季风记录都先于由磁化率代表的夏季风记录的变化,表明在冰期和间冰期之间的转折时期,冬、夏季风在千年尺度上存在明显的位相差。
这种滞后信息可能是热带太平洋海气系统的状态调整滞后于高纬陆地的反映北京斋堂黄土的粒度与磁化率的变化(线框表示冬、夏季风存在位相差的时段。
熊尚发等,1996),过去250kaBP以来,在岁差周期内,东赤道太平洋与南半球海温同步变化(或略晚于后者),而它们的变化明显领先于北半球海温和大陆冰量的变化(Mcintyre)。
4、末次冰期气候,全球气候变化,末次冰期冰盛期(LastGlacialMaximum:
LGM)系指末次冰期中气候最冷、冰川规模最大的时段,其时间在21kaBP(或相当于14C年代18kaBP)前后,是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期。
Tworeconstructionsofwhattheworldlookedlikeduringtheheightofthelastglaciation(below)andaround6000yearsago(above).Notethattheextentofsea-iceisnotshown(norisAntartica).Workiscontinuingonrefiningthesemaps.Thereisaconsiderabledebateovertheformerextentoficecover(e.g.inNorthWestRussia)andoverthecharacterofvegetationcoverinmanyregions(e.g.Amazonia)duringglacialtimes.Onthesemapsgreensrepresentvegetationrequiringmoremoistureandbrownsandyellowsareariditytolerantbiomes.Purplesrepresenttundra,taigaandstepvegetationandwhiteisice.Fulldocumentationisavailableintheoriginalpublication.source:
Petit-Maire(1999)C.R.AcadSciParis,Earth+PlanetarySciences,328,273-279.,6000yearsago,lastglaciation,最后冰期时全球冰盖与永久冻土的分布(上,下图为现代的分布范围)(引自Willianms,1997),现代冰雪覆盖面积为15106km2,占陆地面积的10左右,海冰覆盖大洋的7.3左右,冰川体积30106km3,最后冰期最盛时,冰盖的体积为90106km3,冰川覆盖面积为40106km2,接近1/3的陆地被冰覆盖。
20kaBP以来北大西洋极地水团南界的变化.(据Lowe和Walker,1984;引自Moore等,1996),最后冰期时因海面下降而出露的陆架浅海区分布(引自Willianms,199
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