全球变化课件-第2讲.ppt

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1、全球变化学2全球变化的科学、预测与影响全球变化的科学、预测与影响1 1、全球变化学的定义、全球变化学的定义2 2、全球变化学产生的背景、全球变化学产生的背景3 3、全球变化学的理论基础？、全球变化学的理论基础？4 4、全球变化学研究的目标？、全球变化学研究的目标？5 5、目前已建立的预测模型中，未来全球气温上升的、目前已建立的预测模型中，未来全球气温上升的主要影响因素，是人类活动还是自然因素？为什么？主要影响因素，是人类活动还是自然因素？为什么？6 6、假设温室气体每年增加、假设温室气体每年增加1%1%，20502050年年均气温最高年年均气温最高增加多少，且主要影响北半球，还是南半球？我国升

2、增加多少，且主要影响北半球，还是南半球？我国升温最明显的地区在哪里？温最明显的地区在哪里？7 7、全球变化的危害？、全球变化的危害？1) 1)臭氧臭氧2)2)冰川退缩冰川退缩3)3)水资源重新分布水资源重新分布4)4)海岸带影响海岸带影响5)5)作物产量作物产量6) 6) 英格兰英格兰全球变化科学定义全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。它的主要目的是了解地球系统是如何工作、学。它的主要目的是了解地球系统是如何工作、如何运转的；如何运转的；研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统

3、的管理提供科学依据。今天，全球环境问题的严重性主要今天，全球环境问题的严重性主要在于人类本身对环境的影响已经接近在于人类本身对环境的影响已经接近并超过自然变化的强度和速度，正在并超过自然变化的强度和速度，正在并将继续对未来人类生存环境产生长并将继续对未来人类生存环境产生长远的影响。远的影响。 这些重大的全球环境问题已经远远这些重大的全球环境问题已经远远超过了单一学科的范围，迫切要求从整超过了单一学科的范围，迫切要求从整体上来研究地球环境和生命系统的变化，体上来研究地球环境和生命系统的变化，从而提出了地球系统的概念，它是由大从而提出了地球系统的概念，它是由大气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个气圈

4、、水圈、陆圈和生物圈组成的一个整体。整体。Fig. 1.3Our Solar SystemOur Solar SystemA Differentiating PlanetA Differentiating PlanetFig. 1.6Fig. 1.9LithosphereLithosphereHydrosphereHydrosphereAtmosphereAtmosphereBiosphereBiosphere不同尺度研究不同的问题，人们不同尺度研究不同的问题，人们对客观世界认识都是螺旋上升的对客观世界认识都是螺旋上升的观测技术的发展，特别是卫星遥感技观测技术的发展，特别是卫星遥感技术的发展，

5、提供了对整个地球系统的行术的发展，提供了对整个地球系统的行为进行监测的能力；计算机技术的发展，为进行监测的能力；计算机技术的发展，为处理大量的地球系统的信息，发展复为处理大量的地球系统的信息，发展复杂的地球系统的数值模式提供了工具。杂的地球系统的数值模式提供了工具。技术的发展加上自然科学各分支学科自技术的发展加上自然科学各分支学科自身的进步，到了今天才有可能从整体上、身的进步，到了今天才有可能从整体上、从学科间的相互作用来研究地球系统和从学科间的相互作用来研究地球系统和它的变化。它的变化。全球变化学的理论基础是地球系统科学全球变化学的理论基础是地球系统科学（earth system scien

6、ceearth system science），它是研究地球），它是研究地球系统各组成部分之间的相互作用，发生在系统各组成部分之间的相互作用，发生在地球系统内的物理、化学和生物过程之间地球系统内的物理、化学和生物过程之间的相互作用，以及人与地球系统之间的相的相互作用，以及人与地球系统之间的相互作用的一支新兴学科。它以整个地球为互作用的一支新兴学科。它以整个地球为研究对象，但并不是一门凌驾于所有地球研究对象，但并不是一门凌驾于所有地球科学、环境科学和宏观生物学之上的科学、环境科学和宏观生物学之上的“超超级学科级学科”，而是以学科之间的交叉地带作，而是以学科之间的交叉地带作为其主要研究领域的一门交

7、叉学科。为其主要研究领域的一门交叉学科。从从9090年代开始，全球变化将开始一系列年代开始，全球变化将开始一系列的核心计划，成为未来的核心计划，成为未来10102020年世界科学年世界科学最活跃的一个研究领域。估计可能在学科最活跃的一个研究领域。估计可能在学科之间的交叉地带产生许多新的思想和理论，之间的交叉地带产生许多新的思想和理论，并在物理、化学和生物过程相互作用的基并在物理、化学和生物过程相互作用的基本理论方面有新的突破。同时，由于交叉、本理论方面有新的突破。同时，由于交叉、综合、相互作用过程研究的需要，可能在综合、相互作用过程研究的需要，可能在学科研究方法上产生重要的变革。学科研究方法上

8、产生重要的变革。另一方面，全球变化的研究又具有另一方面，全球变化的研究又具有十分明确的应用目标，它的研究成果直十分明确的应用目标，它的研究成果直接用于自然资源的合理开发利用，农林接用于自然资源的合理开发利用，农林牧副鱼的合理布局，水、土、气污染的牧副鱼的合理布局，水、土、气污染的控制以及全球环境问题上的重大决策，控制以及全球环境问题上的重大决策，为保护和改善几代人的生存环境作出贡为保护和改善几代人的生存环境作出贡献，具有全局性的战略意义。献，具有全局性的战略意义。 地球系统科学的科学目标地球系统科学的科学目标 阐明自然和人为驱动力对地球阐明自然和人为驱动力对地球系统的作用与反馈，揭示地球系统系

9、统的作用与反馈，揭示地球系统整体演变的规律与机制，发展地球整体演变的规律与机制，发展地球系统变化趋势的预测理论与方法，系统变化趋势的预测理论与方法，建立地球系统变化的调控理论与方建立地球系统变化的调控理论与方法。法。 令全球变暖的因素包括自然因素和人为因素。科学家对于这两种因素都建立了数学模型。全球变化预测全球变化预测对于自然因素的模对于自然因素的模拟，模型与实际的拟，模型与实际的观测数据重合的只观测数据重合的只有有2020世纪上半叶。世纪上半叶。对于人为因素的模对于人为因素的模拟，我们可以看到，拟，我们可以看到，大部分时间它们是大部分时间它们是重合的。当考虑到重合的。当考虑到图中横坐标为年份

10、，纵坐标图中横坐标为年份，纵坐标为温度，单位是摄氏度为温度，单位是摄氏度。a a只考虑自然强迫：只考虑自然强迫：太阳辐射、火山活动；太阳辐射、火山活动；b b只考虑人类活动只考虑人类活动强迫：温室气体、硫强迫：温室气体、硫化物气溶胶；化物气溶胶；c c上述两类因素同时考虑。上述两类因素同时考虑。自然和人为因素的共同自然和人为因素的共同作用后，模型的预言与作用后，模型的预言与实际观测结果就吻合的实际观测结果就吻合的相当好了。当然，我们相当好了。当然，我们也可以看到，尽管相当也可以看到，尽管相当吻合，图中还是有一些吻合，图中还是有一些不尽如人意的地方。这不尽如人意的地方。这是气候变化模型的不完是气

11、候变化模型的不完善造成的。但是无论如善造成的。但是无论如何，这都强有力的证明何，这都强有力的证明了人类活动与气候变化了人类活动与气候变化是相关联的。是相关联的。v我们面临的工作之一就是削减化石燃料的使用量。碳循环模型已经显示，即使我们把二氧化碳的排放量限制在1990年的水平，也需要几十年甚至一、两个世纪才能把大气中的二氧化碳浓度维持在百万分之450、650或者1000的水平。根据IPCC模型的预测，从1990到2100年，全球平均气温仍将上升1.45.8。几种不同的气候模型对于下一百年全球气温变化的预测。几种不同的气候模型对于下一百年全球气温变化的预测。纵坐标的单位是摄氏度。图五所示，下一个一

12、百年气温仍将升纵坐标的单位是摄氏度。图五所示，下一个一百年气温仍将升高。图中右侧显示的是各模型预测的不确定范围。高。图中右侧显示的是各模型预测的不确定范围。到到2100年，全球气温可能上升年，全球气温可能上升的幅度为的幅度为1.4-5.8oC (在在1990年年的基础上的基础上)。这是同时考虑了温。这是同时考虑了温室气体的增温作用和气溶胶的室气体的增温作用和气溶胶的降温作用后得出的结论降温作用后得出的结论SAR: 1-3.5oC 。v气温升高带来的直接后果是两极冰雪消融和海平面上涨。科学家们预测，从1990年到2100年，全球海平面将会上涨0.09m到0.88m。科学家们也承认，在这些对于气候

13、进行预测的模型里，还存在着需要改进的地方。但是，要明确的是，全球气候正在变暖，这是一个不容置疑的事实。我们的未来将会怎样？根据这个预测，即使我们采取了相应的措施，温室气体对气候的影响仍然将持续几个世纪。因此，我们没有理由不立即采取行动。到到2100年，因气温升高造成的海年，因气温升高造成的海平面上升可能达到平面上升可能达到9-88cm(在在1990年的基础上年的基础上)，SAR: 13-94 cm 冰芯记录的冰芯记录的1515万年万年来和四次冰期的气来和四次冰期的气温与温与COCO2 2浓度变化浓度变化CO2 changing by 540 to 970 ppm;CH4 changing by

14、 190 to +1970 ppb (present concentration 1760 ppb); N2O changing by +38 to +144 ppb (present concentration 316 ppb);Tropospheric O3 changing by -12 to +62%.2050年代年均气温与目前状况的对比。为四大全球气候模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件包括温室气体排放量相当大气中CO2 浓度每年增加1%。2050年已有研究成果表明已有研究成果表明, ,未来变暖的范围和强度增加。温度增未来变暖的范围和强度增加。温度增加幅度加幅度由南向北由南

15、向北增大。增大。西北地区西北地区温度上升明显。温度上升明显。20502050年代年均降水量与目前状况的对比。为四大全球气年代年均降水量与目前状况的对比。为四大全球气候模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件候模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件包括温室气体排放量相当大气中包括温室气体排放量相当大气中COCO2 2 浓度每年增加浓度每年增加1%1%。可能的影响健康健康天气原因的死亡现象天气原因的死亡现象传染病传染病森林森林群落结构群落结构地理分布地理分布健康和生产力健康和生产力水资源水资源水量水量水质水质用水竞争用水竞争海岸带海岸带沿岸侵蚀沿岸侵蚀沿岸土地淹没沿岸土地淹没沿岸城乡

16、保护的成本沿岸城乡保护的成本自然生态区自然生态区物种和栖息地的丧失物种和栖息地的丧失农业农业作物产量作物产量灌溉用水的需求变化灌溉用水的需求变化气候变化气温气温降水降水海平面上升海平面上升全球变化的影响全球变化的影响1 1）臭氧层浓度每减少臭氧层浓度每减少1%1%，太阳紫外线辐射就增加，太阳紫外线辐射就增加2%2%，皮肤，皮肤癌就会增加癌就会增加2%2%，白内障患者增加，白内障患者增加0.6%0.6%，同时损坏人的免疫，同时损坏人的免疫力，使各肤色人们的免疫系统受到抑制，传染病发病率增加，力，使各肤色人们的免疫系统受到抑制，传染病发病率增加，导致黑瘤病死亡率增加。导致黑瘤病死亡率增加。 2 2

17、）破坏生态系统：可以杀死水中单细胞藻类，导致鱼类大）破坏生态系统：可以杀死水中单细胞藻类，导致鱼类大量死亡，破坏水生态系统食物链和渔业，同时紫外线辐射可量死亡，破坏水生态系统食物链和渔业，同时紫外线辐射可能导致生物物种变异，甚至灭绝。能导致生物物种变异，甚至灭绝。紫外线辐射破坏植物光合紫外线辐射破坏植物光合作用和授粉能力，使农作物减产或绝收。作用和授粉能力，使农作物减产或绝收。3 3）过量的紫外线使塑料等高分子材料易于老化和分解，带）过量的紫外线使塑料等高分子材料易于老化和分解，带来光化学烟雾污染来光化学烟雾污染4 4）过量紫外线会导致地球升温，出现冷热失衡。）过量紫外线会导致地球升温，出现冷

18、热失衡。臭氧层变薄对健康的危害臭氧层变薄对健康的危害 正在消失中的绿色宝库正在消失中的绿色宝库我国森林资源遭到破我国森林资源遭到破坏的原因：坏的原因：（1）集中过伐，消耗）集中过伐，消耗量大于生长量；量大于生长量；（2）计划外采伐量大；）计划外采伐量大； （3 3）森林火灾及病虫害损失大；）森林火灾及病虫害损失大； （4 4）毁林开荒和滥伐现象极其严重。）毁林开荒和滥伐现象极其严重。“生物入侵生物入侵”是指某种生物从外地自然传入是指某种生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象系统造成一定危害的现象 国家环保总局这次共公

19、布了国家环保总局这次共公布了16种外来入侵物种，种外来入侵物种，分别为分别为紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲（水葫芦）、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲（水葫芦）、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。 冰川退缩192019401960198020002020190051015年1970年2000年高山生态系统对全球变暖十分敏感一些冰川出现减少或退缩现象一些冰川出现减少或退缩现象冰川面积（平方公里）冰川面积（平方公里）

20、乞里马扎罗山冰川退缩19941986198019731962小冰期后期以来的变化小冰期后期以来的变化1962年以来连续退缩情况年以来连续退缩情况天山乌鲁木齐河源天山乌鲁木齐河源1号冰川号冰川断开湖泊水位下降与面积萎缩年年年年湖水位湖水位( (米米) )湖水位湖水位( (米米) )1960197019801990400045005000湖面积湖面积(平方公里平方公里)年年下降约12米缩小670多平方公里 青海湖（a）近百年和（b）近六百年水位变化的重建曲线Source: www.meto.gov.uk/sec5/CR_div/Brochure97/全球全球50-70的人口分布在海岸带，的人口分布

21、在海岸带，60的中国人口集中在距海岸线的中国人口集中在距海岸线60 km的的范围内。范围内。目前，全球受风暴潮影响的人口有目前，全球受风暴潮影响的人口有4600万。海平面上升万。海平面上升50 cm将使受灾将使受灾(淹没和淹没和风暴潮风暴潮)，人口增加到人口增加到9200万；上升万；上升100cm，受灾人口将达到受灾人口将达到11800万万(没有考虑没有考虑人口增长的因素人口增长的因素)Source: CIESIN图中的评价与图中的评价与IPCCIPCC第二次评估报告大第二次评估报告大致相同，即：致相同，即：中高纬地区为正效应，低纬地区为负中高纬地区为正效应，低纬地区为负效应；效应；产量变化的

22、区域差异较大；产量变化的区域差异较大；因因COCO2 2的肥料效应，的肥料效应，某些国家和地区初期增产，某些国家和地区初期增产，而后期由于高温胁迫而减产。而后期由于高温胁迫而减产。对中国全国平均水平来讲：对中国全国平均水平来讲：气候变化对作物产量气候变化对作物产量的影响是正效应的影响是正效应Source: www.meto.gov.uk/sec5/CR_div/Brochure97/科学家称全球变暖将导致百年科学家称全球变暖将导致百年内英国寒如冰岛内英国寒如冰岛 墨西哥湾暖流墨西哥湾暖流总是携带着海洋热总是携带着海洋热能流经英国海岸，能流经英国海岸，这就是英伦三这就是英伦三岛气岛气候一直比较温和、候一直比较温和、冬天不冷、夏天不冬天不冷、夏天不热的原因。如果哪热的原因。如果哪一天墨西哥湾暖流一天墨西哥湾暖流不再携热能而来，不再携热能而来，英国各岛上的气温英国各岛上的气温必将直线下降。必将直线下降。