03全球变化的主要过程和驱动力解析
3 全球变化的主要特征与过程
(三) 年际至百年尺度
全球变化 • 这一时间尺度的事件发生在年际、年代际到世纪际 • 主要驱动因子包括太阳活动、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和大气温室效应的增强等人为因子。 • • • • • 太阳活动具有大致11 a和80 a的周期 火山尘埃指数的变化具有大致70 a的周期 赤道平流层纬向风具有准2a的振荡 厄尔尼诺—南方涛动具有3a一7a的短周期和大约70 a的长周期 近百年来地球大气中温室气体CO2含量的变化则呈现持续上升趋势。
板块运动、海陆变迁、山脉形成、大洋扩张、大气圈形成、生命起源与进化
(二)千年至万年尺度
全球变化
• 发生在地质年代表最新的一个地质时期 发生在地质年代表最新的一个地质时期——第四纪和人类历史时 第四纪和人类历史时 期内，主要受到地球轨道参数如偏心率、黄赤交角和岁差等变化 期内 的影响。 • 具有准周期性变化的特点，属于可逆过程中的事件。 • 典型事件包括第四纪冰期一间冰期的交替，冷暖、干湿变化 • 冰盖变化导致海面的大幅度升降 • 大气成分变化，尘埃含量变化；干旱区古土壤层的发育；生物种 的分布、迁移和灭绝 • 人类文明的诞生与发展：如北京猿人出现于（0.5 Ma），马坝人 （0.13Ma）、丁村文化（0.12Ma），仰韶文化（7 ka）
But those cosmic rays can't reach Earth when the sun is stormy with sunspots and the solar wind is roaring. So a tree ring containing low carbon-14 is a sign of few cosmic rays in that growth year, which is an indicator of a stormy sun, contend Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung's Sami Solanki and colleagues. Most striking in the new sunspot archive derived from the new method is how much today's ongoing stormy period stands out from past periods, the researchers said. "During the last eight millennia, the episode with the highest average sunspot number is the ongoing one that started about 60 years ago," reported Solanki. And although 11,400 years is merely a moment in the multi-billion-year life of the sun, it is enough to contain a record of 31 high sunspot periods which average about 30 years in length, the researchers said. The longest is 90 years long. That is enough of a sample to enable the researchers to venture a guess about how long the current stormy period will last. "The probability that it will continue until the end of the twenty-first century is below one percent," the researchers conclude. As for whether the last few decades of storminess on the sun is the cause of global warming over the same period, it's not likely, said Reimer. "The increased solar activity may account for part of the climate trend and it does come at a bad time," she said. "However, in terms of actual warming it probably isn't a large contributor."
全球变化
气候变化: 全球变化研究是以地球系统科学作为指南,从行星地球整体角度出发,将地球的大气圈、水圈(含冰雪圈)、岩石圈和生物圈看成是具有有机联系的全球系统,把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器,人类活动作为第三促动因素,发生在该系统中的重大全球变化是在上述力的驱动下,通过物理、化学和生物学过程的相互作用的结果。
全球变化的概念模型在此模型中，全球变化可以分为两个过程体系：物理气候系统和生物地球化学循环。
物理气候系统的子系统主要涉及：大气物理/动力学、海洋动力学、地表的水汽和能量循环；生物地球化学循环的子系统主要涉及：大气化学、海洋生物地球化学和陆地生态系统。
每个子系统都直接或间接地同其他子系统发生相互作用。
驱动全球变化的最终能源是太阳能。
能量和水以各种方式贯穿于整个体系。
同时，人类活动也受到全球变化的制约。
全球变化的研究对象,内容及意义：全球变化属近些年来由于时代的发展、科学的进步,社会的需要情况下,已经形成一门全人类共同关注的世界前沿科学。
它具有多学科交叉的特点,是一门具有很强生命力和新生长点的科学。
全球变化研究涉及的内容不仅是各国科学家关心的问题,也是许多国家政府首脑甚至全世界人类共同关心的问题。
政府和科学家对全球变化反映：A.背景：《京都议定书》1997年12月，149个国家和地区的代表在日本召开《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。
B《京都议定书》正式生效,2005年2月16日开始正式生效。
《京都议定书》生效后，二氧化碳减排额还将成为一种商品在世界流通。
C各国对《京都协议》的反映与对策：1表面上是环境问题，实质是经济、能源、政治问题。
2负面影响：·钢铁石化电机冲击巨大：其中电机电子产业中，以发电厂影响最大，电子产业的温室气体排放量并不多。
大型钢铁企业在加入世界钢铁协会时，被要求要进行二氧化碳的削减计划；·半导体产业重大负面：虽排放量相当低，但对地球温暖化的效应，是二氧化碳的数千倍。
全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力解读
太阳活动的历史记录（王绍武，1994）
表2-1
编号 1 名称 现代极大
5000年来太阳活动异常时期
可能时间范围 1780A.D.～现代 编 号 7 名称 希腊极小 可能时间范围 440B.C. 360B.C. ～
2
3 4 5 6
蒙德尔极小
施帕雷尔 极小 中世纪极大 中世纪极小 罗马极大
1640A.D. 1710A.D.
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。第三，根据地质记录发现， 在2.4MaB.P.，19ka和23ka的岁差周期占主导地位；在
2.4MaB.P.～0.8MaB.P.期间，41ka的黄赤交角变化周期为主要周
期；而在0.8MaB.P.以来却是在三个地球轨道参数中强度最弱的 0.1Ma的偏心率周期最为显著；米兰柯维奇理论难以解释为什么
大气中CO2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对CO2的调
节能力是有限的。可以设想，如果人类继续增加化石燃料 的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将会被
耗尽，那时，更大部分的CO2将被保留在大气圈中，必然
会导致更为显著的温室效应加剧、全球变暖和海平面上升 等 ～ ～ ～
20B.C.～80A.D.
（二）米兰柯维奇天文理论 1.地球轨道参数的变化 偏心率、黄赤交角和岁差这些地球的轨道
参数都是随时间变化的，它们的变化均会导致
地球接受太阳辐射的季节和地区分布的变化。
地球轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射 的变化
地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆 轨道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨 道的偏心率。偏心率以10万年变化于0.005～0.06之间， 同 时 还 存 在 40 万 年 的 周 期 变 化 。 目 前 的 偏 心 率 为 0.0167 ，地球分别处于近日点和远日点时，日照量的 差别为7%，偏心率愈大，差异愈大。 因受太阳和月球的引力作用，使得地球自转像陀 螺一样地摇摆，由地轴进动引起的黄道和天赤道交点 的变化就是岁差，其变化周期约 21ka （ 23ka 和 19ka 两 个周期）。岁差导致地球近日点时间的变化，现在地 球在1月位于近日点，全球1月日射率稍大于7月，从而 使北半球冬季稍暖，夏季稍凉，而南半球冬季更冷， 夏季更暖。10.5ka以后，当近日点出现在 7月时，情况 将相反。
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
主要内容：
• 第一节 全球变化的主要过程 • 第二节 全球变化的驱动力 • 第三节 全球变化的概念模式
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
第一节 全球变化的主要 过程
• 一、气候系统与水文循环过程 • 二、固体地球系统与岩石圈循环过程 • 三、生态系统与生物地球化学循环过程 • 四、人类生态系统与人类活动过程
• 水汽反馈：总体为正
• 云辐射反馈：可正可负
• 冰雪圈反馈全：球变大化全球气变化热的主量要过程平与驱衡动力中的冷却作用，
二、固体地球系统与岩石圈循环 过程
• 系统的主体 • 系统的驱动力 • 主要过程
• 板块运动过程 • 陆上风化与侵蚀堆积过程 • 海洋沉积过程
• 影响
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 南方涛动指数（SOI）：塔希提岛与达尔文之间的 标准海平面气压差。
• SOI为负表示东太平洋气压低于印度洋气压； • SOI为正表示东太全球平变化洋全球气变化压的主高要过于程与印驱动度力 洋气压。
图示
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
与厄尔尼诺相关联的降水和温度分布型
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
季风环流（Monsoon circulation）
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球洋流图
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
温盐输送带理想化图示
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
环流异常：厄尔尼诺与拉尼娜现象
• 厄尔尼诺（El Nino）现象
• 含义溯源：在赤道东太平洋的厄瓜多尔南部和秘鲁北 部沿岸，圣诞节前后经常发生的海水异常升温现象。 第一次直接记录为1795年。
全球变化的成因和应对策略分析
全球变化的成因和应对策略分析近年来，全球变化的问题受到越来越多的关注，这种变化既包括天气自然环境的变化，也包括社会经济结构和文化风貌的变化。
如何针对这种变化采取恰当的应对策略并保持可持续发展，是当前需要解决的重要问题。
本文将从全球变化的成因、影响和应对措施三个方面展开详细探讨。
一、全球变化的成因全球变化的成因复杂多样，包括天气、环境、生态、科技等因素，其中最主要的三个影响因素是气候变化、人口变化和经济变化。
首先，气候变化是全球变化中最主要的原因之一。
过度的工业化和生产活动增加了温室气体的排放，而温室气体又能够促进地球的温度升高。
此外，全球气候变化导致的地球暖化，还会进一步影响海洋生态系统，如引发极端天气、海平面上升、冰川融化等。
其次，人口变化也是全球变化的一个重要因素。
随着城市化的加速和人口的不断增长，对环境资源的需求也会大幅度增加。
比如说，生产工业和农业的过度使用化肥和水资源，对生态环境造成了极大的破坏。
同时，人口过多同时会让原本资源贫乏的地区更加困难，造成极端贫困和不能满足水资源的需求等问题。
最后，经济变化也是全球变化的原因之一。
随着全球化的加速，世界各国之间交流和贸易的程度不断加深，这也加快了全球资本的流动，从而为某些国家和地区带来了巨大的经济发展机遇。
这种经济变化不仅为全球经济的繁荣带来了积极的作用，也为资源的过度开发造成了损害。
二、全球变化的影响全球变化不仅影响到全人类的生存和发展环境，还会影响到全球经济、社会和文化等各方面。
在全球经济方面，全球变化引发了经济不稳定性，如金融危机、全球贸易紧张局势等。
这些问题导致国际贸易和商业活动受到了巨大的影响，进而影响到各国经济的增长和发展。
在社会方面，全球变化也给人类的生存和发展创造了很多新的挑战，如经济不稳定力量加重，社会问题加剧，种族冲突和恐怖主义猖獗等。
这些问题几乎都难以通过传统的方法来解决，需要采取全新的应对策略。
在文化方面来说，全球变化也将给人类的文化差异带来新的挑战，如全球化的迅速发展会导致文化差异减少，或者部分被抹去，并进一步加重了现有的文化认同问题。
全球环境变化(第三章)
几百万年至几十亿年 几千年至几十万年
地质学、地球物理学、地理学和地 球化学研究的时间尺度
几年至几百年
全球变化研究最感兴趣、最复杂 的变化尺度
几天至几个季度 几秒至几小时
大气科学、海洋科学和生物科学 研究的时间尺度
第二章 全球变化的主要特征与过程
一、全球变化的时空谱特征
2. 全球变化的空间尺度
二、全球变化的驱动力
1. 外部因素 （1）太阳辐射的长期变化：太阳辐射变化1%，地面平均
温度变化1℃。 （2）太阳活动的周期性变化：太阳黑子活动（11a周期、 22a周期、80a周期、180a周期），耀斑。 太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。 太阳辐射变化→改变到达大气顶能量，影响能量收支 →导 致气候变化 →全球变化 。 其他天体引力作用 → 地球运动轨道参数改变 星体对地球的撞击 → 地球运动轨道参数改变，地貌改变、 地球物种的灭绝和产生 → 全球变化。
第三章 全球变化的特征、驱动力与过程
3．时空尺度的联系性 一般说来较大空间尺度的事件和过程，其事件尺度 的范围也较大；反之亦然。如全球气候变化的空间尺度 可达20000公里，时间尺度可达几十年至百年，而植被 冠层微气象变化的空间尺度仅为数厘米到米，时间尺度 微秒到分钟。
第三章 全球变化的特征、驱动力与过程
(1) 全球碳（C）循环 碳是组成生命组织的基本物质 海水中碳循环的两条途径：一是在海流驱动下的物理运
动；二是通过浮游植物的光合作用，海洋中的动植物的呼吸
作用，以及食物链的生物化学传递。 陆地上碳循环的两条途径：一是慢循环，动植物残体 ，土壤腐殖质，新生泥炭和大的植物茎杆与根被微生物腐化 过程；二是快循环植物叶片的光和、呼吸作用和动物活体进
世界经济变化的趋势与原因分析
世界经济变化的趋势与原因分析随着时代的变迁和科技的进步，世界经济正在发生深刻的变化。
因此，我们需要探讨这些变化的趋势和原因，从而更好地了解全球经济发展的现状和未来走向。
一、全球化和地域化并存全球化是世界经济发展的一个主要趋势。
人们可以在世界各地购买到来自其他国家的商品和服务，跨境投资和贸易也越来越频繁。
这导致了不同经济体之间的联系更加紧密，促进了资源和技术的有效配置。
然而，随着全球化的普及，产生了一些不适应现实的问题。
例如，贫富差距的进一步扩大和地域间的经济失衡。
为了应对这些问题，一些国家开始追求地域化发展。
这种模式下，地域内的企业更加集中和专注，从而提高了产业的内生发展动力。
二、信息化和人类发展信息化时代的到来对经济的影响也是显著的，信息技术的普及和利用程度不断提高。
通过互联网，人们可以更加高效地获取、传播信息和服务，企业也可以更加有效地跨越国境进行经营和生产。
在一些更落后的国家和地区，信息化和人类发展的程度较低，这也成为他们经济发展的障碍。
因此，这些国家需要积极开展信息化建设，才能更好地融入全球经济体系。
三、消费需求和人口结构变化消费需求是经济增长的驱动力之一。
人们的消费需求也随着时代的变化而不断演变。
以中国为例，消费需求已经从传统的衣食住行转向更加多样化和个性化，包括旅游、文化娱乐、教育、健康和环保等方向。
此外，人口结构也随着经济发展发生了变化。
人口老龄化呈现出趋势，一些国家和地区也面临着年轻人口数量下降的问题。
这些变化对经济的影响不容忽视，需要通过政策的主导和控制，以更加优质的教育、更加灵活的养老、更加智能的医疗等方式来满足人们的需求。
四、资源短缺和可持续发展在多数经济体中，资源短缺是一个十分紧迫的问题。
可持续发展则成为了经济增长的必要条件。
因此，提高资源利用率、促进经济可持续发展已逐渐成为世界各国的共同目标。
在电力和能源方面，国际社会也普遍采取了一些想分快车开展的可持续发展方式，以满足能源越来越严重的紧缺现状。
当前全球变化的主要驱动力
当前全球变化的主要驱动力
三方面驱动力
第一外部因素：太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。
太阳辐射的变化改变了到达大气顶层的能量，并通过影响物理气候系统的能量收支平衡导致气候变化。
同时也受其他天体引力的作用改变地球运动轨道参数。
第二地球内部因素：地球内力对全球变化的驱动力主要表现在板块运动所造成的海陆分布形式，海陆地形变化，火山活动等。
地球内部物质重新分布导致地极漂移也有影响。
第三人为因素：人类从自然环境中逐步分离，最终独立于自然系统，同时影响自然过程，人类活动无论从时间尺度还是空间尺度对地球影响都非常明显
最后地球系统内部存在反馈作用，在各个圈层内部，圈层之间均有复杂的反馈机制，驱动与响应之间存在复杂的非线性过程。
(类似于蝴蝶效应，个人认为人为因素应该归类为地球内部的反馈作用，因为是人为因素导致地球反馈表达，但是作为变化的原因，人为因素也可以看做是一种驱动力)
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• 大气环流是大范围的大气运动，热量和水 分通过大气环流进行传输，水分的传输影 响到陆地上降水的分布、冰盖的发展和海 水的盐度 • 大气环流的主要状况(形式)往往决定着全球 的或区域的天气和气候类型及其变化:尤其 是气候的异常(如大范围早涝的发生)往往都 同大气环流的某种持续异常有关。 • 在全球尺度上，主要有三种相互关联的大 气环流形式
• 大西洋和太平洋之间的水体流动构成了一个跨越大洋的海洋’‘传送 带” • 向北大西洋地区的输送海洋热，占该地区所获得的所有热量的25%。 这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。 • 大洋环流一气候关系模式来解释第四纪冰期一间冰期的转换机制
二、 水文循环与气候系统中的反馈 过程
• 一是与太阳辐射强度及地球轨道要素相关 联的到达地球的太阳辐射能的多少，它们 的变化会引起到达大气上界的太阳辐射的 变化，是影响地球能量收支平衡的外在因 素。
• 二是地球的行星反射率，决定了到达地球 的太阳能被直接反射回太空的份额的多少。 云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地 植被、地貌形态，以及海陆分布格局等都 对地球行星反射率产生影响。上述诸因素 的改变所引起的反射率变化均可导致地球 实际接收到的太阳辐射的份额相应改变。
一、气候系统与水文循环过程
• 物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈 所组成，太阳能是物理气候系统的驱动力。 • 气候形成和维持的物理过程主要与气候系统的加热率和输 送过程有关。有了一定的加热率后，气候状态的形成还取 决于大气和海洋如何响应(发展为风和洋流)，以及风、洋 流和大尺度涡旋如何通过对物理量的输送到达稳定平衡， 维持一定的全球平衡态。如果气候系统的能量收支与时空 分布的平衡受到破坏，将导致物理气候系统状态发生改变， 即发生气候变化。 • 能量循环过程很大程度上由气、液和固态水物质所支配， 是通过水的循环来实现的，与水循环相联系的各种过程在 气候系统中至关重要。
• 水循环过程的意义不仅是水的气相、液相和固相 之间的状态转换，更为重要是，就气候系统而言， 以全球能量和水循环过程为主体的气候和水文系 统的过程是有机联系在一起的。 • 气候过程则通过水、热、物质和动能的输送，控 制着陆、海表面和大气的相互作用，在气候系统 中引起一系列重要的反馈过程，其中以下四个反 馈过程对气候变化最为重要。
• 第一，水汽反馈。水汽反馈是最重要的一种反馈。水汽的 反馈总体上是正反馈。
• 第二，云辐射反馈。 • 对地球的行星反射率有重要影响； • 另一方面云又是红外辐射的良好吸收体，对于来自地球 表面的热辐射，具有类似温室气体的作用
• 一般来说，低云以反射作用为主，常导致降温，而高云则 以被毯效应为主，常使系统增暖，因此云的反馈既可能是 正反馈也可能是负反馈，气候对云量和云的结构变化十分 敏感。
• 第三，冰雪圈反馈。 • 有很大的季节性变化的雪盖和海冰，以及 变化较慢的冰川和冰原构成了气候系统的 低温层。 • 冰雪通过其高反射率和融解成为有效的热 汇，它们在大气热量平衡中起着冷却面的 作用。 • 冰雪圈的反照率具有强烈的正反馈放大作 用:温度降低(升高)~冰雪覆盖增大(减小)~地 表反射率增大(减小)~吸收太阳辐射减少(增 多)~温度降低(升高)。
全球变化的主要过程 和驱动力
全球变化研究的主要内容
–全球变化的过程和驱动力 –全球环境变化在时间和空间上的表现形式 –全球变化的影响与人类的响应 –全球变化信息的获取、处理与分析技术
第一节 全球变化的主要过程
• 全球变化的原因是维持地球系统的 平衡关系发生了变化。 • 这种变化是通过维持地球系统状态 的某些过程的变异来实现的，初始的变 化过程中通过一系列复杂的驱动与响应 的反馈作用而放大，并最终导致各圈层 性质与全球环境状态的相应改变，如气 候变化、海陆分布与地貌形态的变化、 生物地带的变化等。
ห้องสมุดไป่ตู้
•
其它特性，如海洋的分布、陆地和冰川 的分布，在较短的时间尺度上可以认为是 固定的，但在千年以上时间尺度中则成为 不可忽视的变量，它们的变化都对地表在 气候形成和演化中的作用产生显著影响。
地球表面的能量平衡与温室效应
• 气候系统的加热率取决于地球气候系统能量的收支平衡。 其影响因素可归结为三个方面，其中的任何一个方面发生 变化都可能引起气候变化。
• 地球是一个充满水的星球，水是地球系统许多子 系统中必不可少的成分，许多过程都是在水的参 与下才得以实现的。 • 水在上述相互作用的水体之间不停地相互迁移转 换，构成水文循环过程，此过程受太阳能所驱动， 一般在几年之内就可循环一次，但不同部分循环 更新的速度有快有慢，通常大气中的水汽约10天 循环更新一次，而水在海洋中的停留时间超过10 年以上。
•
大气和海洋以十分复杂的非线性方式紧密联结 在一起，形成一个十分敏感的耦合系统，共同承 担着地球上能量的传递作用，是热量从赤道向极 地传输的重要方式。 • 大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动， 形成表层环流。 • 在有上升流和下降流的地区，其海洋表面温度 低于或高于其它海区，赤道地区大洋两侧海水温 度的差别导致了沃克环流的出现，海温的变异引 起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发生，并通过海气作 用导致沃克环流异常，造成大尺度的环流异常与 全球气候异常。 • 除表层风生流之外，大洋中还存在由海水的密 度分布决定的海洋环流，由于密度又取决于温度 和盐度，所以也称为热盐环流。
•
三是进人到地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时 间，与地球的温室效应相联系。 • 维持温室气体的平衡是生物地球化学循环的重要环节 • 在地质历史上，温室气体的含量曾发生过重大变化，并 与地球的温度变化之间存在着密切的对应关系。
大气和海洋环流
•
•
•
• • •
大气和海水都是流体，地球在吸收和释放热量的过程中 驱动着大气和海洋的运动。 大气从地面获得的能量是大气直接从太阳获得的能量的 2.3倍，因此地面是大气热机的主要热源。穿过大气到达 地面的太阳辐射，约有80%被海洋吸收，然后，通过长波 辐射、潜热释放及感热输送的形式传输给大气。 在地面热源中，主要来自海洋的潜热占50%以上，比感热 多两倍多。 海洋主要通过对潜热和感热的输送推动其上面的大气运动， 强烈地影响气候 大气主要通过风应力将动量送给海洋，影响海洋环流， 气候系统正是通过大气和海洋的运动实现物质和能量的传 输与转化。