气候变化 第15讲气候变化中关键科学问题释疑(一)
全球气候变化的科学研究
全球气候变化的科学研究已经成为当前人类关注的热点话题之一。
随着气候变化的加剧，其对人类社会和自然环境带来的影响越来越显著，不仅影响到生态环境的稳定性，还对农业、能源、水资源和健康等方面的发展造成了各种挑战和压力。
气候变化不仅是一个科学问题，还是一个跨学科的综合问题。
本文旨在介绍现状和前景。
一、气候变化的定义和影响气候变化是指人类活动和自然因素引起的全球气候系统长期演变的过程。
其不仅仅是温度升高或降低，还包括极端气候事件的增加、细颗粒物和二氧化碳浓度的变化、降水量和风向的变化等多方面的变化。
根据国际气候变化专门委员会Ipcc的研究结果，自1850年开始，全球平均气温已经上升了约0.85摄氏度，其中自20世纪60年代以来上升的速度更快。
同时气候变化对经济、社会和生态都带来了一系列的影响，如海平面上升导致的海岸线退缩、严重的自然灾害、生态系统的破坏和生态环境的恶化等。
二、气候变化的原因气候变化的原因主要有两个方面：自然因素和人为因素。
自然因素主要包括太阳辐射的变化、火山爆发等自然灾害和气候内部的自然变化。
人为因素主要包括人类活动对大气中气体和气溶胶的排放、土地利用变化、森林砍伐等。
根据气候变化的科学研究表明，人为因素是主要的温室气体排放，二氧化碳的增加占总排放量的60%，其他的温室气体排放则占剩余的40%。
三、气候变化的科学研究气候变化的科学研究是跨学科的，需要各个学科和领域的专家和学者共同合作。
气候变化的科学研究主要包括以下三个方面：1.气候变化的探究气候变化的探究主要是基于气候数据和模型的研究。
科学家们通过收集历史气象数据、记录气候变化趋势和极端气候事件的频率等气候元素的信息，来研究和掌握地球气候系统的动态演化规律。
此外，他们还运用大型计算机模拟气候系统的变化，预测未来气候的趋势和趋势。
2.气候变化的影响气候变化的影响研究主要是关注气候变化对人类社会和自然环境的影响，主要包括对生态环境的影响、对经济和社会的影响、对农业和能源的影响等。
翟盘茂——领航气候科学，守护人与自然
▶ 翟盘茂（后排左五）率领团队进行青藏高原科学考察翟盘茂撰文/陈阳（中国气象科学研究院）在讨论气候变化问题的国际会议上，他作为委员会工作组主席，落槌决定重要结论的达成；在青藏高原上，他为了获取稀缺气候资料，率领团队深入人迹罕至之地……他就是中国气象科学研究院首席科学家、联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告第一工作组联合主席——翟盘茂研究员。
领航气候科学 守护人与自然料开展极端事件变化研究，是极端天气气候事件研究的先驱者。
翟盘茂不仅追求科学上的先进性，也十分注重科研成果的落地应用，着力于解决气象业务中的瓶颈问题，从而服务国家重大需求。
在主持“973项目”——我国持续性重大天气异常形成机理与预测理论和方法研究项目时，翟盘茂带领数十位科学家联合攻关，历经5年时间，最终建成了时效可达1～2周的持续性暴雨中长期预报系统，并在中央气象台预报业务中应用，弥补了此类高影响事件预报精度低、时效短等不足。
极端天气气候事件研究的领跑者1984年，翟盘茂从南京大学大气科学系本科毕业，开始了在国家气象中心的气候分析工作。
1987～1990年期间，翟盘茂在南京大学攻读物理气候方向研究生。
毕业以后，他便深耕于气候诊断和气候变化领域。
翟盘茂的主要研究方向是气候变化与极端天气气候事件（以下简称“极端事件”），早在20世纪90年代，他就开始使用我国的日尺度观测资▶ 翟盘茂作为IPC C 第一工作组主席主持政府评审会议，结论达成的落槌瞬间202472MAR.WONDERFUL FUTURE科学起航主动挑战 方能推动发展在主持国家重点研发计划——中国区域重大极端天气气候事件的归因方法研究项目的过程中，除了要完成规定考核目标之外，翟盘茂在签订任务书时还主动“加码”，誓要建成我国区域极端事件归因原型系统，以便在重大极端事件发生后快速给出归因答案。
近年来，青藏高原地区快速的气候变化已成为关乎国家安全和生态屏障的重大科学问题，翟盘茂主动承担科考项目，多次带领团队成员深入羌塘高原气候资料稀缺区实地考察，为气候观测网的建立完善、揭示高原气候变化及其影响提供科学认识和建议。
气候变化：质疑与挑战
情 况 。根 据最新卫 星监测
数 据 ，２０１０年 １月是 ３２年
以来 最 温 暖 的 一 个 月 ，全
球 许 多 地方 １月 的 平均 温
度都 高于 １９５１年到 １９８０年
的平 均值 ，全 球整体 上变
暖区域 的面积和程度 都超
过 了变冷 的面积和程度 ，
ＩＰＣＣ的核心气象数据主要来 自３个 变化 ”，以 “气候变化 ”表达 以气候变 要高 于二氧化碳的升温作用。
数 据 库 ：ＣＲＵ ｆＣｌｉｍａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｕｎｉｔ１、 暖 为 主 要 特 征 的气 候 异 常 现 象 。这 样 表
人 类活 动导 致大 气 中的 温室气 体
ＮＣＤＣ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｌｉｍａｔｉｃ Ｄａｔａ Ｃｅｎｔｅｒ） 述更加客观 、合理 ，因为确实有些地方 浓度升高 ，这点上大家看法一致 ，对于
及人类 当前对气候 的认 知 程 度 ，近 ５０年 变 暖 是 地 球
对 于 城 市 热 岛 的 影 响 ， ＩＰＣＣ认 和 ＧＩＳＳ ｆＮＡＳＡ ’Ｓ Ｇｏｄｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ
气候系统的主要 特征 。
为很 微 弱 ，对 长 期 趋 势 的 影 响 低 于 Ｓｐａｃｅ Ｓｔｕｄｉｅｓ），２００９年 １ １月 发 生 的 “气 ０．００６￣Ｃ／１ ０年。但反对者 并不赞 同这 一 候 门” 事件 就是 黑 客入侵 ＣＲＵ系统 ， 结 论 。这方 面 以美 国学 者反 对最 盛 ， 公 开 了一 些 科 学 家 篡 改 气 象 数 据 的
球地表 和海洋 的全覆盖监测 。根据基站 升温 幅度都相 同。
洋浮游植物 、陆地生物 的负反馈作用 和
全球气候变化的原因及其对策_钟萃相
朝 着 太 阳 喷 发 时 ,比 如 1991年 的 皮 纳 图 博
火 山 喷 发 和 1815年 的 坦 博 拉 火 山 喷 发 。假
设 太 阳 的 质 量 为 M,火 山 喷 发 后 地 球 剩 余
质量为m ,喷出物质总量为m (大量的物质
1
2
在火山喷射力的作用下获得第一宇宙速度
以上的速度而进入绕地球运行的轨道或离
开 地 球 ),火 山 喷 发 前 地 球 的 质 量 为 m0 (=m1+m2),喷 发 前 地 球 到 太 阳 的 质 心 距 离 为 r 0,地 球 绕 太 阳 运 转 的 的 速 度 为 v,火 山 喷 发后地球剩余部分到太阳的质心距离为r ,
1
当喷离地球的物质很多时,明显地有r >r , 10
0
发后地球剩余部分到太阳的质心距离为r 。 1
当喷离地球的物质很多时,明显有r <r ,如 10
图3所示。
由 于 火 山 喷 发 前 ,太 阳 对 地 球 的 万 有
引 力 应 该 与 离 心 力 相 等 、方 向 相 反 ,因 而
G·m ·M/r 2=m ·v2/r
0
0
0
0
G·M/r 2= 0
v2/r 0
图 3 地球的火山喷发背向太阳
图 4 地球的火山喷发朝向太阳
=(m ·v /r )·(r 2/r 2)=( m ·v /r )·(r 2/r 2) =
1 20
01
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(m ·v /r )·(r /r )>(m ·v /r )=F
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即太阳对质量为m 的地球的引力大于 1
质
气候的变化的综述
文献综述报告级专业班学号：姓名：全球气候变化的综述摘要：当今世界范围频繁发生的各类气候灾害已经直接威胁着人类赖以生存的粮食、水和能源等基本条件的维持。
全球气温普遍升高、冬暖、暑酷、多雨及干旱等自然灾害频繁,引起气象和农业等学科的科学家的极大关注。
国内外已重视全球气候的变化,这是与人类生存密切相关的重大问题。
关键词：气候变化影响气温升高前言：气候的变化给人类带来了种种的灾难，气候变化问题成为了当前和今后全世界面临的最严峻的挑战之一。
最近几十年来，尤其是20世纪60年代以来，全球性和区域性的气候异常现象频繁出现，给许多国家的粮食生产和人们的生存和生活带来了十分严重的影响，造成了很大的损失。
气候变化问题关系到人类的前途和命运，也关系到各国的发展和未来，如何减缓气候的变化成为全世界各国的共同任务。
过去的气候：在数亿年中，地球的气候发生了很大的变化。
在过去的数亿年中，比现在更炎热和更寒冷的时期交替出现。
引起气候变化的原因是多种多样的，包括太阳辐射强度的变化，大气层中气体成分的变化，还有地球板块的漂移等等。
在大约7.5亿～5.8亿年前，地球表面曾4次几乎全部被冰雪覆盖，称为雪球时期。
那时，太阳的辐射能大约比现在少6%，而陆地也主要集中在赤道附近，促使地球变冷。
此外，由于冰雪覆盖的地球反射了大部分阳光，加速了地球变冷的速度。
后来，由于大雨停止和火山不断喷发，大气中的二氧化碳的浓度变高（比现在高350倍），产生了强烈的温室效应，才使冰雪逐渐融化。
在最近一个世纪，地球开始迅速变热。
在1850年～1980年，温度平均升高了0.6℃，其中大约0.26℃与太阳活动剧烈程度增加有关，其余则是由于人类的活动的影响。
现在的气候：目前的气候变化，全球科学家的共识是：有90%以上的可能是人类自己的责任，人类今日所作的决定和选择，会影响气候变化的走向。
今日，地球比过去两千年都要热。
如果情况持续恶化，于本世纪末，地球气温将攀升至二百万年来的高位。
气候变化的若干术语
第八章 气候变化【1】教学要点介绍气候变化的概念、气候变化的历史、引起气候变化的自然因素以及对未来气候的预测；讨论人类活动影响气候变化的途径，重点揭示城市化过程对局地气候的影响。
【2】教学时数10学时（不含自学）【3】考核要求了解地质时期、历史时期和近代气候变化的主要特征，能正确解释气候变化的原因以及人类活动的气候效应，初步掌握气候变化的研究方法，认识气候预测的不确定性。
气候变化问题历来是人们非常关心的一个科学问题，也是当今自然科学领域中争论比较激烈的问题之一。
气候变化问题涉及地质学、地理学、气象学、生物学、考古学、历史学等各种学科领域，地球气候变化史反映了地球发展史、生物演变史、人类进化史各时期及以前的大气环境演变过程，与地球科学的许多方面都有密切联系。
因此，气候变化问题的研究需要借助其它有关学科的发展加以推动。
第一节 气候变化的概念长期以来，各门学科在研究过程中使用了各种有关气候变化概念和时间尺度的学术名称。
例如，表示气候变化概念的术语就有气候变化、气候变迁、气候振动、气候波动和气候趋势等等。
为此，1966年世界气象组织（WMO）对涉及气候变化概念和气候变化时间尺度的学术名称作了统一的规定，试图作为气象学领域中讨论气候变化问题的标准。
气候变化（climatic change）指所有时间尺度气候变化的综合名称。
诸如气候趋势（climatic trend）、气候振动（climatic ）、气候波动（climatic vacillationfluctuation）、气候周期、气候不连续/突变等。
关于时间尺度，百年以上的气候变化均有专门名词，千年尺度称为冷期或暖期，万年尺度称为副冰期或副间冰期，十万年尺度称为亚冰期或亚间冰期，百万年尺度称为大冰期或大间冰期等。
此外，在气候变化研究中还要经常计算各种气候要素的多年平均值以作地区之间或今昔对比。
但是，由于气候是在不断的变化，采用不同年数或不同时段气象资料所计算的平均值是不同的。
气候带知识：气候带变化的历史与趋势
气候带知识：气候带变化的历史与趋势气候带是地球表面上一种特殊的自然气候现象，受地球自转和公转的影响，以及地形、土壤、植被和海洋等环境因素的共同作用。
气候带的分布对地球上的生态环境、农业生产和人类生活都有着重要的影响。
气候带的变化历史和趋势反映了地球环境的演化和变迁，也具有重要的科学研究价值。
一、气候带的变化历史气候带的变化历史可以追溯到地球形成后的早期时期。
地球的气候带一直在不断地变化和演化，经历了多次大规模的气候变化事件。
其中最著名的是冰川时期和间冰期的交替周期，这种周期性的气候变化对地球上的生物和自然环境都产生了巨大的影响。
冰川时期是指地球表面上大范围的冰川覆盖，主要发生在高纬度地区和高海拔地区。
冰川时期对气候带的分布产生了显著的影响，使得寒带和温带向赤道方向扩展，热带气候带则受到了一定程度的压缩。
随着冰川时期的结束，气候带的分布也发生了较大的变化，寒带和温带向极地方向收缩，热带气候带则向赤道方向扩展。
间冰期则是冰川时期和冰期之间的温暖时期，气候带的分布也发生了相应的变化。
在间冰期期间，热带气候带向极地方向收缩，而寒带和温带气候带向赤道方向扩展。
这种周期性的气候变化对地球上的生态环境和生物区系都产生了深远的影响，也为人类的迁徙和文明的发展带来了挑战和机遇。
二、气候带的变化趋势当前，地球上的气候带仍然处于不断地变化和演化之中。
受到全球气候变化的影响，地球的气候带正在经历着新一轮的变化和调整。
根据目前的科学研究成果，可以总结出以下几点气候带变化的趋势：1.气候带向极地方向收缩随着全球气候变暖的趋势，寒带和温带气候带向极地方向逐渐收缩。
冰川的融化和冰盖的减少使得寒带和温带气候带的范围逐渐缩小，同时也导致了极地地区的气温上升和气候变暖。
2.热带气候带向赤道方向扩展全球气候变暖导致了热带气候带向赤道方向扩展的趋势。
热带地区的气温升高和降水增加使得热带气候带的范围逐渐扩大，这对于热带地区的生态环境和生物资源都产生了重要的影响。
气候变化与气象预报的精准科技演讲稿
气候变化与气象预报的精准科技演讲稿今天，我站在这里，深感荣幸，因为我将与大家共同探讨一个对我们所有人来说都至关重要的话题——气候变化与气象预报的精准科技。
这不仅是一个科学问题，更是一个关乎我们每个人生活质量和未来命运的重大议题。
想象一下，在一个炎热的夏日，你走出家门，烈日炎炎，汗流浃背。
这时，你打开手机，查看了一下气象预报，得知今天将是一个高温日，于是你决定待在室内，享受空调带来的凉爽。
这就是气象预报给我们带来的便利，它让我们能够提前做好准备，避免因天气突变而带来的不便甚至危险。
然而，气象预报的准确性并不是一成不变的。
在过去，由于科技的限制，我们往往只能依靠简单的观测工具，如温度计、风速计等，来预测天气。
这种方法虽然原始，但在一定程度上也能满足我们的需求。
然而，随着科技的飞速发展，我们现在拥有了更加先进的气象预报技术，如卫星遥感、雷达探测等。
这些技术的应用，使得我们能够更加准确地预测天气变化，为我们的生活和工作提供更加可靠的参考。
那么，这些先进的气象预报技术是如何工作的呢？简单来说，它们通过收集大量的气象数据，运用复杂的数学模型和计算机技术，对天气变化进行模拟和预测。
例如，卫星遥感可以通过捕捉地球表面的光线变化，来监测冰川的融化和海平面的上升；雷达探测则可以通过发射和接收电磁波，来检测云层的位置和厚度，从而预测降雨的可能性。
当然，气象预报的准确性并不是一蹴而就的。
它需要不断地收集数据、完善模型、优化算法。
这是一个长期而艰巨的过程，需要科学家们不断地努力和探索。
同时，随着全球气候变化的加剧，气象预报也面临着越来越多的挑战。
例如，极端天气事件的频发、气候变化对气象系统的影响等等，都给我们带来了新的问题。
面对这些挑战，科学家们并没有退缩。
他们利用更加先进的科技手段，如人工智能、大数据分析等，来提高气象预报的准确性和可靠性。
例如，通过人工智能技术，我们可以从海量的气象数据中提取出有用的信息，帮助我们更好地理解天气变化的过程和机制；通过大数据分析，我们可以更加准确地预测极端天气事件的发生和影响范围。
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• 相对于海洋的能量含量变化，与观测的大范围大气增暖相 关联的能量含量是小的，并且比其它圈层如冰冻圈也小。
• 在上半个世纪，冰冻圈的所有部分（冰川，小冰帽，冰盖 和海冰）在范围上减少，与人类强迫一致 。
• 更为重要的是，气候系统中最大热量库的海洋热含量也增 加，并且增加量比其它圈层大得多。
• 在20世纪后半叶上层海洋的增暖可能是由人类强迫造成， 并且海洋增暖随深度的空间分布与由净辐射强迫造成的海 洋加热一致，因为增暖由海洋上层向下进行，且在中高纬 渗透比低纬更深。这种观测到的海洋加热分布与热量在海 表与深海间的热量再分布不一致。
和CRU序列
20世纪全球平均地表温度。注意：1940-1975的冷期 最近的温度上升值得怀疑（singer，2008）
美国20世纪温度变化资料处理误差在1940年，导致了1940前的变暖， 现在是超过1998年，1930s的北极温度显示比现在有更高的温度这与 太阳活动有关。（Singer，2008）
全球变暖是由自然过程造成的吗？
• 太阳活动 • 地球轨道参数变化 • 大西洋温盐环流或径向翻转环流
全球海洋深水传送带要求南半球之海水上翻入斜温层和混合层去平衡 THC下沉（H区）即MOC=THC+南极下沉（未给出）（Gray，2008）
Typical Pattern mid1940s to mid1970s
• 上述证据看来与海洋或大陆是地表的增暖源并不一致。此 外，如果不考虑温室气体增加，由观测到的SST强迫所作 的模拟不能解释对流层变暖。因而这表明增暖不会起源于 海洋。强迫变化的进一步证据是来自冰冻圈的大范围融化， 大气中水汽的增加和与强迫变化一致的大气顶大气辐射的 变化。
• 气候系统所有各圈层能量含量与不同圈层的分布和振幅的 同时增加，以及20世纪后半叶是过去1300年以来最暖的观 测事实都指示，全球变暖的原因极不可能只是内部变率的 结果。各种不同证据表现出的一致性有力的表明人类活动 对近几十年地表观测到的增暖的显著影响。观测到的地表 温度和海洋热含量变化率与气候敏感性和净气候强迫的可 能范围是一致的。只有以正的强迫才能解释至今观测到的 气候系统热含量的巨大增加。
自然气候变化与人类活动引起的 气候变化的相对重要性分析
人类影响气候变化的各种证据
• 地表，自由大气，海洋的温度观测以及气候系统其它圈层 的类似变化都表明过去几十年全球变暖的主要原因是温室 气体的强迫作用。
• 地表温度观测证据是强有力的：观测到的增暖相对于内部 气候变率的计算值要显著得多，后者虽然是据模式得到， 但与由仪器观测资料和古气候重建得到的计算值是一致的。
第15讲 气候变化中关键科学 问题释疑（一）
目录
• 全球百年温度变化曲线的可靠性（陆地和 海表温度）
• 自然气候变化与人类活动引起的气候变化 的相对重要性分析
• 气候反馈机制的争议 • 全球辐射强迫计算的差异和不确定性 • 气候变暖是人类的福音吗？
全球百年温度变化曲线的可靠性
1979-2005年地表（上左）， 对流层（上右）线性全球温度 趋势分布。下图是年全球平均 温度曲线（点）。 红线是线性趋势（18502005）。仪器观测头70年 （1850-1919）到最近5年 （2001-2005）的温度变化为 0.78±0.18℃
序列的比较
2
WYG曲线
LYT曲线
TR 曲线
TD 曲线
CRU曲线 1
0
-1
-2 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
• 中国近百年温度变化曲线 • 主要比较WYG序列、LYT序列、TR序列、TD序列
• 古气候证据指出，与早期相比，20世纪的El Nino变率并 没有什么异常。古气候资料进一步表明，这样大范围变暖 在北半球至少在过去1300年中未曾观测到，这又增强了上 述事实，即最近的增暖不是由自然的内部变率造成。
• 除了南极以外的所有各大陆和某些次大陆，都可检测到对 人类强迫的响应。气候模式对过去百年实际的气候模拟表 明，只有包括人类和自然两种强迫因子时，才能模拟出观 测的20世纪全球平均地表增暖。
过去6亿年的CO2浓度。右侧为现代CO2浓度的倍数。在过去2亿 年， CO2明显下降。（Siger，2008）
城市热岛效应
(a)全球天气站数。上部曲线（实线）是计算“平 均值”的曲线，下部曲线是提供最高－最低值曲 线。 （b）格点区数。实线：提供平均值；虚线：提供 “Max-min”值。应有2592个格点，每个格点至少 应有一个测站。现从1200降至600个格点数。 （Singer，2008）
全球天气站数与格点区数
“全球”温度时间序列。Köppen (1881年)的地区是热带和温带陆地。Callendar （1938）只用全球陆地台站。Willet（1950）只用陆地台站。Callendar（1961） 用了60°N~60°S 区间的陆地台站。Mitchell（1963）用全球陆地台站。Bydyko （1969）用北半球陆地和船舶报告。Jones等（1986）用全球陆地台站。Hansen和 Lebedeff（1987）用全球陆地台站。Brohan等（2006）用全球陆地气温和海表温 度资料。所有时间序列用13点二项式滤波器平滑（IPCC，2007）
过去125年，全球陆地（绿线）和海源自（蓝线）全球平均温度。注意：有2次 明显的年代际冷期（1880-1910）与（1945-1975）2次明显暖期（1910-1940） 与（1975-1999）。这些冷暖期的爆发与THC/MOC强度有关，但落后10-15年。 应该指出，这些年代际冷暖期是叠加在近百年的变暖趋势线上。 （Gray，2008）
Typical Pattern mid1970s to 1999
当THC和MOC强时，全球风场分布。此时南半球冷水上翻比长期平均大。这使 全球温度比平均冷（上图），下图为THC和MOC偏弱时的风场分布。此时南半球冷 水上翻减少，全球逐渐变暖。上图可说明1940s中-1999年的暖期（Gray，2009）