全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力概要.ppt

第二章第二章 全球变化的主要过程与驱动力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物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈所组成如果气候系统的能量收支与时空分布的平衡受到破坏，将导致气候变化一）地球表面的能量收支平衡与温室效应（二）大气和海洋环流（三）水文循环　全球水文循环过程图　全球水文循环过程图（通量单位（通量单位10101515kg/akg/a，，各源汇中水量占全球总水各源汇中水量占全球总水量用百分比表示量用百分比表示MooreMoore，，19961996）） 地球水体分为淡水和咸水，淡水主要来自陆地冰雪，占43 400×1015kg；咸水主要贮存于深海，为89000×103km3全球水分循环主要是通过地表径流与河流、蒸发、风和降水等作用实现循环 全球水循环图反映了以下特点：全球水循环图反映了以下特点： （（1 1））全全球球97%97%的的水水在在海海洋洋，，86%86%的的水水是是海海洋洋蒸蒸发发的的，，大大气气从从海海洋洋上上空空携携带带水水汽汽输输往往陆陆地地，，以以降降水水形形式式落落下下，，以以冰冰雪雪堆堆积积在陆地表面的在陆地表面的43 400×1043 400×103k3km m3 3水量超过了地下水水量。

水量超过了地下水水量 （（2 2））陆陆地地水水分分通通过过植植物物蒸蒸腾腾和和地地表表蒸蒸发发回回到到大大气气，，有有些些还存在于土壤表面还存在于土壤表面 （（3 3）植物在水循环中通过截流、根部吸收和以蒸腾方式）植物在水循环中通过截流、根部吸收和以蒸腾方式把水分送回大气由于植物种类不一样，对水分循环作用也不把水分送回大气由于植物种类不一样，对水分循环作用也不一样，例如森林和草原在水分循环中作用是不同的，因此植物一样，例如森林和草原在水分循环中作用是不同的，因此植物本身也使得全球水分循环不均本身也使得全球水分循环不均 海洋在全球变化中的作用海洋在全球变化中的作用由由于于全全球球97%97%的的水水在在海海洋洋，，因因此此海海洋洋在在全全球球变变化化中中的的作作用用极极其其巨大海洋在全球变化中的作用主要表现在以下几方面海洋在全球变化中的作用主要表现在以下几方面 （（1 1））在在水水和和能能量量循循环环方方面面：：①①贮贮存存了了全全球球97%97%的的水水量量；；②②贡贡献献了了全全球球86%86%的的蒸蒸发发量量；；③③吸吸收收了了70%70%以以上上到到达达地地球球表表面面的的太太阳能量。

阳能量 （（2 2）在生物地球化学循环方面：）在生物地球化学循环方面：①①贮存了地球上非沉积贮存了地球上非沉积的的90%90%以上的以上的C C和和N N；；②②吸收了至少一半以上人为排放的吸收了至少一半以上人为排放的COCO2 2；；③③海洋环流决定了全球海洋环流决定了全球C C输送的时空分布和收支的基本特征；输送的时空分布和收支的基本特征；④④上层海洋的垂直混合运动决定了全球变化的大的循环过程上层海洋的垂直混合运动决定了全球变化的大的循环过程 二、固体地球系统与岩石圈循环过程（一）板块运动过程（二）陆上风化与侵蚀堆积过程（三）海洋沉积过程三、生态系统与生物地球化学循环过程全球碳循环（全球碳循环（IPCCIPCC，，19961996）） 大气中及溶解在河流、湖泊和海洋等水体中的大气中及溶解在河流、湖泊和海洋等水体中的COCO2 2，是，是可供生物圈利用的主要无机碳源，陆上植物和海洋浮游植可供生物圈利用的主要无机碳源，陆上植物和海洋浮游植物等有机物通过对物等有机物通过对COCO2 2的光合作用而捕获太阳能为生物圈提的光合作用而捕获太阳能为生物圈提供能量，同时使得碳进入生物圈，并向大气提供氧气。

供能量，同时使得碳进入生物圈，并向大气提供氧气 在无机环境中，碳主要以在无机环境中，碳主要以COCO2 2或者碳酸盐和重碳酸盐的或者碳酸盐和重碳酸盐的形式存在生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、呼形式存在生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、呼吸和分解过程进行的，在较长的时间尺度上，地质因素对吸和分解过程进行的，在较长的时间尺度上，地质因素对于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳( (煤、煤、石油和天然气等石油和天然气等) )是生态系统在过去年代中所固定的，它是生态系统在过去年代中所固定的，它们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环自然界碳们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环自然界碳的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体　　 在全球尺度上，碳的交换随季节而变化，这可以从北半球在全球尺度上，碳的交换随季节而变化，这可以从北半球大气大气COCO2 2含量的季节波动看出在夏季，初级生产者通过光合含量的季节波动看出在夏季，初级生产者通过光合作用对大气作用对大气COCO2 2的固定量超过动、植物呼吸作用和微生物分解的固定量超过动、植物呼吸作用和微生物分解作用归还给大气的作用归还给大气的COCO2 2量，在曲线上形成波谷；冬季则正好相量，在曲线上形成波谷；冬季则正好相反，形成波峰。

相似的波动也发生在昼夜之间，昼为波谷，夜反，形成波峰相似的波动也发生在昼夜之间，昼为波谷，夜为波峰尽管存在季节和昼夜的波动，就全年而言，光合作用为波峰尽管存在季节和昼夜的波动，就全年而言，光合作用所固定的碳量与呼吸和分解作用所排放的碳量仍大致保持着平所固定的碳量与呼吸和分解作用所排放的碳量仍大致保持着平衡状态 夏威夷冒纳罗亚观象台大气夏威夷冒纳罗亚观象台大气COCO2 2含量的测量结果含量的测量结果　　　　　　　　　　　　　　（（KumpKump L.R.et al.,1999 L.R.et al.,1999））  然而，在不断加剧的人类活动的驱动下，特别是使用化石然而，在不断加剧的人类活动的驱动下，特别是使用化石燃料和大规模砍伐森林所造成的碳的排放，正在引起自然界碳燃料和大规模砍伐森林所造成的碳的排放，正在引起自然界碳循环自组织系统的失稳据估计，每年约有循环自组织系统的失稳据估计，每年约有5×105×101515g g的碳通过的碳通过化石燃料的燃烧排入大气圈，其中约化石燃料的燃烧排入大气圈，其中约50%50%保留在大气圈中，近保留在大气圈中，近一半溶解在海洋中，只有很少的量增加到陆地生物量中。

此一半溶解在海洋中，只有很少的量增加到陆地生物量中此外，砍伐森林造成的土壤裸露以及木材燃烧每年向大气圈排放外，砍伐森林造成的土壤裸露以及木材燃烧每年向大气圈排放(1(1～～2)×102)×101515g g的碳这些逐年增加的碳排放量很可能是引起的碳这些逐年增加的碳排放量很可能是引起全球大气全球大气COCO2 2含量增加的主要原因在夏威夷的观测结果表含量增加的主要原因在夏威夷的观测结果表明，明，19581958年大气二氧化碳的平均含量约为年大气二氧化碳的平均含量约为315×10315×10-6-6 ；到了；到了19951995年，已达到约年，已达到约358×10358×10-6-6，其增长的趋势十分显著，平均，其增长的趋势十分显著，平均每年增加约每年增加约1.2×101.2×10-6-6 大气中大气中COCO2 2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对浓度逐渐增加的事实表明，海洋对COCO2 2的调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，海洋吸纳的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳COCO2 2的能力终将会被的能力终将会被耗尽，那时，更大部分的耗尽，那时，更大部分的COCO2 2将被保留在大气圈中，必然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一系列人类生存环境的变化。

等一系列人类生存环境的变化第二节第二节 全球变化的驱动力全球变化的驱动力按照全球变化驱动力的来源，可以将驱动因素分为三种类型：地球外因素，地球内力因素以及地球系统自身相互间的影响和反馈一、驱动全球变化的地球外力因素一、驱动全球变化的地球外力因素 地球的环境状态与太阳有密切的关系，同时受到其他天体的深刻影响影响是多方面的，其中受关注较多的是太阳辐射输出变化，受其他天体的引力作用产生的地球运动轨道参数的改变，以及小行星和彗星等天体对地球的撞击等一）太阳活动（一）太阳活动 　　太太阳阳辐辐射射直直接接驱驱动动了了发发生生在在地地球球表表面面的的各各种种过过程程太太阳阳辐辐射射的的变变化化改改变变了了到到达达大大气气顶顶层层的的能能量量，，并并通通过过影影响响物物理理气气候候系系统统的的能量收支平衡导致气候变化，进而引起全球变化能量收支平衡导致气候变化，进而引起全球变化 太太阳阳是是一一颗颗不不断断演演化化的的恒恒星星，，太太阳阳的的辐辐射射输输出出是是随随着着太太阳阳年年龄龄的的增增长长而而变变化化的的，，在在地地球球诞诞生生之之初初的的4545亿亿年年前前，，太太阳阳的的辐辐射射输输出出较较现现代代低低30%30%，，在在此此后后的的4545亿亿年年历历史史中中，，太太阳阳的的辐辐射射输输出出不不断断增增加加到到现现代代水水平平。

除除太太阳阳辐辐射射的的长长期期变变化化外外，，发发生生在在10a10a～～100a100a时间尺度上的太阳活动更为引人注意时间尺度上的太阳活动更为引人注意　　　　太太阳阳活活动动是是太太阳阳表表面面上上一一切切扰扰动动现现象象的的总总称称主主要要包包括括：：发发生生在在光光球球表表面面的的黑黑子子、、光光斑斑，，发发生生在在色色球球层层的的谱谱斑斑、、耀耀斑斑，，以以及及日日珥珥、、日日冕冕等等一一般般用用黑黑子子活活动动代代表表太太阳阳活活动动，，黑黑子子越越多多，，太太阳阳活活动动越越强强，，其其他他太太阳阳活活动动都都和和黑黑子子活活动动呈呈同同步步变变化化，，太太阳阳常常数数的的短期变化也与黑子的变化一致短期变化也与黑子的变化一致　　　　太太阳阳黑黑子子活活动动引引起起太太阳阳辐辐射射质质和和量量的的变变化化，，太太阳阳活活动动高高峰峰期期能能够够引引起起太太阳阳紫紫外外辐辐射射和和微微粒粒辐辐射射的的极极大大增增加加一一些些地地球球物物理理现现象象，，如如极极光光、、磁磁暴暴、、电电离离层层扰扰动动等等可可间间接接反反映映太太阳阳活活动动太太阳阳活活动动高高峰峰年年份份，，与与太太阳阳微微粒粒辐辐射射密密切切相相关关的的极极光光现现象象明明显显增增加加；；对对树树木木年年轮轮中中的的1414C C测测量量的的结结果果表表明明，，太太阳阳活活动动强强时时，，1414C C含含量量低低；；反反之之，，1414C C含含量量高高，，可可能能是是由由于于强强磁磁场场使使宇宇宙宙射射线线偏偏离离了了地地球球。

观观测测的的结结果果表表明明，，紫紫外外辐辐射射对对臭臭氧氧层层有有强强烈烈影影响响，，太太阳阳活活动动高高峰峰期期臭臭氧氧层层变变厚厚并并且且升升温温，，哥哥伦伦比比亚亚大大学学的的ShindellShindell等等人人(1999)(1999)提提出出，，臭臭氧氧在在很很大大程程度度上上放放大大了了太太阳阳活活动动周周期期的的效效应应，，其其模模型型表表明明，，首首先先是是太太阳阳辐辐射射增增加加，，加加速速平平流流层层中中臭臭氧氧的的生生成成，，然然后后臭臭氧氧的的增增加加引引起起温温室室效效应应，，进进一一步步加加热热平平流流层层，，此此后后热热流流传传递递至至对对流流层层两两个个大大气气层层的的耦耦合合作作用用十十分分重重要要，，可可能能是是太太阳阳活活动动影影响响气气候候的的一一个个中中间间环环节节，，使使得得只只有有0.1%0.1%、、而而且且只只是是直直接接影影响响上上层层大大气气的的太太阳阳辐辐射变化，成为影响地球气候变化的因素射变化，成为影响地球气候变化的因素　　　　现现已已发发现现，，太太阳阳黑黑子子活活动动在在10a10a～～100a100a尺尺度度上上均均存存在在显显著著的的周周期期变变化化。

如如11a11a的的沃沃尔尔夫夫周周期期、、22a22a的的海海尔尔周周期期、、80a80a的的世世纪纪周周期期、、180a180a的的双双世世纪纪周周期期等等根根据据历历史史记记载载可可以以追追溯溯上上千千年年的的太太阳阳活活动动历历史史，，树树木木年年轮轮中中1414C C含含量量的的变变化化更更提提供供了了长长达达5ka5ka，，甚甚至至9ka9ka的的太太阳阳活活动动的的记记录录 ，，进进而而从从过过去去5ka5ka太太阳阳活活动动的的历历史史中中区区分分出出若若干干异异常常时时期期极极地地的的硝硝酸酸盐盐是是太太阳阳微微粒粒辐辐射射与与极极地地大大气气相相互互作作用用的的产产物物，，在在太太阳阳活活动动弱弱的的时时期期极极地地冰冰雪雪中中硝硝酸酸根根离离子子的的含含量量也也低低，，利利用用保保存存在在南南极极冰冰芯芯中中的的硝硝酸酸盐盐可可以以将将太太阳阳活活动动的的历历史史追追溯溯到到几几万万年年前前根根据据树树木木年年轮轮中中1414C C含含量量的的变变化化和和极极地地冰冰芯芯中中1010BeBe的变化可以识别出的变化可以识别出2 2～～2.5ka2.5ka的太阳活动周期变化。

的太阳活动周期变化　太阳活动的历史记录　太阳活动的历史记录（王绍武，（王绍武，19941994）） 表表2-12-1　　50005000年来太阳活动异常时期年来太阳活动异常时期编号编号名称名称可能时间范围可能时间范围编编号号名称名称可能时间范围可能时间范围1 1现代极大现代极大1780A.D.1780A.D.～～现代现代7 7希腊极小希腊极小440B.C.440B.C.～～360B.C.360B.C.2 2蒙德尔极小蒙德尔极小1640A.D.1640A.D.～～1710A.D.1710A.D.8 8荷马极小荷马极小820B.C.820B.C.～～640B.C.640B.C.3 3施帕雷尔施帕雷尔极小极小1400A.D.1400A.D.～～1510A.D.1510A.D.9 9埃及极小埃及极小1420B.C.1420B.C.～～1260B.C.1260B.C.4 4中世纪极大中世纪极大1120A.D.1120A.D.～～1280A.D.1280A.D.1010石柱极小石柱极小1870B.C.1870B.C.～～1761B.C.1761B.C.5 5中世纪极小中世纪极小640A.D.640A.D.～～710A.D.710A.D.1111金字塔金字塔极大极大2370B.C.2370B.C.～～2060B.C.2060B.C.6 6罗马极大罗马极大20B.C.20B.C.～～80A.D.80A.D.1212苏美尔苏美尔极大极大2720B.C.2720B.C.～～2610B.C.2610B.C.（二）米兰柯维奇天文理论（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地球轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射的变化的变化 地地球球绕绕太太阳阳运运转转的的轨轨道道呈呈椭椭圆圆形形，，太太阳阳位位于于椭椭圆圆轨轨道道的的一一个个焦焦点点上上，，轨轨道道偏偏离离正正圆圆的的程程度度就就是是地地球球轨轨道道的的偏偏心心率率偏偏心心率率以以1010万万年年变变化化于于0.0050.005～～0.060.06之之间间，，同同时时还还存存在在4040万万年年的的周周期期变变化化目目前前的的偏偏心心率率为为0.01670.0167，，地地球球分分别别处处于于近近日日点点和和远远日日点点时时，，日日照照量量的的差别为差别为7%7%，偏心率愈大，差异愈大偏心率愈大，差异愈大 因因受受太太阳阳和和月月球球的的引引力力作作用用，，使使得得地地球球自自转转像像陀陀螺螺一一样样地地摇摇摆摆，，由由地地轴轴进进动动引引起起的的黄黄道道和和天天赤赤道道交交点点的的变变化化就就是是岁岁差差，，其其变变化化周周期期约约21ka21ka（（23ka23ka和和19ka19ka两两个个周周期期））岁岁差差导导致致地地球球近近日日点点时时间间的的变变化化，，现现在在地地球球在在1 1月月位位于于近近日日点点，，全全球球1 1月月日日射射率率稍稍大大于于7 7月月，，从从而而使使北北半半球球冬冬季季稍稍暖暖，，夏夏季季稍稍凉凉，，而而南南半半球球冬冬季季更更冷冷，，夏夏季季更更暖暖。

10.5ka10.5ka以以后后，，当当近近日日点点出出现现在在7 7月月时时，，情情况况将相反 由由于于行行星星的的摄摄动动作作用用，，黄黄赤赤交交角角发发生生周周期期性性的的变变化化现现代代黄黄赤赤交交角角是是23°27′23°27′，，在在几几百百万万年年内内，，黄黄赤赤交交角角的的变变化化范范围围为为21°39′21°39′～～24°36′24°36′，，变变化化周周期期约约40ka40ka这这一一变变化化被被比比喻喻为为好好像像船船的的左左右右摇摇摆摆黄黄赤赤交交角角影影响响地地球球上上不不同同纬纬度度和和不不同同季季节节的的气气候候差差异异程程度度的的大大小小，，黄黄赤赤交交角角越越大大，，冬冬季季和和夏夏季季的的差差异异越越大大黄黄赤赤交交角角变变化化对对极极区区影影响响最最大大，，若若黄黄赤赤交交角角减减小小，，极极地地区变暖，反之，极地地区更为寒冷地地区变暖，反之，极地地区更为寒冷 2.2.米兰柯维奇天文理论要点米兰柯维奇天文理论要点 地球轨道参数变化可能导致气候变化的思想可以地球轨道参数变化可能导致气候变化的思想可以追溯到追溯到1717世纪。

世纪1919世纪末期科罗尔（世纪末期科罗尔（James James CrollCroll））对对地球轨道参数变化的影响进行了深入的讨论，提出地地球轨道参数变化的影响进行了深入的讨论，提出地球轨道变化可能影响季节变化，从而形成冰期球轨道变化可能影响季节变化，从而形成冰期2020世世纪早期，纪早期，米兰柯维奇（米兰柯维奇（MilankovitchMilankovitch））对地球轨道参对地球轨道参数变化的影响进行了更深入的研究，提出了第四纪冰数变化的影响进行了更深入的研究，提出了第四纪冰期的天文假说（期的天文假说（19201920年），他认为偏心率、黄赤交角年），他认为偏心率、黄赤交角和岁差的周期变化改变地表的日照量，足以导致冰盖和岁差的周期变化改变地表的日照量，足以导致冰盖的大规模进退，是形成第四纪冰期和间冰期更替的主的大规模进退，是形成第四纪冰期和间冰期更替的主要原因  米兰柯维奇认为夏半年日照量的减少是冰期米兰柯维奇认为夏半年日照量的减少是冰期形成的主要因素米兰柯维奇的理论较好地解释形成的主要因素米兰柯维奇的理论较好地解释了第四纪冰期了第四纪冰期- -间冰期变化的驱动因素，但最初间冰期变化的驱动因素，但最初因缺乏实证而未被普遍接受。

直到因缺乏实证而未被普遍接受直到19501950年以后，年以后，从深海沉积、巴巴多斯等地的珊瑚礁阶地、陆上从深海沉积、巴巴多斯等地的珊瑚礁阶地、陆上的黄土沉积等过去环境变化的记录中均分别检测的黄土沉积等过去环境变化的记录中均分别检测出地球轨道参数变化的几个特征周期，如出地球轨道参数变化的几个特征周期，如0.4Ma0.4Ma、、0.1Ma0.1Ma的偏心率周期，的偏心率周期，41ka41ka的地轴倾斜率周期，的地轴倾斜率周期，以及以及23ka23ka和和19ka19ka的岁差周期，反映了第四纪气候的岁差周期，反映了第四纪气候变化与地球轨道参数变化的高度相关性，使得米变化与地球轨道参数变化的高度相关性，使得米兰柯维奇的理论得到广泛接受兰柯维奇的理论得到广泛接受  米兰柯维奇理论虽然比较成功地解释了第四纪冰期米兰柯维奇理论虽然比较成功地解释了第四纪冰期- -间冰期的间冰期的变化，但仍存在不少问题首先它不能解释冰期建立的机制，即变化，但仍存在不少问题首先它不能解释冰期建立的机制，即为什么冰期出现在第四纪而不发生在始新世或上新世等其他时期，为什么冰期出现在第四纪而不发生在始新世或上新世等其他时期，因此第四纪冰期的建立可能还受到更长尺度的因素作用。

其次，因此第四纪冰期的建立可能还受到更长尺度的因素作用其次，从计算结果来看，地球轨道参数变化本身所引起的气候变化比地从计算结果来看，地球轨道参数变化本身所引起的气候变化比地球上实际发生的全球变化的幅度小得多，因此，在地球轨道参数球上实际发生的全球变化的幅度小得多，因此，在地球轨道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.2.4MaB.P.，，19ka19ka和和23ka23ka的岁差周期占主导地位；在的岁差周期占主导地位；在2.4MaB.P.2.4MaB.P.～～0.8MaB.P.0.8MaB.P.期间，期间，41ka41ka的黄赤交角变化周期为主要周期；而在的黄赤交角变化周期为主要周期；而在0.8MaB.P.0.8MaB.P.以来却是在三个地球轨道参数中强度最弱的以来却是在三个地球轨道参数中强度最弱的0.1Ma0.1Ma的偏的偏心率周期最为显著；米兰柯维奇理论难以解释为什么会发生主导心率周期最为显著；米兰柯维奇理论难以解释为什么会发生主导周期的变化。

周期的变化 地球地球7.47.4亿年来经历的四大冰期和三大间冰期示意图亿年来经历的四大冰期和三大间冰期示意图全球气候波动旋回的级序全球气候波动旋回的级序 全球气候的变化有不同的时间尺度，如108～107a、105a、104a、103～102a和10a等，从而构成了不同的变化级序 1.108～107a尺度具有此尺度的气候变动称为大冰期和大间冰期地球历史上有过四次大冰期，第四纪大冰期是其中的一次这四次证据比较确凿的冰盖活动时期彼此相隔时间约2.5×108a～3.5×108a，这恰好与银河年（银河系自转一周的时间）大致相等因此，有人提出地球历史上这四大冰期的出现与银河年引起的气候大波动有关，这有待进一步研究 2.105a尺度 具有此尺度的气候变动称为冰期和间冰期第四纪大冰期通常划为四个冰期，如欧洲的恭兹、民德、里斯、玉木冰期这一级序的气候变动主要受地球偏心率、黄赤交角和岁差这些地球的轨道参数变化的影响3.104a尺度 具有此尺度的气候变动称为副冰期和副间冰期，又称冰阶(stadial)和间冰阶(interstadial)是叠加于冰期和间冰期之中的次一级气候波动。

冰阶是指间冰期的寒冷阶段，间冰阶是指冰期中的相对温暖阶段 这一级序的气候变动主要受地球表层系统各层圈相互作用的影响，包括海陆分布变化对大气环流的影响、地面性质及粗糙度对反射率的影响、火山活动对大气混浊度的影响、植物生命活动对大气成分的影响、人类活动的影响等4.103～102a尺度 具有此尺度的气候变动称为小冰期和小间冰期，仅用于冰后期和晚冰期，其他老的冰期中难以细分第四纪中这一级序的气候变动以人类活动的影响最为重要5.10a尺度 仅用于近代的气候学研究之中　　　　二、驱动全球变化的地球内力因素二、驱动全球变化的地球内力因素　　　　地地球球内内力力对对全全球球变变化化的的驱驱动动主主要要通通过过受受地地球球内内部部过过程程驱驱动动的的板板块块运运动动而而起起作作用用，，板板块块运运动动所所造造成成的的海海陆陆分分布布形形式式的的变变化化、、海海底底地地形形与与陆陆地地地地形形的的变变化化、、火火山山活活动动等等，，均均能能引引发发进进一一步步的的过过程程，，导导致致全全球球变变化化地地球球内内部部物物质质的的重重新新分分布布能能够够导导致致地地极极漂移，也会对全球变化产生影响。

漂移，也会对全球变化产生影响　　　　( (一一) )海陆分布变化海陆分布变化　　　　 大陆漂移和海底扩张以及与此相关的海面升降，造成海陆大陆漂移和海底扩张以及与此相关的海面升降，造成海陆分布格局及海洋和陆地面积对比的变化，陆地的位置和组合关分布格局及海洋和陆地面积对比的变化，陆地的位置和组合关系不同，对全球的温度和降水格局均会产生深刻的影响系不同，对全球的温度和降水格局均会产生深刻的影响图图2-32-3　理想泛大陆的气候状况模拟　理想泛大陆的气候状况模拟（（R. J. R. J. HuggettHuggett，，19911991））　　洋洋盆盆形形状状与与海海陆陆分分布布格格局局的的变变化化会会导导致致大大洋洋环环流流形形式式的的变变化化大大陆陆分分布布格格局局变变化化使使得得一一些些海海道道开开启启，，一一些些海海道道闭闭合合，，它它们们所所导导致致的的必必然然结结果果就就是是造造成成洋洋流流的的迅迅速速调调整整新新生生代代全全球球变变冷冷的的若若干干主主要要阶阶段段分分别别与与同同期期若若干干海海道道开开启启与与闭闭合合相相对对应应，，其其中中，，大大约约50MaB.P.50MaB.P.之之时时，，澳澳大大利利亚亚向向北北运运动动形形成成具具有有重重要要意意义义的的南南大大洋洋通通道道使使得得绕绕极极环环流流得得以以建建立立与与发发展展，，可可能能是是导导致致南南极极大陆开始变冷并最终发育成冰川的原因。

大陆开始变冷并最终发育成冰川的原因　　　　海海陆陆分分布布格格局局的的变变化化对对生生物物的的进进化化也也有有重重要要影影响响，，其其中中的的一一个个重重要要方方面面是是大大陆陆解解体体之之后后切切断断了了生生物物之之间间交交流流的的通通道道，，使使得得生生物物在在各各自自的的大大陆陆上上独独立立进进化化，，助助长了生物多样性的增加长了生物多样性的增加( (二二) )高海拔的山地或高原的隆起高海拔的山地或高原的隆起 洋盆与海陆分布格局的变化及其影响通常发生在洋盆与海陆分布格局的变化及其影响通常发生在10106 6a a～～10107 7a a尺度上，而在尺度上，而在10104 4a a～～10105 5a a尺度上对全球变化影响最大的板块尺度上对全球变化影响最大的板块运动事件是以垂直运动为主的巨地形变化运动事件是以垂直运动为主的巨地形变化 　　　　 高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供了大范围场所，这些冰雪通过反射率的反馈作用成为温度升了大范围场所，这些冰雪通过反射率的反馈作用成为温度升降变化的放大器，增强气候变化的不稳定性，从而对全球变降变化的放大器，增强气候变化的不稳定性，从而对全球变化产生与极地冰盖性质相近的作用。

化产生与极地冰盖性质相近的作用 高山和高原通过热力和动力作用对全球大气环流运动所高山和高原通过热力和动力作用对全球大气环流运动所产生的深刻影响更为重大青藏高原和北美西部的山系等均产生的深刻影响更为重大青藏高原和北美西部的山系等均对近地面行星风系的运动乃至结构有强烈的改造作用北美对近地面行星风系的运动乃至结构有强烈的改造作用北美落基山脉对整个北半球的大气环流都有深刻影响，主要表现落基山脉对整个北半球的大气环流都有深刻影响，主要表现为大气驻波作用与对反气旋运动的阻挡作用为大气驻波作用与对反气旋运动的阻挡作用( (三三) )火山活动火山活动 从表面上看，火山喷发只是在极短的时间尺度内发生的局从表面上看，火山喷发只是在极短的时间尺度内发生的局地事件，但一次火山的喷发可能需要酝酿几十甚至上百年的时地事件，但一次火山的喷发可能需要酝酿几十甚至上百年的时间，而火山喷发的影响更具有全球性后果间，而火山喷发的影响更具有全球性后果 强火山爆发能在平流层下部形成一个持久的含有硫酸盐粒强火山爆发能在平流层下部形成一个持久的含有硫酸盐粒子的气溶胶层，它们存留在平流层中增加了大气的反照率，因子的气溶胶层，它们存留在平流层中增加了大气的反照率，因而减少了到达地面的直接太阳辐射，进而导致温度下降，这个而减少了到达地面的直接太阳辐射，进而导致温度下降，这个影响被称为影响被称为““阳伞效应阳伞效应””。

如如19631963年年3 3月印度尼西亚巴厘岛的阿月印度尼西亚巴厘岛的阿贡火山爆发约贡火山爆发约3 3个月后，澳大利亚墨尔本的总辐射减少达个月后，澳大利亚墨尔本的总辐射减少达6%6%500A.D.以来冰芯酸度指示的火山活动全球气候变化以来冰芯酸度指示的火山活动全球气候变化（王绍武，（王绍武，1994））a.中英格兰温度　b.加利福尼亚树轮宽度　c.格陵兰氧同位素　d.北半球温度指数　e.格陵兰冰芯酸度三、全球变化中的人为因素三、全球变化中的人为因素 人类生态系统的建立和维持所造成的自然环境破坏与污染使得地球表层系统中的一些成分相对增加，甚至出现一些在自然状态下本不存在的成分，另一些成分相对减少甚至消失,从而造成各个组成成分的构成和性质的显著变化人类向大气中排放CO2、CH4等使温室气体含量增加且出现新的温室气体成分，排放到大气中的氟利昂等“氯氟烃”类物质和氮氧化合物正在导致臭氧层破坏，酸性气体排放导致酸雨的发生在生物界，人类驯化的作物替代了森林和草原，野生动物被驯化动物所取代或被排斥到生态边缘而绝灭或濒临绝灭，人类生态系统替代自然生态系统不仅减少了系统的生物量，而且减少了物种的多样性，进一步加速了生物绝灭的过程。

此外，排入到江河的各种有机和无机污染物导致水体污染，各种人工合成材料的出现也改变了固体地球物质的组成 土地利用/土地覆被的变化其他林地草场耕地o 农田扩张 农业文明约有1万年的历史，但耕地增长速度缓慢耕地的扩张主要发生在1850以来的140年间，其中最近90年来全球耕地面积增加了一倍；o 林地减少 过去140年间，拉丁美洲林地面积减少了28%；南亚和东南亚减少了34-38%o 城市扩张 总面积只占陆地总面积的1%左右，但发展迅速自1700年至1980年，自然生态系统占地从95%减少到65%自1700年至1980年，人工生态系统占地从5%增加到35% 物种的减少哺乳动物鸟类灭绝的种数50201600-16491650-16991700-17491750-17991800-18491850-18991900-1959有关生物多样性，人类现有的知识最少拿热带雨林来讲，生活在地球上的所有生物物种中，十种之中有六种来自热带森林，而科学家所能认识的只不过3/10　　四、地球系统内部的反馈作用四、地球系统内部的反馈作用　　全球变化是通过地球系统中一系列复杂的作用与　　全球变化是通过地球系统中一系列复杂的作用与反馈过程来实现的，反馈是地球系统过程的一个重要反馈过程来实现的，反馈是地球系统过程的一个重要特征。

在各圈层内部和各圈层之间所发生的各种地球特征在各圈层内部和各圈层之间所发生的各种地球系统过程中存在着复杂的反馈机制，系统状态维持稳系统过程中存在着复杂的反馈机制，系统状态维持稳定可能是某些负反馈过程在起作用，而系统状态发生定可能是某些负反馈过程在起作用，而系统状态发生变化则是某些正反馈过程占主导地位的结果地球系变化则是某些正反馈过程占主导地位的结果地球系统中的许多过程都是既产生正反馈又产生负反馈，究统中的许多过程都是既产生正反馈又产生负反馈，究竟哪种过程占主导地位，视具体情况而定由于反馈竟哪种过程占主导地位，视具体情况而定由于反馈作用的存在，驱动与响应之间存在着复杂的非线性过作用的存在，驱动与响应之间存在着复杂的非线性过程，微小的触发作用有可能导致巨大的变化，发生在程，微小的触发作用有可能导致巨大的变化，发生在某一区域的变化可能导致全球变化某一区域的变化可能导致全球变化 第三节第三节 全球变化的概念模式全球变化的概念模式几千年至几百万年尺度几千年至几百万年尺度固体地球变化的那些不可抗拒的过程主宰着所有其他过程这些过程包括：o地核和地幔过程 它们主导着地球的主要磁场，几乎涉及地球的所有质量和动能；o板块构造过程 其作用在于通过地壳的形成和破坏以及大陆的形成而产生地表地形；o太阳驱动过程 其作用在于使地形起伏剥蚀夷平，并使物理气候系统和生物地球化学循环系统趋于多样化。

太阳驱动过程板块构造地核和地幔过程古气候历史早期地球过程生物地球化学循环人类活动古气候物理气候系统几十年至几百年尺度几十年至几百年尺度正是在这一时间尺度内，自然变化对人类有着重大的影响，且人类活动对全球过程的影响也最显著这一时间尺度上，两大过程最为重要：o物理气候系统 太阳驱动的大气和海洋环流系统，控制着地表的温度和降水分布；o生物地球化学循环系统 碳、氮、硫、磷等大气和生态系统的关键物质，与物理气候系统联接的独立系统，控制着生态系统的生产力及气候系统几十年尺度的变化模拟几十年尺度的变化模拟大气物理－动力学对流层化学人人类类活活动动温室气体土壤土地利用气候变化污染物/温室气体物理气候系统物理气候系统物理气候系统物理气候系统生物地球化学循环生物地球化学循环生物地球化学循环生物地球化学循环海洋生物地球化学海洋动力学陆地生态系统地表能/水平衡全球水循环平流层化学/动力学外外部部动动力力太阳火山。