全球变化8现代气候变化课件

近近现现代的全球代的全球变变化化第一第一节节全球气候系全球气候系统统的的变变化化 第二第二节节生生态态系系统统的的变变化化近现代的全球变化第一节全球气候系统的变化 第二节 生态系统1一、全球气候系一、全球气候系统统的的变变化化大气圈大气圈组组成成分的成成分的变变化化温度和降水的温度和降水的变变化化气候气候变变化的自然原因化的自然原因海平面的海平面的变变化化一、全球气候系统的变化 大气圈组成成分的变化2大气圈大气圈组组成成分的成成分的变变化化大气化学成分的大气化学成分的变变化化 会改会改变变大气大气层层中的能量中的能量 分布分布,破坏原有的物破坏原有的物质质和能量平衡和能量平衡。自然、人自然、人为为干干扰扰的影响下，大气圈中的的影响下，大气圈中的微量微量 气体气体变变化非常明化非常明显显。人人类对类对全球大气成分的全球大气成分的变变化化负负有十分重要的有十分重要的 责责任。任。大气圈组成成分的变化大气化学成分的变化 会改变大气层中的3人人类类改改变变大气成分的三种途径大气成分的三种途径:1 1 通通过过工工农业农业生生产产、生活活、生活活动动改改变变地表向大气的排放地表向大气的排放。（化石燃料的燃（化石燃料的燃烧烧排放排放如如COCO2 2、S0S02 2、COCO、NONO、甲、甲烷烷等）等）（制冷（制冷剂剂的使用致使含的使用致使含氯氯氟氟烃烃物物质质排放）排放）（森林的燃（森林的燃烧烧增加增加COCO2 2的相的相对对含量）含量）（种植水稻增加甲（种植水稻增加甲烷烷的排放，化肥的使用致的排放，化肥的使用致N N2 2O O的增加）的增加）2 2 由土地覆盖由土地覆盖变变化而改化而改变变与大气交与大气交换换的比例的比例。（如森林破坏使地表生物量减少从而影响大气中（如森林破坏使地表生物量减少从而影响大气中COCO2 2和和0 02 2 平衡，生物活体中平衡，生物活体中储储存的存的C C含量减少）含量减少）3 3 排放到大气的某些化学物排放到大气的某些化学物质质在大气中在大气中发发生一系列化学反生一系列化学反应应，改改变变原有的平衡原有的平衡。（如（如进进入大气中的氟里昂分子中的入大气中的氟里昂分子中的氯氯原子在紫外原子在紫外线线的作用的作用 下下挣挣脱出来，反复与臭氧反脱出来，反复与臭氧反应应，破坏臭氧分子，一个氟里，破坏臭氧分子，一个氟里 昂分子可昂分子可导导致十万个臭氧分子的破坏）。致十万个臭氧分子的破坏）。人类改变大气成分的三种途径:1 通过工农业生产、生活活动改变4人人类类活活动对动对大气成分大气成分变变化影响的具体表化影响的具体表现现:1 1 使一些成分的含量增加使一些成分的含量增加（如（如COCO2 2、S0S02 2、COCO、NONO、甲、甲烷烷等）等）2 2 使另一些大气成分的含量减少使另一些大气成分的含量减少（如平流（如平流层层臭氧）臭氧）3 3 改改变变一些大气成分的性一些大气成分的性质质（如大气中水的酸化；（如大气中水的酸化；S0S02 2和氮氧化物在大气中被氧化成和氮氧化物在大气中被氧化成 为为酸性气溶胶酸性气溶胶,它它们们溶入雨滴或溶入雨滴或雾雾滴使雨、云或滴使雨、云或雾雾酸化）酸化）4 4 向大气中增添人工合成的成分向大气中增添人工合成的成分（如氟里昂（如氟里昂-人工合成的含人工合成的含氯氯氟氟烃烃物物质质,原本不存在）。原本不存在）。人类活动对大气成分变化影响的具体表现:1 使一些成分的含量增5 COCO2 2含量及其他温室气体的增加含量及其他温室气体的增加CO2含量及其他温室气体的增加6据冒据冒纳罗亚纳罗亚山山观观 测测站站记录记录：1919世世纪纪开始开始,CO,CO2 2 含量持含量持续续增加增加,19581958年大气年大气COCO2 2 含量含量为为3151031510-6-6,19981998年，已达年，已达3601036010-6-6,比工比工业业革命前增加了革命前增加了 60106010-6-6。因因此此,在在4040年年时时间间 里里,COCO2 2含含量量增增加加了了 45104510-6-6,增加速增加速率率约约1.0101.010-6-6/年。年。据冒纳罗亚山观 测站记录：7据极地冰芯分析据极地冰芯分析 资资料：料：近近 2020万万年年里里,大大 气气中中COCO2 2含含量量长长期期波波 动动于于1901901010-6 6 2802801010-6 6左右。（如左右。（如图图）据极地冰芯分析 资料：8按按照照人人类类排排放放温温室室 气气体体的的趋趋势势，溫溫室室效效应应 將將使使地地球球暖暖化化，並並在在下下 2121世世纪纪中中期期以以前前見見到到明明 显显的效的效应应。COCO2 2浓浓度加倍之后，度加倍之后，地表平均溫度將升高地表平均溫度將升高 2 25 5左右（左右（19811981）。）。但但这这些气候模型並未些气候模型並未 考考虑虑海洋海洋环环流的流的迟迟滯效滯效 应应，但亦不表示大洋底，但亦不表示大洋底 流的流的迟迟滯終能延滯終能延缓缓暖化暖化 的危机。的危机。按照人类排放温室 气体的趋势，溫室效应 將使地球暖化，並在下9其它温室气体的增加也倍受注意。其它温室气体的增加也倍受注意。大气里的甲大气里的甲烷烷(CH(CH4 4)正在以每年正在以每年 1%1%2%2%的速的速 率率增加；增加；一氧化二氮一氧化二氮(N(N2 20)0)增增长长速率速率为为0.2%/0.2%/年年,氟里昂氟里昂在在19901990年代以前的增年代以前的增长长速率速率为为百分之百分之几。几。从从1970197019851985年年,北半球中高北半球中高纬纬度地区度地区对对流流层层 中中臭氧臭氧(0(03 3)含量估含量估计计增加了增加了70%70%以上。以上。其它温室气体的增加也倍受注意。大气里的甲烷(CH4)正在以10全球变化8现代气候变化课件11这这些气体多数具有些气体多数具有长长生命期生命期(如如 N N2 20 0、CHCH4 4、CFCsCFCs、HCFCs HCFCs 等等),),可以在可以在对对流流层层保留很保留很长时间长时间,并并对对地球的温室效地球的温室效应产应产生影响生影响 (见见表表)。目前目前对这对这些微量气体的了解比些微量气体的了解比对对 C0C02 2还还差。差。这些气体多数具有长生命期(如 N20、CH4、CFCs、H12N N2 2O O 的增加可能与全球化肥使用量的增多有关的增加可能与全球化肥使用量的增多有关,这这种物种物质还质还是平流是平流层层臭氧的有破坏者。臭氧的有破坏者。甲甲烷烷的增加可能的增加可能历历史悠久，史悠久，300300年前大气中甲年前大气中甲烷烷 的含量只有的含量只有 0.7100.710-6-6。臭氧臭氧的增加一方面和人的增加一方面和人类类排放的排放的 N0N02 2光分解光分解产产物有关物有关,同同时还时还可能与平流可能与平流层层臭氧臭氧变变化相化相联联系。系。氟里昂氟里昂主要是人主要是人类类使用制冷使用制冷剂剂、喷雾剂喷雾剂等散失到等散失到 大气中的大气中的,它也是平流它也是平流层层臭氧的主要破坏者。臭氧的主要破坏者。N2O 的增加可能与全球化肥使用量的增多有关,这种物质还是13平流平流层层臭氧含量的减少臭氧含量的减少平流层臭氧含量的减少14平流平流层层内的内的O3大气圈中的大气圈中的O3主要分布在平流主要分布在平流层层内内,202025km25km处处最最为为集中集中,形成所形成所谓谓臭氧臭氧层层。平流平流层层臭氧含量的减少臭氧含量的减少平流层内的O3 平流层臭氧含量的减少15人人类类活活动对动对臭氧臭氧层层O3变变化的影响：化的影响：超音速超音速飞飞机、机、日益增加的氮氧日益增加的氮氧化物化物(NO,NO(NO,NO2 2)、用于多种工具和制冷用于多种工具和制冷设备设备中的含中的含氯氯氟氟烃烃、核武器核武器试验试验、可能的核可能的核战战争争产产生的氮的生的氮的氧化物。氧化物。氮氧化物直接氮氧化物直接进进入臭氧入臭氧层层,可破可破坏坏O3层层。人类活动对臭氧层O3变化的影响：超音速飞机、日益增加的氮氧162020世世纪纪7070年代以来年代以来,臭氧臭氧层层的的O O3 3 不断减少不断减少,减少减少趋势趋势随随纬纬 度增高而增加。在南极上空度增高而增加。在南极上空,臭氧含量在每年臭氧含量在每年1010月份前后削减最月份前后削减最 多多,出出现现所所谓谓“臭氧洞臭氧洞”现现象象 。20世纪70年代以来,臭氧层的O3 不断减少,减少趋势随17据据观测观测,1979,1979年年19851985年年,南极地区上空南极地区上空O O3 3含量减少了含量减少了 40%40%50%,50%,全球全球6 6年里年里O O3 3含量减少含量减少约约3%3%。到。到19871987年年,南极上空的南极上空的 “臭氧洞臭氧洞”又又宽宽又深又深,已已经扩经扩大到南极大大到南极大陆陆以外以外,一度引起科一度引起科 学界和公众的深切恐慌。学界和公众的深切恐慌。观测观测表明表明,北半球大气臭氧北半球大气臭氧浓浓度也出度也出现现减少减少趋势趋势。据观测,1979年1985年,南极地区上空O3含量减少了 18平流平流层层臭氧臭氧层层的破坏的后果的破坏的后果（包括（包括对对气候、生物、人气候、生物、人类类健康造成的不良影响）。健康造成的不良影响）。臭臭氧氧层层变变稀稀薄薄,会会引引起起对对流流层层气气温温上上升升,而而平平流流层层气气 温温则则将将下下降降，从从而而导导致致大大气气环环流流的的变变化化,进进而而影影响响全全球球大大气气 其它方面的其它方面的变变化化。臭臭氧氧减减少少,对对流流层层大大气气对对太太阳阳活活动动的的反反应应可可能能会会更更为为 敏感敏感,近地面气候近地面气候变变化有可能更加化有可能更加剧剧烈烈。臭氧臭氧层层的破坏，会引起的破坏，会引起地球生命系地球生命系统统的的严严重灾重灾难难。海海洋洋中中浮浮游游生生物物可可能能是是紫紫外外辐辐射射增增强强的的最最大大受受害害者者。浮浮游游生生物物和和鱼鱼类类幼幼体体的的死死亡亡将将引引起起食食物物链链的的中中断断,并并进进一一步步 扰扰乱整个海洋生乱整个海洋生态态系系统统。紫紫外外线线增增强强,人人类类皮皮肤肤癌癌的的发发病病率率将将上上升升；紫紫外外线线增增加加 还还伤伤害害眼眼睛睛,造造成成白白内内障障从从而而失失明明;紫紫外外线线增增加加损损伤伤人人体体免免疫疫 系系统统,降低抗病能力。降低抗病能力。平流层臭氧层的破坏的后果（包括对气候、生物、人类健康造成的不19臭氧臭氧层层的破坏的破坏对对气候的影响。气候的影响。臭氧臭氧层层强强烈吸收太阳紫外烈吸收太阳紫外辐辐射。射。由于由于臭氧臭氧层层的的存在存在,到达到达对对流流层层和地面的太阳紫和地面的太阳紫外外辐辐射射量量非非常常少少。而而平平流流层层由由于于吸吸收收太太阳阳短短波波辐辐射射 能能量量温温度度升升高高,但但地地表表则则由由于于缺缺乏乏短短波波部部分分辐辐射射能能 的收入使温度相的收入使温度相对较对较低低。当当臭氧臭氧层变层变稀薄稀薄,透透过过臭氧臭氧层层的太阳的太阳辐辐射将会增射将会增 加加,会引起会引起对对流流层层气温上升气温上升,而而平流平流层层气温气温则则将将下降下降。对对流流层层和平流和平流层层气温的气温的变变化又会化又会导导致大气致大气环环流的流的 变变化化,并并进进而影响全球大气其它方面的而影响全球大气其它方面的变变化化。臭氧层的破坏对气候的影响。臭氧层强烈吸收太阳紫外辐射。由于20在太阳活在太阳活动动期期间间,太阳太阳辐辐射射变变化最多的波化最多的波 谱谱段位于紫外段位于紫外线线部分。部分。臭氧臭氧层层在正常情况下在正常情况下对对太阳活太阳活动动引起的引起的辐辐 射能量射能量变变化起到化起到缓缓冲器作用。冲器作用。如果如果臭氧减少臭氧减少,对对流流层层大气大气对对太阳活太阳活动动的的 反反应应可能会更可能会更为为敏感敏感,近地面气候近地面气候变变化有可化有可 能更加能更加剧剧烈。烈。在太阳活动期间,太阳辐射变化最多的波 谱段位于紫外线部分。21臭氧臭氧层层的破坏的破坏对对生物的影响。生物的影响。臭氧臭氧层层的破坏，的破坏，过过多的紫外多的紫外线线直接投射到地表直接投射到地表,会引起地球生命系会引起地球生命系统统的的严严重灾重灾难难。大部分植物（如大部分植物（如农农作物）作物）对对增增强强的紫外的紫外辐辐射射 都表都表现现出不同程度的受出不同程度的受伤伤害害,抗病能力下降。抗病能力下降。臭氧层的破坏对生物的影响。臭氧层的破坏，过多的紫外线直接投射22臭氧减少臭氧减少 25%25%所引起的紫外所引起的紫外辐辐射增加射增加,能使大豆能使大豆产产量下降量下降 20%20%25%(25%(考考虑虑抗病能力抗病能力 的减低的减低,实实 际际减减产产可能会更多可能会更多),),同同时时大大 豆种子中蛋白豆种子中蛋白质质和植物油含量也分和植物油含量也分别别下降下降5%5%和和 2%2%。因此因此,臭氧臭氧层层破坏可能会破坏可能会对对世世 界粮食界粮食产产量和粮食量和粮食质质量造成量造成显显著影响。著影响。臭氧减少 25%所引起的紫外辐射增加,能使大豆产量下降 23臭氧臭氧层变层变化化对对水生生水生生态态系系统统的影响。的影响。海海洋洋中中浮浮游游生生物物对对紫紫外外线线几几乎乎没没有有什什么么抵抵 抗能力，可能是紫外抗能力，可能是紫外辐辐射增射增强强的最大受害者。的最大受害者。海海洋洋鱼鱼类类的的幼幼体体对对强强紫紫外外线线照照射射也也是是忍忍受受 不不了了的的。在在紫紫外外辐辐射射增增强强 20%20%的的情情况况下下,生生 活在水深活在水深 10m10m 以上的以上的鱼鱼的幼体将全部的幼体将全部 死亡。死亡。浮游生物和浮游生物和鱼类鱼类幼体的死亡将引起食物幼体的死亡将引起食物链链 的中断的中断,并并进进一步一步扰扰乱整个海洋生乱整个海洋生态态系系统统。臭氧层变化对水生生态系统的影响。海洋中浮游生物对紫外线几乎没24臭氧臭氧层变层变化化对对人人类类健康的影响。健康的影响。紫外紫外线线增增强强,人人类类皮肤癌的皮肤癌的发发病率将上升。病率将上升。O O3 3 浓浓度每降低度每降低1%,1%,皮肤癌患病率将增加皮肤癌患病率将增加 2%2%。O O3 3 含量下降含量下降2.5%,2.5%,世界每年将多增加世界每年将多增加 1 1万万5 5 千千人死于皮肤癌。人死于皮肤癌。紫外紫外线线增加增加还伤还伤害眼睛害眼睛,造成白内障从而失明造成白内障从而失明;紫外紫外线线增加增加损伤损伤人体免疫系人体免疫系统统,降低抗病能力。降低抗病能力。臭氧层变化对人类健康的影响。紫外线增强,人类皮肤癌的发病率25 气溶胶的气溶胶的变变化化气溶胶的变化26近年来近年来,由人由人类类活活动动排放到大气中的排放到大气中的 S0S02 2,及其及其产产生的气溶胶生的气溶胶,引起人引起人们们极大注极大注 意。意。土地荒漠化等土地荒漠化等导导致的致的大气大气矿矿物气溶胶物气溶胶也也 得到广泛关注。得到广泛关注。这这些大气气溶胶可能已些大气气溶胶可能已经对经对区域性气候区域性气候 变变化化产产生了重要影响。生了重要影响。气溶胶的气溶胶的变变化化近年来,由人类活动排放到大气中的 S02,及其产生的气溶27人人为为气溶胶的源地：气溶胶的源地：北半球的工北半球的工业业化地区化地区,包括北美包括北美东东部、欧洲和部、欧洲和东亚东亚。人为气溶胶的源地：北半球的工业化地区,包括北美东部、欧洲和东28这这些地区些地区,化石燃料使用化石燃料使用产产生了大量的生了大量的S0S02 2和氮和氮 氧化物。氧化物。S0S02 2和和 氮氧化物与大气中水汽和氮氧化物与大气中水汽和矿矿物微粒相互物微粒相互 作用形成硫酸作用形成硫酸盐盐和硝酸和硝酸盐盐气溶胶。气溶胶。由由此此产产生生酸酸雨雨,日日趋趋加加重重的的酸酸雨雨正正在在改改变变着着水水 循循环环的的性性质质和和功功能能,使使得得陆陆地地上上淡淡水水的的补补充充过过程程发发 生生变变异异,陆陆地地上上河河湖湖、土土壤壤受受到到酸酸雨雨的的污污染染而而发发生生 性性质质的的改改变变,陆陆上上的的许许多多生生命命活活动动会会因因此此受受到到伤伤害害,地表的地表的风风化、侵化、侵蚀过蚀过程也会因此而改程也会因此而改变变。这些地区,化石燃料使用产生了大量的S02和氮 氧化物。29悬悬浮浮在在对对流流层层大大气气中中的的硫硫酸酸盐盐和和硝硝酸酸盐盐气气溶溶 胶胶,又又是是散散射射太太阳阳辐辐射射、造造成成区区域域性性气气候候变变化化的的 重要因子。重要因子。研究研究认为认为：人人为为气溶胶的气溶胶的辐辐射射强强迫作用是迫作用是负值负值,即引起即引起 地面降温。地面降温。北半球中北半球中纬纬度地度地带带，过过去去 100100 多年增温多年增温较较 少可能和人少可能和人为为气溶胶的抵消作用有直接关系。气溶胶的抵消作用有直接关系。悬浮在对流层大气中的硫酸盐和硝酸盐气溶 胶,又是散射太阳辐30自然原因自然原因产产生的生的矿矿物气溶胶，主要来源物气溶胶，主要来源 于于干燥与半干燥地区干燥与半干燥地区风扬风扬起的粉起的粉尘尘,以及以及农农 业业地地带农闲带农闲季季节节从土壤表从土壤表层层吹起的吹起的矿矿物和物和 少量有机微粒。少量有机微粒。北北非非、中中亚亚和和北北美美的的沙沙漠漠地地带带,以以及及欧欧 亚亚大大陆陆和和北北美美大大陆陆的的温温带带农农业业区区是是最最重重要要 的源地。的源地。自然原因产生的矿物气溶胶，主要来源 于干燥与半干燥地区风扬起31矿矿物气溶胶的作用物气溶胶的作用矿矿物物气气溶溶胶胶对对太太阳阳辐辐射射的的作作用用还还不不完完全全 清清楚楚,一一般般认认为为它它的的作作用用也也通通过过散散射射阳阳光光 使受影响地区温度降低。使受影响地区温度降低。矿矿物物气气溶溶胶胶可可能能也也通通过过水水汽汽凝凝结结过过程程和和 对对流流过过程影响区域性降水。程影响区域性降水。矿物气溶胶的作用矿物气溶胶对太阳辐射的作用还不完全 清楚,32与温室气体不同，与温室气体不同，悬悬浮在大气中的浮在大气中的气溶胶存留气溶胶存留 时间时间比比较较短短,一般不超一般不超过过1010天。天。且几乎全部集中于且几乎全部集中于 对对流流层层,重力沉降和雨水的淋洗会重力沉降和雨水的淋洗会很快将其清除很快将其清除。温室气体温室气体在大气中可以在大气中可以存留上百年甚至更存留上百年甚至更长时长时 间间。因此因此,如果人如果人类现类现在找到一种在找到一种办办法可以避免排法可以避免排 放硫和氮的氧化物放硫和氮的氧化物,那么它那么它们们的的辐辐射作用会立刻停射作用会立刻停 止止;但温室气体即使但温室气体即使现现在停止排放在停止排放,它它们们的作用仍的作用仍 将在今后很将在今后很长时间长时间内存在。内存在。与温室气体不同，悬浮在大气中的气溶胶存留 时间比较短,一般33近百年温度和降水的近百年温度和降水的变变化化近百年温度和降水的变化34 全球地表气温的全球地表气温的变变化化全全球球平平均均地地表表气气温温序序列列是是反反映映气气候候系系统统 变变 化化 的的 最最 重重 要要 指指 标标，自自 1990年年 以以 来来，IPCC 的的四四次次气气候候评评估估报报告告的的重重要要内内容容之之一一就就是是 不不断断更更新新、建建立立近近100-150年年全全球球平均气平均气温温 序列。序列。全球地表气温的变化全球平均地表气温序列是反映气候系统 变35 全球地表气温的全球地表气温的变变化化1 全球地表气温序列的建立全球地表气温序列的建立全球平均温度的序列建立面全球平均温度的序列建立面临临的的问题问题：（1 1）资资料覆盖面不完整；料覆盖面不完整；（2 2）观测观测方法改方法改变变造成序列不均一性；造成序列不均一性；（3 3）计计算全球平均的方法不同；算全球平均的方法不同；（4 4）计计算距平采用的算距平采用的标标准准值值不同。不同。全球地表气温的变化1 全球地表气温序列的建立36全球变化8现代气候变化课件37(C )及 两 段1it(C )38图图 1901-2000年全球年平均温度距平序列（年全球年平均温度距平序列（LuAnn Dahlman，2009）图 1901-2000年全球年平均温度距平序列（LuAnn 392 2020世世纪纪全球全球变变暖暖近百年以来全球气温近百年以来全球气温变变化最突出的特征是化最突出的特征是显显著著变变暖暖，但，但 增暖增暖过过程呈程呈现现波波动动性上升。性上升。全球平均气温全球平均气温近百年（近百年（1906-20051906-2005年）年）线线性性变变暖暖趋势为趋势为0.740.18/100a0.740.18/100a；近近5050年（年（1956-20051956-2005年）的年）的变变暖暖趋势为趋势为1.30.3/100a1.30.3/100a，是近百年的是近百年的2 2倍。倍。表明：表明：变变暖暖过过程表程表现现出加速出加速趋势趋势。20 20世世纪纪增暖主要增暖主要发发生在生在两个两个阶阶段段，分，分别别是是1915-19451915-1945年年以及以及19751975年以后年以后，其中近百年来，其中近百年来最暖的最暖的5 5年年发发生于生于19971997年后年后，1996-20051996-2005年的年的1212年中有年中有1111个最暖年。个最暖年。220世纪全球变暖近百年以来全球气温变化最突出的特征是显著40图图 全球平均地表气温距平全球平均地表气温距平变变化化 逐年全球平均气温（黑点），逐年全球平均气温（黑点），左左轴轴表示距平，右表示距平，右轴轴表示表示实际实际气温（气温（）（）（IPCCIPCC，20072007）图 全球平均地表气温距平变化 逐年全球平均气温（黑点），左轴413 气温气温变变化的化的时时、空、空间间差异差异全球全球变变暖的暖的趋势趋势存在存在显显著的区域性。著的区域性。南北半球增暖南北半球增暖趋势趋势存在明存在明显显差异，差异，特特别别是近是近2727年年（1979-20051979-2005）北半球增暖北半球增暖趋势趋势是南半球是南半球趋势趋势的的2.52.5倍，达到了倍，达到了 0.2340.2340.0700.070 /10a/10a；南半球增暖南半球增暖趋势为趋势为0.0920.0380.0920.038 /10a/10a。海海陆陆增暖增暖趋势趋势的差异也比的差异也比较显较显著，著，近近2727年（年（1979-20051979-2005）陆陆地气温的地气温的变变暖暖趋势趋势是海洋是海洋SSTSST的的2 2倍。倍。海海陆变陆变暖暖趋势趋势的差异部分反映了南北半球海的差异部分反映了南北半球海陆陆面面积积的不同。的不同。3 气温变化的时、空间差异全球变暖的趋势存在显著的区域性。42表表 全球、南北半球地面气温全球、南北半球地面气温变变化化趋势对趋势对比（比（/10a）（）（IPCC，2007）18502005年年19012005年年19792005年年 全球全球0.0420.0120.0710.0170.1630.046北半球北半球0.0470.0130.0750.0230.2340.0700.1330.0470.0670.0150.0380.011海洋海洋0.2680.0690.0840.0210.0540.016陆陆地地0.0920.0380.0680.0170.0380.014南半球南半球表 全球、南北半球地面气温变化趋势对比（/10a）（IPC43图图 1901-2005（左，（左，/10a）和）和1979-2005（右，（右，/10a）的逐年气温）的逐年气温变变化化线线性性趋势趋势 灰色表示数据不充足的地区。灰色表示数据不充足的地区。趋势显趋势显著性水平在著性水平在5%的地区用白色的地区用白色+表示表示（所用到的数据（所用到的数据库库来自来自Smith和和Reynolds（2005）提供的）提供的NCDC，IPCC，2007）图 1901-2005（左，/10a）和1979-200544图图中可中可见见：2020世世纪纪以来以来，除了格陵，除了格陵兰兰南部区域和美国南部区域和美国东东南部以及玻利南部以及玻利维维 亚亚和和刚刚果盆地的部分地区以外，果盆地的部分地区以外，世界大部分区域地表气温都呈增世界大部分区域地表气温都呈增 加加趋势趋势。增暖最增暖最显显著的地区在著的地区在4040N7070N（即即亚亚洲内洲内陆陆、北美西北部）、北美西北部）以及以及南半球中南半球中纬纬度地区度地区和和巴西巴西等地。等地。现现有有记录记录表明：表明：陆陆地表面气温的地表面气温的变变暖速率比海洋快暖速率比海洋快，特特别别是是19701970年以来。近年以来。近 20 20年年来来陆陆地和海洋的增暖速率分地和海洋的增暖速率分别为别为0.27/10a0.27/10a 和和 0.130.13/10a/10a。同同时时，有些地区有些地区则则增暖增暖现现象不明象不明显显或者或者变变冷冷。比如，在比如，在6565S 以南的南极大以南的南极大陆陆近几十年没有明近几十年没有明显显的增温的增温现现象。象。图中可见：20世纪以来，除了格陵兰南部区域和美国东南部以及玻45全球全球变变暖暖趋势趋势存在存在显显著的季著的季节节差异。差异。（1 1）冬冬季季全全球球地地表表平平均均气气温温升升高高最最为为显显著著，特特别别是是北北半半球球 中高中高纬纬地区；地区；（2 2）春季全球地表平均气温升高）春季全球地表平均气温升高较为显较为显著；而秋季和夏著；而秋季和夏季季 的增暖相的增暖相对较对较弱。弱。各季各季节节增暖最增暖最强强的区域也有所不同。的区域也有所不同。冬季增暖最冬季增暖最强强区主要位于北美西部、北欧和中国；区主要位于北美西部、北欧和中国；春季在春季在欧洲、欧洲、亚亚洲的北部和洲的北部和东东部；部；夏季和秋季夏季和秋季则则分分别对应别对应于欧洲、于欧洲、北非和北美北非和北美北部、格陵北部、格陵兰兰及及东亚东亚。值值得得注注意意的的是是个个别别区区域域某某些些季季节节也也出出现现弱弱的的变变冷冷趋趋 势势，主主要要在在南南半半球球中中纬纬度度的的海海洋洋和和春春季季的的加加拿拿大大东东部部 地区，地区，这这些区域的些区域的降温可能与降温可能与NAONAO的加的加强强有关。有关。全球变暖趋势存在显著的季节差异。（1）冬季全球地表平均气温升46图图 1979-2005（/10a）季）季节节（春、夏、秋、冬）气温（春、夏、秋、冬）气温线线性性趋势趋势 灰色表示灰色表示数据不充足的地区，数据不充足的地区，趋势显趋势显著性水平在著性水平在5%的地区用白色的地区用白色+表示（表示（IPCC，2007）图 1979-2005（/10a）季节（春、夏、秋、冬）气47极区增温更极区增温更显显著著Amplified Global Warming by Albedo Feedback in Arctic极区增温更显著48Dramatic Shrinking and Thinning of Sea IceJohannessen et al.(2004)全球增暖的全球增暖的证证据：北极海冰面据：北极海冰面积积减少减少Dramatic Shrinking and Thinnin49全球增暖的全球增暖的证证据：海平面上升据：海平面上升全球增暖的证据：海平面上升50 20世世纪纪全球降水的全球降水的变变化特征化特征1全球降水序列的建立全球降水序列的建立 近百年来的全球平均近百年来的全球平均降水量的估降水量的估计计相相对对于于温度温度难难度更大，主要的原因：度更大，主要的原因：（1 1）降水的空）降水的空间变间变率率远远远远大于气温；大于气温；（2 2）海洋上的降水）海洋上的降水观测资观测资料非常稀少；料非常稀少；目前目前还还无法估无法估计计全球海洋平均降水全球海洋平均降水变变化化趋势趋势，故也故也难难以估以估计计全球平均的降水量全球平均的降水量变变化化趋势趋势。因此重点因此重点讨论讨论全球全球陆陆地降水量地降水量变变化。化。20世纪全球降水的变化特征1 全球降水序列的建立 近百年51全球全球陆陆地年降水地年降水趋势趋势的分析数据的分析数据资资料主要来源：料主要来源：1 1）全球）全球历历史气候学网史气候学网络络（1901-20051901-2005年）年）（GlobalGlobal HistoricalHistorical ClimatologyClimatology NetworkNetwork，简简称称GHCNGHCN）（VoseVose等，等，19921992；PetersonPeterson 和和 VoseVose，19971997）；）；2 2）陆陆地降水重建地降水重建资资料（料（1948-20021948-2002年）年）（PrecipitationPrecipitation ReconstructionReconstruction overover Land Land，简简称称 PREC/LPREC/L）（ChenChen等，等，20022002）；）；3 3）全球降水气）全球降水气候候计计划（划（1979-20011979-2001年）年）（GlobalGlobal PrecipitationPrecipitation ClimatologyClimatology Project Project，简简称称 GPCPGPCP）（AdlerAdler等，等，20032003）；）；4 4）全球降水气）全球降水气候中心（候中心（1951-20001951-2000年）年）（GlobalGlobal PrecipitationPrecipitation ClimatologyClimatology Centre Centre，简简称称 GPCCGPCC）（BeckdBeckd等，等，20052005）；）；5 5）英国）英国EastEast AngliaAnglia大学气候研究中心（大学气候研究中心（CRUCRU）气候研究气候研究组组的数据集（的数据集（1900-20021900-2002年）年）（ClimaticClimatic ResearchResearch Unit Unit，简简称称CRUCRU）（）（Mitchell Mitchell 和和JonesJones，20052005）目前目前最最长长的全球的全球陆陆地平均降水量序列是美国的地平均降水量序列是美国的 GHCNGHCN 序列和英国的序列和英国的 CRUCRU 序列。序列。全球陆地年降水趋势的分析数据资料主要来源：1）全球历史气候学522 2 全球降水的全球降水的时间变时间变化特征化特征近百年来的全球降水近百年来的全球降水变变化化存在存在时时空分布的不均匀性，空分布的不均匀性，但但总总体上全球降水存在一定的上升体上全球降水存在一定的上升趋势趋势。从全球从全球陆陆地年降水地年降水变变化序列化序列图图可以看出：可以看出：1901190120052005年年 GHCNGHCN 和和 CRUCRU 序列作出的全球平均序列作出的全球平均线线性性趋势趋势 在在统计统计学上不学上不显显著。著。全球全球平均平均陆陆地降水存在地降水存在显显著的年代著的年代际变际变化化。1900-19501900-1950年年整体整体呈增呈增长趋势长趋势，1950-19801950-1980年年是一个是一个相相对对多雨多雨 的的时时期，期，至至2020世世纪纪9090年代早期呈下降年代早期呈下降趋势趋势，2121世世纪纪初初又开始又开始回升回升。1951-20051951-2005年，全球降水年，全球降水变变化的化的趋势为趋势为2 27mm/10a7mm/10a；1979-20051979-2005年年趋势趋势增加增加为为131316mm/10a16mm/10a。不同降水数据集不同降水数据集趋势间趋势间存在明存在明显显差异，差异，这这也从一个也从一个侧侧面反映面反映监监 测测降水降水变变量的量的难难度，因度，因为为其在空其在空间间和和时间时间上都存在很大的上都存在很大的变变率。率。2 全球降水的时间变化特征近百年来的全球降水变化存在时空分布53图图 1900-2005年全球年全球陆陆地降水距平（地降水距平（1981-2000年年为为基准期）的基准期）的时间时间序列（序列（IPCC，2007）图 1900-2005年全球陆地降水距平（1981-2000542）近百年全球降水）近百年全球降水变变化化1900-20051900-2005年全球年全球陆陆地降水距平的地降水距平的时间时间序列序列（以（以1981-20001981-2000年年GHCNGHCN为为平均平均值值）（）（IPCCIPCC，20072007）2）近百年全球降水变化1900-2005年全球陆地降水距平的55（1 1）近百年来，全球平均降水无）近百年来，全球平均降水无显显著著趋势趋势 变变化；化；（2 2）1951-2005 1951-2005年年间间降水下降降水下降趋势趋势是是7-2mm/10a7-2mm/10a；（3 3）1979-20051979-2005年年GPCPGPCP，下降，下降趋势趋势16-13mm/10a16-13mm/10a。（4 4）不同数据集）不同数据集趋势间趋势间有明有明显显差异，同差异，同时时 降水也有降水也有较较大大时时空空变变率。率。（1）近百年来，全球平均降水无显著趋势 变化；56 近近50年来全球降水量有弱年来全球降水量有弱线线性下降性下降趋势趋势900800700600500400300200100019511956196119661971197619811986199119962001 近50年来全球降水量有弱线性下降趋势9001951195573 全球降水全球降水变变化的区域特性化的区域特性近百年全球降水近百年全球降水变变化存在化存在显显著的空著的空间间差异。差异。自自19011901年起，年起，北半球中高北半球中高纬纬度大度大陆陆地区降水增加明地区降水增加明 显显，特特别别是是3030N8585N之之间间多数地区降水增多数地区降水增长长幅度达幅度达 6%6%8%/10a8%/10a，显显著性水平超著性水平超过过5%5%。北美洲大部分地区降。北美洲大部分地区降 水增加，尤其在加拿大高水增加，尤其在加拿大高纬纬地区。地区。但在美国西南部，墨西哥西北部以及巴哈半但在美国西南部，墨西哥西北部以及巴哈半岛岛降水降水 呈减少呈减少趋势趋势，平均减少，平均减少约约1%-2%/10a1%-2%/10a，最大降水量，最大降水量负趋负趋 势势区在区在东东非、西非和撒哈拉和南非、西非和撒哈拉和南亚亚等地，其中撒哈拉地等地，其中撒哈拉地 区出区出现现最早。最早。3全球降水变化的区域特性近百年全球降水变化存在显著的空间差5819791979年以来降水年以来降水变变化化趋势趋势呈呈现现更更为为复复杂杂的的 分布，个分布，个别别区域区域变变干明干明显显，如北美洲西南部；，如北美洲西南部；欧欧亚亚大大陆陆降水增加的区域多于减少的区域；北降水增加的区域多于减少的区域；北 欧和地中海之欧和地中海之间间可能存在反向可能存在反向变变化化趋势趋势。（可能与北大西洋涛（可能与北大西洋涛动动遥相关的遥相关的变变化有关）化有关）南半球雨量整体上无明南半球雨量整体上无明显变显变化，在个化，在个别别地区地区 降水降水变变化化趋势趋势存在差异，如存在差异，如亚马逊亚马逊河流域和南河流域和南 美洲美洲东东南部越来越湿南部越来越湿润润，而智利和大，而智利和大陆陆西海岸西海岸 部分地区部分地区则则降水量呈减少降水量呈减少趋势趋势。1979年以来降水变化趋势呈现更为复杂的 分布，个别区域变干59同一同一纬纬度，不同区域的降水量也存在相当大度，不同区域的降水量也存在相当大 的差异；的差异；例如：例如：东东南南亚亚地区降水量有所下降地区降水量有所下降时时，印度地区，印度地区则则 呈上升呈上升趋势趋势；非洲非洲热带热带地区雨量减少地区雨量减少时时，南美洲，南美洲则则增加。增加。同一纬度，不同区域的降水量也存在相当大 的差异；60近百年中国气候近百年中国气候变变化化众多研究成果表明：众多研究成果表明：近百年来，中国是全球气近百年来，中国是全球气候增暖特征最候增暖特征最显显著著的的国国家家之之一一，中中国国年年平平均均气气温温增增加加幅幅度度比比全全球球 略略高高；中中国国年年降降水水量量变变化化趋趋势势不不明明显显，但但区区域域 降水降水变变化波化波动较动较大。大。近近50年中国年平均气温年中国年平均气温变变暖速率暖速率为为全球平均全球平均 增暖的增暖的2倍左右，降水量无明倍左右，降水量无明显趋势显趋势，但存在，但存在显显著的年代著的年代际变际变化。化。近百年中国气候变化众多研究成果表明：近百年来，中国是全球气61 气温气温变变化化1 近百年气温序列的建立近百年气温序列的建立近百年中国均一化近百年中国均一化连续连续气温序列的建立面气温序列的建立面临临的的问题问题：（1）20世世纪纪上半叶中国气象上半叶中国气象观测观测台站数量台站数量较较少且波少且波动动很大，很大，台站主要集中在中国台站主要集中在中国东东部地区，西部地区部地区，西部地区资资料极料极为匮为匮乏；乏；1950年年 以后，中国气象台站以后，中国气象台站观测观测网的网的规规模迅速模迅速扩扩大，并随大，并随时间时间逐逐渐渐增增 加。由于不同加。由于不同时时期的气候期的气候资资料在空料在空间间分布上的差异，分布上的差异，导导致不致不同同 时间阶时间阶段全国平均气候序列在空段全国平均气候序列在空间间代表性上的不一致。代表性上的不一致。（2）由于台站迁移、）由于台站迁移、观测观测高度高度变变化、化、观测时观测时制与制与时时次、日次、日值值 统计统计方法等方面的不方法等方面的不统统一，从而造成了气候序列的非均一性，一，从而造成了气候序列的非均一性，这这不不仅仅会使前期气温序列的可信度下降，同会使前期气温序列的可信度下降，同时时也会影响到不同也会影响到不同 时时期气温序列的期气温序列的衔衔接，尤其在接，尤其在1950年前后。年前后。气温变化1 近百年气温序列的建立62中国近百年气温中国近百年气温变变化序列比化序列比较较有代表性的工作有：有代表性的工作有：（1）屠其璞（）屠其璞（1986）从相）从相邻邻地理区域内气温空地理区域内气温空间间分布特征的相关性出分布特征的相关性出发发，提出一种以气温提出一种以气温场场序列序列经验经验正交函数展开正交函数展开为为基基础础的气温的气温场场序列插序列插补补方法，方法，得得到了到了1881-1981年中国不同气候区域内年中国不同气候区域内42个个测测站的站的连续连续月平均气温序列。月平均气温序列。（2）王王绍绍武武等等（1988，1990，1998）从从分分析析站站点点序序列列的的代代表表性性入入手手，将将 观观测测资资料料与与代代用用资资料料相相结结合合，用用分分区区内内代代表表序序列列进进行行加加权权得得到到了了全全国国平均平均 气温序列。气温序列。（3）唐国利和任国玉（）唐国利和任国玉（2005）采用平均最高、最低气温）采用平均最高、最低气温进进行算行算术术平均得平均得 到的平均气温序列，在一定程度上避免了由于到的平均气温序列，在一定程度上避免了由于20世世纪纪50年代以前平均气温年代以前平均气温 计计算次数算次数带带来的非均一性影响。来的非均一性影响。（4）李）李庆庆祥等（祥等（2010）利用均一化的中国近百年平均最高、平均最低气）利用均一化的中国近百年平均最高、平均最低气 温序列，温序列，结结合英国合英国East Anglia大学气候研究中心（大学气候研究中心（CRU）的）的CRUTEM3气气 温数据集中的中国周温数据集中的中国周边边国家国家长长序列序列资资料料对对上世上世纪纪前前50年年资资料料进进行了行了补补充，充，综综合系合系统统考考虑虑了了该该气温数据集中存在的气温数据集中存在的3类误类误差（台站差（台站误误差、抽差、抽样误样误差和偏差和偏 差差误误差）差）导导致的不确定性水平，重新构建了近百年全国气温致的不确定性水平，重新构建了近百年全国气温变变化序列。化序列。中国近百年气温变化序列比较有代表性的工作有：（1）屠其璞（163年份距平/距距平平图图 9.11 19002006年中国及周年中国及周边边国家气温距平序列国家气温距平序列（数据来源：（数据来源：CHHT1.0和和CRUTEM3）（李）（李庆庆祥等，祥等，2010）年份距平/距平图 9.1119002006年中国及周64表表 不同序列不同序列计计算的气温算的气温变变化幅度（化幅度（单单位：位：）（李（李庆庆祥等，祥等，2010）1.250.900.840.69CRUTEM3（2008）0.640.19李李庆庆祥等祥等（2010）Jones（2001）王王绍绍武武（1990，1998）唐国利等唐国利等（2005）林学椿等林学椿等（1990，1995）0.920.720.770.390.730.350.67-0.980.50-0.840.80-1.140.95-1.271900-19991950-19991906-20051956-2005表中表中“”的部分因缺乏的部分因缺乏实际实际数据未数据未计计算算表 不同序列计算的气温变化幅度（单位：）（李庆祥等，201652020世世纪纪100100年年(1900-19991900-1999年年)气温气温变变化的化的线线性性 趋势图趋势图可可见见：近近5050年的增暖幅度年的增暖幅度较为较为一致；一致；近百年尺度的增近百年尺度的增暖幅度上存在着一定的差异；暖幅度上存在着一定的差异；与与IPCCIPCC（20072007）给给出的全球近百年和近出的全球近百年和近50 50 年年气温气温变变化化趋势对趋势对比比发现发现，不管是近百年，不管是近百年，还还 是是近近5050年，中国气温年，中国气温变变暖幅度要高于全球平均暖幅度要高于全球平均 水水平。平。20世纪100年(1900-1999年)气温变化的线性 趋66中国年平均气温距平中国年平均气温距平(1880-1999(1880-1999年年)(国家国家评评估估报报告：告：0.20.8C/100a)1880190019201940Time/Year1960198020001.0o0.50.0-0.5-1.0Temperature/C1998年是近百年最暖的年是近百年最暖的1年，年，1990s是最暖的是最暖的10年年中国年平均气温距平(1880-1999年)(国家评估报告：67809010011012013020304050中国年平均气温中国年平均气温变变化化趋势趋势（%/10a）分布）分布图图（19601999）809010011012013020304050中国年平均气68（2）气温）气温变变化的化的时时空特征空特征1900-2006年中国年平均气温年中国年平均气温变变化化趋势为趋势为 0.09 0.017/10a，冬季最大冬季最大为为0.140.021/10a；夏季最小；夏季最小为为0.040.017/10a；春季春季为为0.110.021/10a；秋季秋季为为0.070.017/10a。近近50年（年（1954-2006年）中国年平均气温年）中国年平均气温变变化化趋势趋势为为0.260.032/10a，冬季最大冬季最大为为0.350.046/10a；夏季最小；夏季最小为为0.160.037/10a；近近30年（年（1979-2006）中国年平均气温）中国年平均气温变变化化趋势为趋势为0.450.126/10a，冬季冬季为为0.510.107/10a；夏季；夏季为为0.370.095/10a；春季春季为为0.520.164/10a；秋；秋季季为为0.500.164/10a。表明表明近近100年和近年和近50年年资资料均料均显显示冬季温度上升速度明示冬季温度上升速度明显显高于其高于其他他季季节节；近；近30年冬、春、夏、秋四季气温增暖幅度相差年冬、春、夏、秋四季气温增暖幅度相差变变小，增暖小，增暖 速度都速度都远远高于近高于近50年和近年和近100年的年的趋势趋势。（2）气温变化的时空特征1900-2006年中国年平均气温变69表表 不同不同时时段段计计算的气温算的气温变变化化趋势趋势（单单位：位：/10a）（）（李李庆庆祥等，祥等，2010）1979-20060510.110520.160370.100500.160450.1261954-20060350.0460250.0510160.0370220.0550260.0321900-20060140.0210110.0210040.0170070.0170090.017冬冬 季季 春春 季季 夏夏 季季 秋季秋季平均平均表 不同时段计算的气温变化趋势（单位：/10a）（李庆祥等70 中国降水中国降水变变化化1 近百年降水序列的建立近百年降水序列的建立降水降水变变化的研究化的研究须须基于有一定代表性、相基于有一定代表性、相对对均一的降水序均一的降水序 列。降水的列。降水的时时空空变变率大，率大，资资料的空料的空间间代表性代表性远远低于气温低于气温资资料。料。早期降水早期降水变变化的缺少化的缺少观测观测数据，多利用史料，而史料数据，多利用史料，而史料记载记载仅仅有旱有旱涝涝描述。描述。20世世纪纪70年年代代中中期期开开始始，根根据据史史料料记记载载，将将旱旱涝涝分分为为5级级，分分别别是是涝涝、偏偏涝涝、正正常常、偏偏旱旱和和旱旱，并并陆陆续续编编绘绘了了中中国国大大部部分分 地区近地区近500年的旱年的旱涝图涝图。这样间这样间接将旱接将旱涝涝定量化。定量化。在此基在此基础础上，王上，王绍绍武（武（1998）将史料和降水量）将史料和降水量观测结观测结合，合，重建了中国重建了中国东东部部35站站1880-1996年的四季和年降水量序列。屠年的四季和年降水量序列。屠其其 璞（璞（1987）用）用场场序列插序列插补补方法得到中国方法得到中国42个个测测站得到站得到1881-1981 年降水量序列。章名立（年降水量序列。章名立（1993）用）用279站建立了中国站建立了中国东东部部降水量降水量 序列。序列。中国降水变化1 近百年降水序列的建立71对对1951年以前的所有年以前的所有10个区的温度个区的温度,分分别别根据根据实际实际情况利用气情况利用气 温等温等级图级图、冰芯及、冰芯及树树木年木年轮资轮资料料进进行恢复。行恢复。这样这样,将中国将中国10个区个区 的年平均气温序列向前延的年平均气温序列向前延长长到了到了1880年。再将年。再将10个区温度考个区温度考虑虑面面 积权积权重后重后,合成全国平均温度合成全国平均温度,这样这样就得到了就得到了1880年以来的代表整年以来的代表整 个中国的年平均气温序列个中国的年平均气温序列(见图见图3.3.1)。对1951年以前的所有10个区的温度,分别根据实际情况利用气720.60.40_ 2J-Q _ O 0.2 0.4 0 _6 0 _ 8寸 8 6 0陆告 fffi g_ 与肖号再5 iliA 吏 ，1 8 6 1寸 9 9 4F击土th 晶Y宽（JO门e s嘈 1 9 9 4)注导百有 活孟 E吏1 8 8 0寸 9 0 0可 9 2 01 9 4 01 9 6 0唱 9 8 02 0 0 0圣兰 王 求 军主E 11if 注盖 主 变 E巨 吁L 雪 运 手 七 斗 三日.J 英目（I P C：正：二 1 9 9 6 )医:I 8 7J匕 斗三 玉 求 飞 F萄 主仨 王求 丰可7 土 主J m.耳灵1 9 6 1 一 一 1 9 9（）1.51880 18901 900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000圈 3.3.11880199 8 年中国年平均气温距平 序列（对 1961（龚道桶和王绍武，1999)1990 年平均）L O0.50 50斗。k0.60.4-0.4-0 _6寸