全球气候变化课件

全球气候变化全球气候变化全球气候变化主要内容主要内容1、6500万年前的地球气候万年前的地球气候2、6500万年以来新生代气候万年以来新生代气候3 第四纪气候第四纪气候4 末次冰期气候末次冰期气候5 气候的快速变化气候的快速变化6 全新世环境全新世环境7 2000年来的气候变化年来的气候变化主要内容1、6500万年前的地球气候全球气候变化课件在时间坐标上在时间坐标上环境演变的基环境演变的基本表现形式本表现形式（据Hare 1979年修改）周期、准周期变化周期、准周期变化平稳序列平稳序列趋势变化趋势变化变率变化变率变化突变：均值、周期、突变：均值、周期、变率变率一开一合谓之变，化新裁旧谓之变一开一合谓之变，化新裁旧谓之变在时间坐标上环境演变的基本表现形式（据Hare 1979年1、6500万年前地球气候万年前地球气候全球气候变化全球气候变化1、6500万年前地球气候全球气候变化地球历史早期时太阳地球历史早期时太阳的光度比现代低的光度比现代低2030，如果按照现代，如果按照现代大气成分估算，地球大气成分估算，地球的平均温度在的平均温度在20亿年亿年以前均应处于冰点以以前均应处于冰点以下，大气中含量远高下，大气中含量远高于现代的于现代的CO2等温室气等温室气体的强温室作用应是体的强温室作用应是地球保持温暖状态的地球保持温暖状态的原因。原因。现代现代CO2含量含量现代太阳光度现代太阳光度现代CO2含量现代太阳光度地球气候的长期演变(L.A.Frakes,1984）地球历史的绝大地球历史的绝大部分时期是温暖部分时期是温暖的，从地质时期的，从地质时期的气候演变看，的气候演变看，目前所处的第四目前所处的第四纪冰期是相对寒纪冰期是相对寒冷的时期。冷的时期。前寒武纪冰期第四纪冰期石炭二叠纪纪冰期地球气候的长期演变(L.A.Frakes,1984）地全球气候变化课件至迟在距今20亿年前后，现代意义的板块运动的开始。自此之后，地壳的演变主要表现为大陆的合并与解体的板块运动旋回阶段。可能在距今11.5亿年前后存在一个主要大陆块联合在一起的古联合大陆（Proto-Pangaea）时期，在距今106亿年期间，古统一大陆解体。至迟在距今20亿年前后，现代意义的板块运动的开始。自此之后，现代的海陆分布格局是由约200MaBP的泛大陆和泛大洋分裂形成的。现代的海陆分布格局是由约200MaBP的泛大陆和泛大洋分裂形理想泛大陆的气候状况模拟(据Kutzbach和Gallimore,1989；引自R.J.Huggett,1991)巨大的陆地使得气巨大的陆地使得气候的大陆性极其显候的大陆性极其显著，并存在大尺度著，并存在大尺度的冬夏季风环流。的冬夏季风环流。整个陆地上的年降整个陆地上的年降水量大多不超过水量大多不超过720mm，东海岸日，东海岸日降水量超过降水量超过2mm，西海岸日降水量平西海岸日降水量平均达均达2mm的地区位的地区位在冬季受西风带控在冬季受西风带控制的中纬度地区和制的中纬度地区和赤道辐合带控制下赤道辐合带控制下的赤道地区。的赤道地区。低纬地区降水小于低纬地区降水小于蒸发，中纬度地区蒸发，中纬度地区降水大于蒸发。降水大于蒸发。理想泛大陆的气候状况模拟(据Kutzbach和Gallimo石炭纪和白垩纪时期的自然带分布（引自白顺良等，石炭纪和白垩纪时期的自然带分布（引自白顺良等，1984）石炭纪和白垩纪时期的自然带分布（引自白顺良等，1984）2、6500万年以来新生代气候万年以来新生代气候全球气候变化全球气候变化2、6500万年以来新生代气候全球气候变化大洋传送带大洋传送带洋流是自然界的冷热水管洋流是自然界的冷热水管。洋流变动与气候变化密切相关，互为因果。密度差异是海密度差异是海洋水团运动的洋水团运动的重要原因。重要原因。密度取决于温密度取决于温度和盐度。低度和盐度。低纬地带因蒸发纬地带因蒸发强而盐度高，强而盐度高，但同时温度也但同时温度也高，所以密度高，所以密度并不高。并不高。当洋流向高纬当洋流向高纬运动过程中，运动过程中，温度下降而盐温度下降而盐分保留，所以分保留，所以密度增大而下密度增大而下沉。再沿洋底沉。再沿洋底流向低纬地带。流向低纬地带。大洋传送带密度差异是海洋水团运动的重要原因。新生代以来的大陆漂移与温度变化（新生代以来的大陆漂移与温度变化（M.A.J.Williams等，等，1997）澳大利亚从南极洲分离澳大利亚从南极洲分离建立起绕极环流建立起绕极环流南极洲和澳大利亚之间的南极洲和澳大利亚之间的进一步分离，塔斯马尼亚进一步分离，塔斯马尼亚海道开启海道开启,出现大规模的出现大规模的海冰海冰印度大陆向欧亚大陆的接近，南印度大陆向欧亚大陆的接近，南大洋和杜累克海峡增宽大洋和杜累克海峡增宽杜累克海峡的张开杜累克海峡的张开,冰川在南冰川在南极大陆上逐步发育起来极大陆上逐步发育起来地中海与世界其地中海与世界其它大洋分离它大洋分离 南北美洲之间的通道关闭南北美洲之间的通道关闭 6.25MaBP，“Messinisn 盐度危盐度危机机”，大洋中的盐，大洋中的盐度下降约度下降约6，海水，海水冻结温度提高，造冻结温度提高，造成高纬地区的海冰成高纬地区的海冰进一步扩展进一步扩展在上新世的轻微转暖之后。到在上新世的轻微转暖之后。到3MaBP北半球的气候变冷导致冰川北半球的气候变冷导致冰川的显著扩展，在北大西洋中发现有冰漂碎屑存在，标志着作为第四的显著扩展，在北大西洋中发现有冰漂碎屑存在，标志着作为第四纪特征的冰盖迅速增长与消融的时期的开始纪特征的冰盖迅速增长与消融的时期的开始新生代以来的大陆漂移与温度变化（M.A.J.William白垩纪到早第三纪的大洋环流及其与晚第三纪以来大洋白垩纪到早第三纪的大洋环流及其与晚第三纪以来大洋环流的对比环流的对比(J.Rogers,1993）白垩纪到早第三纪的大洋环流及其与晚第三纪以来大洋环流的对比(13C显示的显示的7MaBP前后巴基斯坦和北美地区从前后巴基斯坦和北美地区从C3植物到植物到C4植物的转化（引自植物的转化（引自Turekin,1996）13C显示的7MaBP前后巴基斯坦和北美地区从C3植物到C东非地区东非地区2.4MaBP前后环境的变化（引自前后环境的变化（引自Steven M.Stanley,1995）东非地区2.4MaBP前后环境的变化（引自Steven M.晚新生代的变冷和干旱化不仅限于从西撒哈拉经阿拉伯到印度西北部的广阔热带干旱带，也不限于北半球。中国从2.4MaBP开始出现黄土沉积，地中海地区的夏季干旱也在此时出现。热带安第斯地区的植物群于2.5MaBP发生显著变化。南美、南非和澳大利亚地区虽尚无法准确地确定时间，但地貌学、地球化学、动植物方面的证据均表明新第三纪干旱化的趋向。晚新生代的变冷和干旱化不仅限于从西撒哈拉经阿拉伯到印度西北部新生代以来自然带格局变化示意图新生代以来自然带格局变化示意图 新生代以来自然带格局变化示意图 3、第四纪气候变化、第四纪气候变化全球气候变化全球气候变化3、第四纪气候变化全球气候变化深海沉积记录的第四纪气候旋回深海沉积记录的第四纪气候旋回深海沉积记录的第四纪气候旋回全球气候变化课件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轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射的变化 地球轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射的变化 NATURE|VOL 429|10 JUNE 2004最近最近80万万年来深海年来深海气候记录气候记录与天文轨与天文轨道周期道周期NATURE|VOL 429|10 JUNE 200第四纪万年尺度气候变化原因第四纪万年尺度气候变化原因在在深深海海氧氧同同位位素素序序列列和和我我国国黄黄土土古古土土壤壤序序列列中中均均分分别别检检测测出出地地球球轨轨道道参参数数变变化化的的几几个个特特征征周周期期，即即0.4Ma、0.1Ma的的偏偏心心率率周周期期，41ka的的地地轴轴倾倾斜斜率率周周期期，以以及及23ka和和19ka的的岁岁差差周周期期，表表明明第第四四纪纪冷冷暖暖波波动动周周期期与与地地球球轨轨道道参参数数周周期期（米米兰兰柯柯维维奇奇周周期期）相相一一致致。深深海海沉沉积积、黄黄土土和和冰冰芯芯等等各各指指标标曲曲线线的的形形式式与与根根据据地地球球轨轨道道参参数数变变化化所所计计算算的的北北半半球球高高纬纬度度地地区区太太阳阳辐辐射射量量的的变变化化曲曲线线相相一一致致，仅仅时时相相上上略略有有落落后后，因因此此，地地球球轨轨道道参参数数变变化化可可能能是是第第四四纪纪环环境境周周期期性性变变化化的的驱驱动动力力。第四纪万年尺度气候变化原因在深海氧同位素序列和我国黄土古土壤Set points at ca.200&290 ppmAtmos compositionand climate areclosely coupledPeriodicity at ca.100 000 yearsLong glacial periods;short interglacialsSet points at ca.Atmos composiThe Vostok ChallengeWhat are the forcings and feedbacks that move the Earth System between glacial and interglacial states?What controls the set points?How important is biology in the self-regulation of the Earth System as seen in the Vostok record?The Vostok ChallengeWhat are t转换过程的不对称性转换过程的不对称性 冰期与间冰期之间的转换是不对称的，从间冰期与间冰期之间的转换是不对称的，从间冰期向冰期的过程是缓慢的、阶段性的，缓冰期向冰期的过程是缓慢的、阶段性的，缓慢的变冷过程可能会持续慢的变冷过程可能会持续7090ka，其间并，其间并发生数次轻微回暖的阶段；从冰期向间冰期发生数次轻微回暖的阶段；从冰期向间冰期的变化是迅速的，冰川融化只需要的变化是迅速的，冰川融化只需要8ka的时的时间，冰川的退缩使环境迅速转变为现代的间间，冰川的退缩使环境迅速转变为现代的间冰期冰期。转换过程的不对称性Source:Labeyrie et al(2003)In:Paleoclimate,Global Change and the Future,Springer.45万年来全球大洋海平面的变化万年来全球大洋海平面的变化Source:Labeyrie et al(2003)末次间冰期以来末次间冰期以来的大气的大气CO2含量含量变化变化(A)、温度、温度变化变化(B)、深海、深海 18O变化变化(C)与与海平面变化海平面变化(D)。(Barnola等，等，1987；Chappell等，等，1986)末次间冰期以来的大气CO2含量变化(A)、温度变化(B)、深 南极冰芯中15kaBP以来的全球变化记录:a.微粒的体积浓度，b.非海相硫酸盐的含量，c.CO2含量，d.18O，e.估计的降水率，f.推测的古温度。（引自Williams,1997）南极冰芯中15kaBP以来的全球变化记录:a.微粒的体积北半球冰盖的发育按照这样的模式：冰雪积北半球冰盖的发育按照这样的模式：冰雪积累形成冰盖的过程十分缓慢，但冰川融化、累形成冰盖的过程十分缓慢，但冰川融化、冰盖退缩的过程却十分迅速。冰盖随冰期冰盖退缩的过程却十分迅速。冰盖随冰期间冰期的转换发生大幅度的往复进退（以深间冰期的转换发生大幅度的往复进退（以深海海18O的变化为代表），这一过程既是对全的变化为代表），这一过程既是对全球温度变化的响应，同时也对全球温度变化球温度变化的响应，同时也对全球温度变化起到强烈的正反馈作用。起到强烈的正反馈作用。冰盖与海冰反馈冰盖与海冰反馈冰盖与海冰反馈与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面的升降。在从间冰期向冰期转换的过程中，的升降。在从间冰期向冰期转换的过程中，大量的水分被从海洋转移到冰盖中固定下来，大量的水分被从海洋转移到冰盖中固定下来，导致全球海平面随着冰盖的强烈扩张而发生导致全球海平面随着冰盖的强烈扩张而发生大幅度下降。由于冰期大洋缩小、海面蒸发大幅度下降。由于冰期大洋缩小、海面蒸发减弱，导致全球降水减少，气候变干，陆地减弱，导致全球降水减少，气候变干，陆地冰盖因缺少水分供应而不会无限制增大，使冰盖因缺少水分供应而不会无限制增大，使冰盖反射率反馈不致无限制增加冰盖反射率反馈不致无限制增加。与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面的升降。在从间冰期向冰“下削下削”机制的意义在于，冰退作用的机制的意义在于，冰退作用的增强不是靠大气的增温使冰体融化，而增强不是靠大气的增温使冰体融化，而是靠崩裂的海冰随海流漂走之后由海水是靠崩裂的海冰随海流漂走之后由海水的热量使冰融化。的热量使冰融化。“下削”机制的意义在于，冰退作用的增强不是靠大气的增温使冰大气温室气体的反馈与气溶胶反馈大气温室气体的反馈与气溶胶反馈冰芯记录显示，温室气体冰芯记录显示，温室气体CO2和和CH4的含量在冰期的含量在冰期时减少，在间冰期时增大，呈现与温度变化相同的时减少，在间冰期时增大，呈现与温度变化相同的趋势。这种强相关暗示存在着大气通过温室气体的趋势。这种强相关暗示存在着大气通过温室气体的变化影响温度的反馈作用，使得变冷或变暖的程度变化影响温度的反馈作用，使得变冷或变暖的程度加大。加大。南极冰芯资料表明，在增暖事件中，南极冰芯资料表明，在增暖事件中，CO2的变化与的变化与温度的变化几乎是同步的，但落后于日射变化。在温度的变化几乎是同步的，但落后于日射变化。在变冷事件中，温度变化落后于日射变化，而变冷事件中，温度变化落后于日射变化，而CO2 的的变化又落后于温度变化。变化又落后于温度变化。大气温室气体的反馈与气溶胶反馈冰芯记录显示，温室气体CO2和冰期降水减少、风速增大、经向环流增强，浅海大量冰期降水减少、风速增大、经向环流增强，浅海大量出露为大陆，陆地植被覆盖降低，有大量的尘埃由陆出露为大陆，陆地植被覆盖降低，有大量的尘埃由陆地吹向海洋，甚至到达南极中部，冰芯中粉尘浓度在地吹向海洋，甚至到达南极中部，冰芯中粉尘浓度在冰期时增大，冰期最盛期的冰芯中粉尘浓度是冰后期冰期时增大，冰期最盛期的冰芯中粉尘浓度是冰后期的的70倍。气溶胶粒子在大气中的载荷增大具有正反倍。气溶胶粒子在大气中的载荷增大具有正反馈效应，能将太阳辐射反射回太空，从而加速地面冷馈效应，能将太阳辐射反射回太空，从而加速地面冷却，使冰期加剧。间冰期时情况则相反。却，使冰期加剧。间冰期时情况则相反。冰期降水减少、风速增大、经向环流增强，浅海大量出露为大陆，陆地表风蚀大气粉尘沙尘天气水汽凝结核阳伞效应全球温度大气降水黄土/土壤大洋降尘陆地降尘戈壁/荒漠陆地生态系统海洋生物泵碳循环风尘搬运与堆积对气候系统的影响对气候系统的影响地表风蚀大气粉尘沙尘天气水汽凝结核阳伞效应全球温度大气降水黄北京斋堂黄土的粒度与磁化率的变化（线框表示冬、夏季风北京斋堂黄土的粒度与磁化率的变化（线框表示冬、夏季风存在位相差的时段。熊尚发等，存在位相差的时段。熊尚发等，1996）我国黄土古土我国黄土古土壤记录表明，壤记录表明，由粒度代表的由粒度代表的冬季风记录都冬季风记录都先于由磁化率先于由磁化率代表的夏季风代表的夏季风记录的变化，记录的变化，表明在冰期和表明在冰期和间冰期之间的间冰期之间的转折时期，冬、转折时期，冬、夏季风在千年夏季风在千年尺度上存在明尺度上存在明显的位相差。显的位相差。这种滞后信息这种滞后信息可能是热带太可能是热带太平洋海气系统平洋海气系统的状态调整滞的状态调整滞后于高纬陆地后于高纬陆地的反映的反映北京斋堂黄土的粒度与磁化率的变化（线框表示冬、夏季风存在位相过去过去250kaBP以来，在岁差周期内，东赤道以来，在岁差周期内，东赤道太平洋与南半球海温同步变化（或略晚于后太平洋与南半球海温同步变化（或略晚于后者），而它们的变化明显领先于北半球海温者），而它们的变化明显领先于北半球海温和大陆冰量的变化（和大陆冰量的变化（Mcintyre）。过去250kaBP以来，在岁差周期内，东赤道太平洋与南半球海4、末次冰期、末次冰期气候气候全球气候变化全球气候变化 4、末次冰期气候全球气候变化 末次冰期冰盛期末次冰期冰盛期 (Last Glacial Maximum：LGM)系指末次冰期中气候最冷、冰川规模最大的时段，其时间在21kaBP（或相当于14C年代18kaBP）前后，是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期。末次冰期冰盛期 全球气候变化课件Two reconstructions of what the world looked like during the height of the last glaciation(below)and around 6000 years ago(above).Note that the extent of sea-ice is not shown(nor is Antartica).Work is continuing on refi ning these maps.There is a considerable debate over the former extent of ice cover(e.g.in North West Russia)and over the character of vegetation cover in many regions(e.g.Amazonia)during glacial times.On these maps greens represent vegetation requiring more moisture and browns and yellows are aridity tolerant biomes.Purples represent tundra,taiga and step vegetation and white is ice.Full documentation is available in the original publication.source:Petit-Maire(1999)C.R.Acad Sci Paris,Earth+Planetary Sciences,328,273-279.6000 years agolast glaciationTwo reconstructions of what th 最后冰期时全球冰盖与最后冰期时全球冰盖与永久冻土的分布永久冻土的分布(上上,下图下图为现代的分布范围为现代的分布范围)（引（引自自Willianms,1997）现代冰雪覆盖面积为现代冰雪覆盖面积为15106km2，占陆地面积的，占陆地面积的10左右，海冰覆盖大洋左右，海冰覆盖大洋的的7.3左右，冰川体积左右，冰川体积30106km3，最后冰期最盛时，冰盖的最后冰期最盛时，冰盖的体积为体积为90106km3，冰川覆，冰川覆盖面积为盖面积为40106km2，接近，接近1/3的陆地被冰覆盖。的陆地被冰覆盖。最后冰期时全球冰盖与永久冻土的分布(上,下图为现代的分布范 20kaBP以来北大西洋极地水团南界的变化以来北大西洋极地水团南界的变化.（据（据Lowe和和Walker,1984；引自；引自Moore等，等，1996）20kaBP以来北大西洋极地水团南界的变化.（据Lowe和最后冰期时因最后冰期时因海面下降而出海面下降而出露的陆架浅海露的陆架浅海区分布（引自区分布（引自Willianms,1997）最后冰期时因海面下降而出露的陆架浅海区分布（引自Willia最后冰期时美最后冰期时美国东部冰盖扩国东部冰盖扩张，植被地带张，植被地带向南退缩（章向南退缩（章基嘉，基嘉，1996）冰期现代最后冰期时美国东部冰盖扩张，植被地带向南退缩（章基嘉，199最后冰期时全球沙最后冰期时全球沙漠的分布（引自漠的分布（引自Willianms,1997）最后冰期时全球沙漠的分布（引自Willianms,1997）非洲大陆最后冰期以来大气环流变化的模拟结果非洲大陆最后冰期以来大气环流变化的模拟结果（Nicholson等，等，1980）非洲大陆最后冰期以来大气环流变化的模拟结果（Nicholso5、气候的快速变化、气候的快速变化全球气候变化全球气候变化5、气候的快速变化全球气候变化北大西洋和格陵兰冰芯记录中的气候快速波动（据北大西洋和格陵兰冰芯记录中的气候快速波动（据Jouzel,1994;引自引自IPCC,1996）北大西洋和格陵兰冰芯记录中的气候快速波动（据Jouzel,1Source:Labeyrie et al(2003)In:Paleoclimate,Global Change and the Future,Springer.Source:Labeyrie et al(2003)末次冰期南京石笋与末次冰期南京石笋与GISP2冰芯氧同位素对比冰芯氧同位素对比末次冰期南京石笋与GISP2冰芯氧同位素对比全球气候变化课件From Rahmstorf and Alley 2002模拟认为模拟认为H事件可以用冰盖自事件可以用冰盖自发波动进行解释；但有事实表发波动进行解释；但有事实表明明H事件是对全球气候变化的事件是对全球气候变化的一种响应。一种响应。H事件和事件和D-O颤动事件可以对比，颤动事件可以对比，Broeckerr认为认为H事件是通过大事件是通过大洋传送带开合机制激发全球洋传送带开合机制激发全球气候变化的原因。气候变化的原因。全球变冷全球变冷H事件（通过事件（通过大洋大洋传送带）反馈放大全球气候变传送带）反馈放大全球气候变化化From Rahmstorf and Alley 2002模Source:Alley et al(1993)Nature 362:527-229.新仙女木事件（新仙女木事件（Younger Dryas：YD）指全球冰川消退、气候回暖过指全球冰川消退、气候回暖过程中发生的气候恶化和严重的环境灾变事件。一般认为该事件发生于日程中发生的气候恶化和严重的环境灾变事件。一般认为该事件发生于日历年代历年代1290011500aBP（14C年代年代1110kaBP），该事件结束后即进），该事件结束后即进入了温暖湿润的全新世。入了温暖湿润的全新世。Source:Alley et al(1993)Nat瑞士吉森湖氧同位素记录和格陵兰瑞士吉森湖氧同位素记录和格陵兰DYE3冰芯记录所显示冰芯记录所显示的新仙女木事件（引自的新仙女木事件（引自Houghton,1997）瑞士吉森湖氧同位素记录和格陵兰DYE3冰芯记录所显示的新仙女Source:Anne JenningsAn iceberg originating from northwestern Greenland floating in the northern North Atlantic.As such icebergs drift into warmerwater and melt,debris particles rain down onto the sea floor leaving a record of the equatorward extent of iceberg drift.During the last glacial period ice-rafted debris in the North Atlantic was delivered as far south as the Portuguese margin.photo:Anne JenningsSource:Anne JenningsAn iceberA simulation of the Younger Dryas cold event using a simplified climate-carbon cycles model.Model results(black lines)are compared with several different paleo proxydata records from northern and southern hemispheres(colors).source:Stocker and Marchal(2000).P.N.A.S.,97,1362-1365YD事件是由于冰盖融化事件是由于冰盖融化,淡水注入淡水注入导致导致 北大西洋温盐环流中断北大西洋温盐环流中断,从而带从而带来寒冷气候来寒冷气候;也有认为与也有认为与CO2浓度降浓度降低有关或者是大气圈变化的后果低有关或者是大气圈变化的后果A simulation of the Younger Dr6、全新世环境、全新世环境全球气候变化全球气候变化6、全新世环境全球气候变化The top portion of the graphic to the left shows the global temperature trends across 18,000 years before present,determined by Paleoclimate proxy data.The top portion of the graphic全球气候变化课件北美（左）和斯堪的那维亚地区（右）冰盖的退缩北美（左）和斯堪的那维亚地区（右）冰盖的退缩过程（单位过程（单位:kaBP.引自施奈德，引自施奈德，1998）冰盖融化北美（左）和斯堪的那维亚地区（右）冰盖的退缩过程（单位:k全新世海全新世海面的变化面的变化(据据Williams,1997;Roberts,1989）海面上海面上升与地升与地壳均衡壳均衡调整调整全新世海面的变化(据Williams,1997;Rober北美冰盖北美冰盖边缘湖泊边缘湖泊的演变的演变（据（据Dawson,1992)冰盖边缘冰盖边缘湖泊生消湖泊生消北美冰盖边缘湖泊的演变（据Dawson,1992)冰盖边缘与北美和欧洲冰盖消融相联系的罕见特大洪水发生的时间与北美和欧洲冰盖消融相联系的罕见特大洪水发生的时间及主要河流路径（据及主要河流路径（据Dawson,1992）与北美和欧洲冰盖消融相联系的罕见特大洪水发生的时间及主要河流松、栎在北松、栎在北美和欧洲的美和欧洲的扩展过程扩展过程（引自（引自Moore，1996）松、栎在北美和欧洲的扩展过程（引自Moore，1996）全新世期间全新世期间加拿大树线加拿大树线北界的变化北界的变化（Sorenson和和Knox，1974；引自；引自R.S.Bradley,1985）全新世期间加拿大树线北界的变化（Sorenson和Knox，气候的变化最为迅速，表现出典型的突变的气候的变化最为迅速，表现出典型的突变的特征。植被的变化也比较迅速，但略滞后于特征。植被的变化也比较迅速，但略滞后于气候变化，在欧洲北部树木随气候转暖而向气候变化，在欧洲北部树木随气候转暖而向北扩展的速度为北扩展的速度为160200m/年。冰盖的消年。冰盖的消融则比气候的转暖缓慢，因为冰原体积巨大、融则比气候的转暖缓慢，因为冰原体积巨大、且部分地控制了区域气候，格陵兰冰盖后退且部分地控制了区域气候，格陵兰冰盖后退的速度可达的速度可达3000km/百年，比植被的变化慢百年，比植被的变化慢得多（高迪，得多（高迪，1984）。）。气候的变化最为迅速，表现出典型的突变的特征。植被的变化也比较德国黑森地区全新世植被类型的演替德国黑森地区全新世植被类型的演替 德国黑森地区全新世植被类型的演替 北非和西亚全北非和西亚全新世湖泊变化新世湖泊变化的记录（引自的记录（引自Robert,1989）降水增加与湖泊水位上升北非和西亚全新世湖泊变化的记录（引自Robert,1989）最后冰期以来最后冰期以来非洲森林的变非洲森林的变化（引自化（引自R.S.Brdley,1985）最后冰期以来非洲森林的变化（引自R.S.Brdley,1全全新新世世大大暖暖期期(Megathermal)是是指指全全新新世世间间冰冰期期中中最最温温暖暖阶阶段段，这这个个阶阶段段时时限限较较宽宽，包包括括了了一一些些冷冷波波动动和和在在水水分分热热量量搭搭配配上上的的气气候候不不良良波波动动。Hafsten建建议议大大暖暖期期起起止止时时期期为为8.23.3kaBP，施施雅雅风风等等认认为为我我国国全全新新世世大大暖暖期期的时间为的时间为8.53 ka BP。全新世大暖期(Megathermal)是指全新世间冰期中最7、2000年来的气候变化年来的气候变化全球气候变化全球气候变化7、2000年来的气候变化全球气候变化北半球北半球2000年来气温变化年来气温变化 北半球2000年来气温变化(b)(a)(c)中国东部地区过去中国东部地区过去2000年冬半年温度变化序列（折线为年冬半年温度变化序列（折线为3点滑动平均）点滑动平均）Winter-half-year temperature change during the past 2000 years in eastern China(b)(a)(c)中国东部地区过去2000年冬半年温度变化序重建的北半球近重建的北半球近1000年平均温度变化序列年平均温度变化序列(Mann,1999)过去2000年中国东部冬半年的温度变化第2页重建的北半球近1000年平均温度变化序列(Mann,1999中世纪暖期中世纪暖期亦称亦称“气候小适宜期气候小适宜期”或或“小气候适宜期小气候适宜期”；最早由气候；最早由气候学家学家Lamb于于20世纪世纪60年代提出；指欧洲及临近的北大西年代提出；指欧洲及临近的北大西洋地区气候史上距今最近的一个长达数百年的温暖气候阶洋地区气候史上距今最近的一个长达数百年的温暖气候阶段，其起讫时间约为段，其起讫时间约为9001300年。在这个时段内，欧洲年。在这个时段内，欧洲及临近的北大西洋地区气候不但较其前后数百年温暖，而及临近的北大西洋地区气候不但较其前后数百年温暖，而且也较且也较“现代现代”（指（指19001939年）温暖；特别是在年）温暖；特别是在1112世纪，欧洲冬季较少出现严寒，而夏季却有较多的干旱。世纪，欧洲冬季较少出现严寒，而夏季却有较多的干旱。此后，许多学者利用各种证据证明，这一时期的温暖气候此后，许多学者利用各种证据证明，这一时期的温暖气候不仅局限于欧洲及临近的北大西洋地区，而且在世界的其不仅局限于欧洲及临近的北大西洋地区，而且在世界的其它地区也明显存在，同时在北半球的其它一些地区也伴有它地区也明显存在，同时在北半球的其它一些地区也伴有严重的长期干旱事件。严重的长期干旱事件。中世纪暖期小冰期小冰期小小冰冰期期名名称称最最早早由由冰冰川川学学家家MatthesMatthes于于2020世世纪纪3030年年代代提提出出；当当时时泛泛指指大大约约开开始始于于距距今今40004000年年的的一一系系列列冰冰川川前前进进阶阶段段，即即所所谓谓的的“后后全全新新世世”的的广广泛泛冷冷期期。但但2020世世纪纪6060年年代代以以后后，越越来来越越多多的的学学者者把把“后后全全新新世世”广广泛泛冷冷期期称称为为“新新冰冰期期”，而而把把距距今今最最近近的的持持续数百年以上的冰川前进阶段称为续数百年以上的冰川前进阶段称为“小冰期小冰期”。20世世纪纪70年年代代，气气候候学学家家Lamb将将“小小冰冰期期”的的起起讫讫时时间间定定为为1619世世纪纪中中期期；在在此此期期间间，欧欧洲洲山山地地冰冰川川前前进进，气气候候寒寒冷冷。然然而而后后来来的的许许多多研研究究表表明明，在在同同期期或或更更早早一一些些的的1415世世纪纪，在在欧欧洲洲以以外外的的许许多多其其它它地地区区，气气候候就就明明显显较较其其前前期期（中中世世纪纪暖暖期期）寒寒冷，并伴有大量的冰川前进事件。冷，并伴有大量的冰川前进事件。小冰期引起引起气候变化气候变化的的因素因素自然波动自然波动：太阳辐射的变化、太阳辐射的变化、火山爆发等；火山爆发等；人类活动人类活动：温室气体和硫化物气溶胶的温室气体和硫化物气溶胶的 排放、土地利用的变化等。排放、土地利用的变化等。19911991年年6 6月月1212日从克拉克空军基地东日从克拉克空军基地东边拍摄的皮纳图博火山喷发的尘埃柱。边拍摄的皮纳图博火山喷发的尘埃柱。图片来源：美国地质勘探局图片来源：美国地质勘探局（USGS）引起气候变化的因素1991年6月12日从克拉克空军基地东边拍1883年印度尼西亚 Krakatau火山；181 5年印度尼西亚 Tambola火山活动对气候影响 的历史记录格陵兰冰芯中保留的火山喷发的气溶胶记录格陵兰冰芯中保留的火山喷发的气溶胶记录,也在树轮也在树轮存在火山喷发对气候影响的证据存在火山喷发对气候影响的证据1883年印度尼西亚 Krakatau火山；181 5年印度强烈的火山喷发能够把大量的气体和火山灰抛向高空，火山尘幕中的固体粒子直径在0.52m，甚至更小，它们可在平流层大气中停留1年以上，并通过对平流层化学/动力学的影响而介入到全球变化过程。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“阳伞效应”。强烈的火山喷发能够把大量的气体和火山灰抛向高空，火山尘幕中的美国夏威夷岛冒纳罗亚山美国夏威夷岛冒纳罗亚山(Mauna Loa)的的CO2观测观测美国夏威夷岛冒纳罗亚山(Mauna Loa)的CO2观测1992 Melt ExtentMelting of Ice over Greenland:1992-2002 Passive Microwave derived maximum melt extent2002 Melt ExtentGreenland ice sheet melt area increased on average by 16%from 1979 to 2002.The smallest melt extent was observed after the Mt.Pinatubo eruption in 1992Data from Konrad Steffen and Russell Huff,University of Colorado1992 Melt ExtentMelting of Ice人类活动导致温室气体增加的证据人类活动导致温室气体增加的证据从1750年以来，大气中CO2的浓度已经增加了31%，CH4增加了151%，N2O增加了17%，O3增加36%，这在过去几千甚至几十万年都没有过的（图1-3）（IPCC，2001）。人类活动导致温室气体增加的证据从1750年以来，大气中CO2Mann重建的北半球近重建的北半球近1000年平均温度变化序列年平均温度变化序列(Mann,1999)第2页过去1000年温度下降趋势在过去100多年被突然打断，更显得不正常Mann重建的北半球近1000年平均温度变化序列(Mann,年年全球地表温度变化全球地表温度变化相对于相对于19611990年年30年气候平均年气候平均公元公元2001980年年 公元公元1856185620032003年年1998年年温度距平()20世纪是过去世纪是过去2000年中最温暖的年中最温暖的100年。年。(redrew from Mann and Jones,2003)(redrew from Mann and Jones,2003)年全球地表温度变化1998年温度距平()20世纪是过去20过去过去2000年温度变化看，突然转折的过程不只是过去年温度变化看，突然转折的过程不只是过去100年才年才出现的。因此过去出现的。因此过去100年的变化中至少存在自然波动的因素。年的变化中至少存在自然波动的因素。过去2000年温度变化看，突然转折的过程不只是过去100年才自然强迫人类活动强迫自然强迫模式结果观测结果模式结果观测结果模式结果观测结果温度距平（）温度距平（）温度距平（）年人类活动强迫同时考虑自然变化和人类活动的共同作用才能更好地模拟同时考虑自然变化和人类活动的共同作用才能更好地模拟18602000年气候演变。近年气候演变。近5050年的气候变化主要由人类活动引起。年的气候变化主要由人类活动引起。年年自然强迫人类活动强迫自然强迫模式结果模式结果模式结果温度距The Future?IPCC Projections2100 AD2435610Global Temperature(C)00.51-0.5N.H.Temperature(C)100015002000Mann et al(1999)and IPCC 2000未来变暖的趋势未来变暖的趋势?The Future?IPCC Projections243大气中大气中80 ppmv的的CO2增量，并没有使我们增量，并没有使我们今天的间冰期比过去更温暖？为什么？今天的间冰期比过去更温暖？为什么？我们对我们对 CO2的气候效应的气候效应及环境系统及环境系统内部的运作内部的运作过程还缺乏过程还缺乏深入的理解。深入的理解。4035302520151050温度温度(C)0-4-84-12年龄年龄(ka BP)CO2(ppmV)280260240220200180160深度深度(m)275032003000250020001500100050003300Vostok冰芯记录的过去冰芯记录的过去420 ka温度和大气温度和大气CO2含量变含量变化化(from Petit et al.,1999)大气中80 ppmv的CO2增量，并没有使我们今天的间冰期比人类活动造成的温室气体增量究竟起了多大作用？自然因素起了多大作用？C-7 C-6 c-5 C-4 C-3 c-2 C-1 w-7 W-6 W-5 W-4 W-3 W-2 W-1 唐代 东周 西汉东汉三国 晋南北朝五代十国宋代元代明代清代春秋战国秦汉代隋早中晚盛 北宋南宋现代温度距平(C)日历年代 朝代人类活动造成的温室气体增量究竟起了多大作用？自然因素起了多大随着大气随着大气CO2CO2浓度的进一步增加，温度浓度的进一步增加，温度是否会这样增加下去是否会这样增加下去各种模型预测各种模型预测21世纪世纪CO2浓度变化趋势浓度变化趋势 各种模型预测各种模型预测21世纪温度变化趋势世纪温度变化趋势(据IPCC,2001)随着大气CO2浓度的进一步增加，温度是否会这样增加下去各种模IPCC Projections2100 AD1000 1200 1400 16001800 200000.51-0.52435610N.H.Temperature(C)Global Temperature(C)Adaptation-SustainabilitySurvival情景之一情景之一:全球继续增暖全球继续增暖(IPCC,2001)IPCC Projections10001200140016情景一的主要特征情景一的主要特征到到2100年年,全球平均温度升高全球平均温度升高1.4-5.8C;陆地陆地海洋海洋;北半球高纬冬季最明显北半球高纬冬季最明显;两极冰雪两极冰雪覆盖范围变小覆盖范围变小;海平面上升海平面上升0.09-0.88米米.全球平均降水量增加全球平均降水量增加,湿度变大湿度变大*北半球高纬度降水增加北半球高纬度降水增加;副热带略有减少副热带略有减少;热带雨量增多热带雨量增多;降雨强度有可能增加降雨强度有可能增加.变率是否增大变率是否增大,极端事件发生频率是否增大极端事件发生频率是否增大,ENSO或或NAO的频率和强度是否改变的频率和强度是否改变?无肯定无肯定结论结论 *模式之间差别很大模式之间差别很大情景一的主要特征到2100年,全球平均温度升高1.4-5.8N.H.Temperature(C)10001400120016001800200001-12Year2020情景二情景二:2010-2020年的气候突变示意图年的气候突变示意图(P.Schwartz and D.Randall,2003)N.H.Temperature(C)100014001情景二的主要特征情景二的主要特征21世纪的前世纪的前10年年(2010年前年前)全球加全球加速增暖速增暖(年平均温度升高约年平均温度升高约0.5-2.0 C);2010-2020年北半球气候发生突变年北半球气候发生突变 亚洲亚洲,北美和欧州年平均温度降低约北美和欧州年平均温度降低约3C左左右右;欧州和北美东部年降水量减少欧州和北美东部年降水量减少30%,持续干持续干旱旱;西欧和北太平洋冬季风暴增强西欧和北太平洋冬季风暴增强;情景二的主要特征21世纪的前10年(2010年前)全球加情景二的基本假定情景二的基本假定地球系统的动力学特征是多平衡态地球系统的动力学特征是多平衡态,它它们之间的转换具有临界阈值和突变的方们之间的转换具有临界阈值和突变的方式式.在在21世纪世纪,全球气候变暖将达到一个全球气候变暖将达到一个阈值阈值,从而使气候发生突变从而使气候发生突变;突变的一种可能机制是突变的一种可能机制是:增暖使北大西增暖使北大西洋温盐环流洋温盐环流(THC)迅速减弱迅速减弱,直至全球海直至全球海洋输送带最终突然崩溃洋输送带最终突然崩溃,北半球出现类北半球出现类似新仙女木事件的迅速降温似新仙女木事件的迅速降温.情景二的基本假定地球系统的动力学特征是多平衡态,它们之间的转总结总结:全球气候变化的主要因子和尺度全球气候变化的主要因子和尺度North Atlantic OscillationPacific Decadal Oscillation 总结:全球气候变化的主要因子和尺度North Atlanti