全球环境变化的主要特征与过程.ppt

第3章全球环境变化的主要特征与过程地球表层系统作为一个开放体系太阳辐射、大气成分、大气过程、海陆关系、海洋环流、冰盖、陆地地形、地表组成物质和人类活动等的相互作用在一个时间序列当中可表现为多层次驱动、响应、反馈、放大等十分复杂的关系。因此全球环境变化既会表现出某种周期性变化又会表现为一些渐变和突变。全球环境变化的时空尺度一、时间尺度几千年至几十万年（最近的地质历史时期）第四纪冰期-间冰期的交替海面的升降伴随冷暖、干湿变化的大气成分改变如尘埃含量的变化、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。（可逆事件）几年至几百年（年际、年代际-世纪际）典型事件包括全球气温的趋势性上升气温、海温、降水量、径流量、地表侵蚀、植物物候期及生长季节等的准周期性波动和突变植物种群结构的变化和植被带的可能移动。驱动力：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。几天至几个季度典型事件：大气环流的季节震荡气温、降水和地表经历的季节波动植物群落季相与农事季节的更替土壤-植物-大气之间生物地球化学循环的年际变化。驱动力：太阳辐射量输入的年循环。几秒至几小时：典型事件：气候要素的日变化几分钟到几小时的天气现象植物与土壤的温度日变化土壤-植物-大气之间的物质与能量传递。驱动力：太阳辐射能量输入的日周期。全球环境变化的时间尺度全球尺度：空间范围>20000km大约相当于半球至全球尺度。特征事件太阳辐射能分布、大气环流和洋流、温室效应与全球气候变化、臭氧层破坏等。（1a~几十亿a)区域尺度：空间范围100~20000km地域单元有大陆、大洋陆地上的自然地带以及海区。特征事件季风和大型天气过程、海流、厄尔尼诺一南方涛动、岩石围板块构造运动与造山运动、冰期一间冰期交替、气候带与地带性植被一土壤的形成等。(1a~十几亿a）地方尺度：空间范围10~100km。特征事件地震、流域的水土流失、中尺度天气系统(如中气旋、雷暴等)、植物物候期的水平变化、城市气候与大气污染、河流与水域的污染、成矿作用等。(1d~百万a）局地尺度：空间范围<10km。特征事件事件有火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统(如龙卷风、山谷风、海陆风)、植物物候期随地形的变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、点源和线源污染事件等。(几s~1a）全球系统中各种事件和过程的时间尺度与空间尺度是相关联的。一般说来较大空间尺度的事件和过程其时间尺度的范围也较大；较小空间尺度的事件和过程其时间尺度的范围也较小。全球气候变化的空间尺度可达20000km以上相应的时间尺度为几十年到百年而植被冠层微气象变化的空间尺度仅为数厘米到数米相应的时间尺度是几秒到几分钟。太阳辐射太阳活动：黑子和光斑谱斑、耀斑日珥等。板块运动造成的系列变化：海陆分布变化、山地和高原的隆起、火山活动（降温作用→“阳伞效应”）、地球内部物质分布导致的地极漂移。阳伞效应：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射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”。如1963年3月印度尼西亚巴厘岛的阿贡火山爆发约3个月后澳大利亚墨尔本的直接太阳辐射减少23%散射辐射增加1倍但散射辐射的绝对值小所以总辐射减少达6％。一般认为一次较大火山爆发后一两年半球或全球平均温度下降0.3℃左右以后逐渐回升四五年后恢复正常。北半球的火山喷发往往使全球温度在3个月后产生最大降温并可影响南半球的气温但影响时间短。而南半球的火山喷发要在19~20个月之后才产生最大降温、但影响时间长对北半球影响不大。人类活动所引起的地球系统的状态和功能的改变在工业化以来的200多年里急剧加速在几十至几百年的时间尺度上人类活动对全球变化的影响与全球变化对人类的影响均极为显著人类生态系统过程已成为全球变化过程的一个不可忽视的组成部分。而人类生态系统、土地覆盖变化、污染物排放影响全球生物地球化学循环过程、地球表层系统组成→自然系统功能失调和变化并通过累积性变化或系统性变化导致全球环境变化。（如全球最高温记录不断打破）全球环境变化在太阳辐射与活动、地球内部因素与人类活动下由地球系统中一系列复杂的作用与反馈过程来实现的。生物循环包括土壤1580Gt全球有机碳与无机碳循环人类活动对碳循环的影响(p48):化石燃料燃烧、森林砍伐造成碳排放逐年增加(p48图3-8）超过海洋对CO2的容纳极限导致温室效应、全球变暖、海面上升。2、氮循环生物固氮：固氮微生物将大气中的氮还原为氨的过程。这些固氮微生物是与豆科植物有关具有共生关系的细菌与根瘤菌