《全球气候变化及其影响因素研究进展综述.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全球气候变化及其影响因素研究进展综述.doc（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 20 卷第 9 期 地球科学进展 V o.l 20 N o. 9 2005 年 9 月 ADVANCES IN EARTH SC IEN CE Sep. , 2005 文章编号 : 1001 8166( 2005) 09 0990 09 * 全球气候变化及其影响因素研究进展综述张 强 , 韩永翔 , 宋连春 ( 中国气象局兰州干旱气象研究所 , 甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室 , 甘肃 兰州 730020) 摘 要 : 概述了全球气候变化问题提出的科学背景 , 总结了引起气候变化的原因 , 客观分析了引起 不同时间尺度气候变化的各种自然因素 , 透视了人类活动对气候变化的影响程度 ,
2、讨论了应该如何 理解当今全球气候变暖问题 。 同时 , 还综述了气候变化研究中的学术分歧和科学困惑 。 关 键 词 : 全球气候变化 ; 自然驱动力 ; 人类活动影响 ; 全球气候变暖 中图分类号 : P46 文献标识码 : A 0 引 言 家也纷涌而至 , 国际社会也对该领域的研究进展给 予了高度的关注。应该说与几十年前相比 ,人们对 气候变化已经不再仅仅是一个学科问题 , 而日 渐成为人们共同关心的重大社会问题。人们对气候 变化的认识也经历了一个由静态到动态、由稳定到 突变的过程。在 20 世纪 70 年代以前 , 气象科学家 曾认为用 30 年的气候平均就可描述气候特征 , 气候 被看作
3、是一个静态、大体稳定的孤立系统。 70 年代 提出的气候系统的概念 , 打破了这种形而上的观点 , 在各个不同时间尺度上都存在气候变化的观点逐步 得到了学术界的普遍认同。 80 年代提出了地球系 统的新思想 , 开创了人们以地球的整体性和动态变 化性来认识地球系统的新视觉 , 其中气候变化成为 研究全球各圈层变化的主要焦点 之一。 90 年代 以后 , 人们认识到气候具有突变性 , 而且关于气候突 变发生的时间尺度已经由千年缩小到 10 年之内 。 2003 年 10 月美国国防部发布的 气候突变的进程 和对美国国家安全的影响 报告 及灾难大片 !末 日浩劫 所描 述的气候 突变 所引发 的可
4、能 灾难景 象 , 已经引起了整个社会对气候变化的高度关注。 正因为如此 , 全球气候变化研究已经渗透到了 十分广泛的科学领域 , 而且从事该领域研究的科学 全球气候变化的认识有了飞速的发展。但这并不意 味着我们已经彻底弄清了 全球气候变化的 科学奥 秘。实事求是地讲 , 我们今天距离彻底揭示全球气 候变化这一科学问题还有相当 漫长的道路要走 , 有 许多重大疑问仍然困扰着我们。譬如 , 全球气候变 化究竟发生在怎样的时间尺度 ? 它变化的原因是什 么 ? 以及怎样理解全球气候 变暖等一系列 科学问 题。对很多科学问题的认识还众说纷纭 , 并没有形 成十分统一的观点 ; 在全球气候变化领域 ,
5、 需要努力 探索和研究的问题还很多。 1 气候变 化问 题的 提 出 、 认 识过 程及 米兰科维奇假说 L yell 于 1830 年分析英国 石碳层的煤沉积 后 , 发现现代沉积物完全不同于古代 , 提出现代的气候 同过去是完全不同的 , 他认为这是由于海陆 在赤道 和极地的 不同面积而造成的 。随着对山 地冰川 和大陆冰盖进退的认识 , 人们意识到地球在近千万 年间存在 逐渐变冷的趋势 。不过直到南 极古生 代晚期冰川的发现 , 才使地球这种逐渐变冷的概念 * 收稿日期 : 2005 05 25; 修回日期 : 2005 07 09. * 基金项目 : 国家科技部 西部开发科技行动 重大
6、项目 祁连山空中云水资源开发利用研究 (编号 : 2004BA901A16 ); 国家自然科学基 金项目 利用现有观测资料确定西北干旱荒漠区陆面过程参数 (编号 : 40175004 )资助 . 作者简介 : 张强 ( 1965 ), 男 , 甘肃靖远人 , 研究员 , 博士生 导师 , 主要从事大气边界层、陆面过程、绿洲气象学、中尺度数值模拟和城市 大气环境等研究 . E m ai:l qzhang lzb. ac. cn 1 2 3 第 9 期 张 强等 : 全球气候变化及其 影响因素研究进展综述 991 开始引起人们的注意。然而 , 在直到 20 世纪后半期 前 , 这种地球变冷的概念仍
7、处在定性的阶段 , 并没有 被大多数科学家所接受。其后由于基于深海浮游有 2 气候变化的时间尺度问题 由于新生代历时约 65 M a, 因 此必须首先给出 孔虫氧同位素比率被用来估计高纬度海洋表层水的 温度 , 定量的方法才开始被采用 , 并发展成为标准的 参考指标 , 其他的指标如古植物化石也被用来 恢复古温度 , 并取得了成功 。至此 , 气候变化 尤其是对新生代以来气候变冷的研究才有了比较大 的突破。到 90 年代以后 , H einrich 事件 的 发现 , 特别是在冰芯中发现了具有千年尺 度的气候波动 ( 称为 D # O 循环 ) 以及包括 H einrich 事件在内 的 Bo
8、nd 旋回 , 人们开始认识到气候系统存在不 稳定性 , 打破了人们习惯于气候变化需要上千年以 上的时间尺度这一传统观念 , 气候变化具有突变性 的观念也开始被广泛接受 , 关于气候突变发生的时 间尺度已经由千年缩小到 10 年之内 。 新生代包括第三纪和第四纪 , 历时 65 M a, 在此 期间 , 环境呈现变冷变干 的趋势 , 被 称为新生代衰 落 。新生代衰落导致了 约 2. 4 M a 以来的第四纪 冰期的出现 , 强烈的新构造运动使陆地表面形态产 生巨大的起伏变化 , 全球气候变化发生了以冰期与 间冰期交替出现为特征的频繁、迅速的变化 , 从天文 因素解释第四纪冰期 # 间冰期的米
9、兰科维奇假说因 得到深海沉积、黄土、冰芯 等地质证据的支持 而成为被广泛接受的理论。 米兰科维奇认为偏心率、黄赤交角和岁差的周 期变化改变着地表的日照量 , 从而导致地球接受太 阳辐射的季节和地区分布发生变化 , 夏半年日照量 的减少是冰期形成的主 要因素 。其假说较好地 解释了北半球冰 盖的大规模进退 , 认为地球轨道周 期的变化 是形成第四纪冰期 # 间冰期更替的主要 原因。 尽管此假说被人们普遍接受 , 但仍有诸多同它 密切关联的重大科学问题无法得到合理的解释。如 首先它不能解释南、北半球同时变冷的事实 ; 其 次不能合理解释冰期建立的机制 ; 第三 , 由地球轨道 参数变化计算的气候变
10、化幅度偏小 ; 同时 , 也无法解 释在 2. 4 M a 以前 , 19 ka 和 23 ka 的岁差周期占主 导地位 ; 而在 2. 4 0. 8 M a 期间 , 41 ka 的黄赤交角 周期占主导地位 ; 而 0. 8 M a 以来 , 却是 100 ka 的偏 心率周期最为显著 。因此 , 大批科学家仍然在执 着地寻求气候变化的真正原因 , 使得晚新生代以来 气候变化原因的研究成为目前全球变化研究中最受 注目的科学问题之一 。 气候变化的恰当时间尺度才有可能探讨其气候变化 的真正原因。在古气候研究中常用构造尺度 ( 百万 年以上 ) 、轨 道尺度 ( 万年 # 百 万年 )、亚 轨道
11、 尺度 ( 10 年 # 万年 ) 3 种时间尺度进行简单的划分 , 如果 结合现代气候 , 还会划分出更多的气候变化的时间 尺度。而实际上各种假说都试图解释不同尺度上的 气候变化事件 , 因此在不同程度上就必然涉及到了 各种时间尺度 , 但我们划分的原则是根据假说依据 资料的时间尺度或假说最流行的解释所在的时间尺 度进行简单归类 , 如 EN SO 常被用来反映短期的气 候变化特征 , 但古气候学家又提出了超级 EN SO 的 概念 , 将时间尺度大大延长 , 很难进行绝对的划分 , 但为了叙述的方便我们仍将其归纳到短期气候变化 的时间尺度内。所以 , 在本文中我们所划分的时间 尺度是相对的
12、 , 并且还会不可避免 地使有些假说的 内容出现在不同的时间尺度内。同时 , 因为各种假 说相互交叉 , 在介绍一种假说时就不可避免地将密 切相关的其他假说连带出来 , 以便尽可能的反映最 新的理论进展。 3 气候变化原因的分析 目前 , 关于气候变化原因的学说及其分支估计 有上百个 , H ay 等 将这些假说 归类为 11 种。如 果再结合其它研究的成果 , 我们大致可以归纳出全 球气候变化的 16 种原因 , 它们包括 : 太阳辐射的 变化 ; % 宇宙沙尘浓度的变化 ; & 地球轨道的变化 ; 大陆漂移 ; ( 山地隆升对大气环流和环 境的影响 ; )洋流的改变 ; 海冰的变化 ; +
13、大气温室气体的变 化 ; ,大气气溶胶浓度的变化 ; 极地同温层云量的 变化 ; 极地植被的变化 ; 同大陆沙尘气溶胶相联 系的 铁假说 ; !大陆 C3 植物向 C4 植物 的转化 ; 天体撞击 ; #火山爆发 ; 地核环流作用等。这些 假说一方面使我们眼花缭乱 , 但另一方面也可见这 一科学命题的复杂性 , 它成为目前全球变化研究中 最受关注的科学难题并不是偶然的。 3. 1 构造尺度气候变化的原因 目前 , 关于构造时间尺度气候变化的原因 , 大多 数科学家 倾向于海陆的构造运动 , 包括板块的漂移、 海道的开启与闭合及山地的隆升 , 它对气候 的影响具有不可逆性 , 决定着地球系统的气
14、候格局。 在整个新生代期间 , 气候一直趋向于变冷 , 并可识别 6 10 11 14 15 16 17 2 1 18 27 28 29 1 30 992 地 球科学进展 第 20 卷 出一系列快速的降温事件 , 而这些降温均与现代海 陆演化的发展阶段相联 系 , 图 1 给出了气候变化及 事件与大的构造运动的关系图 , 表明地球的构造运 动可能是造成这种超长时间尺度气候变化的原始驱 动力 。 整个新生代以来 , 主要的地球构造运动事件有 : 在约 50M a BP 之后的始新世 , 在南大洋中的杜累 克海峡开启 , 澳大利亚从南极洲分离 , 绕南极的环流 出现 , 阻碍了赤道与极地的热量交换
15、 , 南极开始出现 冰盖 ; % 在 38 M a BP 前后的始新世末期 , 杜累克海 峡进 一步张开 , 加强了绕南极的环流 , 南极冰盖已达 到目前的 70% , 被称为早渐新世冰盖增大事件 ; & 在 2. 5 M a BP 前后即第四纪的初期 , 它恰好对应北 半球大陆冰盖开始发展的时期 , 有科学家认为是南 北美洲之间的通道在此时关闭 , 导致墨西哥湾暖流 增强 , 给北极地区带去了更多的降雪 ; 在新生 代 , 全球降温与天体撞击有相当密切的关系 , 在 65、 34、 15、 2. 4、 1. 0 和 0. 7 M a BP 分别发生的 6 次重大 天体撞击产生的 核冬天 可能
16、对全球气候变冷起 到了诱 发作用 ; ( R uddi an 等 力主青 藏高 图 1 新生代以来的气候变化及事件与大的构造运动 ( 据文献 28改绘 ) Fig. 1 The key tecton ic and c li atic even ts after Cenozoic M i 1 和 O i1 分别为中新世和渐新世的 2 次气候快 速转换事件 ; Paleocene 为古新世 ; E ocene 为始新世 ; O ligocene 为渐新世 ; M iocen e 为中新世 ; P liocen e 为上新世 ; P lt 为第四纪 28 1, 28 35 31, 32 第 9 期
17、张 强等 : 全球气候变化及其影响因素研究进展综述 993 原等新生代隆起地区对全球气候变冷可能做出了决 定性的贡献 , 其依据不是山地隆升导致大气环流的 改变 , 而 是基于山地隆升 # CO 2减少 # 气候变冷的 机制。 F rance 等认为山地隆升导致有机碳的埋藏 , 较硅酸盐、基岩风化更能除去大气中的 CO2, 有研究 表明青藏高原隆升的三大阶段与新生代 3 次突发性 变冷有不同程度的联系 , 山地隆升导致晚新生代以 来气候变冷的 学说被科学界广泛接受 。因 此 , 从 80 年代末以来 , 山地隆升和温室气体被认为 是晚新生代以来气候变化最主要的 2 个因素 。 不过 , 有时候
18、地球构造运动不是孤立地对气候 变化起作用 , 而是与其它过程迭加在一起来影响气 候变化。如第四纪的初期北半球大陆冰盖的发展 , 不仅只是南北美洲之间的通道在此时关闭的原因。 Barron 等 认为它可能还隐含了更多因素的作用。 同时 , 绕极环流的增强同冰盖增加相联系的解释没 有能够得到 GCM 数值模拟实验的充分支持 。 同时 , 有科学家认为 , 宇宙 电磁场的扰动到达高 层大气后 , 通过 变压器效应 激发地核环流 , 导致 地球磁场的反转 , 进而控制造山运动的强弱 , 使大气 的热机效率增强和减弱 , 从而决定全球气候的冷和 暖。并认为它不但可解释 22 亿年以来地球的 7 次 大冰
19、期 , 而且同样适用于 新生代的气候变冷 。 不过 , 此假说仍然缺乏关键的证据。 3. 2 轨道尺度气候变化的原因 轨道尺度气候变化是叠加在构造尺度上的一种 幅度相对较小的气候波动 , 因而表现出明显的准周 期 ; 关于轨道尺度气候变化的原因有许多观点 : 首先 , 影响最大的当属 于米兰科维奇假说 , 他认 为太阳辐射的变化驱动了 100、 41 和 23 ka 的地球 轨道周期 , 从而引起全球气候的变化 , 它比较成功地 解释了北半球冰盖的进退机制 , 但被认为主要局限 于上新世及第四纪的北半球 。 其次 , 最近有一种比较盛行的观点认为 , 行星间 宇宙沙 尘的 100 ka 周期
20、很可 能控 制了 第四 纪冰 期 # 间冰期的更替 。 第三 , 温室气体特别是 CO2 目前被认为是气候 变化的主要原因 , 此观点于 19 世纪末期被 Cham ber lin 所提出。 20 世纪 80 年代提取 的南极 V ostok 冰芯中的 CO 2曲线同温度曲线高度的一致性 , 为这 一假说提供了证据 , 降低的大气 CO2 浓度被认为是 导致晚 新 生 代 以 来 气 候 变冷 最 成 功 的 假 说 。 R aym o 对 Cham berlin 的新假说做了仔细的研究 , 认为海床扩张率的增强加速了火山 爆发和山地隆 升 , 大量新鲜的硅酸盐和基岩被暴露风化 , 从而吸收
21、大气中的 CO2 转变 成为 碳酸 盐 , 进而 使大 气中 的 CO 2减少 , 导致了冰期的来临。 第四 , 在轨道尺度上解释气候变化原因的另外 一个目前非常流行的假说就是 温盐环流 , 美国 2004 年推出的最新的气候灾难大片 !末日浩劫 中 关于气候突变的理论基本上就是基于此假说。此假 说于 20 世纪 90 年代被提出 , 其原理是由于在不 同地区因降水和温度的不同 , 所以导致海水密度分 布不均匀形 成的热力学海流 , 而海水的密度主要由 温度和盐度决定 , 所以这种由温度和密度梯度驱动 的深层洋流 , 被称 为 温盐环 流 。全球 大洋 中有 90% 的水体受温盐环流影响 ,
22、是全球大气 # 海洋能 量交换的主要方式 , 极地地区因辐射冷却等因素而 形成寒冷、高盐、高密度的海水强烈下沉 , 形成底层 和深层流。北大西洋高盐度的深层流向南绕过非洲 南端 , 除部分北流 到印度洋外 , 其余向东流 入太平 洋 , 受温暖和淡水的稀释作用 , 海水密度降低并上升 到海表面 , 然后在上层向西运动返回到大西洋 , 从而 构成了一 个跨越各大洋的海洋 传送带 。研究认 为该传送带向高纬地区输送的热量远超过地球轨道 要素引起的日照率变化所产生的影响 , 是影响高纬 地区冰盖生消的重要原因 , 进而提出了大洋环流 # 气候模式来解释第四纪冰期 # 间冰期的转换机制。 温盐环流 假
23、说同冰盖假说在目前有进一步融合 的趋势 , 并同 CO2上升引起全球变暖紧密联系在一 起。研究认为北极冰盖的生消和北极地区河流的改 道 , 导致进入大西洋淡水产生变化 , 从而影响 北大西洋海水的密度 , 进而加强或削弱大洋传输带 的强弱 , 对全球气候产生影响 。 然而 , 轨道尺度上气候变化的原因还有许多令 人费解的地方。如长序列的 CO2曲线目前仍没有得 到 , 而一般认为它的变化同深海有孔虫氧同位素一 样 , 但已有的几个 CO2代用指标如 C、 B 所 反映的 CO 2曲线并没有同深海有孔虫氧同位素趋势 一样 , V e izer 等 甚至认 为同深海有孔 虫氧 同位素曲线所反映的温
24、度几乎没有相关关系。但有 些科学家认为在海洋中不 可能得到大气中 真实的 CO 2曲线。同时 , 目前能够监测的、短期的 CO2浓度 尽管与观测的温度吻合的非 常好 , 但大气 CO 2浓度 与气候的关系因最近温度上升的幅度远低于科学家 根据 CO2浓度上升所预测的温度值而受到挑战 , 这 些因素使 CO2 # 气候 的机制也 面临一 定困惑。因 此 , 能够得到公认的、真正反映 CO 2变化的、高精度 33, 36 38 30 39 39 29, 40 41 42 43 30 32 994 地 球科学进展 第 20 卷 的整个新生代超长序列 CO2曲线的获得是平息这场 争端中的焦点科学问题。
25、最近南极近 74 万年高分 辨率冰芯资料的获得 , 较原来的 V ostok 冰芯长近 1 倍 , 其所包含的大气 CO2 浓度曲线的解译 , 将为 我们了解气候变化的原因及检验 CO2假说提供更有 效的资料序列。 3. 3 亚轨道尺度气候变化的原因 亚轨道时 间尺度上的气候变化既包括了几十年 到万年的长周期变化。在 20 世纪 90 年代以前 , 认 为气候在此时间尺度内基本保持稳定 , 但 H einrich 事件 的发现 , 特别是在冰芯中发现了具有千年尺 度的气候波动 (称为 D# O 循环 ) 以及包括 H einrich 事件在内的 Bond 旋回 , 人们开始认识到气候 系统存在
26、不稳定性 , 打破了人们习惯于气候变化需 要上千年以上时间尺度这一传统观念 , 气候变化具 有突变性的观念也开始被广泛接受 , 关于气候突变 发生的时间尺度已经由千年缩小到 10 年之内 , 如 在 11 ka BP 前后的新仙女木事件 , 温度在数百年内 下降了 6. , 而全新世暖期的降 温事件 ( 82 ka BP ) 中 , 气温在几年内就骤降了 8. 。这些亚轨道尺 度气候快速变化的成因机制目前仍不清楚 , 但现行 占据主导地位的仍是大西洋温盐环流的解释。最近 又出现了几个新的观点 : 第一 , 认为产生 EN SO 的赤道地区海洋和大气 体系才是气候突变的触发、放大和快速传播的主要
27、 地区 。因为热带地区是全球接受能量最多的 地区。此假说认为在一定 的轨道条件下 , 与 EN SO 有关的赤道附近地区海温变化可以产生骤然的气候 突变 , 并直接影响海水的温度和盐度 , 而且这种影响 可能会持续几个世纪 , 形成所谓的超级 EN SO。 第二 , 认为这种气候变化来自太阳变化的声音 也不容忽视 , 如 F riis 等 研究了近 百年来太阳黑 子周期长度 ( SCL ) 与全球温度的关系 , 发现它们有 非常好的相关性 , 许靖华 认为如此高的相关性证 明气候与太阳活动之间的关系不可能是假的。汤懋 苍 在此基础上对中国气候的最新研究指出 : SCL 的长短是制约中国年代 (
28、 10 ) 和世纪 ( 10 ) 气候变 化的最基本的因素之一。钟巍等 通过研究发现 4 ka 来气候变化周期 , 与太阳活动周期有很好的一 致性 , 并且这种一致性存在于全球各地大量的气候 变化记录中。这些研究表明 : 形成全球不同地区气 候变化具有相同或相似周期的根本原因 , 可能在于 太阳辐射变化的驱动 ; 换言之 , 太阳辐射是形成全球 数十至百年尺度气候 变化的重要驱动 力。器测资 料、历史时期的各种气候代用指标的研究早已显示 , 太阳辐射与气候具有相同或相近的短周期变化 , 如 11 年的 Schw abe 周期 、 22 年的 H ale 周期 以及 90 年的周期。 但不少科学
29、家仍然对太阳活动对于地球气候变 化的影响存在怀疑 , 其主要原因是地球接受到的太 阳总辐射量 (太阳常数 ) 的微小变化可能很难对全 球气候产生重大影响。同时 , 过去数十年间 , 虽然已 有非常多的证据表明气候变化与太阳活动之间存在 密切的联系 , 但其影响气候的机理仍没有得到很好 的解释。 不过 , 最新的研究发现宇宙射线不但会增强太 阳活动的强度 , 进而使太阳风加强 , 而且导致大气中 云的形成 , 使到达地球的太阳总辐射量减少 , 引起地 球降温 , 目前这个观点的证据仅仅适用于短期气候 变化 , 但它从新的角度诠释了太阳活动对气候 的影响 , 使太阳辐射的假说得以复活。无论如何 ,
30、 太 阳直接驱动了地球表面的各种过程 , 是气候变化最 大的外在因素。我们如今对太阳内部变化的机制仍 然知之甚少 , 同时也需要大量不同地区、具有较高分 辨率和较长时间尺度的气候变化记录 , 以进一步验 证和解释其中的关系。 第三 , 目前流行的 铁假说 也因 1993 年在 赤道海洋及 1999 年在南极进行的 南极南海铁投放 实验 ( SO IREE) 引起海洋浮游生物大发展而变得 格外引人注目。海洋中浮游生物的增加可消耗大量 的碳 , 并通过 生物泵 作用沉积到海底 , 从而使大 气中的 CO 2浓度降低 , 引起亚轨道时间尺度上的全 球气候变冷 , 而海洋中的铁物质供应则来自各 大陆的
31、沙尘。南极 V ostok 冰芯中 400 ka 的沙尘通 量与 CO2浓度和温度呈非常显著的负相关 , 在一 定程度上证明 了这一假说。同时 , 有证据进一步证 明来自大陆的沙尘与全球气候变冷有非常密切的关 系 。 R idgw ell 进一步认 为沙尘气溶胶 不仅 仅只是扮演了在空中削弱太阳辐射从而降低大气温 度的角色 , 而很可能通过海洋的 生物泵 作用 , 有 效地降低了大气中的 CO2浓度 , 从而起着抑制全球 变暖的作用。 4 人类活动与气候变化 4. 1 人类活动对气候变化的影响 上述所讲的都是同自然因素有关的假说 , 它反 映了气候变化的自然驱动力。但目前全球的气候变 化已经在
32、其自然变化的基础上明显迭加 了人类活动 51 15 16, 17 2 2 52 54 55 56 57 1 2 58 第 9 期 张 强等 : 全球气候变化及其影响因素研究进展综述 995 的贡献 , 特别是近 100 年来的全球气候变暖很可能 是在自然变化趋冷的背景下由人类活动的显著影响 而出现的反自然的变 化趋势。气候 变暖的主要原 因 , 被普遍归结为人类过度向大气排放 CO2及其 他 温室气体的增加。 Thom as 研究了近 1 ka 的 温度变化 , 认为在 工业革命以前气候由太阳辐射和火山爆发等自然因 子所控制 , 而工业革命以后 , 人类排放的温室气体是 主要的 原因。结合 南
33、极 42 万年 的温 度和 CO2 曲 线 来看 , 人类对现代的全球气候变化负有十分重 要的责任。人类通过工业排放和土地利用 /土地覆 盖变化等改变全球地表反照率和生物地球化学循环 过程 , 进而改变大气的成分和地表能量交换过程 , 最 终对全球气候产生广泛而深刻的影响。图 2 清楚地 表明现代气候变化已 经明显超出了气候自然波动范 围 , 而且与 CO2 密切相关。而最新的研究认为人类 影响地球气候并非始自几十年前或几个世纪前工业 革命兴起的时候 , 而是早在 8 ka 前伴随着农业的诞 生就开始了 , 威廉 / 拉迪曼认为 , 欧洲、印度和中国 的早期农民砍伐森林是造成 CO2 增加的原
34、因 , 与此 同时 , 种植稻谷和驯养牲畜产生了大量的 CH4, 也在 一定程度上增加了温室气体。人类活动引起的气候 变化与自然变化的最大不同是它的变化趋势是非周 期循环和单调发展的 , 其累积效应是不可低估的。 图 2 南极温度与温室气体波动中的自然波动和人类活动扰动 ( 据文献 71改绘 ) Fig. 2 The natural flu ctuation and an th ropogen ic d isturbing in the vary ing of tem perature and CO 2 at Vostok ice core 4. 2 怎样理解目前的气候变暖 地球生命已经经历了
35、无数个气候冷暖交替变化 去有了更大的影响 , 这大大改变了气候变化的规律 , 反自然的变化趋势十分明显 , 增加了气候变化的不 的巨大考验 , 即使进入人类文明的几千年中也出现 了几个显著的冷期和暖期 , 而且不少时候其变温幅 度接近 或超 过 了 最 近 100 年 全 球 发 生 的 0. 4 0. 8. 的变暖幅度 , 由此显著影响了人类社会的繁荣 和衰退周期。人类是在经受痛苦甚至灾难和死亡的 过程中被动地适应着过去的气候重大变化。 目前的气候变暖是近 100年气候变化的最显著 特征 , 基本上已 经公 认它是 由人 类活 动产生 的以 CO2 为主要代表的温室气体的增加所引发的气候效
36、应。虽然刚过去的 100 年已经发生的气候变暖幅度 还没有超过历史的极值幅度 , 但已经引起了全社会 的高度警觉。近 100 年的人类活动对气候变化较过 确定性和人为性 , 增大了预测气候变化的难度。同 时 , 人类活动的影响与自然因素有根本不同 , 它的可 怕性在于它是非周期的、而且由于累积作用而不断 地单调增加。如果 CO2 的排放不能得到有效控制 , 增温幅度不但不能够被减弱 , 而且还会被进一步迅 速加强。根据气候模式的模拟 , 在 CO 2 增加一倍的 情况 , 未来 100 年增温 幅度能够 达到 1. 4 5. 8. ( IPCC 第三次评估报告 , 2001), 这一预测的变暖
37、趋 势要比 20 世纪强得多 , 这样强的增温幅度相当于自 然变化千年 # 万 年尺度气候变化的增温幅度 , 它对 人类的影响将会十分深远。人类的文明也许还没有 经历过这样剧烈的全球增温考验 , 很难预测我们人 70 71 996 地 球科学进展 341. 第 20 卷 类甚至地球生命是否有能力去适应 这样的气候巨 变。所以 , 全世界应该积极采取一致的行动 , 一方面 2 C heng H a.i The m u tation study of glob al cli ate: Argue or act 要通过不懈地努力大力减少温室气体的排放 , 以减 J. Ch ine se S cien
38、ce Bu lletin, 2004, 49( 13): 1 339 1 344. 缓全球增温的趋势 ; 另一方面要大力提倡植树种草 , 3 S chw artz P, Randall D. Abrup t cli ate change, report p re pared by G lobal Bus iness Net ork ( GBN ) for the Depart en t of 提高自然界对 CO 2 的吸收和固碳的能力 , 以此来减 D efen se EB /OL. h ttp: 0 www. gbn. org/A rticleD isp layServlet 少大气中的 C
39、O2, 以减缓全球增温幅度 ; 同时 , 应该 srv? a id= 26231, 2005. 全面研究主动适应全球气候变 暖的对策和方略 , 以 4 Lyell C. Princip les of Geology, B eing An Attem pt to Exp lain the 做到处变不惊、应对有方。 5 结 语 气候变化的原因十分复杂 , 到目前为止还没有 哪一种学说或观点能够给我们一幅清晰的气候变化 的图像 , 对气候变化的影响实际上是多因子共同作 用、多尺度重叠、人类活动和自然因素混杂的过程。 我们主要介 绍了目前流行的几种关于气候变化的观 点和学说 , 但它们同科学真理仍有一
40、定的距离。目 前流行的观点或学说并不代表真理 , 只是流行而已 , 如古代流行的 地心说 最终被 日 心说 所代替。 相反 , 被一度批判或冷落的学说如大陆漂移说则在 新证据的支持下获得新生。 正是气候变化的极端复杂性 , 才使处于今天科 技飞速发展的现代人类比以往任何时期都更加迫切 地希望了解整个地球环境的行为规律 , 也正是气候 变化的极端复杂性 , 才使不同学科的科学家献身于 这一领域 , 形成全球气候变化研究的巨大潮流。我 们相信 , 在 不远的将来 , 更加切合实际的气候模拟与 广泛而具有高分辨率的可靠的长时间序列的气候记 录及观察结果的紧密结合 , 无疑会使我们对气候变 化原因的认
41、识更加深入。 同时对人类活动对气候变化的影响要有一个科 学的态度来对待 , 在人类活动引起气候变暖的思想 大潮中 , 还要头脑清楚地看到人类活动对气候变暖 的某些抑制因素 , 这样也许会使我们更加客观地估 计未来气候变暖的幅度。同时 , 要充分认识到气候 变暖的影响具有两重性 , 它其实是把双刃剑 , 对人类 和地球环境有许多灾难性影响的同时 , 很可能还会 有一些意想不到的有利 贡献。不过 , 无论怎样应该 充分重视全球气 候变暖问题 , 要加强认识 , 思考对 策 , 主动应对 , 在气候变暖过程做到趋利避害。 参考文献 ( R eferences): 1 Zh ang Lan sheng
42、, Fang X iuq , Ren Guoyu. G lobal Change M . Beijing: H igher E du cation Press, 2001. 1 341. 张兰生 , 方修琦 , 任国玉 . 全 球 变 化 M . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2001. 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Form er Changes of the E arth Su rface by Reference to C auses Now in OperationM . London: John M urray, 1830. A
43、gass iz L. Tudes Su rL es G laciersM . Neu ch T e:l Privately Pub lished, 1840. Sav in S. Th e h istory of the E arth su rface temp erature du ring the past 100 m illion years J. Annual R ev iew s of E arth and P laneta ry S cience, 1977, 5: 318 355. Savin S. Stab le isotopes in cli atic recons truc
44、tionsA . In: Ber gerW H, C row ell J C , eds. C li ate in E arth H istory C. W ash ington: NationalA cadem y Press, 1982. 164 171. Doug las R, W oodru ff F. D eep sea b enth ic foram in iferaA . In: Em ilian iC , ed. The Sea. Vol 7, The O cean ic L ith osphere C . New York: John W iley, 1981. 1 233
45、1 327. M oore T C, P is ias N G, K eigw in L D. C enozo ic variab ility of oxy gen isotopes in ben th ic foram in iferaA . In: BergerW H, C row ell J C, eds. C li ate in E arth H istory C . W ash ington: N ation al Academ y P ress, 1982. 172 181. M iller K G, Fairbank s R G, M ountain G S. Tertiary oxygen iso tope synthes is, sea level h istory, and continen talm argin erosion J. Pa leoceanog raphy, 1987, 2: 1 19. W o