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第十章全球气候变化（GlobalClimateChanges）地球气候系统：一个涉及阳光、大气、陆地和海洋等内容十分丰富的系统。内容提要一、地球系统的能量平衡二、世界气候的异常现象与变化趋势三、全球变暖趋势明显四、气候变化对策五、气候变暖问题的对策一.地球系统的能量平衡•地球上缤纷世界的万千变化，昀根本的驱动力是来自太阳的能量。•太阳光以30×104km/s的速度自宇宙空间到达地球，几乎没有能量损失；•当太阳辐射自外层空间到达大气层时，则发生一系列变化：～100km高空：λ＜100nm的紫外光几乎被N2、O2、N和O完全吸收；50～100km：λ＜200nm的紫外光被O2部分吸收；15～35km：λ＜310nm的紫外光几乎被O3完全吸收；近地面（0-15km）：λ＞310nm的太阳辐射，进入对流层大气。地球系统的能量平衡30%通过反射和散射损失在太空51%的太阳辐射被陆地和海洋吸收大气和云吸收19%在吸收太阳辐射的同时，地球本身也有热辐射，以3～30µm的长波红外线为主。地球热辐射昀重要的吸收物质是CO2和H2O。47%被大气吸收30%立即返回太空1%引发风和海洋环流23%驱动水循环0.02%产生光合作用所有太阳能昀终以热的形式再反射回太空。少于十亿分之一太阳少于十亿分之一太阳辐射总能量可达到地辐射总能量可达到地球外层空间球外层空间地球系统的能量平衡•由于红外线能量较低，CO2和H2O对红外线的吸收不发生化学反应，光吸收的结果只是阻挡热量自地球向外逃逸，加热大气层即形成一绝热层。•大气中CO2和H2O等微量组分对地球长波辐射的吸收作用使近地面热量得以保持，从而导致全球气温升高的现象称为“温室效应”（GreenhouseEffect）。•这些微量组分称为(GreenhouseGases)，除CO2和H2O外，重要的温室气体还有：CH4、O3、N2O和CFCs等，都是多原子的级性分子。温室气体地球的自然温室效应与温室气体•温室气体对地球红外辐射的吸收作用在地球―大气的能量平衡中具有非常重要的作用。•假如没有现在的大气层，地球的表面温度将比现在低33oC，大多数动植物将面临生存危机。正是大气层的温室效应造成了对地球生物昀适宜的温度，从而使得生命能够在地球上生存和繁衍，这种温室效应称为天然温室效应。•在天然温室效应中，H2O的贡献超过60%,CO2也有重要贡献。•地球与火星、金星比较：火星大气层是地球0.1%,CO2浓度95%,总温室效应很低，平均气温只有-53oC。•金星大气层比地球厚90倍，大气组成CO298%,温室效应比地球大得多，平均气温458oC。二、世界气候的异常现象与变化趋势1.气候一直在变化•地球气候系统是一个涉及阳光、大气、陆地和海洋等内容的十分复杂的系统。•自从人类诞生以来的300万年中，世界气候一直经常和广泛地发生着波动。这些变化大部分与人类的活动影响无关。在不同时期内，有许多不同的自然因素使气候发生了变化，而且现在仍然变化着。近百年来气候的异常现象•但是自工业革命以来，随着人口增长和科学技术水平的提高，人类活动对全球的气候变化产生越来越深刻和重要的影响。•由于人类大量地使用矿物燃料（煤炭、石油和天然气）加上其他的人为活动过程，导致温室效应的加剧，可能会引起全球的温度增高，并由此将产生一系列环境问题。•自1960s以来，世界各地不断发生气候异常现象，且有愈演愈烈的迹象。近十年恶劣天气频频发生巴尔干地区出现百年不遇的大雪02年10月欧洲西部暴雨成灾1997年1月美国加州大洪水2.世界气候变化趋势―变冷说①“米兰戈维支理论”，冰河期形成源于地球自转长期偏差→气流与洋流变异及地球自转加速→大陆积雪不规则运动→气候变冷。②“太阳黑子理论”，太阳黑子数量的增加将使太阳辐射减弱，引起地球变冷。③“阳伞效应”，火山喷发出的尘埃和工业、交通、炉灶等排放的烟尘不断增加，这些悬浮在大气中的气溶胶颗粒物就象地球的遮阳伞一样，反射和吸收太阳辐射，引起地面降温。也称“冷化效应”。核冬天3.世界气候变化趋势―变暖说①主要根据是“温室效应”，由于化石燃料燃烧，大气中CO2浓度增加，导致温室效应加剧。低层O3浓度增加也增强温室效应。②“放大器效应”，大气中含有级少量CFCs、CH4、N2O，吸热能力巨大，如CH4温室效应比CO2的效果强多倍，而CFCs比CO2强2万倍，N2O也有将温室效应放大的作用（比CO2大300倍）。③“城市热岛效应”④“周期性的厄尔尼诺现象”⑤“拉妮娜现象”人为增加的温室气体温室气体人为排放源或导致增加源天然排放源CO2CH4N2OCFCs化石燃料燃烧、地表植被破坏大气、生物、海洋天然气、煤矿、生物质燃烧、反刍动物、稻田、垃圾、废水湿地、白蚁、海洋、其他化肥使用、工业生产、燃烧过程土壤、海洋生物作用人类化学工业无O3(对流层)化石燃料应用导致的大气污染生成平流层输入、自然光化学过程③城市热岛效应•随着人口增长，城市化进程的加快，城市的空气污染、人为热的释放和下垫面的改变引起了气温的上升，使市区温度一般比郊外高0.5―1.0oC,此现象称为“城市热岛效应”。美国华盛顿地区冬季城市与周边地区温差北京及周边地区卫星遥感城市热岛特征模拟北京地区温度场时间：2001年1月5日北京市热岛的数字化图象④周期性的“厄尔尼诺现象”(Elnino)•在赤道东太平洋海域（南美洲秘鲁、厄瓜多尔西海岸），每隔几年就发生一次大规模的海水温度骤然升高现象，一股暖洋流向南流动，使原属冷水域的太平洋东部水域变成暖水域，导致海洋生物大量死亡，并引起全球范围气候异常，东部暴雨频繁，持续高温；西部地区高温少雨，严重干旱,引发一系列自然灾害。•1997年8月世界气象组织主持召开的科学大会上指出：厄尔尼诺已超过温室气体排放，森林毁坏而成为影响全球气候异常的昀主要因素。（Miller,LivingintheEnvironment12th,p127）“厄尔尼诺”现象（ElNino）的气候影响⑤“拉尼娜”现象（Lanina）•与厄尔尼诺相反的上述海域异常降温的现象，称为拉尼娜（仙女，小女孩）现象，其气候意义与厄尔尼诺相反。其他因素大气中有些痕量活性气体并不是温室气体，但通过化学反应能促成它种气体的生成或破坏，间接影响温室效应。如CO、NOx、NH3、H2S等。三.众多事实表明：全球气候正在变暖1.近100年，全球平均气温持续升高研究表明，过去100年里，全球平均气温上升了0.2∼0.5oC，全球海平面上升了10∼25cm，近10年和20年气温升高幅度之大已达到过去110年的昀高记录。昀热10年都在近20年中，昀热7年都在昀近10年中。如果目前的温室气体排放不采取有效的控制对策，预计到2100年，全球气温将升高1∼3oC，全球海平面将上升15∼100cm，降水强度可能会进一步增加。全球气温变化趋势2.海平面高度上升过去的100年，海平面上升了10∼20cm，每年上升1∼2mm，近年有加快的趋势。2006年5月9日中国环境报报导太平洋岛国图瓦卢、基里巴斯和马尔代夫或许将成为消失在波涛下的国度！陆续迁移的图瓦卢人民3.南极生态变化•冰块融化，拉尔森地带∼1300km2冰块融化•植物南移，在南极不少新植物开始生长。•成群企鹅消失，食物链断裂：冰溶―冰面岩石表面植物消失―鱼虾死亡―企鹅无食•喜马拉雅山冰川比50年前后退5000m。4.各地高山冰川减少中国在本世纪将持续变暖5.人类活动排放的温室气体浓度不断增加是地表温度升高的主要原因¾CO2：是大气中原来就有的物质，其丰度仅次于氧、氮和惰性气体，是植物光合作用所不可缺少的。¾但是，由于人类大量使用化石燃料，砍伐森林使地球生物量总量减少，CO2排放量逐年增加并在大气中积累。¾世界各地的观测都表明，CO2的全球浓度上升明显，工业革命前只有280ppm，现在是379ppm，200年间CO2浓度增加了30%。1960-1990年大气CO2浓度变化趋势十六万年以来大气二氧化碳浓度和温度变化关系五百年来大气CO2浓度变化其他温室气体的浓度也明显增加•N2O（不科学使用化肥，生物质燃烧）：含量增加了15%。•CH4：主要来源为湿地、稻田排放。吸收红外辐射能力和增长速度均超过CO2，1750年CH4大气浓度为800ppb，现在为1720ppb。增长原因：稻田增加，垃圾填埋、生物质燃烧量加大。CFCs•1930年以前大气中不存在，1930年合成出来；•50年代可在环境大气中检测出，•现大气浓度∼0.3ppbv。温室气体小结自然温室气体：CO2、H2O蒸汽。人为温室气体浓度贡献GWPCO2379ppm49%1CH41720ppb18%10CFCs0.3ppbv15~20%1000N2O6%100大部分水汽来自海洋蒸发，人为影响不大O3各地浓度差别太大，不好定量，变化小6.气候变化引发的环境问题全球气候的变化，尤其是温室效应的加剧，将产生一系列环境问题，引起了世界各国的广泛关注对人体健康的影响：极热天气频率增加，心脑血管和呼吸道疾病死亡率增高，传染病更广泛传播。对水资源的影响：温度升高→水体挥发→降雨增加→洪涝加剧。对森林的影响：森林病虫害和森林火灾增加。对沿海地区的影响：海平面上升对经济发达的沿海地区影响严重。对生物物种的影响：动植物迁徒可能跟不上气候变化，全球特殊生态系统（长绿植被、冰川）等面临困境。对农业影响：温度上升增产受益，但必须改变原生产模式。再热3oC,30亿人无水喝！森林将锐减60%！四、国际行为对策─国际合作与对策科学追溯：Í1827年，法国科学家Fourier:地球的大气能让高能量的太阳辐射穿过,并通过捕捉部分从地球表面反射的长波热辐射的方式,使地球表面变暖,这种效应由许多“温室气体”,尤其是二氧化碳和水汽.；Í19世纪末,瑞典科学家Arrhenius认为,持续的燃烧煤炭可能会增加空气中二氧化碳的含量,使地球变暖；Í1957年,Ｃ.Ｄ.Keeling在夏威夷的Maunaloa观象台开始了对二氧化碳浓度的常规观测。同年，国际地球物理学年会发起建立观测网络；Í1988年，政府间气候变化委员会（IPCC）成立;¾1988年，由世界气象组织（WMO）和环境规划署（UNEP）联合成立;¾由世界70多个国家2500名杰出科学家组成;¾1990、1995和2001三次发表全球气候变化评估报告；¾2001年报告被科学权威杂志“Science”列为2001年世界十大科学新闻。IntergovernmentalPanelonClimateChangeIPCC——政府间气候变化委员会•1992年5月，联合国通过了《联合国气候变化框架公约》，要求各国加强合作，减少CO2排放量。《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）1992年巴西里约环发大会期间签订，目前已经得到185个国家的批准，已经于1994年生效。–“气候变化”定义：“气候变化”指，在一定时期内，除自然因素外，由于人类活动直接或间接地改变地球大气的组成而造成的气候变化。–基本原则：共同但有区别的责任，预先防范原则，国际合作，可持续发展。–公约目标：将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上,这一水平应当在足以使生态能够自然地适应气候变化、确保粮食生产免受威胁和经济发展能够可持续地进行。–初步承诺:发达国家率先行动，努力到2000年将CO2等温室气体排放量控制在1990年的水平上。1997年12月1∼11日，在日本京都召开了“联合国防止地区变暖会议”（框架公约第三次国际会议），发布了•1998年11月14日在秘鲁第四次会议闭幕。•“京都议定书”昀后规定，38个工业国在2008∼2012年削减温室气体5.2%（是指与1990年水平相差的百分比）。“京都议定书”京都议定书主要内容•制定减少排放量目标值（见下页表）。•确定温室气体种类，共6种温室气体：CO2、N2O、CH4和三种CFCs（氯氟烃HFCs、全氯化碳DFCs和六氟化硫SF6）。CO2除外，其余五种都按WGP（全球升温潜能值）换算成CO2当量计量。•发达国家承担义务，发展中国家暂不承担义务。•以199