气象学与气候学 - 第八章 气候变化

气象学与气候学第八章气候变化2第八章气候变化第一节气候变化及其时间尺度第二节不同时间尺度的气候变化第三节气候变化的影响因子31.气候变化及其时间尺度1.1气候变化的定义较长时期的气候演变，也泛指各种时间尺度的气候演变。IPCC:气候变化指气候状态的变化，而这种变化可以通过其特征的平均值和/或变率的变化予以判别(如通过运用统计检验)，这种变化还将持续一段时期，通常为几十年或更长的时间。《联合国气候变化框架公约》:“在可比时期内所观测到的在自然气候变率之外的直接或间接归因于人类活动改变全球大气成分所导致的气候变化”41.2气候变化的时间尺度时间尺度的变化范围对于气候研究，约为月际到几亿年(100~108年)。气候变化的时期划分108年~大地质年代气候变化（亿年尺度）106年~小地质年代气候变化（百万年尺度）105-4年~古气候变化（万年-几十万年尺度）104-3年~历史时期气候变化（千-万年尺度）102年~现代气候变化（百年尺度）101-0年~短期气候变化或波动（年代际、年际、季节）5周期段时间尺度大冰期与大间冰期几百万年~几万万年亚冰期与亚间冰期几十万年副冰期与副间冰期几万年寒冷期（小冰期）与温暖期（小间冰期）几百年~几千年世纪及世纪内的气候变动几年~几十年各种周期气候波动6近40万年以来的气候变化•副冰期-副间冰期旋回南极东方站（Vostok）冰芯反演得到的气温、CO2、CH4的变化末次冰期冰盛期（LastGlacialMaximum:LGM)~21kaBP末次冰期中气候最冷、冰川规模最大时段全球降温5-10C，降水普遍减少，冷干气候特征7第八章气候变化第一节气候变化及其时间尺度第二节不同时间尺度的气候变化第三节气候变化的影响因子82.不同时间尺度的气候变化2.1地质时期的气候变化冰期、间冰期交替出现，全球已出现过3次大冰期和2次大间冰期。震旦纪大冰期(6亿年前)寒武-石炭纪大间冰期(3~6亿年前)石碳-二迭纪大冰期(2~3亿年)三迭-第三纪大间冰期（2亿~200万年前）第四纪大冰期(200万年前至现在)92.1地质时期的气候变化周期变化长，全球平均温度变化幅度在10°C以上，伴随着地壳运动以及地理环境的变化。大冰期：持续时间约1,000万～2,000万年，气温和雪线下降，气温比目前平均低3~7°C大间冰期：持续时间约3亿年，气候变暖，冰川退缩，气温和雪线上升，中纬度温度变化幅度高达10℃，平均温度比目前高8~12°C102.2历史时期的气候变化历史时期：自第四纪更新世晚期，约距今1万年左右的时间开始代用资料（非器测）冰芯、树木年轮、黄土、湖泊沉积、历史文献等11主要气候事件末次冰期冰盛期（LastGlacialMaximum:LGM)~21kaBP新仙女木事件（YoungerDryas:YD）~12.2-10.5kaBP全新世大暖期（MegathermalinHolocene）~8.5-3.0kaBP中世纪暖期(MedievalWarmPeriod)~AD900-1300小冰期(LittleIceAge)~AD1320-192012新仙女木事件（YD）12.2-10.5kaBP全球冰川消退、气候回暖过程中发生的气候突变事件，YD结束后即进入温暖湿润的全新世全新世大暖期8.5-3.0kaBP间冰期中最暖阶段，该阶段时限较宽，包含一些气候波动。总体上暖于现代，降水多于现代全新世千年尺度气候波动与气候事件全新世存在千年尺度气候波动平均周期1.45ka。11kaBP以来有9个寒冷期，最近一次为小冰期.大暖期（8.5-3.0kaBP）8.2kaBP冷事件中世纪暖期(AD900-1300)小冰期（AD1320-1920）现代增暖（20世纪）近2万年以来的气候变化13oooooooooo12013012535451102350045700250750km1008090全新世暖期中国温度较现代增加的幅度（单位:℃。施雅风等，1992）14180360540720900108012601440162018001980-1.5-1.0-0.50.00.51.09609901020105010801110-0.50.00.51.015001550160016501700175018001850190019502000-1.5-1.0-0.50.00.51.0-1.00.01.0-0.6-0.4-0.20.00.2800100012001400160018002000上图：中国过去2000年（加权）温度距平，分辨率：10年。粗线为3点滑动（Yangetal,2002）下图：东部过去1200年的温度距平，分辨率：50年。（据王绍武等，2000b）过去2000年中国东部温度变化15012345678910-202-20020量水降度温KaB.P.青海湖孢粉所显示的近10ka气温(℃)、降水量(%)变化（时间坐标为14C年代，王绍武等，2002a）16一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来我国温度（虚线）变迁中国近五千年内可以相对地分出四个温暖期与四个寒冷期。200018001600140012001300150017001900+4+3+2+1-10-2-3-4100005000400030002000100050005001000150016001700180019001950高度（m）温度（℃）年代温暖期温暖期温暖期温暖期寒冷期寒冷期寒冷期寒冷期历史时期的气候变迁（近数千年的气候史）172.3近代气候变化特征器测资料主要气候变化现象：全球增暖(GlobalWarming)波动阶段性上升不同区域增暖幅度不同，极区最显著18过去140年来地球表面气温变化情况IPCCTAR:0.6±0.2˚C,0.58˚C/100a19年平均气温的变化趋势20AmplifiedGlobalWarmingbyAlbedoFeedbackinArctic极区增温更显著21过去150年来地球表面气温变化情况IPCCAR4:0.45±0.12˚C,0.74˚C/100a22全球气温变化趋势23Johannessenetal.(2004)全球增暖的证据：北极海冰面积减少24海冰的变化25雪盖的变化26全球增暖的证据：海平面上升27近百年（1906-2005年）全球地表平均温度上升了0.74℃，1956-2005年升温0.65℃。1995-2006年中有11年位列有仪器观测以来的最暖12年中。20世纪全球海平面平均上升约为0.17米；其间1961-2003年平均上升速率约为1.8毫米/年，1993-2003年的平均上升速率约为3.1毫米/年。全球大部分地区积雪退缩，特别是在春季和夏季；近40年北半球积雪逐月退缩（除11月和12月外），在20世纪80年代尤为明显。28公元1850年以来最暖的50年29全球和中国地表平均温度(相对于1961-1990年均值)变化近百年我国年均地表气温升高0.5-0.8℃，1980s以来暖期与1920s-1950s大致相当。和全球平均一样，近100年的增温主要发生在冬季和春季，夏季有微弱变凉趋势。全球资料取自HadCRUT3，中国资料由王绍武（1998）改绘30近50年我国年均地表气温升高速率0.22℃/10年，远高于全球同期0.13℃/10年。2006年全国平均气温偏高1.1℃，为1951年来最高值，也是连续第10年高于常年。2006年全球平均气温较1960-1990年平均偏高0.42℃，为有记录以来第6暖年。近50年中国地表气温(相对于1961-1990年均值)变化中国气象局国家气候中心312006年与1998年是我国1951年以来最暖的一年；从1986/1987年冬季开始，中国连续经历了21个“暖冬”。2006/2007年冬季全国平均气温偏高1.9℃，仅次于1998/1999年冬季，为历史同期第2高值。1951-2006年中国气温(相对于1961-1990年均值)变化中国气象局国家气候中心322007年春季全国平均气温为10.9℃，比常年同期（平均9.7℃）偏高1.2℃，为1951年以来历史同期最高值（与2004年并列）；1997年以来我国已连续11年春季偏暖。中国气象局国家气候中心全国平均春季气温历年变化33中国年平均气温距平(1880-1999年)(国家评估报告：0.2~0.8˚C/100a)1880190019201940196019802000-1.0-0.50.00.51.0Temperature/CTime/Yearo1998年是近百年最暖的1年，1990s是最暖的10年34809010011012013020304050中国年平均气温变化趋势（%/10a）分布图（1960—1999）35气候时间演变示意图现代气候学基础II3536全球气候变化的基本特征全球地质时期气候变化的时间尺度在22亿年到1万年以上，以冰期和间冰期的交替出现为特征，气温变化幅度在10°C以上历史时期的气候变化是近1万年来，主要是近5000年来的气候变化，变化的幅度最大不超过2-3°C近代的气候变化主要是指近百年或20世纪以来的气候变化，气温振幅在0.5–1.0°C之间。37第八章气候变化第一节气候变化及其时间尺度第二节不同时间尺度的气候变化第三节气候变化的影响因子383.气候变化的影响因子自然原因银河系变化、太阳演化、太阳活动地球轨道参数（轴倾、岁差、偏心率）大陆漂移、造山运动、火山活动海洋环流与海-冰-气-陆相互作用人为原因温室气体、气溶胶排放土地使用、热带雨林破坏城市化……时间尺度不同时间尺度气候变化、形成机制不同39米兰科维奇理论(Milankovitch,1941)~冰期天文理论（万年尺度）轨道参数的周期性变动理论核心：由于天体间引力的影响，地球轨道偏心率、地轴倾斜度和岁差等地球轨道参数发生变化，使地球接收到的太阳辐射产生差异，从而引起数十万年间的气候变迁。3.1冰期-间冰期循环的形成机制404142地球轨道偏心率的变化：0.00-0.068现在e=0.01743abae22目前北半球冬季位于近日点附近，地球获得的天文辐射量较现在远日点的约大1/15，冬半年较短，e值增大，冬季太阳辐射量增大，夏季减小，年变化减小；偏心率e减小，年变化增大。如果冬季在远日点，夏季在近日点，则冬季长而冷，夏季热而短。当e值增大，年变化增大；e值减小，年变化减小。地球轨道偏心率变化的影响4422.1~24.24，现在为23.44地轴倾斜度的影响表现在：地轴倾斜度增加：高纬度辐射量夏季增大，冬季减少，年较差增大，且年辐射量增加；赤道地区年辐射量减少。地轴倾斜度减小：高纬度辐射量夏季减少，冬季增加，年较差减小；赤道地区年辐射量增加。地轴倾斜度(黄赤交角的变化)45岁差的影响：春分点的移动、近日点和远日点的变化每70年左右，春分点后退一天影响四季的气候4689.889.092.893.64793.989.493.288.7483.2大陆漂移与气候变化493.3百年-千年尺度气候变化的形成机制海-气相互作用大西洋温盐环流（THC）变化（约1600年）由于海面受热冷却不均、蒸发降水不匀所产生的温度和盐度变化，造成海水的密度有所不同，引发深层海水的缓慢运动50全球温盐环流回路(输送带)513.4火山活动与气候变化火山爆发，对气候有着重要的作用和影响的是进入到平流层下层的火山灰尘和硫酸气溶胶，由于不会受到于水的冲刷，它能扩散到整个半球，低纬度的喷发能扩散到全球，并在中高纬保持最大浓度，最后在极冠落下。强烈反射和散射太阳辐射，削弱到达地面的直接辐射火山灰停留时间短（几个月），硫酸气溶胶可停留数年，可长时间对地面产生净冷却效应引起不同程度的全球气候波动：全球性的气温降低、降水增加、直接辐射减弱、散射辐射增加等。523.5人类活动对气候的影响大气成分改变对气候的影响温室气体排放会造成气候的“温室效应”主要温室气体：CO2,