全球变化1.ppt
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1、近年来,海拔5896米的非洲第一高峰 乞力马扎罗山山顶积雪融化、冰川消失现象非常严重,在过去的80年内冰川已经萎缩了80%以上。有环境专家指出,乞力马扎罗雪顶可能将在10年内彻底融化消失,届时乞力马扎罗山独有的“赤道雪山”奇观将与人类告别。,Kilimanjaro 2000,Kilimanjaro 1970,Kilimanjaro 2005,卫星照片揭示南极冰架 50亿立方冰体崩塌全过程,2002年3月,冰体充满海湾,冰山向外漂移,冰架崩落,原来空的海湾,2006年9月20日,一座从冰川分离出来的冰山漂浮在格陵兰岛西南的海面上。 研究报告表明:格陵兰岛上厚厚的冰雪覆盖层融化速度比科学家预计的要
2、快得多。,2008年3月6日的照片显示 威尔金斯冰架出现一个巨大的裂缝,2010年巨型海冰脱离南极 龙尼-菲尔希纳冰架的过程,1月12日下午,1月13日上午,1月13日下午时,图瓦卢 全球第一个因气候灾难而举国搬迁的国家。 南太平洋岛国图瓦卢,由九个环状珊瑚小岛构成,总面积只有26km2,最高海拔4.5 m,总人口1.1万人(世界第二少)。 从19932009年,图瓦卢的海平面总共上升了9.12cm,以此字推算,50年之后,海平面将上升37.6cm,图瓦卢至少将有60的国土彻底沉入海中。 图瓦卢人民成了名符其实的 “环境难民”,从2002年起正式举国迁往新西兰。,图瓦卢,图瓦卢唯一的主干道被淹
3、没,大潮期间被海水淹没的图瓦卢,台风期间成为泽国的图瓦卢,印度洋岛国马尔代夫,1190个珊瑚岛所构成的群岛小国 平均海拔 1 米,人口 28 万,1190个珊瑚岛所构成的群岛小国 平均海拔 1 米,人口 28 万,胡杨一个神奇的树种,其生长总和凤凰与鲜血紧密相连;一个多变的树种,春夏为绿色,深秋为黄色,冬天为红色;一个坚强的树种,活着三百年不死、死后三百年不倒、倒后三百年不朽。,额济纳的胡杨林,弱水河畔、居延海边是胡杨的故乡, 39万亩的胡杨林是当今世界仅存的三处天然河道胡杨林之一、是阻止巴丹吉林沙漠向北扩散的重要屏障,是中国西部生态的天然宝库。 黑河水断流、居延海干涸,70多万亩胡杨林现仅残
4、存30万亩。哀叹胡杨的远去也许更应该哀叹人类自己,拯救胡杨林便是拯救人类自己的家园。,额济纳的眼泪:胡杨没有了剩下的只有沙漠,全球气温变暖将可能导致北极熊溺死,水资源短缺,水资源短缺的中国西部农民用沙土来洗脸,2005年8月30日,在美国南部路易斯安那州的新奥尔良市,由“卡特里娜”飓风带来的洪水将城区淹没。,广西融安西山仍在顽强工作的中国移动基站,因冰雨天气,光缆上结满了冰,变粗数十倍。,2011年2月28日5时左右,云南省丽江市玉龙纳西族自治县黄山镇五台村委会发生森林大火。截至3月1日凌晨1时,火势仍在蔓延,火线达数百米。, 全球变化科学导论 ,朱诚等,Contents,全球变化研究的基本问
5、题,1,全球变化研究的主要方法,2,环境演变与全球变化,3,人类活动与全球变化,4,全球变化研究的基本问题,产生的背景,全球变化科学,研究的主要 内容及意义,全球变化研究的基本问题,产生的过程,背 景,产生的 过程,背 景 硬件条件 社会需求 历史必然性 科学思想代表,全球变化科学产生的背景,全球变化科学产生的背景,一、全球变化科学产生的过程 全球变化研究研究是在20世纪80年代初开始。 1983年,首次提出物理过程与生物过程相互作用的观点,并将其与自然界尚未揭开的“奥秘”联系起来; 1984年国际科学联合会第20届大会开始全球变化研究的讨论; 1986年国际科学联合会第21届大会后,组成了1
6、9人的国际地圈-生物圈(全球变化研究)计划特别委员会,于国际科学联合会第22届大会提出全球变化研究的计划大纲。 全球变化的研究1987-1990年制定计划;20世纪90年代-21世纪前10年计划实施阶段;进行长达20的持续观测。,全球变化科学产生的背景,全球变化科学产生的背景,特别委员会下设的协调专家和工作小组主 要负责的研究内容: 陆地生物圈和大气化学的相互作用(CP1) 海洋生物圈与大气的相互作用(CP2) 水循环的生物学方面(CP3) 气候变化对陆地生态系统的影响(CP4) 全球地圈、生物圈模拟(CP5) 资料和信息系统(WG1) 地圈-生物圈观测站(WG2) 过去的全球变化(SSC),
7、全球变化科学产生的背景,二、全球变化科学应运而生的背景 全球变化研究科学是在时代的发展、科学的进步、 社会的需要情况下产生的,主要表现在以下4个方面: 1硬件条件 在20世纪末全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000个高空站、10 000个气象站、3000个飞行器、7000艘充气船、500个浮标、长期立体动态信息库,还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。,全球变化科学产生的背景,2社会需求 急需国际合作共同解决十大环境问题: (1)大气污染:人类在最近一个世纪排放的C02 增加了20 ,全球每年使用矿物燃料燃烧排入大气 的C02达55104t。,德国法兰克福附近一
8、个发电厂上空,一道彩虹划过被污染的厂区,全球变化科学产生的背景,(2)温室效应:1950-1985年,全球排放的C02、 氮氧化物、氯氟烃等物质增加了20倍。世界6个工业 大国排放的温室气体占全球排放量的45%,过去100年 中气候变化最暖的6年均出现在20世纪80年代。气候 专家预计2025年全球平均气温将上外l,到下世纪 将上升1.5-4.5。在过去100年内,世界海面上 升了10-15cm;预计未来100年内,全球海面将上升 100cm,沿海许多地区将被淹没,不少岛屿将消失, 洪涝、风暴潮灾害将加剧。,大气中温室气体含量和污染物迅速增长,全球变化科学产生的背景,(3)臭氧层被破坏:已发现
9、每年春季南极上空 臭氧台量都消失40-50,臭氧层空洞已大如美国 国土,欧洲上空臭氧含量在1992年 5 月中每天减少 1,到2000年北半球上空臭氧减少了25-30。 截止到2000年,破坏臭氧层的氯氟烃近60年已排放 12106 t,全球每年产生量达1106t,其中发达 国家占80。,臭氧层的破坏和南极臭氧洞,全球变化科学产生的背景,(4)土地沙漠化:每年全球有5-7104km2耕地变 为沙漠。另有21104km2耕地完全丧失生产能力,地 球陆地13处于干燥地区,全球约l0亿人生活在沙漠 化威胁地区。联合国环境规划署称,今后20年内,每 年为控制沙漠化至少要耗资45亿美元。,土地退化和荒漠
10、化,甘肃民勤已成世界上荒漠化 最严重地区,沙造林死亡了村庄也跟着死亡了,民勤匈奴休屠王曾经的牧场, 如今是黄沙漫漫。 05年,沿着河西走廊实地探访民 勤,地表水严重断流,民勤可以使用 的地表水仅有0.8亿m3左右。17个乡 镇、14万人、18万头牲畜无水可用。 全县水资源缺口达6.1亿m3 。,逼近村庄的沙漠,人去屋空,全球变化科学产生的背景,(5)水的污染:地球水资源为138108km3,其 中97是海水,人类淡水资源严重不足。各国每年工 业用水超过600km3,而灌溉农田用水多达 3000- 4000km3,受化肥和有毒物质污染的水不少于上述水量 总和的13。全球每年25万人死于水污染造成
11、的疾 病。全球60亿人口中,12亿人缺乏卫生安全的饮用 水,腹泻病例每年达10亿多。,全球变化科学产生的背景,(6)海洋环境恶化:海洋占地球面积71,全 世界每年向海里倾倒的垃圾多达 200X108 t(包括塑 料制品、生活垃圾、工业废料、放射性物品),每年 倒入海洋的石油和污染物分别达到3.2105和 6.5105 t。海洋污染使沿海居民发生肝炎、霍乱 病例增多,鱼虾和海洋生物大量死亡。,全球变化科学产生的背景,(7)森林锐减:历史上,森林和林地曾占陆地 13以上,但过去l万年以来,因人类砍伐和火灾 使地球森林面积缩小了l3。最近20年内全球每年 砍伐森林20l04 km2。有22个国家中的
12、1亿人没有 足够的林木供其最低限度的燃料需求。欧洲的原始 森林几乎完全消失。全球热带雨林仅有原来的12。 水土流失、土地沙漠化以及水旱灾害主要由此而生。,巴西热带雨林的破坏,全球变化科学产生的背景,(8)物种濒危:地球上每天有100种生物灭绝。现 有物种为1000万种左右,到21世纪初可能消失的物 种为100万种。有证据表明,地球30- 70的植物 在今后100年内将不复存在,20世纪末处于灭绝边缘 的哺乳动物有406种,鸟类593种,爬行动物209种, 鱼类242种。生物种类大灭绝的后果将给人类前途带 来致命威胁。,生物多样性遭破坏 热带雨林地球生物多样性最丰富的陆地生态系统,被誉为地球的基
13、因库,地球上约1000万个物种中,有200400万种都生存于热带、亚热带森林中。 在亚马逊热带雨林中每平方公里不同种类的植物达12OO多种,地球上动植物的15都生长在这里。 然而由于热带雨林的砍伐,那里每天都至少消失一个物种。,雨林变人工林“赶走”原有生物,生物多样性遭破坏 从1970年2000年,热带雨林最低温度的平均值的上升,对那些对气候敏感的两栖动物影响巨大。 高温导致更多干旱气候,热带雨林高地的异常连锁反应也使破坏性很强的菌类植物加快繁殖,进而影响到青蛙等动物的生存。 在波多黎各附近的岛屿上,17种细趾蟾科动物中的3种已经灭绝,另有78种的数量已经开始下降。,全球变化科学产生的背景,(
14、9)垃圾成灾:地球亡的垃圾越来越多,20世 纪末仅美国每年就产生工业垃圾20108 t以上, 城市居民垃圾22108t,丢弃的旧汽车1000多万辆,废轮胎上亿只。全球危险废物以每年5108t 的速度递增。垃圾无孔不入,在珠穆朗玛峰、南极都有垃圾,在太空轨道上有7000多个直径 10 cm以上的废物碎块在飘游(高速运转的太空垃圾)。,全球变化科学产生的背景,(10)人口增长过快:1800年世界人口只有10 亿,1930年达20亿,1964年达30亿,1987年7月11 日达50亿,1999年10月12日已达60亿以上。人口学 家估计世界人口正以每年l亿人的速度在递增,到 2030年人口可能达10
15、0亿。地球资源在开发利用的速 度和承载率上目前已赶不上人口增长速度。为保护 全球资源和环境,控制人口迫在眉睫。,人 类 社 会 的 变 化,城市化,人口增长,人口快速增长和城市化,过去300年内全球人 口增长了10倍,从6亿 增到60亿。 城市人口增长最快, 19世纪初只有3%的居 住在超过5000人的城 市里,20世纪初,14% 的人口住在城里,1991 年50%以上为城市人口。 目前城市人口的增长率占2.6%,其中发展中国家的增长率为3.4%,亚洲最快达4.8%。,全球变化科学产生的背景,3、历史的必然性 全球变化研究科学的产生是历史进程的必然。全球 变化研究是20世纪以来地球科学发展的里
16、程碑之一。 1905年发现电离层; 1906年发明放射性同位素测年; 1915年大陆漂移学说提出;1920年米兰科维奇天文理论提出; 1930年臭氧层学说提出; 1948年第一个数值天气预报产生; 1957年国际地球物理年(开始第一次多学科合作、大规模开展观测); 1960年第一张全球卫星图片诞生; 1969年人类登月成功。 此外,还有臭氧洞的发现、海事卫星的发射和成功使用, 直至1986年国际地圈-生物圈计划的制定和实施。,全球变化科学产生的背景,4、科学思想代表 全球变化研究的科学思想的代表: (1)亚里士多德(Aristodle),公元前300年古希腊哲学家和自然科学 家,他首次提出支持
17、生命的物理系统。 (2)加兰(Garland),1982年国际地球物理学会(IVGG)主席,首次 提出地球系统科学的概念。 (3)弗里德曼(Fridman),美国科学院物理、数学、资源委员会主席, 1983年他首次提出“全球变化(Global Change)”的概念。从此,人类开始 从交叉科学角度将地球作为全球系统开展研究。 (4)马隆(Malone),1984年国际科学联合会副主席,是他第一个将全 球变化研究付诸实施。 全球变化研究这门科学就是在上述背景下应运而生的。,全球变化研究的基本问题,主要内容,相关研究计划,学科性质,全球变化科学研究的主要内容及意义,主要意义,全球变化科学研究的内容
18、及意义,一、全球变化科学研究的主要内容 (1) 研究地球系统复杂的多重相互作用的机 制,是目前全球变化最主要的研究内容。 (2) 分析地球系统各种尺度的变化规律和控 制这些变化的主要因素。 (3) 建立地球系统变化的预测理论方法。 (4) 提出全球资源和环境科学管理的方法。,地球系统 地球系统的组成,全球变化的研究对象、目标和要解决的主要科学问题 对象地球系统 目标描述和理解地球系统运行的机制、变化 规律、 人类活动在其中所起的作用与影响; 提高对未来环境变化及其对人类社会发 展影响的预测和评估能力; 为全球环境问题的宏观决策提供科学依据。,地球系统的划分,地圈 (地球物理状态的综合) 生物圈
19、(全球生态系统),物理气候系统:,固体地球系统,(水圈、大气圈为主体),(岩石圈、表土层为主体),决定 地表水份和能量的交换和分布,形成全球气候。,决定 地壳的生消及其运动,形成地球的海陆分布格局与各种地貌形态。, 物理气候系统、固体地球系统、全球生态系统分别调控着水循环、生物地球化学循环、固体地球物质循环三个循环子系统。,地球系统物质与能量交换的过程,物理过程大气和海洋的环流运动及其相联系的热量输送、水循环过程、地壳的垂直升降与水平推移等过程。 化学过程岩石矿物的溶解、大洋中的碳酸盐沉积、大气中氧气的生成与消耗等过程。 生物过程动物的生长、繁殖过程,生物之间的捕食鱼被捕食等于生命活动相联系的
20、过程。,驱动全球气候系统变化的主要过程(十年-百年尺度), 大气化学成分的控制和调节; 平流层过程; 海洋物理过程; 海洋生物化学过程; 陆面过程和生态系统; 水的多种作用;,未来IPCC着重研究11个关键问题 (赵宗慈、王绍武 2009) 尽管从IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)1990年发布第一次评估报告到2007年发表第四次评估报告(AR4)已经将近20年,但人们对气候变化的科学认识仍然存在很多的空白和不确定性。 09年4月,美国气象学会公报刊登了22位IPCC三个工作组第四次评估报告主要作者联合撰写的文章从IPCC AR4得到的启示科学发展要求认识、预报和响应于气候变化,综述了
21、从IPCC AR4以及近些年发表的97篇文献所获得的启示,提出未来IPCC应该着重研究的11个关键科学问题,分为四类:,认识和预测以适应气候变化 关键问题1:需要提高模式再现气候系统的基本特征的能力,如环流和降水的分布、厄尔尼诺、季节变率以及与温度和降水有关的极端天气气候事件。 关键问题2:为政策制定者和社会需求,需要做未来10年30年时间尺度的气候预测,包括对不确定性的量化估计。 关键问题3:除了集中在全球和年代际预测外,应该加强对区域尺度气候信息的研究,以及研究陆面过程和生物圈与大气圈的相互作用。,确保全球气候系统观测记录质量 关键问题4:建立气候和与其有关的影响方面的观测资料档案。首先应
22、该根据需要进行再加工,以便反映新的认知和改善与降低错误率,以及进行对偏差的估计;其次对全球再分析资料进行合成,应该制作成可利用的全球网格点的场。 关键问题5:资料库必须扩展到包括受到气候变化影响的观测值,并且要考虑自身的和有序的适应,气候影响方面的观测值特别应该在已被确认是高度脆弱的地区,以及具有弱和强适应能力的地区制作。 关键问题6:必须建立系统性的方法,特别是涉及到脆弱性的监测和评估方面。,影响、适应和脆弱性协调和交叉的研究 关键问题7:需要发展和应用一组统一的和一致的情景方案,包括土地利用、土地覆盖和排放资料库,具有一致的和多种的空间和时间尺度,以及考虑历史和未来的时间尺度,从而支持从事
23、气候和综合评估的研究团体。,在影响方面关键的气候科学问题 关键问题8:应用观测和新技术,提高对水循环变率的认识,包括很短期和几十年的时间尺度,特别是涉及到极端事件的问题。 关键问题9:建立一个直接的行动组,应用物理过程的研究和观测结果,综合得到有关冰盖对气候变化的非线性响应,包括冰盖对海面上升的影响,这些结论应该得到大多数专家的共识和认可。 关键问题10:需要努力改善对模拟过程的研究和认识地球系统碳循环的反馈。这将要求有更稠密和分布更均匀的观测站网,利用遥感观测在陆地、海洋和大气中与碳有关的变量;此外也需要改进碳循环模式。 关键问题之11:需要对一些过程进行评估,如气溶胶间接强迫的认识(例如气
24、溶胶的输送、对流过程,云的形成和消散),并且还需要评估在气候模式中再现这些过程的可靠性。至少应该通过多模式对比与计算,确定过去和未来几年对气溶胶间接辐射强迫效应的上界。,总结以上需要研究的11个关键问题可以得出:当前急需进行的是提高对气候系统全方位的高质量的监测和观测(特别是在脆弱地区),提高气候模式的模拟水平(特别是在区域尺度),以及提高对未来10年30 年气候变化的预测水平(特别是对极端气候事件的预测水平)。地球气候正在变化,其变化程度有多大以及对人类的影响有多大,是政策制定者关心的重要问题,科学家们必须进一步做出更科学的和更可靠的评估。当然,气候变化的影响与对策研究是一个整体,涉及到各个
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