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1、摘要迄今为止，地球上的气候自始至终都在不停地变化。气候变化具有周期性和波动性， 包括偶然性和突发性波动的基本特征。在漫长的气候史上，地球气候经历过冷暖交替的 冰河期和间冰期的巨大的变化。在最冷的冰河期里，地球表面的平均气温比现在约低 7-9 C；在最温暖的间冰期里，平均气温比现在约高8-12 C。影响地球气候变化的 自然因素主要包括：太阳辐射变化，地球轨道参数的改变，大气物质成分变化，大气气 溶胶的变化，云的变化，大气下垫面的特性，海水温度的变化，地表冰雪覆盖面积的变 化，等等；人为因素主要包括：砍伐森林，开垦荒地，开发工业区，扩大城市范围，燃 烧大量化石燃料等活动。关键词：气候变化地球ABS
2、TRACTSo far, the global climate has been changing from time to time, which is basically characterized by the cycling and fluctuating, among which it is including accident, or erupted fluctuation. On the history of the global climate, the global climate has been undergoing the very large change, whic
3、h included glacial period and interval-glacial period that both were alternately changing by the cold and warming. In the cold glacial period, the average temperature of global surface was about 7-9C lower than that in the modern time, and in the warming interval-glacial period, the average temperat
4、ure of global surface was about 8-12 C higher than that in the modern time. The natural factors that impact the global climate mainly include the sun radiation, the parameters of the earth moving orbit, the atmospheric substance, the atmospheric aerosol, the cloud, the features of the bottom surface
5、 of the atmosphere, the temperature of the sea water, the covering arias of the ice and snow of the global surface, and so on. And the anthropogenic factors include the deforestation, bringing the barren land under cultivation, developing the industry zones, extending the range of the cities, and bu
6、rning of the large amount of the fossil fuels, and so on.KcyWOrds： climate change, globe1概论11.1概述11.2定义11.3地史历史上的气候变化11.4近代气候变化41.5现代气候变化背景42气候变化的原因52.1客观世界的影响52.1.1太阳辐射的变化52.1.2大气环流形势和大气化学组成成分的变化82.1.3下垫面地理条件的变化92.2人为因素102.2.1人类活动改变下垫面102.2.2温室气体排放过度122.3气候变化原因新说133气候变化的影响与危害143.1冰川消融143.2极端气候153.3
7、粮食减产153.4海平面上升163.5物种灭绝163.6空气污染174. 国际间的主张与对策174.1人造工程184.1.1沙漠造林184.1.2生物碳184.1.3海藻农场194.2新能源194.2.1 风能204.2.1太阳能205. 气候变化趋势预测215.1减缓变暖215.2新冰河期22参考文献221概论1.1概述迄今为止，地球上的气候始终都在不停地变化。气候变化具有周期性和波动性，包 括偶然性和突发性波动的基本特征。地球气候变化的原因是多种多样的。有外来的，也 有内部的，它们被分别称为外部因子和内部因子。所谓内部因子，主要指气候系统内部 的相互作用和影响的各种因子，例如，地面反照率的
8、变化可以影响气候的变化，而气候 变化，冰雪覆盖面积改变，又可以影响到地面反照率。所谓外部原因，主要是指天文因 子和地文因子的影响。天文因子包括太阳辐射强度的变化及地球轨道参数（轨道偏心率， 地轴岁差，黄道交角）的变化等等。地文因子主要包括大陆地块漂移，造山运动以及极 轴移动等及火山爆发以及人类活动引起的大气物质成分的改变等等。全球气候系统，是由多种因素综合形成的一个十分复杂的巨大系统，上述各种因素 都可能对气候系统产生重大的影响。地球上的气候自始至终都在不停地变化。但是，对 气候变化的原因和变化的幅度，对于人类活动对于气候系统的影响问题的认知就肤浅了。因此，目前一些专家们担心，由于人类社会活动
9、和经济的高速发展，资源和能源的 过渡消耗，污染物排放持续增加，将会导致地球气候发生异常变化，从而威胁到全人类 的生存和发展的安全。世界各国领导人对于气候变化问题也十分关注。1.2定义全球气候变化（Climate change）全球气候变化是指在全球范围内，气候平均状态统 计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。气 候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成 分和土地利用的改变。1.3地史历史上的气候变化地球形成为行星的时间尺度约为46亿年。据地质沉积层的推断，约在20亿年前地球 上就有大气圈和水圈。地球气候史的上限，可追溯到
10、202亿年。据地质考古资料、历史 文献记载和气候观测记录分析，世界上的气候都经历着长度为几十年到几亿年为周期的 气候变化。现在为科学界所公认的有：1. 大冰期与大间冰期气候：时间尺度约为几百万年到几万万年。2. 亚冰期气候与亚间冰期气候：时间尺度约为几十万年。3. 副冰期与副间冰期气候：时间尺度约为几万年。4. 寒冷期（或小冰期）与温暖期（或小间冰期）气候：时间尺度约为几百年到几千年。5. 世纪及世纪内的气候变动：时间尺度为几年到几十年。从时间尺度和研究方法来看，地球气候变化史可分为三个阶段：地质时期的气候变 化、历史时期的气候变化和近代气候变化。地质时期气候变化时间跨度最大，从距今22 亿一
11、1万年，其最大特点是冰期与间冰期交替出现。历史时期气候一般指1万年左右以来 的气候。近代气候是指最近一、二百年有气象观测记录时期的气候。地球古气候史的时间划分，采用地质年代表示（表11）。表1-1地质年代表表8 - 1地球古气候史地质年代表地质年代地壳运动与地质戒况气候很况纪（系）.符距今年险百万 年新薨四蜡0苍或3喜马拉雅地有缓慢的升降运动第四纪大冰期氧气含量诂现代生运动f新阿水平气温升始下降代晚第三纪F25尔卑斯运喜马拉胞造山运动主要时期东亚笑陆趋于湿润早第三纪E65动媒形成 灰山运动大间世界气候均匀变暖 表现为热带气候中白垩纪冰期K13(5燕山运动海侵千燥气候蔬续发展气候生,代株罗纪J1
12、92.5f旧何尔卑燕山运动主要时期（造山运动强列）湿热气候大气氧随波动速率增加.三迭纪T223-巾国、欧洲、北美出现红色、气候铤熟，氧化作用强烈$二迭纪P280暮西.紫色土层海洋魁续增加容根大冰:世界性的湿润气候（除欧洲航 北美外J 千燃气候气候温暖无季节生 代石炭始0345运动大美山作用阳新场和乐平统造山运动期候泥盆纪D395陆相或海相沉积气候带呈明显的狩区志留纪3435海西运动开始海相诅积大规模的造山诺动为旬气候更趋暖化奥陶纪0500加里冰期气候增暖且干湿气候带东运:地房运动平静气候:建异明显形成欧亚大陆三塞武纪570海侵海退堂替个明显的气候带地层运动平静多海相沉积元震旦纪Z1000昌梁主
13、要岩层为沉积岩系冰期气候古主要根据1200运动上贝克白云地层（加利福尼氧占现代大气S水平的3 10%南非古老4500五台亚氧占现代火气水平的1蹬太地层划稣5000运动燧石藻地层（安大略、氧化大气的出现古的地质年300U劳怆无莅果树地层元吉代大泳期气候代代和地质3300运动州壳岩石、海洋形成，关古代的水期气候运动4500地壳努化地躁初期发展阶段6000 ?地竦形成在漫长的古气候变迁过程中，反复经历过几次大冰期气候。在表11中列出三次大 冰期，即震旦纪大冰期、石炭一二迭纪大冰期和第四纪大冰期。这三个大冰期都具有全 球性的意义，发生的时间也比较确定。震旦纪以前，还有过大冰期的反复出现，其出现 时间目
14、前尚有不同意见。1. 震旦纪大冰期气候震旦纪大冰期发生在距今约6亿年前。根据古地质研究，在亚、欧、非、北美和澳 大利亚的大部分地区中，都发现了冰碛层，说明这些地方曾经发生过具有世界规模的大 冰川气候。在我国长江中下游广大地区都有震旦纪冰碛层，表示这里曾经历过寒冷的大 冰期气候。而在目前黄河以北地区震旦纪地层中分布有石膏层和龟裂纹现象，说明那里 当时曾是温暖而干燥的气候。2. 寒武纪一石炭纪大间冰期气候寒武纪一石炭纪大间冰期发生在距今约36亿年前。这里包括寒武纪、奥陶纪、志 留纪、泥盆纪和石炭纪五个地质时期，共经历3.3亿年，都属于大间冰期气候。当时整个 世界气候都比较温暖，特别是石炭纪是古气候
15、中典型的温和湿润气候。当时森林面积极 广，最后形成大规模的煤层，树木缺少年轮，说明当时树木终年都能均匀生长，具有海 洋性气候特征，没有明显季节区别。在我国石炭纪时期，全国都处于热带气候条件下， 到了石炭纪后期出现三个气候带，自北而南分布着湿润气候带、干燥带和热带。3. 石炭一二迭纪大冰期石炭一二迭纪大冰期发生在距今23亿年。从所发现的冰川迹象表明，受到这次冰 期气候影响的主要是南半球。在北半球除印度外，目前还未找到可靠的冰川遗迹。这时 我国仍具有温暖湿润气候带、干燥带和炎热潮湿气候带。4. 三迭纪一第三纪大间冰期气候三迭纪一第三纪大间冰期发生在距今约2亿到200万年前，包括整个中生代的三迭 纪
16、、侏罗纪、白垩纪，都是温暖的气候。到新生代的第三纪时，世界气候更趋暖化，共 计约为2.2亿年。在我国三迭纪的气候特征是西部和西北部普遍为干燥气候。到侏罗纪， 我国地层普遍分布着煤、粘土和耐火粘土等，由此可以认为我国当时普遍在湿热气候控 制下。侏罗纪后期到白垩纪是干燥气候发展的时期，当时我国曾出现一条明显的干燥气 候带。西起新疆经天山、甘肃，向南伸至大渡河下游到江西南部都有干燥气候下的石膏 层发育。到了新生代的早第三纪，世界气候更普遍变暖，格陵兰具有温带树种，我国当 时的沉积物大多带有红色，说明我国当时的气候比较炎热。晚第三纪时，东亚大陆东部 气候趋于湿润。晚第三纪末期世界气温普遍下降。喜热植物
17、逐渐南退。5. 第四纪大冰期气候第四纪大冰期约从距今200万年前开始直到现在。当冰期最盛时在北半球有三个主 要大陆冰川中心，即斯堪的那维亚冰川中心：冰川曾向低纬伸展到51N左右；北美冰川 中心：冰流曾向低纬伸展到38N左右；西伯利亚冰川中心：冰层分布于北极圈附近 6070N之间，有时可能伸展到50N的贝加尔湖附近。估计当时陆地有24%的面积为 冰所覆盖，还有20%的面积为永冻土，这是冰川最盛时的情况。在这次大冰期中，气候 变动很大，冰川有多次进退。根据对欧洲阿尔卑斯山区第四纪山岳冰川的研究，确定第 四纪大冰期中有5个亚冰期。在中国也发现不少第四纪冰川遗迹，定出4次亚冰期（表 8吃）。在亚冰期内
18、，平均气温约比现代低812C。在两个亚冰期之间的亚间冰期内， 气温比现代高。北极约比现代高10C以上，低纬地区约比现代高5.5C左右。覆盖在中纬 度的冰盖消失，甚至极地冰盖整个消失。在每个亚冰期之中，气候也有波动，例如在大 理亚冰期中就至少有5次冷期（或称副冰期），而其间为相对温暖时期（或称副间冰期）。 每个相对温暖时期一般维持1万年左右。目前正处于一个相对温暖的后期。据研究，在距今1.8万年前为第四纪冰川最盛时期，一直到1. 65万年前，冰川开始 融化，大约在1万年前大理亚冰期（相当于欧洲武木亚冰期）消退，北半球各大陆的气 候带分布和气候条件基本上形成为现代气候的特点。1.4近代气候变化近代
19、气候变化主要指近百年来的气候情况，它是历史气候变化的最后一个阶段。近 100多年来，全球平均气温经历了：冷一暖一冷一暖四次波动，总的看气温为上升趋势。 进入八十年代后，全球气温明显上升。从19世纪中期开始的地面温度观测的结果表明， 在过去的一个世纪里，全球气温大约升高了 0.5C。根据二氧化碳（CO2）和其它温室气 体的气候模式（最佳气候敏感度时）的预测，同一时期的温度变化大约为1C。如果考虑 到气溶胶的冷却效应，那么两者的一致性是相当好的。这说明，大气气溶胶，可能会抵 消一部分温室气体产生的增温效应；模式估算的温室气体增温效应比迄今为止所观测到 的气温上升幅度大。1.5现代气候变化背景陆地表
20、面有永久性冰川存在，是冰河期气候的基本特征；而在间冰期里，极地冰雪 全部融化，地球上没有永久性冰川或冰盖存在。目前的地球陆地上，仍然存在约3-4万 立方公里（1500万平方公里）的冰盖，约为第四纪冰川最大面积的一半左右。因此，从 理论上推断，目前的地球气候，还没有完全脱离冰河时期。因此，目前地球气候处于偏 冷的时段。而根据仪器记录，相对于1860年至1900年期间，全球陆地与海洋温度上升了 0.75C。 自1979年，陆地温度上升速度比海洋温度快一倍（陆地温度上升了0.25C，而海洋温度 上升了 0.13C）。根据卫星温度探测，对流层的温度每十年上升0.12C至0.22C。在1850 年前的一
21、两千年，虽然曾经出现中世纪温暖时期与小冰河时期，但是大众相信全球温度 是相对稳定的。根据美国国家航空航天局戈达德太空研究所的研究报告估计，自1800年代有测量仪 器广泛地应用开始，2005年是最温暖的年份，比1998年的记录高了摄氏百分之几度。世 界气象组织和英国气候研究单位也有类似的估计，曾经预计2005年是仅次于1998年第 二温暖的年份。2气候变化的原因现代气候学原理指出，影响地球气候变化的自然因素主要包括：太阳辐射变化，地 球轨道参数的改变，大气物质成分变化，大气气溶胶的变化，云的变化，大气下垫面的 特性的改变，海水温度的变化，地表冰雪覆盖面积的变化，等等。2.1客观世界的影响气候的形
22、成和变化受多种客观因子的影响和制约的。2.1.1太阳辐射的变化太阳辐射和宇宙-地球物理因子都是通过大气和下垫面来影响气候变化的。人类活动 既能影响大气和下垫面从而使气候发生变化，又能直接影响气候。在大气和下垫面间， 人类活动和大气及下垫面间，又相互影响、相互制约，这样形成重叠的内部和外部的反 馈关系，从而使同一来源的太阳辐射影响不断地来回传递、组合分化和发展。在这种长 期的影响传递过程中，太阳又出现许多新变动，它们对大气的影响与原有的变动所产生 的影响叠加起来，交错结合，以多种形式表现出来，使地球有史以来，气候的变化非常 复杂。一、太阳辐射的变化太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达
23、地表的太阳辐射能的变化关 系至为密切，引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。（一）地球轨道因素的改变地球在自己的公转轨道上，接受太阳辐射能。而地球公转轨道的三个因素：偏心率、 地轴倾角和春分点的位置都以一定的周期变动着，这就导致地球上所受到的天文辐射发 生变动，引起气候变迁。1. 地球轨道偏心率的变化由第六章所述，到达地球表面单位面积上的天文辐射强度是与日地距离（b）的平方 成反比的，地球绕太阳公转轨道是一个椭圆形，现在这个椭圆形的偏心率（e）约为0. 016。 目前北半球冬季位于近日点附近，因此北半球冬半年比较短（从秋分全春分，比夏半年 短7.5日），但偏心率是在0.000.06之间变动的，其
24、周期约为96 000年。以目前情况而 论，地球在近日点时所获得的天文辐射量（不考虑其它条件的影响）较现在远日点的辐 射量约大1/15，当偏心率e值为极大时，则此差异就成为1/3。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，使一年之内冷热差异非常大。这种变化情况在 南北半球是相反的。2. 地轴倾斜度的变化地轴倾斜（即赤道面与黄道面的夹角，又称黄赤交角）是产生四季的原因。由于地 球轨道平面在空间有变动，所以地轴对于这个平面的倾斜度（）也在变动。现在地轴倾 斜度是23.44，最大时可达24.24，最小时为22.1，变动周期约40000年。这个变动使 得夏季太阳直射达到的极限纬度（北回
25、归线）和冬季极夜达到的极限纬度（北极圈）发 生变动。当倾斜度增加时，高纬度的年辐射量要增加，赤道地区的年辐射量会减少。例如当 地轴倾斜度增大1时，在极地年辐射量增加4.02%，而在赤道却减少0.35%。可见地轴 倾斜度的变化对气候的影响在高纬度比低纬度大得多。此外，倾斜度愈大，地球冬夏接 受的太阳辐射量差值就愈大，特别是在高纬度地区必然是冬寒夏热，气温年较差增大； 相反，当倾斜度小时，则冬暖夏凉，气温年较差减小。夏凉最有利于冰川的发展。3. 春分点的移动春分点沿黄道向西缓慢移动，大约每21000年，春分点绕地球轨道一周。春分点位 置变动的结果，引起四季开始时间的移动和近日点与远日点的变化。地球
26、近日点所在季 节的变化，每70年推迟1天。大约在1万年前，北半球在冬季是处于远日点的位置（现 在是近日点），那时北半球冬季比现在要更冷，南半球则相反。上面三个轨道要素的不同周期的变化，是同时对气候发生影响的。米兰柯维奇 （M.M.Lankovitch）曾综合这三者的作用计算出65N纬度上夏季太阳辐射量在60万年 内的变化，并用相对纬度来表示。例如，23万年前在65N上的太阳辐射量和现在77N 上的一样，而在13万年前又和现在59N上的一样。他认为当夏季温度降低约45C， 冬季反而略有升高的年份，冬天降雪较多，而到夏天雪还未来得及融化时，冬天又接着 到来，这样反复进行，就会形成冰期。近人按米兰柯
27、维奇的思路，利用大型电子计算机 重新计算在距今一百万年以前至一百万年以后65N的相对纬度，图中相对纬度在68N 以上时涂黑，表示冰期，并标出过去定出的冰期。其计算结果大体上对过去第四纪中几 个著名的冰期均有明显的反映。（二）火山活动引起大气透明度的变化到达地表的太阳辐射的强弱要受大气透明度的影响。火山活动对大气透明度的影响 最大，强火山爆发喷出的火山尘和硫酸气溶胶能喷入平流层，由于不会受雨水冲刷跌落， 它们能强烈地反射和散射太阳辐射，削弱到达地面的直接辐射。据分析火山尘在高空停 留的时间一般只有几个月，而硫酸气溶胶则可形成火山云在平流层飘浮数年，能长时间 对地面产生净冷却效应。据历史记载181
28、5年4月初Tambora火山（8.25S，118.0E）爆 发时，500km内有三天不见天日，各方面估计喷出的固体物质可达100300km3。大量 浓烟云长期环绕平流层漂浮，显著减弱太阳辐射，欧美各国在1816年普遍出现了无复 之年”。据Bryson （1977）估计，当年整个北半球中纬度气温平均比常年偏低1C左右。 在英格兰夏季气温偏低3C，在加拿大6月即开始下雪。再从我国华东沿海各省近500 年历史气候资料中可见，在1817年六月廿九日（阳历8月11日）赣北彭泽（29.9N， 116.0E）见雪，木棉多冻伤。皖南东全县（30.1N，117.0E）在同年七月二日（阳历8 月14日）降雨雪，平
29、地寸许。在我国中部夏季有两处以上出现霜雪记载的这类严重冷夏 在15001865年间竟有35年。这说明“六月雪”是确有其事的，它们绝大多数出现在大 火山爆发后的两年间。火山爆发呈现着周期性的变化，历史上寒冷时期往往同火山爆发次数多、强度大的 活跃时期有关。Baldwin等（1976）指出，火山活动的加强可能是小冰期以至最近一次大 冰期出现的重要原因。Bray （1977）则指出，过去200万年间几乎每次冰期的建立和急 剧变冷都和大规模火山爆发有关。例如在1912年以前的150年，北半球火山爆发较频， 所以气候相对地比较寒冷。1912年以后至20世纪40年代北半球火山活动很少，大气混 浊度减小，可
30、以吸收更多的太阳辐射，因此气温增高，形成一温暖时期。总之，火山活动的这种“阳伞效应”是影响地球上各种空间尺度范围为时数年以上气 候变化的重要因子。（三）太阳活动的变化太阳黑子活动具有大约11年的周期。据1978年11月16日到1981年7月13日雨 云7号卫星（装有空腔辐射仪）共971天的观测，证明太阳黑子峰值时太阳常数减少。 最近富卡尔、马利安（Fonkaland Lean， 1986 ）的研究指出，太阳黑子使太阳辐射下降只 是一个短期行为，但太阳光斑可使太阳辐射增强。太阳活动增强，不仅太阳黑子增加， 太阳光斑也增加。光斑增加所造成的太阳辐射增强，抵消掉因黑子增加而造成的削弱还 有余。因此，
31、在11年周期太阳活动增强时，太阳辐射也增强，即从长期变化来看太阳辐 射与太阳活动为正相关。据最新研究，太阳常数可能变化在12%左右。模拟试验证明，太阳常数增加2%， 地面气温可能上升3C，但减少2%，地面气温可能下降4.3。我国近500年来的寒冷 时期正好处于太阳活动的低水平阶段，其中三次冷期对应着太阳活动的不活跃期。如第 一次冷期(14701520年)对应着14601550年的斯波勒极小期；第二次冷期 (16501700年)对应着16451715年的蒙德尔极小期；第三次冷期(18401890年) 较弱，也对应着19世纪后半期的一次较弱的太阳活动期。而在中世纪太阳活动极大期间 (1100125
32、0 )正值我国元初的温暖时期，说明我国近千年来的气候变化与太阳活动的 长期变化也有一定联系。2.1.2大气环流形势和大气化学组成成分的变化大气环流形势和大气化学组成成分的变化是导致气候变化和产生气候异常的重要因 素。例如近几十年来出现的旱涝异常就与大气环流形势的变化有密切关系。图8.13是 19511966年与19001930年相比较的北半球平均气压分布的距平图，可以看出，在本 世纪50年代和60年代，北半球大气环流的主要变化，就是北冰洋极地高压的扩大和加 强。这种扩大加强对北极区域是不对称的，在极地中心区域平均气压的变化较小，平均 气压的主要变化发生在大西洋北部区域，最突出的特点是大西洋50
33、N以北的极地高压 的扩展，它导致北大西洋地面偏北风加强，促使极地海冰南移和气候带向低纬推进。根据高纬度洋面海冰的观测记录，在北太平区域海冰南限与上一次气候寒冷期 (15501850年)结束后的海冰南限位置相差无几，而大西洋区域的海冰南限却南进甚 多，这是极地高压在北大西洋区域扩大与加强的结果。北极变冷导致极地高压加强，气候带向南推进，这一过程在大气活动中心的多年变化中 也反映出来。从冬季环流形势来看，大西洋上冰岛低压的位置在一段时间内一直是向西 南移动的；太平洋上的阿留申低压也同样向西南移动。与此同时，中纬度的纬向环流减 弱，经向环流加强，气压带向低纬方向移动。从19611970年，这10年是
34、经向环流发展最明显的时期，也是我国气温最低的10 年。在转冷最剧的1963年，冰岛地区竟被冷高压所控制，原来的冰岛低压移到了大西洋 中部，亚速尔高压也相应南移，这就使得北欧奇冷，撒哈拉沙漠向南扩展。在这一副热 带高压中心控制下，盛行下沉气流，再加上前述的生物地球物理反馈机制，因而造成这一区域的持续干旱。而在地中海区域正当冷暖气团交绥的地带，静止锋在此滞留，致使 这里暴雨成灾。大气中有一些微量气体和痕量气体对太阳辐射是透明的，但对地气系统中的长波辐 射（约相当于285K黑体辐射）却有相当强的吸收能力，对地面气候起到类似温室的作用， 故称温室气体。图8-13给出地气系统的长波辐射及影响气候变化的主
35、要温室气体的吸收 带，图中所列出的CO2、CH4、N2O、O3等成分是大气中所固有的，CFC11和CFC12是由近 代人类活动所引起的。这些成分在大气中总的含量虽很小，但它们的温室效应，对地气 系统的辐射能收支和能量平衡却起着极重要的作用。这些成分浓度的变化必然会对地球 气候系统造成明显拢动，引起全球气候的变化。据研究上述大气成分的浓度一直在变化着。引起这种变化的原因有自然的发展过程， 也有人类活动的影响。这种变化有数千年甚至更长时间尺度的变化，也有几年到几十年 就明显表现出来的变化。人类活动可能是造成几年到几十年时间尺度变化的主要原因。 由于大气是超级流体，工业排放的气体很容易在全球范围内输
36、送，人类活动造成的局地 或区域范围的地表生态系统的变化也会改变全球大气的组成，因为大气的许多化学组分 大都来自地表生物源。2.1.3下垫面地理条件的变化在整个地质时期中，下垫面的地理条件发生了多次变化，对气候变化产生了深刻的 影响。其中以海陆分布和地形的变化对气候变化影响最大。在各个地质时期地球上海陆分布的形势也是有变化的。以晚石炭纪为例，那时海陆 分布和现在完全不同，在北半球有古北极洲、北大西洋洲（包括格陵兰和西欧）和安加 拉洲三块大陆。前两块大陆是相连的，在三大洲之南为坦弟斯海。在此海之南为冈瓦纳 大陆，这个大陆连接了现在的南美、亚洲和澳大利亚。在这样的海陆分布形势下，有利 于赤道太平洋暖
37、流向西流入坦弟斯海。这个洋流分出一支经伏尔加海向北流去，因此这 一带有温暖的气候。从动物化石可以看到，石炭纪北极区和斯匹次卑尔根地区的温度与 现代地中海的温度相似，即受此洋流影响的缘故。冈瓦纳大陆由于地势高耸，有冰河遗 迹，在其南部由于赤道暖流被东西向的大陆隔断，气候比较寒冷。此外，在古北极洲与 北大西洋洲之间有一个向北的海湾，同样由于与暖流隔绝，其附近地区有显著的冰原遗 迹。又例如，大西洋中从格陵兰到欧洲经过冰岛与英国有一条水下高地，这条高地因地 壳运动有时会上升到海面之上，而隔断了墨西哥湾流向北流入北冰洋。这时整个欧洲西 北部受不到湾流热量的影响，因而形成大量冰川。有不少古气候学者认为，第
38、四纪冰川 的形成就与此有密切关系。当此高地下沉到海底时，就给湾流进入北冰洋让出了通道， 西北欧气候即转暖。这条通道的阻塞程度与第四纪冰川的强度关系密切。在地球史上地形的变化是十分显著的。高大的喜马拉雅山脉，在现代有 世界屋脊 之称，可是在地史上，这里却曾是一片汪洋，称为喜马拉雅海。直到距今约7千万至4 千万年的新生代早第三纪，这里地壳才上升，变成一片温暖的浅海。在这片浅海里缓慢 地沉积着以碳酸盐为主的沉积物，从这个沉积层中发现有不少海生的孔虫、珊瑚、海胆、 介形虫、鹦鹉螺等多种生物的化石，足以证明当时那里确是一片海区。由于这片海区的 存在，有海洋湿润气流吹向今日我国西北地区，所以那时新疆、内蒙
39、古一带气候是很湿 润的。其后由于造山运动，出现了喜马拉雅山等山脉，这些山脉成了阻止海洋季风进入 亚洲中部的障碍，因此新疆和内蒙古的气候才变得干旱。2.2人为因素2.2.1人类活动改变下垫面人类活动改变下垫面的自然性质是多方面的，目前最突出的是破坏森林、坡地、十 旱地的植被及造成海洋石油污染等。森林是一种特殊的下垫面，它除了影响大气中CO2的含量以外，还能形成独具特色 的森林气候，而且能够影响附近相当大范围地区的气候条件。森林林冠能大量吸收太阳 入射辐射，用以促进光合作用和蒸腾作用，使其本身气温增高不多，林下地表在白天因 林冠的阻挡，透入太阳辐射不多，气温不会急剧升高，夜晚因有林冠的保护，有效辐
40、射 不强，所以气温不易降低。因此林内气温日（年）较差比林外裸露地区小，气温的大陆 度明显减弱。森林树冠可以截留降水，林下的疏松腐植质层及枯枝落叶层可以蓄水，减少降雨后 的地表径流量，因此森林可称为绿色蓄水库。雨水缓缓渗透入土壤中使土壤湿度增大， 可供蒸发的水分增多，再加上森林的蒸腾作用，导致森林中的绝对湿度和相对湿度都比 林外裸地为大。森林可以增加降水量，当气流流经林冠时，因受到森林的阻障和摩擦，有强迫气流 的上升作用，并导致湍流加强，加上林区空气湿度大，凝结高度低，因此森林地区降水 机会比空旷地多，雨量亦较大。据实测资料，森林区空气湿度可比无林区高1525%， 年降水量可增加610%。森林有
41、减低风速的作用，当风吹向森林时，在森林的迎风面，距森林100m左右的 地方，风速就发生变化。在穿入森林内，风速很快降低，如果风中挟带泥沙的话，会使 流沙下沉并逐渐固定。穿过森林后在森林的背风面在一定距离内风速仍有减小的效应。 在干旱地区森林可以减小干旱风的袭击，防风固沙。在沿海大风地区森林可以防御海风 的侵袭，保护农田。森林根系的分泌物能促使微生物生长，可以改进土壤结构。森林覆 盖区气候湿润，水土保持良好，生态平衡有良性循环，可称为“绿色海洋”。世界上的森林主要分为寒带（北方）森林、温带森林和热带森林三类。据专家介绍，今 天的森林生态系统，是大自然经过8000年的进化才逐渐形成的。今天，所有的
42、原始森林 都沦为伐木业大规模开采利用的目标。在热带地区，许多现在已荡然无存的森林就是在 过去的50年被砍伐一空的。仅1960年至1990年，就有超过4.5亿公顷的热带森林被吞 噬，占世界热带森林总面积的20%；还有数百万公顷的热带森林在砍伐、农田开垦和矿 产开采中退化。根据考证，历史上世界森林曾占地球陆地面积的2/3,但随着人口增加，农、牧和工 业的发展，城市和道路的兴建，再加上战争的破坏，森林面积逐渐减少，到19世纪全球 森林面积下降到46%，20世纪初下降到37%，目前全球森林覆盖面积平均约为22%。 我国上古时代也有浓密的森林覆盖，其后由于人口繁衍，农田扩展和明清两代战祸频繁， 到194
43、9年全国森林覆盖率已下降到8.6%。建国以来，党和政府组织大规模造林，人造 林的面积达4.6亿亩，但由于底子薄，毁林情况相当严重，目前森林覆盖面积仅为12%， 在世界160个国家中居116位。由于大面积森林遭到破坏，使气候变旱，风沙尘暴加剧，水土流失，气候恶化。相 反，我国在解放后营造了各类防护林，如东北西部防护林、豫东防护林、西北防沙林、 冀西防护林、山东沿海防护林等等，在改造自然，改造气候条件上已起了显著作用。在干旱、半干旱地区，原来生长着具有很强耐旱能力的草类和灌木，它们能在干旱 地区生存，并保护那里的土壤。但是，由于人口增多，在干旱、半干旱地区的移民增加， 他们在那里扩大农牧业，挖掘和
44、采集旱生植物作燃料（特别是坡地上的植物），使当地草 原和灌木等自然植被受到很大破坏。坡地上的雨水汇流迅速，流速快，对泥土的冲刷力 强，在失去自然植被的保护和阻挡后，就造成严重的水土流失。在平地上一旦干旱时期 到来，农田庄稼不能生长，而开垦后疏松了的土地又没有植被保护，很容易受到风蚀， 结果表层肥沃土壤被吹走，而沙粒存留下来，产生沙漠化现象。畜牧业也有类似情况， 牧业超过草场的负荷能力，在干旱年份牧草稀疏、土地表层被牲畜践踏破坏，也同样发 生严重风蚀，引起沙漠化现象的发生。在沙漠化的土地上，气候更加恶化，具体表现为： 雨后径流加大，土壤冲刷加剧，水分减少，使当地土壤和大气变十，地表反射率加大，
45、破坏原有的热量平衡，降水量减少，气候的大陆度加强，地表肥力下降，风沙灾害大量 增加，气候更加干旱，反过来更不利于植物的生长。据联合国环境规划署估计，当前每年世界因沙漠化而丧失的土地达6万km2,另外 还有21万km2的土地地力衰退，在农、牧业上已无经济价值可言。沙漠化问题也同样 威胁我国，在我国北方地区历史时期所形成的沙漠化土地有12万km2,近数十年来沙漠 化面积逐年递增，因此必须有意识地采取积极措施保护当地自然植被，进行大规模的灌 溉，进行人工造林，因地制宜种植防沙固土的耐旱植被等来改善气候条件，防止气候继 续恶化。海洋石油污染是当今人类活动改变下垫面性质的另一个重要方面，据估计每年大约
46、有10亿t以上的石油通过海上运往消费地。由于运输不当或油轮失事等原因，每年约有 100万t以上石油流入海洋，另外，还有工业过程中产生的废油排入海洋。有人估计，每 年倾注到海洋的石油量达2001000万t。倾注到海中的废油，有一部分形成油膜浮在海面，抑制海水的蒸发，使海上空气变 得干燥。同时又减少了海面潜热的转移，导致海水温度的日变化、年变化加大，使海洋 失去调节气温的作用，产生“海洋沙漠化效应”。在比较闭塞的海面，如地中海、波罗的 海和日本海等海面的废油膜影响比广阔的太平洋和大西洋更为显著。此外，人类为了生产和交通的需要，填湖造陆，开凿运河以及建造大型水库等，改 变下垫面性质，对气候亦产生显著
47、影响。例如我国新安江水库于1960年建成后，其附近 淳安县夏季较以前凉爽，冬季比过去暖和，气温年较差变小，初霜推迟，终霜提前，无 霜期平均延长20天左右。2.2.2温室气体排放过度温室效应加剧主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些 燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔 热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上 的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。如今，地表向外放出的长波热辐天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水 平。另一方面，由于对森林乱砍滥伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了 将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了 吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧 化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的
