3 全球变化的主要特征与过程

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(三) 年际至百年尺度
全球变化 • 这一时间尺度的事件发生在年际、年代际到世纪际 • 主要驱动因子包括太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、厄尔 尼诺—南方涛动等自然因子和大气温室效应的增强等人为因子。 • • • • • 太阳活动具有大致11 a和80 a的周期 火山尘埃指数的变化具有大致70 a的周期 赤道平流层纬向风具有准2a的振荡 厄尔尼诺—南方涛动具有3a一7a的短周期和大约70 a的长周期 近百年来地球大气中温室气体CO2含量的变化则呈现持续上升趋势。
板块运动、海陆变迁、山脉形成、大洋扩张、大气圈形成、生命起源与进化
(二)千年至万年尺度
全球变化
• 发生在地质年代表最新的一个地质时期 发生在地质年代表最新的一个地质时期——第四纪和人类历史时 第四纪和人类历史时 期内,主要受到地球轨道参数如偏心率、黄赤交角和岁差等变化 期内 的影响。 • 具有准周期性变化的特点,属于可逆过程中的事件。 • 典型事件包括第四纪冰期一间冰期的交替,冷暖、干湿变化 • 冰盖变化导致海面的大幅度升降 • 大气成分变化,尘埃含量变化;干旱区古土壤层的发育;生物种 的分布、迁移和灭绝 • 人类文明的诞生与发展:如北京猿人出现于(0.5 Ma),马坝人 (0.13Ma)、丁村文化(0.12Ma),仰韶文化(7 ka)
But those cosmic rays can't reach Earth when the sun is stormy with sunspots and the solar wind is roaring. So a tree ring containing low carbon-14 is a sign of few cosmic rays in that growth year, which is an indicator of a stormy sun, contend Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung's Sami Solanki and colleagues. Most striking in the new sunspot archive derived from the new method is how much today's ongoing stormy period stands out from past periods, the researchers said. "During the last eight millennia, the episode with the highest average sunspot number is the ongoing one that started about 60 years ago," reported Solanki. And although 11,400 years is merely a moment in the multi-billion-year life of the sun, it is enough to contain a record of 31 high sunspot periods which average about 30 years in length, the researchers said. The longest is 90 years long. That is enough of a sample to enable the researchers to venture a guess about how long the current stormy period will last. "The probability that it will continue until the end of the twenty-first century is below one percent," the researchers conclude. As for whether the last few decades of storminess on the sun is the cause of global warming over the same period, it's not likely, said Reimer. "The increased solar activity may account for part of the climate trend and it does come at a bad time," she said. "However, in terms of actual warming it probably isn't a large contributor."
2、地日轨道因素引起的地球辐射量变化:偏 心率、地轴斜率、岁差
周期分别为: 周期分别为:410Ma、100Ma、40Ma、20Ma 、 、 、
北半球太阳回归运动 驱动的季节变化
>黄赤交角 >春分和秋分 >冬至和夏至 >南、北回归线
夏至点
冬至点
春分或秋分
太阳黑子高峰周期Cyc23 2001/03/29 Conservative predictions shown in red by Hathaway, NASA/NOAA, 2007, uses an older statistically-based model. Other predictions using Solar Dynamic Models indicate a higher peak for Cycle 24. Cycle 25 "seems" too low in this chart when compared to the past nine Activity Cycles
Until now, scientists could only study sunspot records back to 1610, when astronomers started keeping track of sunspots by direct observation. Now, thanks to a clever new method, the 400-year sunspot record can be extended back to the Ice Age. The new sunspot record was presented in an article in this week's issue of the journal Nature. "The authors (of the Nature article) did show that their sunspot number reconstruction matched the observed sunspot record quite closely from circa 1610 — 1900 A.D.," said carbon-14 specialist Paula Reimer, director of the Center for Climate, the Environment & Chronology at Queen's University in Belfast, Ireland. "So this does provide a test of the method." The new method works like this: Trees and tree rings contain carbon, which they get from carbon dioxide in the atmosphere. Some of that carbon is the isotope carbon-14 which is created in the Earth's atmosphere by cosmic rays flying in from outside the solar system.
造山带:改变大气环流
• 外因:
• 内因:
板块运动:海陆分布格局的改变 山地隆起与平原 火山活动:排出CO2
海洋分布:改变大洋环流 极地大陆:冰盖形成 温室效应
人为因素:人类生态系统
改变地球的重要营力
外动力因素 的驱动力
全球变化
1、太阳本身变化导致的地球辐射量变化:黑 子活动周期
周期: 沃尔夫周期11a、海尔周期22a, 周期:10-100a (沃尔夫周期11a、海尔周期22a, 世纪周期80a) 世纪周期 )
该尺度涉及的典型内容: 气温变化、海洋表层水温、降水量、径流量、地表侵蚀、植物物候期、植 物种群结构的变化、植被带的可能移动、动物迁移、物种消失等。
(四) 天-季度尺度
全球变化
• 发生在数天到1年,特征是季节更替 • 主要驱动因子:太阳辐射输入的年循环。与地表系统中较 主要驱动因子: 长时间尺度的变化相比,季节变化属于一种规则的韵律波 动或周期性变化,它构成了地表能量流、物质流和信息流 等以年为周期变化的时间背景 • 与人类的物质生产(农、林、牧、渔业)和文化生活(旅游、 节庆、娱乐、着装等)的关系特别密切。 • 该尺度的典型内容: • 季节气候变化,气温、降水、物候、候鸟与昆虫活动 • 土壤—植物—大气之间生物地球化学循环的年际变化等。
对不同气候系统的响应时间
什么是引起全球变化的驱动力? pause
How ?
• • • • • • • • 太阳黑子周期? 地日轨道周期引起太阳辐射量变化? 地球表面地温降低? 大气环流改变? 板块运动与海陆变迁? 海洋环流改变? 地球在太阳系中的位置变化? 火山活动?
思 考
全球变化
太阳辐射量变化: 地球轨道参数、太阳周期、太阳耀斑 外星撞击等
全球变化研究的时间尺度问题
全球变化
天气变化 季节变化 农业活动
• • • • • • • •
天-月-季 年际尺度 百年尺度 千年尺度 万年尺度 十万年尺度 百万年尺度 千万年-亿年尺度
太阳黑子活动 火山活动 温室效应 天气长期变化 海洋环流变化 历史人类扰动 冰期-间冰期 地球轨道周期 海平面变化 人类文明历史 岩石圈循环 板块运动 造山运动 大气圈形成 生命起源进化
天气变化、人类扰动、大气与海洋环流、轨道周期、岩石圈循环、板块运动
(一) 百万年至亿年尺度
全球变化
• • • •
发生在地质历史时期内(地质学研究的主要内容) 发生在地质历史时期内(地质学研究的主要内容) 受地球行星演化规律与进程的控制 属于不可逆过程中的地质事件 根据地质学和地球物理学的研究,地球大约经历46亿年的 历史,其间,固体地球的形成完成于地球诞生后的1亿年 之内。此后的地质活动都属于这一特征时间尺度的全球事 件。
太阳黑子低峰周期Cyc24 2008/05/16
The Earths surface and the atmosphere show a Solar Cycle fluctuation, an annual fluctuation and an ENSO fluctuation.
最近400年的太阳黑子活动
第二章 全球变化的主要特征与过程
第一节 全球变化的时空谱特征
全球变化
全球变化的过程跨越了不同的时间尺度,地球系统从100年以 下到10年的各个时空尺度上均存在变化。全球变化的变与不 变是相对于一定时间尺度而言的
全球变化事件与过程的时空尺度
全球变化的空间尺度
全球变化
全球尺度: 全球尺度:
◆ 全球的太阳辐射能量 ◆ 经向与纬向大气环流 ◆ 平流层臭氧 ◆ 对流层温室气体与气候效应 ◆ 海洋环流 ◆ 板块运动与大洋扩张
Hale Waihona Puke 全球变化的空间尺度全球变化
区域尺度: 区域尺度:
◆ 气候带变化 ◆ 海洋局部变化 ◆ 季风变化、热带气旋 ◆ 山地冰川、冰盖变化 ◆ 造山运动
全球变化的空间尺度
全球变化
地方尺度: 地方尺度:
◆ 地震 ◆ 暴雨和水灾 ◆ 大气污染 ◆ 水体污染 ◆ 地貌与土壤环境 ◆ 资源分布 台湾台风水灾 2009,8
全球变化的空间尺度
全球变化
局地尺度( 局地尺度(<10km): ):
◆?
歌乐山地陷
区域尺度与全球尺度的相关性 全球变化在空间尺度上将区域尺度和全球尺度综合 考虑,既研究全球变化过程,又关注区域表现形式
全球变化
时间尺度问题
全球变化
• 气候变化证据?
冰川活动证据?
时间尺度?
时间尺度?
对1-1000年时间尺度响应的系统
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