全球变化1

最没有明天的国度
改变最多的极地人
最受影响的行业
最无辜的动物 最遭殃的大洲
乞力马扎罗的雪将不复存在!
为什么？
What is Global Change?
• 影响地球系统功能的全球尺度的变化
• 不仅仅是气候变化
• 社会经济、生物物理等
例如：changes in:
Reid & Miller (1989)
好莱坞电影《后天》
2004 年 5 月 28 日 ， 《后天》在全美各大 影院首轮上映！
故事概述~ 气候学家杰克霍尔（丹尼斯奎德饰演）观察史前气候研 究指出，温室效应带来的全球暖化将会引发地球空前灾难。 杰克博士曾警告政府官员采取预防行动，但警告显然已经太 晚。当罗得岛大小的冰山撞上南极洲冰棚后，全球气候引发 连锁效应：冰雹重袭东京，空前飓风袭卷夏威夷，印度罕见 飘雪，洛杉矶更刮起史无前例的龙卷风。杰克研究中的灾变 症候逐一显现：南北极冰帽的融解将大量淡水注入海洋。在 一场全球性超级暴风雨来临后，地球将步入一万年前的冰河 世纪。 正当杰克警告白宫紧急应变的同时， 他17岁的儿子山姆（杰克葛伦霍饰演） 被困在纽约，面临曼哈顿严重水患及不 断下降的温度。山姆到曼哈顿公共图书 馆避难，尝试由电话联络父亲，分秒必 争的杰克命令山姆，无论如何一定要守 在室内，并尽量保暖。此刻美国正式宣 布民众大规模向赤道方向撤离，杰克只 身北上前往纽约救山姆，但杰克完全无 法想象即将发生在他、他的儿子及地球 上的一切。
Mackenzie et al (2002)
• 大气组成
• 人口 • 海岸带N流通
NOAA
• 森林覆盖
• 渔业开发
FAO
Human influence seen from space
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Night lights: 2000
张 旭 辉
84396457 实验楼331 xuhuizhang@
1、/search/images/ 2、陈泮勤等.地球系统碳循环, 科学出版社,2004 3、张兰生.全球变化, 高等教育出版社,2000 4、IPCC2001（ http://www.ipcc.ch ，PDF文档） 5、Global Change and Biology 6、Nature, Science 7、中国期刊网 8、中国气候变化网等
课程主要内容
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• •
了解全球碳氮循环、温室气体与全球变化的关 系；
了解国际社会对遏止全球变化的努力； 重点理解人类活动对全球变化的影响以及政府 间气候变化工作委员会（IPCC）对全球变化若 干问题的综合评估； 了解全球变化研究最新进展。
•
第一章 绪论 第二章 大气中的温室气体 第三章 国际社会对遏止全球变化的努力 第四章 IPCC气候变化的综合报告 第五章 陆地生态系统固碳技术与措施 第六章 主要发达国家的碳减排 第七章 全球变化研究进展
还应注意的一些关键过程的研究
（1）地球外部作用力的观测研究（太阳辐射度、紫外辐射通 量、火山喷射指数等）；
（2）对流层和平流层痕量气体的观测（如CO、CO2 、NOx 、 CFCs、CH4、O3、H2O、HNO3、HCl、气溶胶等）；
（3）大气响应变量的观测研究；
（4）地面特征变量的观测；
（5）海洋变量的观测研究，特别是海洋叶绿素、CO2、海洋 生物地球化学通量观测。
主要科学问题是：
（1）气候对辐射重要的微量气体变化的敏感性 如何？ （2）海洋环流对大气的作用是如何响应的？海 洋环流变化是怎样影响地面温度分布的？ （3）海洋的热容量对大气温室气体诱发的全球 变暖出现时间的滞后影响如何？
2、生物地球化学循环 生物地球化学循环是指诸如碳、氮、磷、硫等生 源要素通过地球各子系统的物质流，及其对地球系 统生物圈的影响。 生物地球化学循环包括海洋生物地球化学、陆地 生态系统、对流层化学以及平流层、中间层大气化 学等过程。
Nobel Peace Prize in 2007？
美国前副总统-戈尔
政府间气候变化专业委员会（IPCC）
2007年世界地球日（4月22日）的主题
应对气候变化的全球运动
A Call for Action on Climate Change
2007年世界环境日（6月5日）的主题
冰川消融，是个热点话题吗？
第一章 绪论
第一节 地球系统
第二节 全球碳库 第三节 地球系统碳循环
第四节 全球变化
第五节 碳循环与全球变化
第一节 地球系统 (Earth System)
一、地球系统的概念
对于地球系统的朴素理解有：
1、由地球无机界和有机界构成的整体； 2、由除地核以外的地球无机界和有机界构成的整体； 3、由岩石圈、大气圈、水圈和生物圈构成的整体； 4、由地球无机界、有机界和人类构成的整体。
一般认为，地球系统系指由地球的大气圈、水 圈、岩石圈、地核、地幔和生物圈（包括人类本 身）组成的整体，它包括从地球的地核到外层大 气的广阔范围。 三大相互作用的基本过程存在于地球系统中： 物理、化学和生物过程。地球系统的演化及发生 的重大事件均受这几个相互作用的过程的制约。
土壤圈？
举例（有哪些生物、物理、化学过程？）
重要性
生物圈是由生物地球化学循环支撑和维持的。 生物地球化学循环将物理、化学和生物学过程结 合在一起，构成了生物地球化学循环的主要科学问 题。
生物地球化学循环当前的主要科学问题
（1）生物地球化学循环的现状如何？
（2）生物地球化学循环在人类扰动前的状态怎样？
（3）生物地球化学循环未来的状态和可能的后果是 什么？
Our approach to understanding the Earth System has been to cut the “big picture” into small pieces. Some of the pieces lack detail, others are missing entirely - but…
Source: Nakicenovic et al., 2000, figure is on page 233.
Night lights: 2070
Source: Nakicenovic et al., 2000, figure is on page 233.
美国加州一场突出其来的寒流使得果园受到冻害！
3、物理气候系统和生物地球化学循环的相互作用
物理气候系统通过平流层臭氧的变化，云的变化，改变 温度、降水和海洋环流的变化直接或间接影响生物地球化 学循环。 生物地球化学循环系统则通过CO2、NOx 、CFCs等微量、 痕量气体的“温室效应”直接或间接影响物理气候系统。 生物地球化学循环系统还可以改变植被种群结构、类型， 影响地面粗燥度、地面反照率等，最终影响物理气候系统。
地球系统科学把描述和认识行星尺度的变化 （全球变化）作为自己的主要任务，特别强调 从本质上认识数十年至数百年的全球变化。 它将地球系统分为物理气候系统和生物地球 化学循环两个系统，以过程研究为重点，研究 其间的相互作用。
1、物理气候系统
物理气候系统包括控制地面温度和降水分布的大 气和海洋过程，由于太阳加热不同而产生的运动以 及冰雪覆盖的变化。 温度和降水过程，通过大气物理和动力学过程、 海洋动力学过程、陆面湿度和能量平衡，以及平流 层-中间层大气动力学过程控制着物理气候系统。
Melting Ice - A Hot Topic?
全球变暖！地中海度假天堂濒临消失!
据报道，南极地区的阿德利亚的企鹅数目从 1975年的1.5万对减少到目前的9000对左右。你 们知道这与什么因素有关吗？
大家猜猜看：这群企鹅在做什么？
冰川融化后？
全球变化七宗罪!

最“老”的受害者 最岌岌可危的体育项目
• N固定 • 温度 • 生物多样性………..
Vitousek (1994)
What is Global Change?
例如： changes in:
• N固定
U.S. Bureau of the Census
• 温度 • 生物多样性………..
Richards (1991), WRI (1990)
Researching the Earth system
Earth System Science and sustainable development need a systemic approach someone needs to put together the puzzle!
三、尺度问题 (Scale)
考核方法
1、平时成绩（30%）：出勤+读书报告 等
2、理论考试（70%）
你所认为的全球变化是什么？ 我们为什么要研究全球变化？
美：未来20年全球气候变化威胁超过恐怖主义
【据报道】 美国国防部的一份报告，警告未来二十年全球气候变化的威胁超过恐 怖主义。不过这份报告引起多国及环保组织的质疑。 美国国防部出资十万美元，委托GBN公司完成一份有关全球气候变化 的报告。报告中提到，到2020年，欧洲沿海城市将被上升的海平面所淹没， 英国的气候，将像西伯利亚一样寒冷干燥。核战、大旱、饥饿及暴乱等问 题，将困扰全球各国。而中国大陆南部地区2010年前后将持续整整十年的 大干旱，2010年以后，大陆北方水患不断，南方一片干旱。 报告在美、英、以色列等多个国家引起强烈反弹，中国的科学家针对 这份报告进行过三次研讨，认为报告中对全球气候变化的预测情景，几乎 不可能发生，但其中对中国大陆的部份，则有启发意义及预警价值。而报 告的作者之一史瓦兹也说，尽管报告中所提的景象，似乎超乎人们想象， 但却值得提前采取措施。 美国五角大厦发言人则说，这份由科学家和军事顾问完成的报告，不 代表美国国防部的立场。而且史瓦兹也不是研究气候变化的科学，只是使 用了相关科学家研究成果。