第4章 全球变化-专题

1999年浓度
增加速率 (%/a) 0.5 1.0 0.2
贡献率(%)
CO2 CH4 N2O
350 1.7 0.31
60 15~30 5
1. 大气成分变化：臭氧（Ozone） 和氟氯化碳 （CFCs ）
1. 大气成分变化：CO2的来源
• 化石燃料和水泥生产
• 土地利用变化
1980-1989:16亿吨/年； 2000-2007: 15亿吨碳/年
1980-1989: 55亿吨/年； 2000-2007: 75亿吨碳/年
2000：1980-1998年全球碳预算
Average annual budget of CO2 for 1980 to 1989 and for 1989 to 1998, expressed in Gt C yr –
碳源/汇 (1) 化石燃料燃烧和水泥生产 (2) 土地利用的净释放 (3) 大气CO2浓度的增加 (4) 海洋吸收 (5) 陆地吸收 = [(1) +(2)] – [(3)+(4)] 1980 to 1989 5.5 ± 0.5 1.6 ± 0.8 3.2 ± 0.2 2.0 ± 0.8 1.9 ± 1.3 1989 to 1998 6.3 ± 0.6 1.6 ± 0.8 3.3 ± 0.2 2.3 ± 0.8 2.3 ± 1.3
2. 气候变暖的原因
用模型方法分离自然活动和人类活动对气候的影响：结果显示， 有人类活动影响的模拟的气候变化趋势最接近实际情况。
黑线：观测值
红色：人类变化+自然变化 蓝色：自然变化
2. 气候变暖： 后果
• • • • • • • 海平面上升 永冻土层解冻 植物生长季延长 动、植物分布范围向高海拔、高纬度地区移动 动植物物候节律变化：生育季节、开花时间 珊瑚礁白化 。。。。。。
耕地增加
1961-1991全球土地利用变化
3. 土地利用变化：影响
• 改变下垫面的热力特征（如地表反射率等），从而 影响气候系统。 • 通过对陆地碳循环影响大气组成成分（主要是温室 气体），进而影响气候变化。 • 1850-1998 年间, 土地利用变化引起的全球碳排放达 136±55 Gt, 其中毁林占87%，草地开垦占13%；而 同期化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为 270±30 Gt。
南极冰芯资料显示近1000年大气CO2浓度
360
CO2 (ppmv)
340
320
300
280 1000 1200 1400 1600 1800 2000 年
工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。
（2001）
土地利用变化引起的碳排放
土地利用变化大约占全球CO2释放量的15-20%，作用
• 影响生物多样性。
3. 土地利用变化：影响气候系统
• 地表反射率 • 水汽流动 • 碳排放
森林 农田
水汽流动: 植被的蒸腾蒸散
农田：需要额外的水分灌溉
热带森林：天然、很高的植被蒸腾
毁林导致的碳排放
4. 荒漠化

定义：由于不恰当的人为活动，导致的干旱、半干旱
和半湿润地带的环境退化现象。包括气候变异和人类
• IHDP（全球环境变化的人文因素计划）：1996
世界气候研究计划(WCRP)：
• 由世界气象组织(WMO)和国际科学联合会 联合主持，20世纪80年代开始执行。
• 主要研究气候系统物理方面的问题，包括
对大气、海洋和地球表面的研究。目标：
全球气候的可预报程度；人类活动对气候
的影响。
国际地圈生物圈计划(IGBP)：
土地利用变化引起的碳排放
• 森林破坏：森林转化为农田，土壤碳损失25%40%，0-20cm耕作层损失最大(40%)。
• 森林转化为草地或者轮种地，土壤碳损失20%27%。热带森林土地利用变化净碳损失0.47 GtC.a-1(植物0.31，土壤0.16)
土地利用变化引起的碳排放
• 草原破坏：草原的碳库90%以上在土壤中，影响草地生态 系统碳库变化的土地利用主要是开垦和过度放牧。 • 开垦：开垦后的烧荒使植被中的碳都释放到大气中；开 垦促进土壤呼吸，加快土壤有机质分解；多年生草本被 作物替代后，固定的初级生产量(C)分配到土壤中比例降 低，一大部分被收割走损失。开垦后，土壤中的碳损失 30-50%。 • 过度放牧：初级生产力降低，家畜采食减少了向土壤中 输入的碳。加快土壤呼吸。内蒙古锡林河流域羊草草原 的研究显示，过度放牧使表层土壤碳减少12%。
• 气候预测的不确定性：在大气环流模型
(GCM)中，大气与海洋、大气与生物圈
还没有完全耦合；对于生态系统的描述
还不完善；其中的陆面过程模型对于植 物的过程和机理描述不充足。
• 全球尺度的气候系统模式的空间分辨率尽 管已经增加，在模拟全球、洲际大陆空间 尺度上可信度较高，但在较小的国家或省 区尺度上分辨率不够；
平流层
对流层
自第二次工业革命以
来，大气CO2浓度显 著增加；尤其是自20 世纪60年代，CO2浓 度与温度以相似的趋 势递增。
由上可见：
(1) CO2与温度变化总是以相同的趋势演变，CO2是 气候变化的一个关键驱动力；
(2) 人类排放的CO2是近代气候变化的主要驱动力；
(3) 如果CO2及其它温室气体的大气含量增加到400500ppm以上，地球的平均温度至少要升高2 ℃以上。
公元 200-1980年 公元1856-1998年
（根据Mann and Jones, 2003改绘）
20世纪是过去2000年中最温暖的100年。
2. 气候变暖的原因
近代的气候变暖与大气中温室气体的浓度
大幅度上升密切相关。CO2是最主要的温室气 体，对气候的稳定起着关键的作用。
温室气体能够吸收地表向外发射的长波辐射，减小 地球向外空释放能量，并通过大气的再发射向地表 传递热量，使低层大气和地面温度上升，这一过程 称为“温室效应”（Greenhouse effect）。
全球变化的人文因素计划(IHDP)：
• 由国际远景机构联合会、联合国教科文组织、 国际社会科学联合会联合制定的计划。 • 该计划主要侧重社会科学领域的综合研究， 分析人类在导致全球变化中所起的作用。
• 目标：加强对人-地系统复杂相互作用的认识， 探索并预测全球环境下的社会，确定社会策 略以减缓全球变化的不利影响。
2、全球变化的定义 2.2 当代主要的全球变化

全球变化相互影响，人口增长是主要驱动因子
• 人口呈指数级数增长：1850年10亿；1999年 60亿 • 每增加10亿需要的时间越来越短
所需要的时间越来越短

人类的改造能力迅速增加

工业革命后，人口增长的速率与温度升高、CO2 增加、N增加趋势基本一致
2、全球变化的定义
(1)该词出现于20世纪70年代，“全球变化”表达了 整个人类社会、经济、政治体系的不稳定状态。 (2)20世纪80年代，随着环境问题的突出，自然科学 家将原来的定义扩展到整个地球环境系统的变化。 (3)全球变化：是指由于自然和人为的因素而引起的 全球性的环境变化，包括气候变化、大气组成变 化、土地利用变化、生物多样性变化、荒漠化。
• 二、主要的全球变化球温暖化的贡献率60%。工业革命后CO2浓度呈指数增长，
工业革命前280umol.mol-1，1958-2010： 315~385umol.mol-1。
1. 大气成分变化：CH4、N2O
CH4 N2O
温室气体
工业化前浓度 (1750) 280 0.8 0.288
三、国际全球变化研究计划
• 全球变化是一个多学科的研究领域，需要
全世界的科学家联合起来开展研究。目前， 国际上已经展开了多项跨学科的交流与合 作研究项目，并取得了大量研究结果，为 制定科学、合理的应对全球变化政策提供 了科学依据。
三、国际全球变化研究计划
• WCRP（世界气候研究计划）：1980s (1985) • IGBP （国际地圈与生物圈计划）:1986 • DIVERSITAS（全球生物多样性计划）：1991
仅次于化石燃料的燃烧。
1850-1998 年间, 土地利用变化引起的全球碳排放达 136±55 Gt, 其中毁林占87%,草地开垦占13%；同期化 石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为270±30 Gt。 森林采伐：森林减少而少了地上生物量(吸收大气 CO2)；残留植物的腐烂和土壤有机物质自然分解而放 出大量CO2。 •Gt (十亿吨, 109 ton)
3. 土地利用变化

土地覆盖(land cover)：土壤/植被系统 的结构，如森林、草地、耕地等。 土地利用(land use)：人类利用土地覆 盖类型的方式,例如如何利用森林：生 产木材or保持水土
温带森林的砍伐
3. 土地利用变化
森林->耕地、牧
森林减少
业用地：全球耕 地一半以上于 1900年后开垦出 来。
三个原因： 工业化后CO2增加归因于化石燃料燃烧
（1）南极和格林兰冰芯记录：大气中CO2开始增加的
时间与同期化石燃料消耗的增长率相近。
（2）北半球大气CO2浓度比南半球的高，因为大多数
最强的排放源位于北半球。
（3）大气中氧含量每年减少3ppm，这与大气中CO2增
加是相对应的，因为CO2是燃烧的一种产品。
未来灭绝速度将以目前10倍的速度增加 中国：拥有全球物种的10-14%，多样性极为 丰富，然而，目前：
• • •
61%的野生生境丧失 40%的生态系统严重退化 15-20%的物种濒危
5. 生物多样性丧失
• 多样性->生态系统稳定性 • ->高生产力 • ->重要的经济资源

多样性丧失，生态系统的 稳定性降低，进而影响生 态系统的结构和功能。
四、全球变化的适应对策