第二讲气候动力学
《现代气候学(Ⅱ)》课程笔记
《现代气候学（Ⅱ）》课程笔记第一章：引论一、气候学的定义和重要性1. 定义：气候学是研究地球气候系统及其变化规律的学科，包括大气圈、水圈、冰冻圈、陆地表面和生物圈等多个组成部分。
2. 重要性：气候对人类活动、生态系统、水资源、农业生产等具有重要影响。
了解气候规律，有助于应对和适应气候变化，减轻气候灾害带来的损失。
二、气候学的研究方法1. 观测：通过地面气象站、卫星、雷达等手段收集气候数据，包括气温、降水、风速、湿度等。
2. 模式模拟：利用气候模式对气候系统进行数值模拟，研究气候形成和变化过程。
3. 气候重建：通过地质、生物等手段，恢复过去气候状况，了解气候演变历史。
4. 气候情景预测：基于气候模式，预测未来气候发展趋势和变化趋势。
三、气候系统的基本组成1. 大气圈：地球外围的气体层，包括对流层、平流层等，对气候形成和变化具有重要影响。
2. 水圈：地球上的水资源，包括海洋、湖泊、河流、地下水、冰雪等，参与水循环，影响气候。
3. 冰冻圈：地球上的冰雪资源，包括冰川、冰盖、冻土等，对气候形成和变化具有重要影响。
4. 陆地表面：地球表面的陆地，包括山地、平原、沙漠等，对气候形成和变化产生影响。
5. 生物圈：地球上的生物体系，包括植被、动物、微生物等，参与碳循环、水循环等，影响气候。
四、气候系统的能量平衡1. 太阳辐射：地球气候系统的能量主要来源于太阳辐射，包括短波辐射和长波辐射。
2. 地球辐射：地球表面和大气层向外辐射能量，维持地球气候系统的能量平衡。
3. 能量传输：大气圈、水圈等通过热量传递、水汽输送等过程，实现能量的传输和分配。
五、气候变化与人类活动1. 自然因素：太阳辐射、火山爆发、地球轨道参数变化等自然因素导致气候波动。
2. 人类活动：工业发展、土地利用变化、化石燃料燃烧等人类活动对气候产生影响。
3. 气候变化：全球变暖、极端气候事件频发、海平面上升等气候变化现象。
4. 应对策略：低碳发展、节能减排、适应性措施等应对气候变化的策略。
气象学中的动力学和热力学
气象学中的动力学和热力学气象学是研究大气现象和气象现象的科学，主要包括气象动力学和气象热力学两个部分。
动力学是研究空气运动规律的学科，而热力学则主要关注空气中的热传递和热平衡问题。
在气象学中，动力学和热力学是相互联系的，它们共同构成了气象学这一宏大的学科。
下面我将从动力学和热力学两个方面来展开对气象学的介绍。
一、气象动力学气象动力学主要研究空气在大气中不同位置、不同高度以及不同气压下的运动规律。
在气象动力学中，主要包括风的形成、风的分类以及地球自转对大气运动的影响等方面。
首先，风的形成是许多人感到困惑的问题。
实际上，风的形成与气压的分布有密切关系。
通常情况下，空气从高气压地区流向低气压地区，从而形成了风。
这就是常说的“高压迎风，低压背风”。
其次，根据风的运动速度和方向的不同，可以将其分为不同类型。
比如常见的东北季风、东南季风等等。
不同的风会对当地的气温、降水等气象现象产生不同的影响。
另外，地球的自转对大气运动也有着重要的影响。
在赤道地区，由于地球自转速度较快，空气的运动速度也相应增加，形成了赤道低压带。
而在两极地区，由于地球自转速度缓慢，空气的运动速度也较慢，形成了极地高压带。
这些都是气象动力学的重要内容。
二、气象热力学气象热力学主要研究空气中的热传递规律、热平衡问题等。
在气象热力学中，主要包括大气的垂直稳定性、大气中的水汽和云的形成等方面。
首先，大气的垂直稳定性是气象热力学中的一个重要概念。
它主要是指空气受到的上升和下沉力的平衡情况。
一般来说，如果上升气流遇到的温度变化率大于下降气流的温度变化率，那么空气就是不稳定的。
反之，如果上升气流遇到的温度变化率小于下降气流的温度变化率，那么空气就是稳定的。
这种垂直稳定性的变化与天气现象的变化有着密切的联系。
其次，大气中的水汽和云是气象热力学的重要研究对象。
雨水的形成主要是通过水蒸气向高空升华以及水蒸气凝结而形成的。
云也是由水蒸气凝结而形成的，不同的云形成和云降水类型也具有一定的规律性。
1气候动力学-绪论
● CLIVAR的总目标 (goals)：
（1）通过收集和分析观测资料与发展和应用耦合模式，并与其
它相关气候研究和观测计划合作，以求能更好地描述和了解造
成季、年际、年代和百年时间尺度的气候变率及其可预报性； 把气候变率的记录延长到必需的时间尺度； （3）通过发展全球耦合预报模式增加季节到年际气候预测的时
0.8 相 对 于 ＊ 0.6
0.4
0.2
1961 1990 ℃
0 年 温 -0.2 度 距 平 -0.4 （ -0.6 ） -0.8
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
● 气候变化的阶段性和周期性
气候的日、年变化是受严格的地球自转和公转变化周期 支配的，是人们熟悉和感觉得到的。 这些不同时间尺度的气候冷暖交替出现，循环变化，具 有周期性，但是在这些周期变化的大背景中，每次冷暖持续 时间的长度、变化的幅度都是不一样的，因此气候变化的非 周期性也是很明显的和客观存在的。 气候变化的非周期性与气候变化的随机性是有紧密联系 的。由于随机性的影响，使实际气候变化的周期性变得不严 格甚至很紊乱。
——CLIVAR-GOALS的研究领域：
G1：ENSO。旨在利用、延伸和改进ENSO预报，中心问题是 研究与ENSO有关的热带太平洋季到年际变率与耦合大气 -海洋演变。 G2：亚澳季风系统变率。研究和确定亚澳季风气候系统可预报 性的上限；从定量的方面研究亚澳季风系统由缓变的边界 条件与内部动力学对季风可预报性的相对贡献；确定亚洲 季风在全球气候系统可预报性中的作用特别是与ENSO有关 的一些部分。 G3：美洲季风系统变率。从多方面研究美洲季风系统和平均状 态与变化及其可预报性，并尽可能进行预报试验。
气象气候学中的气候系统动力学
气象气候学中的气候系统动力学气候已经成为当今世界面临的最大挑战之一。
了解气候变化的复杂性和对未来造成的影响至关重要，以便我们能够更好地应对和适应变化。
气象气候学中的气候系统动力学是研究气候如何变化的一个分支学科。
气候系统动力学是什么？气候系统动力学研究气候系统的演变过程和自然界各要素之间的关系。
它掌握气象学、海洋学、地球物理学等多种学科的知识，研究气候系统的物理学基础。
它旨在解释和预测气候事件、气候变化和异常气象现象的复杂性，探讨气候的气候学机制，并研究人为干预气候的影响。
气候变化和全球变暖是目前研究气候系统动力学的热门话题。
全球变暖是指地球表面温度变暖的现象，是由大气中温室气体（如二氧化碳，甲烷等）的增加所引起的。
气候变化是全球变暖进程中的一部分，是指气候在某段时间内总体上发生的变化。
气候变化包括气温变化、降雨量变化、风向变化等，它们对环境、生态系统、经济和社会都有重要的影响。
气候系统的动力学模型气候系统动力学研究的一个重要领域是气候系统动力学模型。
这些模型结合了多种环境要素（例如大气、海洋、陆地、冰雪、植被等），通过数学模拟，可以预测气候变化，并研究不同环境要素之间的相互作用和影响。
气候系统动力学模型通常是由一个复杂的计算机程序组成的，需要大量的数据、计算能力和专业知识来构建。
气候系统动力学模型可以用于预测未来的气候变化趋势，评估不同气候政策对气候变化的影响，以及提出应对气候变化的措施。
例如，通过模拟预测气候变化，可以研究和评估减少温室气体排放的各种方法，包括降低碳排放和增加清洁能源的使用。
气候系统的复杂性气候系统的复杂性是气候系统动力学研究的核心问题之一。
气候系统由多个互相关联的子系统组成，例如大气、海洋、陆地和冰雪。
这些子系统之间的相互作用和反馈作用是气候系统动力学研究的重要问题。
另外，气候系统存在许多不确定性因素，例如科学知识的不完善、未来的人口和经济增长趋势、自然灾害的概率等。
这些不确定性因素都增加了气候系统动力学模型的预测误差，从而使气候预测和气候政策评估更加困难。
动力气候学
发展
发展
20世纪60年代以来，结合物理气候学成为“物理动力气候学”。
物理动力气候学是气候学的一个分支，综合物理气候方法及动力气候方法研究气候系统形成及演变的学科。 由20世纪20年代出现的大尺度物理气候学和动力气候学于60年代结合而成。主要根据流体力学和热力学的基本物 理定律，运用数学物理方法，研究水圈、陆圈和生物圈对地球气候的形成和变化的影响。并就重要的气候形成因 子，如辐射、海陆分布、云、冰雪、大气中二氧化碳、臭氧和尘埃含量变化，及人类活动对气候的影响等，建立 若干种气候模式，据以对全球气候的基本特征及气候变化和异常的原因提出解释或假说。
动力气候学
气ห้องสมุดไป่ตู้学的分支
01 定义
03 相关学科
目录
02 发展
基本信息
动力气候学是气候学的一个分支。用动力学的观点和方法研究气候形成及其变化的学科。主要研究地球气候 系统的大气动力过程、热力过程、流体力学的气候模拟和解释大气环流等。随着大气动力学和气候数值模拟的发 展，动力气候学逐渐成为研究长期气候变化的重要途径之一。20世纪60年代以来，结合物理气候学成为“物理动 力气候学”。
相关学科
统计气候学 天气气候学
城市气候学 应用气候学
生态气候学 山地气候学
气候资源学 古气候学
统计气候学
统计气候学是使用数学统计方法对气候资料和气候要素进行时空特征及相互关系的研究。
天气气候学
天气气候学是应用天气分析的基本方法和大气环流的基本理论研究气候形成和变化。
城市气候学
城市气候学是以实际观测和理论模拟分析方法研究城市特定条件下的局地气候特征。
定义
定义
运用动力学和物理学来研究气候形成，气候异常和气候长期变化趋势叫动力气候学。动力气候一词始于30年 代，人们试图探索气候形成的动力机制。但由于条件限制，当时实际上只是天气气候学方法。60年代开始国外气 候专家转向气候数值模拟的研究，并在模拟气候和解释气候方面取得重大进展，尤其在气候敏感性试验方面取得 的结果引起各国政府和人民的密切，为了保护人类自身的生存环境，气候学家正在进行全球范围的研究和合作， 动力气候学的发展方兴未艾。
气候系统的动力学与非线性行为
气候系统的动力学与非线性行为随着全球气候变化问题日益凸显，对于气候系统的研究成为了极为重要的课题。
气候系统是一个高度复杂的系统，其中包含了大气、海洋、陆地和冰冻区等多个组成部分，并且这些部分之间相互作用，形成了一个庞大而错综复杂的系统。
为了更好地理解气候系统，气候学家们开始探索气候系统的动力学特性以及非线性行为。
动力学是研究物体运动规律的一个分支学科。
在气候系统中，动力学的核心是研究气体和液体在大气和海洋中的运动规律，从而揭示气候系统的运行机制。
不同于线性系统，非线性系统中存在许多奇特的现象，而气候系统正是一个具有强烈非线性特征的系统。
这种非线性行为使得气候系统在面对外界变化时表现出许多出乎意料的现象。
在气候系统中，各个组成部分互相影响，相互之间的反馈机制导致了系统的非线性行为。
举一个例子来说，海洋中的表层水受到大气中的风力的影响，从而形成海洋表面的运动。
这种运动会导致海水中的温度和盐度发生变化，进而影响大气中的温度和湿度。
这样的相互作用和反馈机制造成了气候系统的动态性，使得气候系统不仅仅是简单的物理过程的叠加，而是一个高度复杂的系统。
气候系统的非线性行为还表现在气象系统中的突发现象上。
例如，热带气旋就是气象系统中的一种非线性现象。
热带气旋的形成和发展是一个涉及大气、海洋和陆地等各个方面的过程，其发展过程不仅受到环境条件的影响，还受到系统内部的非线性反馈机制的调节。
这使得热带气旋在发展过程中呈现出周期性的特征，并且存在着不可预测性。
由于气候系统中包含了大量的非线性因素，使得对于气候系统的预测和模拟成为了一项极具挑战性的工作。
除了非线性行为之外，气候系统的动力学特性也备受关注。
动力学特性主要包括气候系统的稳定性、吸引子以及双稳定性等。
稳定性是指系统在扰动下恢复到原来状态的能力，而吸引子则是系统演化过程中的一个稳定状态。
在气候系统中，存在许多稳定的状态和吸引子，它们之间相互转换，构成了气候系统的多样性。
气候系统变化的动力学机制
气候系统变化的动力学机制在过去几十年里，人类活动引起的气候变化逐渐成为全球关注的焦点。
许多研究表明，全球气候正在变暖，海平面正在上升，极端天气现象正在增加。
这些现象不仅对人类的健康和生计造成了不利影响，也对动物、植物和地球环境等造成了重大威胁。
在这种情况下，研究气候系统变化的动力学机制就显得尤为重要。
动力学机制是指造成物理系统变化的力量和作用规律。
气候系统由大气、海洋、冰盖和生物等组成，其变化受到多种因素影响，包括太阳辐射、地球自转和公转、火山、地震等自然因素以及人类排放的温室气体、土地利用变化等人为因素。
其中，温室气体对气候变化的影响最为显著。
温室气体是指对太阳辐射的部分吸收并重新辐射至地球表面的气体，如二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等。
这些气体的浓度增加会导致地球表面温度上升，从而引起气候变化。
人类活动是温室气体增加的主要原因，如燃烧化石燃料、大规模森林砍伐、农业动物排放等都会产生大量温室气体。
除了温室气体，气候系统变化还受到多种自然因素的影响。
太阳辐射是地球气候变化的重要影响因素之一。
太阳辐射有周期性变化，其最常见的变化周期是11年。
地球自转和公转也对气候变化产生影响，例如地球自转轴的倾斜角度和旋转速度会影响季节变化和气候带分布等。
此外，火山和地震等自然灾害也会影响气候系统变化，如火山喷发会释放大量气体和颗粒物，影响到大气的成分和结构，从而导致气候变化。
气候系统变化的动力学机制是一个复杂的过程，不同的机制之间存在相互影响和反馈，理解这些机制对于预测气候变化趋势和制定应对气候变化的政策具有重要意义。
在未来，需要通过加强科学研究和合作，继续深入探究气候系统变化的动力学机制，为保护地球环境和人类生存提供更科学有效的方法和手段。
气候动力学复习
1、把气候变化按时间尺度分为六类,即:•短期气候变化，其时间尺度为月或季；•中期气候变化，其时间尺度为几年（年际变化）；•长期气候变化，其时间尺度为几十年（年代际变化）；•超长期气候变化，其时间尺度为几百年（世纪际变化）；•历史时期气候变化，其时间尺度为千年；•地质期气候变化，其时间尺度为万年或更长。
2、根据气候突变的情况，我们可以把气候突变归并为三种类型（图1.1.6）：即均值突变、变率突变和趋势突变。
１）从一个气候基本状态（以某一平均值表示）向另一个气候基本状态的急剧变化，就是均值突变。
这类突变相对较多，影响也较大。
２）两个气候状态（阶段）的平均值并无明显差异，但其变率有极明显的不同，这样两类气候状态间的急剧变化，称为变率突变。
变率突变包括两种情况，其一是振幅有明显差异的突变；其二是频率有明显差异的突变。
３）两个气候阶段有完全相反的变化趋势，例如，某个气候阶段温度一致持续下降，其后一个气候阶段的温度一致持续上升，这样两个气候阶段的急剧转变，称为趋势突变。
3、大气环流是指大范围(水平尺度几千公里以上，垂直尺度10km以上，)较长时间尺度的(几天以上)大气运动的基本状况。
它们的变化不但影响着天气的类型和变化，而且影响着气候的形成。
4、对流层中部的平均环流（~5.5Km）•极涡：北半球1月两个中心；南半球一个中心。
•西风带平均槽脊（冬季）：北半球三槽三脊（槽：亚洲大陆东岸、北美大陆东岸和乌拉尔山以西；脊：阿拉斯加、西欧沿岸和贝加尔湖地区）。
南半球不明显。
•副热带高压：冬季约位于15N。
•极涡：南、北半球7月一个中心。
•西风带平均槽脊（夏季）：北半球四槽四脊（东亚大槽东移20个经度，引起季节性的长波调整）。
南半球不明显。
•副热带高压：夏季向北推移到25-30N附近。
5、季风成因是指大范围盛行的风向随着季节有显著变化的风系。
一般冬夏之间稳定的盛行风向相差达120°—180°。
季风的成因主要有以下几方面：一是海陆影响。
气候动力学-11-陆—气相互作用2
城市是社会生产力发展 到一定阶段的产物，人 类文明的标志和社会经 济发展的载体，是人口、 产业、资金、生产力和 科学技术高度密集的区 域，也是经济活动和社 会活动的核心，现代社 会已经成为一个以城市 为主导的世界。
刘悦秋和刘克锋，城市生态学，2010
城市与城市群
城市群是在城镇化过程中，在特定的 城镇化水平较高的地域空间里，以区 域网络化组织为纽带，由若干个密集 分布的不同等级的城市及其腹地通过 空间相互作用而形成的城市-区域系 统。城市群的出现是生产力发展、生 产要素逐步优化组合的产物，每个城 市群一般以一个或两个（有少数的城 市群是多核心的例外）经济比较发达、 具有较强辐射带动功能的中心城市为 核心，由若干个空间距离较近、经济 联系密切、功能互补、等级有序的周 边城市共同组成。
城市储热
在城市区域，由于建筑物的参差起伏及人为下垫面的 存在，城市下垫面的储热能力显著增大。白天近50% 的净辐射能量被储存，夜间，这部分能量除了用于供 给长波辐射，还使向上的感热通量增加。（王咏薇等， 2008）
城市冠层对大气的影响
城市冠层定义为从地面到建筑物屋顶的这一层，它与建筑物高度、密度、几何 形状、建筑材料、街道宽度和走向、绿化面积等关系密切；城市边界层则是从 建筑物屋顶到积云中部高度这一层，它受城市大气质量和参差不齐屋顶的热力 和动力影响，湍流混合显著，与城市冠层存在物质、能量交换，并受周围环境 的影响。冠层内建筑物及人为活动对于大气的影响主要包括： （１）建筑物对冠层内气流的拖曳影响。 （２）建筑物对湍能生消的影响。 （３）建筑物对太阳短波辐射的阴影遮蔽作用。 （４）建筑物对长短波辐射的截限作用。 （５）人为热排放作用。 （６） 由于建筑物材料导致的热属性参数的不同。 王咏薇等，2008
全球气候动力学的研究进展
全球气候动力学的研究进展全球气候变化是一个全人类面临的重要问题。
人类通过不断改变环境、消耗能源而产生了巨大的影响，全球气候变化便是其中之一。
面对这个问题，各国的科学家和研究人员开展了大量的研究，以期了解气候变化的机制和规律，并提出合理的应对和解决方案。
一、全球气候变化对生态环境的影响全球气候变化已经对生态环境产生了深远的影响。
随着全球气温的不断升高，冰川融化速度加快，海平面上升。
这不仅对生态环境带来了负面影响，同时也增加了地质灾害的风险。
气候变化还导致了降雨和干旱的分布不均，降雨过多和过少都会对农业和生态环境产生严重的影响。
此外，海洋的酸化和生态系统的变化也对全球气候变化产生了影响。
二、全球气候变化的机理全球气候变化的机理非常复杂，既与人类活动有关，也与自然因素有关。
人类活动主要指使用化石燃料、森林砍伐等行为所产生的影响。
自然因素包括太阳活动、火山爆发等。
科学家通过研究气候系统的物理过程，逐渐了解了全球气候变化的机理，这对深入了解全球气候变化的趋势和预测趋势至关重要。
三、全球气候模型的建立全球气候模型是研究全球气候变化的重要工具。
通过该模型可以预测未来的气候变化趋势，以及预测影响。
在过去几十年中，全球气候模型的建设已经取得了一些进展。
科学家们将大量的观测数据和气候模型结合起来，以模拟全球气候系统的物理过程和化学过程。
但是，模型的不确定性和精度依然是亟待解决的问题。
四、全球气候变化的应对措施为了应对全球气候变化，各国采取了不同的应对措施。
这些措施包括促进可再生能源的发展、减少温室气体排放、改变生产和消费模式等。
此外，加强全球气候变化的国际合作也是一种应对措施。
各国通过国际气候变化合作机制，共同推进全球气候治理，以缓解全球气候变化的影响。
结论全球气候变化是一个令人关注的重要问题。
科学家和研究者通过不断努力，逐渐了解了全球气候变化的机理和趋势。
建立全球气候模型有助于更好地预测未来气候变化趋势。
面对全球气候变化，加强国际合作并采取科学的应对措施是缓解变化影响的有效途径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、气候变化的驱动力
外强迫的作用： 气候变化的驱动力之一
• 几千万年～几亿的气候变化的驱动力主要 是地质构造活动，包括板块运动，火山爆 发，海底的地质构造变化等，也包括沙尘 的影响。通过这些地质构造的运动，通过 改变大气中温室气体的浓度和反照率，影 响着地质年代的气候。
更新世（200万年-1万年） 气候变化及其意义（图2-4）
1.气候变化的主要启动力是地球轨道变化， 非常弱的强迫
2.更新世气候变化的主要机制是GHGs和冰盖 区，作为反馈机制
3.长时间尺度的气候变化对很小的强迫是很 敏感的
4.人类造成的强迫矮化了引起冰期与间冰期 气候变化的自然强迫
5.人类活动是现代气候变化的一个驱动力
Hansen,2007源自南极东方站（Vostok）测量的 大气CO2浓度变化
破坏全球辐射平衡可以有两种方式：一是入射到大气顶的 太阳短波辐射量发生了改变，它主要由太阳活动本身的变化 或太阳常数的变化引起，也可以由地球围绕太阳公转的轨道 参数（偏心率，进动和倾斜角）变化引起（即米兰科维奇循 环），也可以是大气中的云层覆盖面积或大气气溶胶颗粒物 含量发生了变化，从而使反射的太阳辐射量发生了变化（用 反照率表示）。这些变化是引起气候自然变化的主要原因之 一。它可以影响不同时间尺度的气候变化。二是射出长波辐 射的变化。能够影响地球射出长波辐射向外空传输的主要因 子球是和大大气气中向的外水射汽出，的长O3和波温辐室射气，体使等射。出它的们长能波捕辐获射或减拦少截，地从 而破坏了全球辐射平衡。由上可知，能够改变大气顶净辐射 或使辐射平衡发生扰动或破坏的任何因子都可以引起全球气 候变化，它们被称为辐射强迫(图1A）。实际上，全球气候 变化是对辐射强迫的响应，通过这种响应过程，地球系统改 变自身的气候状况，以重新恢复原来的或建立新的全球辐射 平衡。在这个过程中，由于气候系统中各圈层响应的快慢不 一样，其所表现出的气候变化状况就不一样（图1B）。
全球气候是否会向冰期（变冷）演变？
根据米兰科维奇（Milankovitch）循环理论， 近几百万年由于地球轨道参数的变化（进动，地轴 倾斜和地球轨道椭圆性变化），气候具有周期为10 万年左右的冰期—间冰期循环。这种自然的轨道强 迫可在几千年时间尺度上影响关键的气候系统，如 全球季风，全球海洋环流，大气的温室气体含量等， 我们目前处于末次间冰期，但其向冰期演变的冷却 趋势不会减缓现代的全球变暖。至少在30000年之内 地球不会自然的进入下一个冰河期。
For past 425 ky, (A) GHGs and sea level, (B) Surface
albedo and GHG forcings, (C) Observed and calculated
temperatures
人类活动辐射强迫是否超过了自然辐射强迫？
图4 冰期气候强迫
气候敏感性
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均辐射强迫值（RF）2005年，相对于1750年）（a）及其90%信度水平的发生概率分布（b）。 LOSU是科学认识水平，火山气溶胶未包括。（IPCC,2007）
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均辐 射强迫值（RF）（2005年，相对于1750年）（a）及 其90%信度水平的发生概率分布（b）。LOSU是科学 认识水平，火山气溶胶未包括。（IPCC,2007）
太阳活动的变化是引起近代气候变暖的主要原因吗？
总太阳辐射的连续直接观测至今只有28年，结果 表明，太阳辐射具有确定的11年周期变化，其辐射量 从最小到最大的周期循环变化率只有0.08%，并且无 显著长期趋势，工业化前后并无太大的变化，辐射量 变化的主要原因是太阳黑子和耀斑的变化。计算的太 阳输出（从1750年）造成的直接RF是±0.12w/m2。这 个值虽然是正值，但比温室气体的RF要小得多 （2.3w/m2），所以太阳辐射的变化不是引起近代气 候变暖的主要原因（图5-6）。
图1B RF计算方法
箭头：对流层顶净通量不平衡。兰线：未扰动温度剖面；桔 红线：扰动温度剖面。从左到右，瞬时RF（IRF）：大气温 度处处不变；平流层调整的RF：允许平流层温度调整；零地 面温度变化RF，允许对流层大气温度调整，而地面温度不变； 平衡气候响应：允许大气与地表温度都调整达到新的平衡态，
对流层顶RF消失。地面温度变化了ΔTs。（IPCC,2007)
大气的对流层和海洋响应较慢，因而它们在几十 年之后才可能表现出明显的气候变化；而平流层大 气响应快，一般在一个月左右就可发生明显的变化。 正的辐射强迫可使地表温度上升，导致全球变暖， 负的辐射强迫（如火山爆发）使全球变冷。应该指 出，辐射强迫的计算是研究气候变化原因和预测气 候变化的一个关键。它所关心的是太阳辐射和长波 辐射的变化，而不是其本身，从这个意义上讲，入 射的太阳辐射并不是辐射强迫，只有它的变化量才 是辐射强迫。
第2讲 气候变化的原因
1.全球辐射平衡与辐射强迫
太阳辐射是驱动地球上所有天气和气候现象的能量来源。 就全球和年平均而言，有343W/m2的太阳辐射（又称短波辐射） 入射到大气顶，但其中三分之一（103W/m2）被云层和地表面 又反射回太空，因而只留下240W/m2被地球的气候系统所吸收。 大气本身对太阳辐射的直接吸收很少，大部分被陆面、海洋、 冰面所吸收，使它们温度升高。为了维持地球的气候长期不 变，根据辐射平衡的原理，地球作为一个黑体（严格说应为 灰体）被地表和大气吸收的太阳辐射必须在大气顶被地球自 身放射的红外辐射（又称长波辐射）所平衡，其量值也应该 是240W/m2。这种情况下，地球系统由于没有任何净能量输入， 则能保持地球气候状况（主要由全球地表平均温度表征）不 变。因而全球辐射平衡是维持稳定地球气候的基本原理。不 论何种原因，如果这种平衡一旦被破坏，则全球辐射平衡不 能维持，地球系统将获得或损失能量，从而导致地球气候的 变化。
人类活 动扰动
(℃)
温
度 距 平
CO2 浓 度
(ppmv)
( redrew from Petit et al. 1999 )
年距今
图2 目前的CO2浓度是42万年来的最大值。
83万年来，仍是最大值
（IPCC，2001）
图3 过去425千年: (A) GHGs与海平面，(B)地表反照率与GHGs强迫， (C)观测与计算的温度