全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力概要
3 全球变化的主要特征与过程
(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."
《全球变化》教学大纲
《全球变化》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务本课程作为一门“专业选修课”涉及内容广泛，涵盖了众多跨学科的知识内容和要点。
通过本课程系统学习将有助于学生充分了解相关领域的前沿知识和信息，为后期有可能从事相关领域研究打下坚实的基础。
通过本课程的开设和实施拟主要达到以下几方面目标：一方面，学生通过学习可以帮助其了解和掌握全球变化领域的相关知识和概念；其次，通过本课程的参与和学习可以很大程度上增强学生的学习潜能和节能、环保意识；另外，通过课程知识内容的正确引领有助于学生培养和积累跨学科的知识背景。
三、学时分配四、教学内容及教学要求第一章介绍全球变化的基本概念及有关全球变化的官方机构及主要职能第一节全球变化及主要涉及学科领域1．什么是全球变化；2．全球变化与人类的关系。
习题要点：有关全球变化的主要概念及其术语。
第二节涉及全球变化的主要官方机构及主要职能1．全球变化主要官方机构；2．全球变化官方机构的主要职能。
习题要点：全球变化主要官方机构及英文表达；全球变化官方机构的主要职能。
本章重点、难点：如何合理区分不同全球变化机构之间的职能差异。
本章教学要求：掌握全球变化的基本概念；了解全球变化的主要官方机构及职能。
第二章探讨全球地-气碳交换过程及考察指标的定义和计算第一节全球地-气碳交换研究1．全球地-气碳交换基本过程；2．全球地-气碳交换研究现状。
习题要点：全球地-气碳交换基本过程（以陆地生态系统为例）。
第二节与全球地-气碳交换相关的表征指标的定义与计算1．全球地-气碳交换相关的表征指标；2．地-气碳交换相关表征指标的计算。
习题要点：全球地-气碳交换基本过程；地-气碳交换相关指标及其计算方法。
本章重点、难点：理解全球地-气碳交换基本过程。
本章教学要求：理解全球地-气碳交换基本过程；掌握地-气碳交换过程主要观测指标及定量方法。
第三章探讨全球碳的来源与分布，以及不同领域碳排放的估算第一节全球碳来源及分布1．全球碳来源的多样化及其特点；2．全球主要碳源的分布及其空间变异性。
全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力解读
太阳活动的历史记录（王绍武，1994）
表2-1
编号 1 名称 现代极大
5000年来太阳活动异常时期
可能时间范围 1780A.D.～现代 编 号 7 名称 希腊极小 可能时间范围 440B.C. 360B.C. ～
2
3 4 5 6
蒙德尔极小
施帕雷尔 极小 中世纪极大 中世纪极小 罗马极大
1640A.D. 1710A.D.
参数变化与全球变化之间必然存在一系列的反馈机制使得由地球
轨道参数变化所引起的变化被放大。第三，根据地质记录发现， 在2.4MaB.P.，19ka和23ka的岁差周期占主导地位；在
2.4MaB.P.～0.8MaB.P.期间，41ka的黄赤交角变化周期为主要周
期；而在0.8MaB.P.以来却是在三个地球轨道参数中强度最弱的 0.1Ma的偏心率周期最为显著；米兰柯维奇理论难以解释为什么
大气中CO2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对CO2的调
节能力是有限的。可以设想，如果人类继续增加化石燃料 的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将会被
耗尽，那时，更大部分的CO2将被保留在大气圈中，必然
会导致更为显著的温室效应加剧、全球变暖和海平面上升 等 ～ ～ ～
20B.C.～80A.D.
（二）米兰柯维奇天文理论 1.地球轨道参数的变化 偏心率、黄赤交角和岁差这些地球的轨道
参数都是随时间变化的，它们的变化均会导致
地球接受太阳辐射的季节和地区分布的变化。
地球轨道参数变化及其引起的地球接收太阳辐射 的变化
地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆 轨道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨 道的偏心率。偏心率以10万年变化于0.005～0.06之间， 同 时 还 存 在 40 万 年 的 周 期 变 化 。 目 前 的 偏 心 率 为 0.0167 ，地球分别处于近日点和远日点时，日照量的 差别为7%，偏心率愈大，差异愈大。 因受太阳和月球的引力作用，使得地球自转像陀 螺一样地摇摆，由地轴进动引起的黄道和天赤道交点 的变化就是岁差，其变化周期约 21ka （ 23ka 和 19ka 两 个周期）。岁差导致地球近日点时间的变化，现在地 球在1月位于近日点，全球1月日射率稍大于7月，从而 使北半球冬季稍暖，夏季稍凉，而南半球冬季更冷， 夏季更暖。10.5ka以后，当近日点出现在 7月时，情况 将相反。
全球变化第二章
第二节大气系统中的主要过程
影响地球辐射平衡变化的因素归纳三个方面： 三是进入地球系统中太阳能在地球系统中滞 留的时间，与地球的温室效应相联系。
第二节大气系统中的主要过程
一、温室气体与温室效应 二、大气气溶胶过程 三、云过程
第二节大气系统中的主要过程
一、温室气体与温室效应 主要温室气体：水汽、二氧化碳、氧化亚氮、 甲烷、氯氟烃。
负反馈：系统中初始变化所引起的响应使得 初始变化受到抑制，使系统回到原来的状态。
正反馈
污染↑ ↑ ↑ 污染↑ ↑ 污染↑
生态系统中的反馈
狼狼 饿吃 死饱
负反馈
狼↑ 狼↓
吃了 吃了 较少 较多 兔子 兔子
鱼死亡↑ 鱼死亡↑ ↑ 鱼死亡↑ ↑ ↑
兔兔 吃饿 饱死
兔↑ 兔↓
植物↓ 植物↑
吃了 大量 的草
第二章地球系统与全球变化的关键过程
第一节地球系统 第二节大气系统中的主要过程 第三节海洋系统及其界面中的主要过程 第四节陆地系统及其界面中的主要过程 第五节人类生态系统的过程
第一节地球系统
大气圈
地 地圈
水圈
球
岩石圈
系
统 生物圈
物理气候系统 （5个子系统）
固体地球系统
人类生态系统从属于生物圈范围内，构建在各个子系统之 上，是水循环、生物地球化学循环和岩石圈循环过程的中 间环节的系统，是地球系统的一个重要组成部分。
第三节海洋系统及其界面中的主要过程
二、海气相互作用与周期性气候变化
海洋向大气提供的热量是驱动大气环流的主要因素。 大气环流中的四大涛动：ENSO北大西洋涛动、北太 平洋涛动、南极涛动。
长沙降水中δ18O与SOI、Nino3区SST的变化 长沙降水中δ18O与Nino3区SST具有大致相同的位相变化，而 与SOI则表现出大致负位相的变化。
全球变化与全球变化研究
大气化学成分的演变等。 几千年至几十万年：冰期和间冰期的交替，以及与此 相关联的大气成分、土壤的发育、 生物种类区域分布的相应变化等。
几十年至几百年： 气候变化、大气化学成分变化、地表
干燥度或酸度变化，以及地球和海洋
生物系统的变化等。
几天至几个季度： 天气现象、洋流中的旋涡，极区海
冰覆盖的季节增长和融化，地面径 流和风化以及植物生长的年循环等， 受制于日射年循环的时间尺度。
几秒到几小时： 陆地、海洋、冰、大气和生物群落
之间的质量、动量和能量通量全部 由时间尺度小于一天的过程所支配。
几十年至几百年的中等时间尺度变化是全球变化研究
的重点，在此时间尺度内的自然变化对人类有着重要 的影响，而人类活动对全球过程的影响也最为显著。
年际尺度的异常扰动也是全球变化研究特别关注的
问题。
不同尺度之间存在密切的联系：较长时间尺度的变化
是较短尺度变化的背景，较短尺度的变化有时是较长 尺度过程的表现。
（3）人类的作用
由于人类活动影响的加剧，全球变化过程正以前所未 有的速度加快进行，人类已经成为导致全球变化的营
力之一。开展全球变化研究是人类社会所面临的挑战，
和社会科学的发展，提高人类应付全球变化的能力。
定义：
全球环境（包括气候、土地生产力、海洋和 其他水资源、大气化学及生态系统等）中的、能 改变地球承载生命的能力的变化。
（1）全球观点与全球尺度
全球观点：就是从地球系统的思想出发把地球看作 一个整体，研究地球系统随时间的变化，集中研究 那些把系统中所有部分紧密地联系在一起的、并导
致系统发生变化的过程和机制，而不是孤立地研究
地球的不同组分和它的环境。
全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力概要
由于行星的摄动作用，黄赤交角发生周期性 的变化。现代黄赤交角是23°27′，在几百万年 内，黄赤交角的变化范围为21°39′～24°36′， 变化周期约40ka。这一变化被比喻为好像船的 左右摇摆。黄赤交角影响地球上不同纬度和不 同季节的气候差异程度的大小，黄赤交角越大， 冬季和夏季的差异越大。黄赤交角变化对极区 影响最大，若黄赤交角减小，极地地区变暖， 反之，极地地区更为寒冷。
地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆轨 道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨道 的偏心率。偏心率以10万年变化于0.005～0.06之间， 同 时 还 存 在 40 万 年 的 周 期 变 化 。 目 前 的 偏 心 率 为 0.0167，地球分别处于近日点和远日点时，日照量的 差别为7%，偏心率愈大，差异愈大。
在无机环境中，碳主要以CO2或者碳酸盐和重碳酸盐的 形式存在。生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、呼 吸和分解过程进行的，在较长的时间尺度上，地质因素对 于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳(煤、 石油和天然气等)是生态系统在过去年代中所固定的，它 们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环。自然界碳 的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体。
二、固体地球系统与岩石圈循环过程
（一）板块运动过程 （二）陆上风化与侵蚀堆积过程 （三）海洋沉积过程
三、生态系统与生物地球化学循环过程
全球碳循环（IPCC，1996）
大气中及溶解在河流、湖泊和海洋等水体中的CO2，是 可供生物圈利用的主要无机碳源，陆上植物和海洋浮游植 物等有机物通过对CO2的光合作用而捕获太阳能为生物圈 提供能量，同时使得碳进入生物圈，并向大气提供氧气。
太阳活动是太阳表面上一切扰动现象的总称。主要包括：发 生在光球表面的黑子、光斑，发生在色球层的谱斑、耀斑，以及 日珥、日冕等。一般用黑子活动代表太阳活动，黑子越多，太阳 活动越强，其他太阳活动都和黑子活动呈同步变化，太阳常数的
全球环境变化(第二章)
第二章 全球变化的主要特征与过程
持续时间累积达6亿年，表明地球环境以温暖为主要特 征。 （2）地球7.4亿年来大部分时间年平均气温高于现在。 （3）我们目前仍处于第四个大冰期即将结束的阶段；
第二章 全球变化的主要特征与过程
三、冰期-间冰期理论 4. 第四纪冰期-间冰期更替的原因——米兰柯维奇理论
第四纪冰期和间冰期更替的原因主要是地球轨道参数 的变化，即地球绕日椭圆轨道的偏心率、黄赤交角和岁差 的周期性变化改变地表日照量，引起冰盖的进退变化。
全球环境变化(第二章)
第二章 全球变化的主要特征与过程
一、全球变化的时空谱特征 1. 全球变化的时间尺度 （1）几百万年至几十亿年
发生时间和演变驱动力：主要发生在地质历史时期内。 全球环境的变化主要受地球行星演化规律与进程的控制。
主要特征事件：地球诞生1亿年之后，岩石圈板块运动 导致地球上沧海桑田的演变，陆地上的造山运动和造陆运动 形成山脉、高原等大的地形单元，大气圈和水圈的形成与演 化，以及生命的起源和原始人类的出现。
第二章 全球变化的主要特征与过程
三、冰期-间冰期理论 3. 地球史上的大冰期和大间冰期
表 地球史上的大冰期与大间冰期
（单位：×108aB.P.）
第一次大冰 期
第一次大间 冰期
第二次大冰 期
第二次大间 冰期
名称
持续的时间
震旦纪大冰期
7.4~6.0 （1.4）
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
主要内容：
• 第一节 全球变化的主要过程 • 第二节 全球变化的驱动力 • 第三节 全球变化的概念模式
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
第一节 全球变化的主要 过程
• 一、气候系统与水文循环过程 • 二、固体地球系统与岩石圈循环过程 • 三、生态系统与生物地球化学循环过程 • 四、人类生态系统与人类活动过程
• 水汽反馈：总体为正
• 云辐射反馈：可正可负
• 冰雪圈反馈全：球变大化全球气变化热的主量要过程平与驱衡动力中的冷却作用，
二、固体地球系统与岩石圈循环 过程
• 系统的主体 • 系统的驱动力 • 主要过程
• 板块运动过程 • 陆上风化与侵蚀堆积过程 • 海洋沉积过程
• 影响
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 南方涛动指数（SOI）：塔希提岛与达尔文之间的 标准海平面气压差。
• SOI为负表示东太平洋气压低于印度洋气压； • SOI为正表示东太全球平变化洋全球气变化压的主高要过于程与印驱动度力 洋气压。
图示
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
与厄尔尼诺相关联的降水和温度分布型
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
季风环流（Monsoon circulation）
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球洋流图
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
温盐输送带理想化图示
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
环流异常：厄尔尼诺与拉尼娜现象
• 厄尔尼诺（El Nino）现象
• 含义溯源：在赤道东太平洋的厄瓜多尔南部和秘鲁北 部沿岸，圣诞节前后经常发生的海水异常升温现象。 第一次直接记录为1795年。
全球变化之全球变化科学导论(大气所考博真题知识点归纳)
全球变化之全球变化科学导论(大气所考博真题知识点归纳)XXX《全球变化科学导论》要点总结第一篇全球变化研究的基本问题第一章全球变化科学产生的背景及其研究内容及意义1、什么是全球变化？其产生背景？答：全球变化作为一个科学术语和一门交叉学科，是随着全球环境问题的出现和人类对其认识程度的不断深化而提出并发展起来的。
全球变化科学的精髓是系统地球观，强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用和地球上的物理的、化学的和生物的基本过程之间的相互作用，以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。
即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运行机制、变化规律和控制变化的机理（自然的和人为的），并预测其未来变化的科学。
它研究的首先是一个行星尺度的问题——将大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地球内部作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三种驱动机制。
发生在该系统中的全球变化是在上述驱动力的推动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。
全球变化科学是在时代发展、科学进步、人类活动的强烈影响和社会需要的背景下产生的，主要表现在以下几个方面：（1）硬件条件。
在20世纪末，全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000个高空站、个气象站、3000个飞行器、7000艘充气船、500个浮标、长期立体动态信息库，还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。
（2）由于强烈的人类活动和社会经济的飞速发展，目前在环球范围内产生以下十大情况问题，急需国际社会合作共同解决。
主要有大气污染、温室气体排放和气候变暖、臭氧层破坏、土地退化、水资源匮乏和水体污染、海洋环境恶化、森林锐减、物种濒危、垃圾成灾、人口增长过快。
（3）从人类社会文明发展看，全球变化科学的产生是历史进程的必然。
（4）从历史发展角度看，全球变化研究有其科学思想的代表。
当前全球变化的主要驱动力
当前全球变化的主要驱动力
三方面驱动力
第一外部因素：太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。
太阳辐射的变化改变了到达大气顶层的能量，并通过影响物理气候系统的能量收支平衡导致气候变化。
同时也受其他天体引力的作用改变地球运动轨道参数。
第二地球内部因素：地球内力对全球变化的驱动力主要表现在板块运动所造成的海陆分布形式，海陆地形变化，火山活动等。
地球内部物质重新分布导致地极漂移也有影响。
第三人为因素：人类从自然环境中逐步分离，最终独立于自然系统，同时影响自然过程，人类活动无论从时间尺度还是空间尺度对地球影响都非常明显
最后地球系统内部存在反馈作用，在各个圈层内部，圈层之间均有复杂的反馈机制，驱动与响应之间存在复杂的非线性过程。
(类似于蝴蝶效应，个人认为人为因素应该归类为地球内部的反馈作用，因为是人为因素导致地球反馈表达，但是作为变化的原因，人为因素也可以看做是一种驱动力)
上面的内容都是从学校内部教材摘抄的，有错误不足还请指正。
第2章第1节全球变化的主要过程
2）云辐射反馈
云对大气中辐射影响的两种方式：
为短波辐射的极好反射体，能够反射掉入射的太阳能， 减少系统可能获得的总的有用能量，使地球变冷；
为红外辐射的良好吸收体，具有类似温室气体的作用，吸收 其下地表的热辐射，同时自身也放出热辐射，起到减少地面
向空间损失热量的作用，使地球变暖。
进入到地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间，与地球的温室 效应相联系。
第九页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
第十页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
温室效应
温室气体（CO2、水汽、氧化亚氮、甲烷和氯氟烃等）对太阳的短
波辐射进入地球影响不大，却能强烈地吸收地球的长波辐射，从而在地 球的表面形成一层保温层，使地球所接收的太阳能不是马上就散失掉， 而是在其返回宇宙空间之前反复地加热地球，使地球变得象温室一样温
第十五页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
全球尺度大气环流形式有：
赤道—极地之间的能量梯度作用和地球自转的影响所产生
的大气平均经圈环流。
赤道地区大洋东、西两侧海水冷暖差异形成的大气纬圈 环流，即沃克环流。
由于海、陆分布及其物理性质的不同所产生的热力差异而导
致的季风环流。
第十六页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
第二十四页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
水循环过程控制着地球的温度和云层的形成、输送和消 散，以及其与太阳辐射的关系； 气候过程则通过水、热、物质和动能的输送，控制着陆、 海表面和大气的相互作用，在气候系统中引起一系列重要
的反馈过程。其中四个反馈过程对气候变化最为重要。
第二十五页，编辑于星期六：十九点 五十九分。
山活动、地震、以及地壳的升降运动。
第2章 第2节 全球变化的驱动力
2）地球轨道参数的变化
偏心率、黄赤交角和岁差这些地球的轨道参数都是 随时间变化的，它们的变化均会导致地球接受太阳辐 射的季节和地区分布的变化
A、黄赤交角 B、岁差 C、偏心率
41000年周期
黄赤交角：
-41000年周期
周期约41000年。 在几百万年内，黄赤交角的变化范围为 21.65º~24.6º（当前为23.44º），好象船的左右摇摆。
（1）太阳辐射的变化——长期变化
1
太阳的辐射输出是随着太阳年龄的增长而变化的， 在地球诞生之初的45亿年前，太阳的辐射输出较现代 低30％，在此后的45亿年历史中，太阳的辐射输出不 断增加到现代水平。
（2）太阳活动——短期变化
小
大
1）太阳活动高峰期能够引起太阳紫外辐射和微粒辐射的 极大增加。
3）地外物体的撞击作用
在地球的历史上，地外物体对地球的撞击作 用不仅存在而且频繁发生，在地球历史的早期 尤其如此。
对全球环境的影响
短期的环境影响。 产生一系列的物理、化学和地质作用过程。 对全球变化的深远影响。 导致地球内部物质的重新分配。
产生了所谓气候变化的“轨道驱动”理论。
深海沉积物和黄土地层研究证实
气候变化具有10万年的周期，其间还亦叠加着41000年 和21000年的次一级周期。
黄土剖面和深海沉积物岩芯气候变化信息序列的谱分析结果（刘东生，1997）
存在ห้องสมุดไป่ตู้题：
不能解释冰期建立的机制，即为什么冰期出现在第 四纪而不发生在始新世或上新世等其它时期？
目前的偏心率为0.0167，日照量的差别为7%，偏心率越 大，冬夏季节的长短差异越大。
如果太阳辐射量稳定不变，那么上述三种变 化联合起来会使地球接受的热辐射量发生变化， 从而使地表平均温度也按一定的规律发生变化。
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 全球碳循环
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
四、人类生态系统与人类活动过程
• 人类生态系统的构成
• 组成：自然生态系统、人化自然生态系统、人工自然生 态系统；
• 发展阶段和类型
• 采集狩猎系统（最初形态）：以人类能够制 造工具并利用工具从自然界捕获和采集食物 为标志。
• 水汽反馈：总体为正
• 云辐射反馈：可正可负
• 冰雪圈反馈全：球变大化全球气变化热的主量要过程平与驱衡动力中的冷却作用，
二、固体地球系统与岩石圈循环 过程
• 系统的主体 • 系统的驱动力 • 主要过程
• 板块运动过程 • 陆上风化与侵蚀堆积过程 • 海洋沉积过程
• 影响
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 海洋沉积过程
• 板块运动决定大洋盆地格局，而侵蚀和沉 积作用改造海底地貌；
• 沉积场所
• 沉积类型：碎屑、化学沉积
• 沉积分带（气候和海底地形复杂）：
• 纬度分带：沉积的物质和沉积速度等因纬度而不同，极地冰川 带广泛出现冰川海洋沉积，亚热带褐粘土沉积十分发育，赤道 带生物沉积旺盛。
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 水文循环与气候系统中的反馈过程
全球变化全球变化的主要过程与驱动力
• 气候与水文系统过程的有机联系
• 水循环过程：控制地球温度和云层的形成、 输送和消散，及其与太阳辐射的关系；
• 气候过程：控制着陆、海表面和大气的相 互关系，引起气候系统中一系列重要的反 馈过程。
• 洋盆形状与海陆分布格局变化导致大洋环流形式的变化。 • 海陆分布格局变化对生物进化的影响。
第二章-全球变化的主要特征与过程
第二章 全球变化的主要特征与过程一、全球变化的时空谱特征全球变化在事件与过程的时空上构成多尺度的耦合系统。
可见，要认识这些事件和过程的性质，就必须在特定的时空尺度上对它们进行研究。
1．全球变化的时间尺度从时间尺度上看，全球变化可划分为5个时间尺度：（1）几百万年至几十亿年 （地质历史时期）该时间尺度的事件受地球行星演化规律与进程的控制，基本为不可逆过程。
包括的事件有：S Min Day Year(a) Centary 104a 106a 109a 特征时间尺度log(s) 全球 104 103 102 101 100 局地 特征空间尺度 （公里）造山造陆导致的地球上沧海桑田的演变、大气圈和水圈的形成的演变、生命的起源等。
（2）几千年至几十万年（第四纪的晚期和人类历史时期）该时间尺度的事件受地球轨道参数（如偏心率、黄赤交角和岁差）等变化的影响。
属于可逆事件。
包括的事件有：第四纪冰期－间冰期的交替、海面的升降、伴随冷暖干湿的大气成分的改变、古土壤层的发育、生物中的分布、迁移和灭绝，以及人类文明的诞生和发展。
（3）几年至几百年（年际、年代际到世纪）该时间尺度的事件受太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、ENSO等自然因子和大气温室效应的增强等认为因子的控制和驱动。
包括的事件有：全球气温的趋势上升、气温、海温、降水量、径流量、植物物候期及生长季节等的准周期性波动和突变，植物群落结构变化和植被带的可能移动。
（4）几天至几个季度（数天到一年之内，本质是季节的更替）该时间尺度的事件受太阳辐射量输入的年循环驱动。
使地球系统中形成以年为变化周期的时间变化事件。
（5）几秒至几小时（一天以内，本质是日变化，周期性十分规则）该时间尺度的事件受太阳辐射量输入的日循环驱动。
包括的事件有：风温压湿的日变化、地表植物冠层与大气界面上的分子扩散和湍流交换、物质交换过程。
2.全球变化的空间尺度可分为4个特征空间尺度(1)全球尺度(空间范围在20 000公里以上，地域单元大约为半球至全球尺度)特征事件有：太阳辐射的分布，大气环流和洋流，温室效应加剧与全球气候变化，臭氧层的破坏，地球和生命的起源等。
全球变化之全球变化科学导论（大气所考博真题知识点归纳）
全球变化之全球变化科学导论（⼤⽓所考博真题知识点归纳）《全球变化科学导论》要点总结第⼀篇全球变化研究的基本问题第⼀章全球变化科学产⽣的背景及其研究内容及意义1、什么是全球变化？其产⽣背景？答：全球变化作为⼀个科学术语和⼀门交叉学科，是随着全球环境问题的出现和⼈类对其认识程度的不断深化⽽提出并发展起来的。
全球变化科学的精髓是系统地球观，强调将地球的各个组成部分作为统⼀的整体来加以考察和研究，将⼤⽓圈、⽔圈、岩⽯圈和⽣物圈之间的相互作⽤和地球上的物理的、化学的和⽣物的基本过程之间的相互作⽤，以及⼈类与地球之间的相互作⽤联系起来进⾏综合集成研究。
即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运⾏机制、变化规律和控制变化的机理（⾃然的和⼈为的），并预测其未来变化的科学。
它研究的⾸先是⼀个⾏星尺度的问题——将⼤⽓圈、⽔圈（含冰雪圈）、岩⽯圈和⽣物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地球内部作为两个主要的⾃然驱动器，⼈类活动作为第三种驱动机制。
发⽣在该系统中的全球变化是在上述驱动⼒的推动下，通过物理、化学和⽣物学过程相互作⽤的结果。
全球变化科学是在时代发展、科学进步、⼈类活动的强烈影响和社会需要的背景下产⽣的，主要表现在以下⼏个⽅⾯：（1）硬件条件。
在20世纪末，全球国际性应⽤的探测器和预测预报系统已有约1000个⾼空站、10000个⽓象站、3000个飞⾏器、7000艘充⽓船、500个浮标、长期⽴体动态信息库，还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球⽓候观测系统。
（2）由于强烈的⼈类活动和社会经济的飞速发展，⽬前在全球范围内产⽣以下⼗⼤环境问题，急需国际社会合作共同解决。
主要有⼤⽓污染、温室⽓体排放和⽓候变暖、臭氧层破坏、⼟地退化、⽔资源匮乏和⽔体污染、海洋环境恶化、森林锐减、物种濒危、垃圾成灾、⼈⼝增长过快。
（3）从⼈类社会⽂明发展看，全球变化科学的产⽣是历史进程的必然。
（4）从历史发展⾓度看，全球变化研究有其科学思想的代表。
第2章 全球变化的主要过程与驱动力
冬 夏
七月
北
南
一月
北 南
A =入射角
太阳高度角
强度 = SIN (A)
SIN 90 = 1.00 or 100% SIN 80 = 0.98 or 98% SIN 70 = 0.94 or 94% SIN 60 = 0.87 or 87% SIN 50 = 0.77 or 77% SIN 40 = 0.64 or 64% SIN 30 = 0.50 or 50% SIN 20 = 0.34 or 34% SIN 10 = 0.17 or 17% SIN 0 = 0.00 or 0%
是空气的6倍，土壤的2倍。海洋活动层100m,陆地 5m. ❖ 气候系统热量100,其中陆地及其上空大气占1%,海洋 上空的大气占2.4%，而海洋占95.6%。
❖ ②大气环流：
❖ 大气的主要形式往往决定着全球的或区域的大气的 气候类型及其变化。尤其是气候系统的异常往往与 大气环流某种持续导常有关。
东亚季风与南亚季风比较
成因： ①海陆热力性质差异 ②气压带和风带位置的季节性移动
项成
冬季风
夏季风
分布
目 因 源地 风向 性质 源地 风向 性质 地区
西伯 东亚 季风 ① 利亚
蒙古
西 北 风
寒冷 干燥
副热 带太 平洋
东 南 风
温暖湿 润
我国东 部日本 朝鲜半
岛
南亚 季风
①②
西伯 利亚 蒙古
东 北 风
亚欧大陆
平
夏
洋
副亚热洲（带印度高）低气压压 带
冬
夏威夷 高压
30N
夏
东亚季风的形成
冬季，东亚 盛行来自蒙古—西 伯利亚高压的偏北 风，低温干燥，风 力强劲。
全球变化课程教学大纲
《全球变化》课程教学大纲课程名称：全球变化 / Global Change课程编码：12014007 课程类型：专业选修课课程性质：专业主干课适用范围：06地理科学学时数：36 其中：实验/实践学时：课外学时：学分数： 2 先修课程：自然地理学考核方式：考查制定单位：广州大学地理科学学院制定日期：2006年执笔者：千怀遂审核者：林媚珍一、教学大纲说明（一）课程的地位、作用和任务全球变化是目前全人类对地球知识关注的焦点，它是一种新的地球观，以地球系统的概念为基础，从整体上研究地球系统在各个时间尺度上随时间的变化，集中研究那些把系统中所有部分紧密地联系在一起的、并导致系统发生变化的过程和机制。
人类活动导致的全球变化及人类对全球变化的适应受到特别的关注。
狭义理解的全球变化主要是指人类生存环境的恶化。
该课程阐述了地表自然环境在历经了漫长的演化过程后，随着人类的出现和人类文明的高度发展，受到的人类活动深刻影响。
阐明人类赖以生存的地表环境的自然演化过程、全球环境的控制因子（太阳辐射、大气、海洋、冰川等）的相互作用机理及其反馈机制、环境变化对人类社会已经或可能造成的影响和人类在发展过程中如何实现人类与自然协调相处等重大科学问题。
（二）课程教学的目的和要求通过课程的学习，使同学了解在全球尺度上的由于自然和人为原因造成的环境变化问题的实质以及人类如何应对全球环境变化问题，帮助学生从时间维认识地理环境的过程、区域特征的形成以及人地关系等问题，使学生建立起地理科学是时空耦合的综合科学的观念。
增强学生关注地球、关注环境和从整个地球系统认识环境变化的意识。
（三）课程教学方法与手段课程的主要教学方法包括课堂讲授与自学讨论。
课堂讲授部分全部使用多媒体技术授课。
（四）课程和其它课程的联系本课程的先修课程包括自然地理学和地质学基础。
并要求学生具有一定的生态学基础。
（五）教材与教学参考书教材：张兰生、方修琦、任国玉，全球变化，高等教育出版社，2000年第一版。
全球环境变化的主要特征与过程概述
（小循环）。
水循环类型
水循环类型 循环过程及环节 海陆循环 特点 水循环的意义
①蒸发②水汽输 送③降水④地表 径流⑤下渗⑥地 下径流
①蒸发②降水
最重要的水循环 类型，使陆地水 得到补充，水资 源得以再生
携带水量最大的 水循环，是海陆 间大循环的近十 倍
①维持了全球水的动 态平衡，使全球各种 水体处于不断更新状 态
三、人为因素
• 人类活动所引起的地球系统的状态和功能的改变， 在工业化以来的200多年里急剧加速，在几十至几 百年的时间尺度上，人类活动对全球变化的影响 与全球变化对人类的影响均极为显著，人类生态 系统过程已成为全球变化过程的一个不可忽视的 组成部分。 • 而人类生态系统、土地覆盖变化、污染物排放影 响全球生物地球化学循环过程、地球表层系统组 成→自然系统功能失调和变化，并通过累积性变 化或系统性变化导致全球环境变化。（如全球最 高温记录不断打破）
地球能量循 环过程主要是 太阳辐射与地 气系统相互作 用的结果。
全球辐射差额
地球能量循环来源
物质是能量的载体，沿着食物链（网）流动；能 量是物质循环的动力，使物质能不断地在生物群落 与无机环境见循环往返。
l
能量循环是单向的，在流经生态系统各级营养级时 逐级递减。
l
l人类活动对能量循环的影响：化石燃料燃烧释放温
驱动力：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。
几天至几个季度
典型事件：大气环流的季节震荡，气温 、降水和地表经历的季节波动，植物群落 季相与农事季节的更替，土壤-植物-大气 之间生物地球化学循环的年际变化。 驱动力：太阳辐射量输入的年循环。
室气体增加，温室效应增强；人为燃料燃烧释放的 热量改变局部热量平衡；大气尘埃增加，反射越多， 地表接受的热量越少，即大气尘埃增加引起的阳伞 效应；土地利用方式的改变影响下垫面性质，导致 能量循环改变。
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二、固体地球系统与岩石圈循环过程
（一）板块运动过程
（二）陆上风化与侵蚀堆积过程 （三）海洋沉积过程
三、生态系统与生物地球化学循环过程
全球碳循环（IPCC，1996）
大气中及溶解在河流、湖泊和海洋等水体中的CO2，是 可供生物圈利用的主要无机碳源，陆上植物和海洋浮游植 物等有机物通过对CO2的光合作用而捕获太阳能为生物圈提 供能量，同时使得碳进入生物圈，并向大气提供氧气。
海洋在全球变化中的作用 由于全球97%的水在海洋，因此海洋在全球变化中的作用极其 巨大。海洋在全球变化中的作用主要表现在以下几方面。 （ 1 ）在水和能量循环方面：①贮存了全球 97% 的水量； ②贡献了全球 86% 的蒸发量；③吸收了 70% 以上到达地球表面 的太阳能量。 （2）在生物地球化学循环方面：①贮存了地球上非沉积 的90%以上的C和N；②吸收了至少一半以上人为排放的CO2；③ 海洋环流决定了全球C输送的时空分布和收支的基本特征；④ 上层海洋的垂直混合运动决定了全球变化的大的循环过程。
按照全球变化驱动力的来源，可以将驱动因素分为三种 类型：地球外因素，地球内力因素以及地球系统自身相 互间的影响和反馈。
一、驱动全球变化的地球外力因素
地球的环境状态与太阳有密切的关系，同时受到其 他天体的深刻影响。影响是多方面的，其中受关注较多 的是太阳辐射输出变化，受其他天体的引力作用产生的 地球运动轨道参数的改变，以及小行星和彗星等天体对 地球的撞击等。 （一）太阳活动
在无机环境中，碳主要以CO2或者碳酸盐和重碳酸盐 的形式存在。生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、 呼吸和分解过程进行的，在较长的时间尺度上，地质因素 对于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳 (煤、石油和天然气等)是生态系统在过去年代中所固定的， 它们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环。自然界 碳的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体。
全球水文循环过程图（通量单位1015kg/a，各源汇中水量占全球总 水量用百分比表示。Moore，1996）
全球水循环图反映了以下特点：
（ 1 ）全球 97% 的水在海洋， 86% 的水是海洋蒸发的，大气 从海洋上空携带水汽输往陆地，以降水形式落下，以冰雪堆积 在陆地表面的43 400×103km3水量超过了地下水水量。 （ 2 ）陆地水分通过植物蒸腾和地表蒸发回到大气，有些 还存在于土壤表面。 （3）植物在水循环中通过截流、根部吸收和以蒸腾方式 把水分送回大气。由于植物种类不一样，对水分循环作用也不 一样，例如森林和草原在水分循环中作用是不同的，因此植物 本身也使得全球水分循环不均。
太阳黑子活动引起太阳辐射质和量的变化，太阳活动高峰期 能够引起太阳紫外辐射和微粒辐射的极大增加。一些地球物理现 象，如极光、磁暴、电离层扰动等可间接反映太阳活动。太阳活 动高峰年份，与太阳微粒辐射密切相关的极光现象明显增加；对 树木年轮中的 14C测量的结果表明，太阳活动强时， 14C 含量低； 反之， 14C 含量高，可能是由于强磁场使宇宙射线偏离了地球。 观测的结果表明，紫外辐射对臭氧层有强烈影响，太阳活动高峰 期臭氧层变厚并且升温，哥伦比亚大学的 Shindell 等人 (1999) 提出，臭氧在很大程度上放大了太阳活动周期的效应，其模型表 明，首先是太阳辐射增加，加速平流层中臭氧的生成，然后臭氧 的增加引起温室效应，进一步加热平流层，此后热流传递至对流 层。两个大气层的耦合作用十分重要，可能是太阳活动影响气候 的一个中间环节，使得只有 0.1% 、而且只是直接影响上层大气 的太阳辐射变化，成为影响地球气候变化的因素。
太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。太阳辐射 的变化改变了到达大气顶层的能量，并通过影响物理气候系统的 能量收支平衡导致气候变化，进而引起全球变化。 太阳是一颗不断演化的恒星，太阳的辐射输出是随着太阳 年龄的增长而变化的，在地球诞生之初的 45 亿年前，太阳的辐 射输出较现代低 30%，在此后的45亿年历史中，太阳的辐射输出 不断增加到现代水平。除太阳辐射的长期变化外，发生在10a ～ 100a时间尺度上的太阳活动更为引人注意。 太阳活动是太阳表面上一切扰动现象的总称。主要包括：发 生在光球表面的黑子、光斑，发生在色球层的谱斑、耀斑，以及 日珥、日冕等。一般用黑子活动代表太阳活动，黑子越多，太阳 活动越强，其他太阳活动都和黑子活动呈同步变化，太阳常数的 短期变化也与黑子的变化一致。
在全球尺度上，碳的交换随季节而变化，这可以从北半球 大气CO2含量的季节波动看出。在夏季，初级生产者通过光合 作用对大气CO2的固定量超过动、植物呼吸作用和微生物分解 作用归还给大气的CO2量，在曲线上形成波谷；冬季则正好相 反，形成波峰。相似的波动也发生在昼夜之间，昼为波谷，夜 为波峰。尽管存在季节和昼夜的波动，就全着平
衡状态。
夏威夷冒纳罗亚观象台大气CO2含量的测量结果 （Kump L.R.et al.,1999）
然而，在不断加剧的人类活动的驱动下，特别是使用化石 燃料和大规模砍伐森林所造成的碳的排放，正在引起自然界碳 循环自组织系统的失稳。据估计，每年约有5×1015g的碳通过 化石燃料的燃烧排入大气圈，其中约50%保留在大气圈中，近 一半溶解在海洋中，只有很少的量增加到陆地生物量中。此 外，砍伐森林造成的土壤裸露以及木材燃烧每年向大气圈排放 (1～2)×1015g的碳。这些逐年增加的碳排放量很可能是引起 全球大气CO2含量增加的主要原因。在夏威夷的观测结果表 明，1958年大气二氧化碳的平均含量约为315×10-6 ；到了 1995年，已达到约358×10-6，其增长的趋势十分显著，平均 每年增加约1.2×10-6。
大气中CO2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对CO2的调
节能力是有限的。可以设想，如果人类继续增加化石燃料 的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将会被
耗尽，那时，更大部分的CO2将被保留在大气圈中，必然
会导致更为显著的温室效应加剧、全球变暖和海平面上升 等一系列人类生存环境的变化。
第二节 全球变化的驱动力
第二章 全球变化的主要过程与驱动力
第一节 全球变化的主要过程
一、气候系统与水文循环过程
物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈所 组成。如果气候系统的能量收支与时空分布的平衡受到破 坏，将导致气候变化。
（一）地球表面的能量收支平衡与温室效应
（二）大气和海洋环流
（三）水文循环
地球水体分为淡水和咸水，淡水主要来自陆地冰雪，占43 400×1015kg； 咸水主要贮存于深海，为89000×103km3。全球水分循环主要是通过地表径 流与河流、蒸发、风和降水等作用实现循环。