全球变化课件04全球变化研究的主要途径
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。
全球变化 第四章
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
有孔虫是一类具有壳和网状伪足 的单细胞动物，大小近似于海边 的一粒细砂，身体的直径多不足 1毫米，所以也叫微体生物。有 孔虫的大多数都有矿物质形成的 硬壳，壳上多有开口，壳壁上还 有许多小孔。
深海沉积物中有孔虫化石氧同位素与全球变化关系（据Moore，1996）
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
深海氧同位素记录与中国 黄土—古土壤序列的对比
（据Rutter，1992）
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
孢粉试样每个取约500g，每个试样中应有孢粉400－450粒，作出按 百分比为基础的孢粉谱，古植被推断的可信度高。绝大多数孢粉化石大 多数较难鉴定到种，使得用其推断古气候受到一定的限制。另外，花粉 传播方式、搬运距离远近和沉积地点等对推断结论也有影响。
§4.1地球系统过去全球变化的重建 /环境属性信息
? 冰芯可提取的环境信息
–氧同位素比率：由δ18O推断反应温度 –冰晶生长形态：反应温度变化 –冰川年净积累量：反应降水量变化 –冰中气泡：生成时的大气成分 –冰中化学成分和微粒含量：大气气溶胶状况、地球沙
漠化和大气环流强度的状况 –冰中有机物质：生物地球化学循环过程 –冰中火山灰和强酸信号：火山活动历史 –冰中10Be：宇宙射线强度、太阳活动、地磁场强度
植物硅酸体分析在恢复 古气候方面具有很高的 分辨率和灵敏性，硅酸 体中碳的δ13C值可用来 恢复古气候，是一个极 有价值的指标，尤其是 在黄土地层中可以弥补 花粉分析的不足。
全球变化课件01地球系统与全球变化分析
• 不同的地球系统过程具有不同的时间和空间尺度，通常用
10 n表示。
尺度
四、地球系统的驱动力
地球系统的驱动力
太阳和其他外力 （人类活动）
放射性和内部深处的原生热
在以上两个驱动力的相互作用下，地球表层产生了复 杂的循环过程。人类在其发展进化的进程中，为了自 身的生存和发展，逐步用人类所驯化的植物和动物组 成的生态系统以及几乎全部由人类自己构建的城市体 系来代替自然生态系统，使人类生态系统逐渐成为地 球环境中不可忽视的重要组成部分，由此成为影响地 球系统状态、引起全球变化的一个重要因素。
• 世界气候研究计划
（ Global Climate Research Program）
1，1979年启动 2，全球变化形成的基础与组成部分 3，气候是一个系统 4，四大圈层相互作用的结果
• 国际地圈-生物圈计划
International Geosphere-Biosphere Program
（二）研究近况 1980年以来，我国积极参与了国际全球变化研
究计划的酝酿、组织和实施全过程，并正对我国 特点实施了与国际全球变化研究相对应的全球变 化。 我国全球变化研究的重点：
一、具有全球意义的我国急需解决的区域性 生存环境问题。
二、全球变化对我国的气候、环境和经济发展 的影响。
谢谢
三、全球变化的研究意义
• 研究全球变化的主要理论和现实意义：
全球变化研究是人类社会实现可持续发展 的科学基础。 深化对地球系统的认识，促进地球科学发 展。 改变人类的观念、促进应用基础科学个有 关社会科学的发展。
第三节 全球变化研究的历史、 现状和趋势
• 一、早期：
1，竺可桢开创的基于考古和历史文献的气候变化研究 2，中科院对青藏高原组织的数次科学考察研究 3，刘东生等领导的中国第四纪黄土研究，以及古季风
全球变化
气候变化: 全球变化研究是以地球系统科学作为指南,从行星地球整体角度出发,将地球的大气圈、水圈(含冰雪圈)、岩石圈和生物圈看成是具有有机联系的全球系统,把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器,人类活动作为第三促动因素,发生在该系统中的重大全球变化是在上述力的驱动下,通过物理、化学和生物学过程的相互作用的结果。
全球变化的概念模型在此模型中，全球变化可以分为两个过程体系：物理气候系统和生物地球化学循环。
物理气候系统的子系统主要涉及：大气物理/动力学、海洋动力学、地表的水汽和能量循环；生物地球化学循环的子系统主要涉及：大气化学、海洋生物地球化学和陆地生态系统。
每个子系统都直接或间接地同其他子系统发生相互作用。
驱动全球变化的最终能源是太阳能。
能量和水以各种方式贯穿于整个体系。
同时，人类活动也受到全球变化的制约。
全球变化的研究对象,内容及意义：全球变化属近些年来由于时代的发展、科学的进步,社会的需要情况下,已经形成一门全人类共同关注的世界前沿科学。
它具有多学科交叉的特点,是一门具有很强生命力和新生长点的科学。
全球变化研究涉及的内容不仅是各国科学家关心的问题,也是许多国家政府首脑甚至全世界人类共同关心的问题。
政府和科学家对全球变化反映：A.背景：《京都议定书》1997年12月，149个国家和地区的代表在日本召开《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。
B《京都议定书》正式生效,2005年2月16日开始正式生效。
《京都议定书》生效后，二氧化碳减排额还将成为一种商品在世界流通。
C各国对《京都协议》的反映与对策：1表面上是环境问题，实质是经济、能源、政治问题。
2负面影响：·钢铁石化电机冲击巨大：其中电机电子产业中，以发电厂影响最大，电子产业的温室气体排放量并不多。
大型钢铁企业在加入世界钢铁协会时，被要求要进行二氧化碳的削减计划；·半导体产业重大负面：虽排放量相当低，但对地球温暖化的效应，是二氧化碳的数千倍。
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
第四章 全球变化研究的主要途径
冰芯
冰芯气候资料的特点： 高保真好（低温环境） 分辨率高（年） 记录信息长（几十万年） 信息量大
冰芯研究是20世纪70年代 末，在国际上兴起的一门 研究雪冰内各种信息的交 叉性前沿科学。
从冰芯中能够提取的信息：
用氢氧含量、δ18o 推求冰川形成时的温度； 冰川的净累积率可以作为降水量变化的指标；
树木年轮可提供时间分辨率为年或季的全球变 化信息，是重建几十到几百年尺度全球变化的最 重要的信息源之一。
气候代用指标： 年轮的宽度与树 木年龄、前期生 长状况和环境等 多方面因素有关。 树木年轮稳定同 位素组成的变化
与温度、降水、 大气二氧化碳含 量相关；
年轮宽度与气候因子关系
当水分成为限制因子时（干旱，半干旱）,年轮宽度常与降
2005年03月24日来自 南极冰盖最高点地区的 135米长的冰芯运抵上海。 现有冰芯可以提供至少 2000年来的气候环境变 化历史。
树木年轮
树木年轮是树木周期性生长的结果，在季节差 异明显的地区，温暖或湿润的生长季树木生长快， 细胞大而细胞壁薄，形成较宽的浅色早材；寒冷 或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小而细胞壁厚， 形成较窄的暗色晚材；早材和晚材合起来为一个 年轮。
水正相关；当水分充足或过多时,年轮宽度与降水无关或成 负相关。
在生长季开始时温度的升高有利于延长生长季,温度与年轮
宽度成正相关；在生长旺季,温度往往不再是限制因子,这时 温度的升高会导致蒸散加剧,在水分不足时往往限制了树木 生长, 多表现为与年轮宽度的负相关； 在亚高山地区,由坡向、坡度等地形条件所决定的温度、湿
4.1.1 重建的基本假设
⑴ 均一性假设 ⑵ 协同性假设 ⑶ 全息假设
全球变化
全球变化的驱动力：天文因素 全球变化的驱动力： 3、地外物体撞击
当小行星以宇宙速度撞击地球时，将产生一系列的物理、化学和地质 作用过程 巨大的天体冲击能够导致地球内部物质的重新分配，对地球内部过程 产生 深刻影响。巨大陨石的接击作用可能是海底扩张和大陆漂移等地 球内部驱动过 程变化的触发因素，陨石撞击可能导致地峻柱的生成， 而这些地授柱又可以将板 块破裂并使大陆分离。
全球变化的驱动力：地文因素 全球变化的驱动力： 1、海陆分布
大陆漂移和海底扩张以及与此相关的海面升降， 造成海陆分布格局及海洋 和陆地面积对比的变化， 陆地的位置和组合关系不同，对全球的温度和降 水格局 均会产生深刻的影响。对联合古陆存在时 期(三叠纪)的气候模拟结果表明，巨大的陆地使得 三叠纪) 冬季寒冷，夏季炎热，气候的大陆性极其显著， 并存在大 尺度的冬夏季风环流。
全球变化的驱动力：天文因素 全球变化的驱动力： 3、地形：高海拔山地或高原的隆起
高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供了大范围的 场所． 这些冰雪通过反射率的反馈作用成为温度升降变化的放大器， 增强气候变化的 不稳定性，从而对全球变化产生与极地冰盖性质相近 的作用。 高山和高原通过热力和动力作用对全球大气环流运动所产生的深刻影 响更 为重大。青藏高原和北美西部的山系等均对近地面行星风系的运 动乃至结构有 强烈的改造作用。
全球变化复习资料
全球变化复习资料全球变化复习资料第⼀章地球系统科学与全球变化研究⼀、全球变化（global change）指由⾃然和认为因素引起的、影响地球系统功能的全球尺度的变化，所谓地球系统，由位于地球表⾯的⼤⽓、陆地、海洋等⼦系统徐成，发⽣在它们之间的各种相互作⽤。
相互影响的物理、化学、⽣物与⼈类过程实现了物质和能量的转化，因⽽为地球上的⽣命提供了条件。
⼆、全球变化研究的意义（1）全球变化研究是⼈类社会实现可持续发展的科学基础其所取得的科学认识是对可持续发展的重要贡献，为⼈类社会的可持续发展提供科学的背景和依据，未来的可持续发展必须与未来环境的变化有机结合，可持续性是⼈类适应全球变化的准则，⼈类对环境的适应必须符合可持续性。
（2）深化对地球系统的认识，发展地球系统科学地球系统科学是全球变化研究的科学基础，并且全球研究表现出强烈的学科交叉的特点，构成了新的学科⽣长点，对所有的传统地理科学学科都是机遇，也是挑战。
全球变化的兴起为地理学的发展提供了新的机遇。
（3）改变⼈类的观念、促进应⽤基础科学和有关社会科学的发展例如对资源的有限性的认识，必将促进⼈类⽣产和⼩费观念的变⾰，促进资源、环境、灾害等有关的应⽤基础学科的发展。
三、全球变化的科学内涵（1）以地球系统为基础将地球作为⼀个整体⽽不是孤⽴地研究地球的不同组分和它的环境，即从全球尺度进⾏研究。
（2）已发⽣在各种事件尺度上的动态变化为核⼼从100-109的时间尺度均可辨认出地球系统的变化，可以利⽤五个不同的时段来定义：①⼏百万年到⼏⼗亿年：地球结构的演变、⽣命的演化、与此有关的现代⼤⽓化学成分的演变均是由⼏百万年或⼏⼗亿年的尺度决定的。
②⼏千到⼏⼗万年（轨道及亚轨道周期尺度）：⼿轨道参数周期性变化所驱动的全球⽓候的冰期和间冰期的交替以及与此有关的⼤⽓成分、⼟壤发育、⽣物种类区域分布的响应变化。
③⼏⼗到⼏百年（年代与世纪尺度）：这⼀尺度的中⼼课题是物理⽓候系统及其对⽣命有机体以及⽣物化学循环、⼤⽓化学成分变化、地表⼲燥度、海洋⽣物系统的变化，均是此时间尺度上的重要问题。
全球变化课件04 全球变化研究的主要途径.ppt
2大020，/5/说20 明青藏高原对气候变化的敏感性更大(姚檀栋等)。
17
e树木年轮
• 树木年轮是树木形成层周期性生长的结果。在季节差异明显的地区，温暖或
湿润的生长季树木生长快，细胞大而细胞壁薄，形成较宽的浅色早材；寒冷 或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小而细胞壁厚，形成较窄的暗色晚材；早 材和晚材合起来为一个年轮。
量方面的信息；V=火山喷发；M=地磁场；S=太阳活动
2020/5/20
7
a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录
根据δ18O值 的变化，不 但可以计算 出有孔虫生 存时期的温 度，而且可 以对全球冰 量的变化进 行推断
2020/5/20
8
b黄土与古土壤
原理：黄土和古土壤层的交互出现是风尘堆积作用和成土作 用 两种对立的过程彼此消长的结果。冰期
• 陆地水体中水的18O/16O均小于标准大洋水中的18O/16O。蒸发和凝结作
用均与温度有关，δ18O与温度之间存在一定的关系
• 分析测试表明温度每降低1℃，δ18O在格陵兰地区降低0.70‰在南极
地区降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根据这个关系，可以 由冰芯中的δ18O推断温度变化。
103
THBVMS
海湾沉积 年
105
T Cw L
黄土
10年
106
T Cs B M
海洋冰芯 100年 107
T Cs B M
花粉
10年
105
THB
古土壤
100年
105
T H Cs V
沉积岩芯 2年
107
H Cs V M L
历史纪录 天/小时 103
THBVMLS
T =温度；H=湿度或雨量；C=大气（a）、水(w)或土壤(s)的化学成分；B=生物
全球变化
1.全球变化科学是怎样产生的？社会的需求——当前出现的一系列重大环境问题是人类社会可持续发展的严重障碍理论基础——全球性重大环境问题超越了传统自然科学分支的界限，自然科学和社会科学之间的界限，导出了地球系统地球科学系统的新概念技术支撑——空间遥感技术，计算机和信息技术的发展为从整体上监视、分析和模拟地球系统的行为提供了可能2.全球变化的研究对象、目标和要解决的主要科学问题对象——地球系统目标——描述和理解人类赖以生存的地球系统运行的机制、变化规律以及人类活动在其中所起的作用与影响,从而提高对未来环境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力，为全球环境问题的宏观决策提供科学依据。
主要的科学问题1）控制全球大气化学组成的基本过程:生物过程在消耗和产生微量气体中的作用2）海洋生物地球化学循环过程: 控制海洋内部碳循环和相关生物过程的主要因子3）海洋热力过程对气候的影响:全球海洋环流，海洋热通量和淡水通量及其与大气的交换 4）地球系统的能量和水循环:植被在能量和水循环中的作用5）海—陆相互作用:海岸带的物质输送和海平面上升6）平流层过程对气候的影响:臭氧层的变化及其生态影响7）地球环境过去的变化:重建地球环境变化的历史及其相关的因子8）全球变化对生态系统的影响:生态系统的结构、功能和生物多样性对全球变化的响应 9）人类在地球系统中的作用:土地利用，工业发展和城市化，人类对全球变化的适应10）地球系统整体行为的集成分析和模拟:地球系统模式11）地球系统的观测:GCOS, GOOS, GTOS若干基础科学问题1）地球系统变化的过程，类型和相互作用的时间和空间特征2）地球基本元素循环过程的性质，它对于强大的外部扰动的冲击的缓冲能力3）地球生物圈的基本性质，它与非生物环境相互作用的缓冲能力4）人与地球环境相互作用的特征3.全球变化的学科性质、特点及研究方法全球变化科学以地球系统为研究对象，但并不是凌驾于所有地球科学、环境科学和宏观生物学以及其它相关科学之上的一门“超级科学”。
全球变化ppt
1. 全球观点与全球尺度
全球观点：从地球系统的思想出发把地球 看作－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。
全球尺度：过程或事件本身的空间尺度大 约相当于地球半径以上或虽然过程或事 件本身的空间尺度没有达到上述规模， 但其影响却是全球性的。
1. 地球系统中的不同过程是有机联系的整 体。
2. 不同的地球系统过程具有不同的时间和 空间尺度。
3. 地球系统的能源分别来自地球之外和地 球内部。
第二节 全球变化与全球变化研究
一、全球变化的科学内涵 地表环境的变化自地球诞生以来一直
延续至今。全球变化包括地球环境中所有 的自然和人为引起的变化，可以定义为全 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。
洋流 分 类
成因 性质
风海流 密度流 补偿流 暖流 寒流
风
在风的影响下,海洋表层的
海水沿一定方向有规律的大
规模流动.
由密度差异影响而形成的洋流
大
西 洋
地中海
盛行风
风海流 由 密度流 影响而形成的洋流
分布规律
西风漂流 北赤道暖流 南赤道暖流
西风漂流
世界洋流模式图
分布规律
西风漂流 北赤道暖流 南赤道暖流
气候系统: 由大气圈、水圈、陆圈、冰冻圈 和生物圈组成的地球物理系统
温室的保暖效应
温室效应：
1. 全球气候与环境变化
温室气体能吸收地表长波辐射，使大气变暖，与
“温室”作用相似。
若无“温室效应”，地球表面平均温度是－18℃，
而非现在的15℃。
05全球变化研究的主要途径
• 分组：4人一组，每组至少一个人做报告。
• 学习委员12月12日前交分组名单。报告从 12月12日开始进行，按小组依次进行。
全球变化研究的主要途径
• 当前全球变化研究包括三种途径:
• 第一，全球变化的重建，以残存的过去全球变化 的产物为依据，反推形成产物的环境状态，进一 步推测其成因机制;
冰芯
• 极地冰盖和中纬度高山冰川地区，冰雪终年不化，每年 积累的雪最终转换成冰，形成一个年层。从这些地区取得 的冰芯中获得的主要记录之一是氧同位素比率
• 1、 18O/16O与温度之间存在一定的关系，分析测试表明温 度每降低1 ℃ , 在格陵兰地区δ18O降低0.07%0，根据这种 关系，可以由冰芯中的δ18O推断温度变化。
• 我国的黄土和占土壤序列是已知陆地上连 续性最好，且能够很好地与深海沉积序列 对比的沉积物，利用黄土与古土壤序列重 建过去的全球变化是我国在世界上独具特 色的研究领域之一。
• 第四纪黄土沉积以黄土层和占土壤层交互 沉积为特征。黄土和古土壤层的交互出现 是风尘堆积作用和成土作用两种对立的过 程彼此消长的结果，当风尘堆积作用大于 成土作用时形成黄土层，反之，形成古土 壤层。
• 利用有孔虫的碳酸盐介壳的 18O/16O 值能够定量地反映全球温度变化及冰量 变化的特征。
• 由于同位素分馏作用，在水的蒸发过程中轻的H216O分子较之H218O分子更易 于蒸发。在寒冷的冰期里，大陆冰盖扩展，大量的低18O含量的淡水被固定在 冰盖中不再回归大洋，大洋中的H218O含量显著增高，因此介壳中的18O也相 应地增高。
• 2、在由雪转换成冰的过程中包裹在冰中的气泡里，记录 着气泡生成时的大气成分;冰芯中的化学成分和微粒含量， 记录了过去大气气溶胶的状况，以及地球沙漠化和大气环 流强度的状况;冰芯中保存的有机物质记录了当时的生物 地球化学循环过程;冰芯中的火山灰和强酸信号则记录了 火山活动的历史;冰芯中放射性同位素含量的变化反映了 宇宙射线强度、太阳活动和地磁场强度变化的历史
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➢ 由于地球系统中的许多过程具有很长的时间尺度，在现代的观测记录
中无法观测得到，也不可能通过实验的方法进行印证。因此，通过观 测所获得的全球变化信息是有限的。
➢ 现代环境中的许多现象是过去不同时间、不同环境状态下多形成的产
物的残留物的集合，其中的一些现象对现代环境特征起制约作用，认 识现代所发生的过程需要对所经历的历史有必要的了解。
2020/3/22
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主要天然环境档案的特征
（根据Ｈans Oeschser and John A.Eddy,1988）
档案
时间分辨率时间长度（年） 可提取的环境参
数
树木年轮 年／季 104
T H Ca V M L S
湖泊沉积 年
104~106
TBM
极地冰岩芯 年
105
T H Ca B V M S
中纬度冰岩芯 年
• 陆地水体中水的18O/16O均小于标准大洋水中的18O/16O。蒸发和凝结作
用均与温度有关，δ18O与温度之间存在一定的关系
• 分析测试表明温度每降低1℃，δ18O在格陵兰地区降低0.70‰在南极
地区降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根据这个关系，可以由 冰芯中的δ18O推断温度变化。
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d冰芯
重要指标：
✓ 冰川的净累积率可以作为降水量变化的指标； ✓ 在由雪转换成冰的过程中包裹在冰中的气泡里，记录着气泡生成时的大
气成分（CH4）；
✓ 冰芯中的化学成分和微量含量，记录了过去大气气溶胶的状况，以及地
球沙漠化和大气环流强度的状况等。
✓ 冰芯中保存的有机物质记录了当时的生物地球化学循环过程 ✓ 冰心中的火山灰和强酸信号记录了火山活动的历史 ✓ 冰心中的10Be等放射性同位素含量的变化反映了宇宙射线强度、太阳活
量方面的信息；V=火山喷发；M=地磁场；S=太阳活动
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a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录
根据δ18O值 的变化，不 但可以计算 出有孔虫生 存时期的温 度，而且可 以对全球冰 量的变化进 行推断
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b黄土与古土壤
原理：黄土和古土壤层的交互出现是风尘堆积作用和成土作 用 两种对立的过程彼此消长的结果。冰期
记录规范，精度高，但时间尺度短
• 考古和历史文献记录
记录欠规范，时间尺度不长，对重大事件研究意
义较大
代用资料
• 古环境感应体
待用指标丰富客观性强但干扰作用大。
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1.2环境属性信息
• a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录 • b黄土与古土壤 • c孢粉和植物硅酸体 • d冰芯——同位素、甲烷气等 • e树木年轮——轮宽、密度、同位素等 • f湖芯——年代学、物理、化学、生物指标 • g石笋——微层厚度、同位素、微量元素 • h珊瑚——微量元素、同位素等 • i考古和历史文献记录
• 树木年轮可提供时间分辨率为年或季的变化信息，是重建几十到几百年尺度
全球变化的最重要的信息源之一。
• 在树木横断面上的年轮的宽度可以反映树木生长量的状况。每年年轮宽度的
风尘堆积作用>成土作用 形成黄土层 间冰期 成土作用>风尘堆积作用 形成古土壤层
黄土与古土壤层的交替变化是第四季冰期—间冰期环境周 期变化的反应，与深海氧同位素记录有良好的对应关系。
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10
b黄土与古土壤
两大重要指标：
粒度：用来反映黄土粗细程度的指标，粒度的大小差别反映 了风力搬运强度的差别。
第四章 全球变化研究的主要途径
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内容提要
第一节 过去全球变化的重建
1.1基本假设 1.2环境属性信息 1.3空间和时间位置信息 1.4重建过去全球变化的主要步骤
第二节 全球变化的动态监测
2.1观测的主要内容 2.2观测的技术手段
第三节 全球变化的模拟
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第一节 过去全球变化的重建
此能够在沉积地层中长期保存下来。根据孢粉的组成及其 随时间的变化，可以推断植被在时间和空间上的演化过程 及环境的变化。
✓ 植物硅酸体忠实地记录了生产它的植物细胞的形态
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d冰芯
• 极地冰盖和中纬度高山冰川地区，冰雪终年不化，每年积累的雪最终
转换成冰，形成一个年层。从这些地区取得的冰芯中获得的主要记录 之一是氧同位素比率δ18O。
2大020，/3/说22 明青藏高原对气候变化的敏感性更大(姚檀栋等)。
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e树木年轮
• 树木年轮是树木形成层周期性生长的结果。在季节差异明显的地区，温暖或
湿润的生长季树木生长快，细胞大而细胞壁薄，形成较宽的浅色早材；寒冷 或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小而细胞壁厚，形成较窄的暗色晚材；早 材和晚材合起来为一个年轮。
动和地磁场强度变化的历史
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d冰芯
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2020过/3/2去2 9万年两极冰芯气候环境记录对比( Blunier and Brook) 16
冰芯研究
近10万年来青藏高原古里雅冰芯气候记录与南极、北极冰芯记录具有相
似变化特征，但青藏高原冰芯记录的气候变化频率和变幅比极地冰芯的
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THBVMS
海湾沉积 年
105
T Cw L
黄土
10年
106
T Cs B MLeabharlann 海洋冰芯 100年 107
T Cs B M
花粉
10年
105
THB
古土壤
100年
105
T H Cs V
沉积岩芯 2年
107
H Cs V M L
历史纪录 天/小时 103
THBVMLS
T =温度；H=湿度或雨量；C=大气（a）、水(w)或土壤(s)的化学成分；B=生物
磁化率：物质被磁化程度难易的一种量度。磁化率值的变化 与气候变化尤其是降水量的变化有一定关系。黄土-古土 壤序列中磁化率的变化被作为夏季风变化的指标（An, Z.S.）
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c孢粉和植物硅酸体
原理：
✓ 一个地区的孢粉雨的组成能够反映所在地区的植被组成，
是所在地区的植被的函数。
✓ 孢粉具有耐氧化、耐高温、耐溶解的质地坚硬的外壁，因
➢ 对过去全球变化的研究可以揭示各种过程之间不断变化着的平衡关系。
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1.1基本假设
？怎样重建 找证据 对证据进行标定与校核 依据的基本假设： 均一性假设 协同性假设 全息假设
复原
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1.2环境属性信息
根据来源和属性的不同，过去全球变化信息可分
为三种类型。
• 观测记录