第9章 气候变化

寒 冷 期
寒冷期
+4 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 1950 1900
一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来我国温度（虚线）变迁
37
1000
1700
1800
500
500
0 年代
全新世暖期中国温度较现代增加的幅度
（单位:℃。施雅风等，1992）
70
o
80
o
90
o
100 o
110
o
120
32
（2）三叠纪一第三纪大间冰期
发生时间：距今约2.5亿年-200万年， 包括三叠纪、侏罗纪、白垩纪和新生 代的第三纪。 主要特征：三叠纪时气候炎热而干燥， 其后侏罗纪的气候由干热转为湿热， 有利于植物生长，造成继石炭纪之后 的第二个成煤时期。
33
二、历史时期的气候变化
1 定义:从第四纪大冰期中的武木（大理）亚 冰期的最近一次副冰期之后的1万年至有器测 资料的‚冰后期‛ 气候。从地质年代来看， 该时期也称为全新世气候。 2 资料来源：冰芯、树木年轮、黄土、湖泊沉 积、历史文献等 3 特点： 温暖期与寒冷期交替出现
41
过去140年来地球表面气温变化情况
IPCC TAR: 0.6±0.2˚C, 0.58˚C/100a
42
过去150年来地球表面气温变化情况
IPCC AR4: 0.45±0.12˚C, 0.74˚C/100a 20世纪增暖主要发生在两个阶段： • 1915-1945 • 1975后
43
LSAT
20
降水量 温度
0 -20
2 0
全新世大暖期
-2
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Ka B.P.
40
三、近代气候变化特征
1 器测资料：最早有气象观测记录地方 佛罗伦萨
（1652），伦敦（1668），巴黎（1752）
2 主要气候变化现象
1）全球增暖 (Global Warming)
• 波动阶段性上升
• 不同区域增暖幅度不同，极区最显著
气候（标准态）：在太阳辐射和气候系
统各子系统相互作用下，地球上某一区域 在某一特定时段内天气的多年平均状况及 其极端情形。
2
2 气候状态：地球上某一区域在某一 特定时段内天气的某一年份或指定年 份平均状况。 3 气候变率：大量同类气候状态间的方 差，也经常用来专指年际及年代际的气 候变化 。或者：时间尺度大于天气尺度 的气候变量围绕平均值的变化。 气候变化包含气候变率
气候概况
大冰期 大间冰期
第三纪
上新世
中新世 渐新世 始新世 古新世
64
66
中生代
白垩纪 侏罗纪 三叠纪
66 53 50 45
132 185 235 280 大冰期 大间冰期
古生代
二叠纪
石炭纪
泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪 元古代 太古代 震旦纪
65
55 35 55 80 30
345
400 435 490 570 600 大冰期 24
25
以温暖为主， 大冰期和大间 冰期交替出现。 变温幅度平均 约为10度
三次大冰期 成煤纪
二次大间冰期
26
2 特点：大冰期与大间冰期旋回
1） 三大冰期 （1）震旦纪大冰期 发生时间：在早古生代，距今约6亿年前。 主要特点：这次冰期的影响范围几乎遍及 世界五大洲，我国长江中下游地区都有震 旦纪冰碛层。 （吕梁运动）
14
气候趋势 气候 变化 气候波动：年际、年 代际等尺度波动 气候突变 随机变化
15
各种周期气候波动
振幅（Cº ） 周期段 时间尺度 大冰期与大间冰期 几百万年-几亿年 10 亚冰期与亚间冰期 十万年 副冰期与副间冰期 一-几万年 8-9
5-7
2
寒冷期（小冰期） 与温暖期（小间冰 几百年-几千年 期） 世纪及世纪内的气 几年-几十年 候变动
由于有气候资料记载的时间不过几百年，对于气候变化研究也 就主要集中在前四个时间尺度，尤其是前三个时间尺度的变化。 但是，为了深入认识气候演变规律，探索气候变化的原因，历 史时期和地质时期的气候变化问题也是很值得研究的。
2. 气候变化的阶段性
气候变化的阶段性同气候变化的时间尺度是紧密联系的，不同时间尺度的变 化也就有不同的阶段性。近千年来的气候变化也有其阶段性，在 1300 ～ 1800年间的小冰期平均气温偏低，而在小冰期前后平均温度却相当高。在过 去的50万年的时间里，冰期和间冰期有交替出现的现象。
大暖期（8.5-3.0kaBP） 8.2kaBP冷事件
全新世存在千年尺度 中世纪暖期 (AD 900-1300) 气候波动平均周期 1.45ka 。11kaBP以来 小冰期（AD 1320-1920） 有9个寒冷期，最近 一次为小冰期. 现代增暖（20世纪）
36
历史时期的气候变迁（近数千年的气候史）
末次间冰期最 末次冰期冰盛期（Last Glacial Maximum:LGM) ~ 21kaBP 暖时期（12万 末次冰期（1.8万年BP）中气候最冷、冰川规模最大时段 年BP） 全球降温5-10C，降水普遍减少，冷干气候特征
31
2） 二大间冰期 （1）寒武纪—石炭纪大间冰期 发生时间：距今约3—6亿年。 基本特征：雪线升高，冰川后退，气候 显著变暖。‘石炭纪’在地质史上又称 为‘成煤纪’。我国都处于热带气候。
显差异的突变；其二是频率有明显差异的突变。
三类气候突变示意图 (a) 均值突变；(b) 趋势突变；(c) 变率突变
第 二 节
气候变化史实
一、地质时期的气候变化
1 定义：时间尺度在几万年以上的气 候变化.
地质年代：代→纪→世
世：时间尺度万年以上
23
地质年代 代 新生代 纪 第四纪 世 全新世 更新世 纪开始年龄（百万年BP） 纪持续时间 （百万年） 2 2
0.5
16
气候变化时期的划分
变化的时间尺度
地质时期气候变化
主要特征、 形成原因
历史时期气候变化 现代气候变化
资料来源、 分析和研究方法
17
9.1.2 气候变化的特征
1. 气候变化的多时间尺度性
多时间尺度性
阶段性
突变性
①短期气候变化 （月，季，年）； ②中期气候变化，其时间尺度为几年（年际变化）； ③长期气候变化，其时间尺度为几十年（年代际变化）； ④超长期气候变化，其时间尺度为几百年（世纪际变化）； ⑤历史时期气候变化，其时间尺度为千年； ⑥地质期气候变化，其时间尺度为万年或更长。
间冰期暖期
千年
中 国 东 部 夏 季 降 水
20
3. 气候变化的突变性
均值突变 ：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。
趋势突变 ：两个气候阶段有完全不同的变化趋势，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。
变率突变： 变率突变包括两种情况，其一是振幅有明
据研究，在距今2.1万年前为第四纪冰川最 盛时期，温度比现在低8-12度，一直到 1.65万年前，冰川开始融化，大约在1万年 前大理亚冰期（欧洲武木亚冰期）消退， 此后气候逐渐回暖。
30
近40万年以来的气候变化 副冰期-副间冰期旋回
南极东方站（Vostok）冰芯反演得到的气温、 CO2、CH4的变化
1400
1600
1800
2000
上图：中国过去2000年（加权）温度距平，分辨率：10年。粗线为3点滑动（ Yang et al, 2002） 下图：东部过去1200年的温度距平，分辨率：50年。（据王绍武等，2000b）
39
青海湖孢粉所显示的近10ka气温（℃）、降水量（%）变化 （王绍武等，2002a）
（2）石碳—二叠纪大冰期 发生时间：距今2.5~3亿年 气候特点：冰期气候影响的主要在南半球； 在北半球(除印度外)到目前为止还没有发现 属于这次冰期的可靠遗迹。 （3）第四纪大冰期 发生时间：距今240万年前开始直到现在； 主要特征：存在亚冰期与亚间冰期的冷暖 反复交替。
28
•第四纪大冰期中的亚冰期
第九章 气候变化
第一节 第二节 第三节 第四节
气候变化的概念 气候变化史实 气候变化的影响因素 气候变化研究方法
1
第 一 节
9.1.1气候变化概念
1 气候变化与气候异常：由各种要素
（气温、降水、气压等）所表征的气候 状态相对于某一气候标准态的偏差或同 类气候状态间的变化称为气候变化；当 这种偏差（变化）超过一定程度称为气 候异常。
8
样条Байду номын сангаас值函数对全球平均地面气温的趋势拟合
9
5 气候波动（振荡）：气候状态围绕气候平均 态的波动式变化，表现为准周期性振荡特征， 有年际、年代际等时间尺度.
1880-1996年中国东部35站的年降水量距平（以1961-1990年为基准期） （王绍武，1998）
10
波数6（5年周期） 波数17（22.5月周期）
中国近五千年内可以相对地分出四个温暖期与四个寒冷期。
2000 1900 1800 1700 1600 高度（m）
温 暖 期
温度（℃）
温 暖 期
温 暖 期 寒 冷 期
温 暖 期 寒 冷 期
1000 1600 1500
1500 1400
1300 1200 10000 3000 5000 4000 2000
3
世界1月海平面气温（摄氏度）的分布
4
公元1856－2003年全球地表温度变化
（相对于1961－1990年30年气候平均）
温 度 距 平 （ ）
1860-2000年全球地表温度上升0.4－0.8℃ (平均0.6℃)； 近百年间17个最暖年份出现在1983年以后。 20世纪以来，1998年最暖，2002年和2003年分别为第二和第三暖年。
o
130
o
45
o
4
3
35
o
5
2
o
25
1
0
250
500
750
km
38
过去2000年中国东部温度变化
180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 1980 1.0 0.0
0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 800
中世纪暖期 小冰期
-1.0
1000
1200
35
近2万年以来的气候变化
新仙女木事件（YD） 12.2-10.5kaBP 全球冰川消退、气候 回暖过程中发生的气 候突变事件，YD结束 后即进入温暖湿润的 全新世
全新世大暖期 8.5-3.0kaBP 间冰期中最暖阶段， 该阶段时限较宽，包 含一些气候波动。总 体上暖于现代，降水 多于现代
全新世千年尺度气候 波动与气候事件
距今年数（万年）欧洲的亚冰期 10 武木亚冰期 20 里斯-武木间冰期 30 40-60 70 80-90 100-110 120-130 140-160 里斯亚冰期 民德-里斯间冰期 民德亚冰期 群智-民德间冰期 群智亚冰期 多脑-群智间冰期 多脑亚冰期
29
中国的亚冰期 大理亚冰期 庐山亚冰期 大姑亚冰期 鄱阳湖亚冰期
GMST
SST
44
全球、南北半球温度变化趋势对比（CRU） （℃/10a）（IPCC，2007）
1850~2005年 全球 北半球 南半球 陆地 海洋 0.042±0.012 0.047±0.013 0.038±0.014 0.054±0.016 0.038±0.011 1901~2005年 0.071±0.017 0.075±0.023 0.068±0.017 0.084±0.021 0.067±0.015 1979~2005年 0.163±0.046 0.234±0.070 0.092±0.038 0.268±0.069 0.133±0.047
全球平均气温的功率谱分析
11
准5年周期振荡
准2年周期振荡
全球平均气温SSA的重建分量序列
12
周 期 （ 年 ）
影响华北汛期降水登陆台风频数 小波变换
13
6 气候突变：从一种气候状态（或稳定 持续的变化趋势或气候波动）跳跃式地 转变到另一种气候状态（或稳定持续的 变化趋势或气候波动）的现象。
台风频数在1976-77年发生了突变（均值）
34
4 主要气候事件
•末次冰期冰盛期（Last Glacial Maximum:LGM) ~ 21kaBP •新仙女木事件（Younger Dryas: YD） ~ 12.2-10.5kaBP •全新世大暖期（Megathermal in Holocene）~ 8.5-3.0kaBP •中世纪暖期 ( Medieval Warm Period) ~ AD 900-1300 •小冰期 ( Little Ice Age) ~ AD 13201920
5
℃
( updated from Jones et al., 2003 )
年
1980-1999与1950-1969 年均SST差值场 （年代际变化）
6
4 气候趋势：气候的长期变化倾向，即在 记录时期(特定时期）具有单调地上升或 下降特点的气候变化（线性和非线性趋势）
7
奇异谱分析（SSA）对全球平均地 面气温序列的趋势拟合