福建师范大学 全球变化导论复习

全球变化导论复习材料
一、名词解释
1、地球系统：由大气圈,水圈,岩石圈,冰冻圈和生物圈(包括人类圈)所组成的作为整体的行星地球。

它是
由一系列相互作用过程(包括系统各圈层之间的相互作用,物理,化学和生物三大基本过程的相互作用以及人与地球的相互作用)联系起来的复杂的非线性多重耦合系统。

它是全球变化科学的研究对象。

2、全球变化：全球变化是指由于自然的和人为的因素而造成的全球性的环境变化，主要包括气候变化、
大气组成变化（如CO2浓度及其他温室气体的变化），以及由于人口、经济、技术和社会的压力而引起的土地利用的变化三个方面。

3、温室效应：水汽、CO2、CH
4、O3、氟氯烃等温室气体对到达地球表面的短波太阳辐射近乎无阻挡，
但部分地吸收地球表面向外发射的长波辐射，并通过大气的再发射向地面传递能量，使地面温度上升，这一过程类似玻璃温室产生的作用，被称为温室效应。

4、地球轨道参数：地球轨道参数包括偏心率、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收太阳辐射的季节和地区分布的变化。

5、将今论古：根据现代环境过程所遵从的基本原理、基本关系等重建过去的环境。

6、以古论今：根据过去环境变化的规律来解释现代，预测未来。

7、新生代衰落：新生代期间，环境呈变冷、变干的趋势性变化。

8、新仙女木事件：在11 kaBP前后，温度在数百年内突然下降6℃，使气候回到了冰期环境。

9、冰期：冰期是地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。

10、间冰期：两次冰期之间有一段相对温暖的时间，成为间冰期。

11、末次冰期最盛期LGM：大概在25-18kaBP，冰川扩张达到顶峰，这个时期称为末次冰期最盛期。

它是第四纪期间全球环境寒冷阶段的代表。

12、中世纪暖期：在1000AD前后，欧洲的部分地区、北美和北大西洋等地区经历了一个较现代相对温
暖的时期，即所谓的中世纪暖期。

13、特提斯海：特提斯海指南半球的冈瓦纳古陆与北半球的劳亚古陆之间的古海洋。

又称古地中海。

二、填空
1.全球问题的根源在于地球有限的生命支持系统与爆炸式增长的人口数量之间的矛盾。

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2.目前正在进行的全球变化研究是一个庞大的计划体系，主要有四个内容上密切联系又彼此相对独立
的国际研究计划构成，它们是：国际地圈-生物圈计划，全球变化人文计划，世界气候研究计划，以及生物多样性计划。

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3.物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈所组成，太阳是物理气候系统的驱动力。

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4.气候系统中的能量变化主要与大气和海洋的热力学和动力学有关，但能量循环过程很大程度上由
气、液和固态水物质所支配，通过水循环来实现的。

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5.地球的行星反射率α，决定了到达地球的太阳能被直接反射回太空的份额的多少。

云量、大气气溶
胶、冰雪覆盖面积、陆地植被、地貌形态、海陆分布格局，以及海陆分布格局等都对地球行星反射率产生影响。

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6.地球的温度就是由“温室气体”所产生的温室效应来维持的，如果没有这些温室气体存在，地球
的表面温度将较现代低32℃，即从现在15℃下降为-17℃。

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7.维持温室气体的平衡是生物地球化学循环的重要环节，自然状况下大气的温室气体是由生物过程和
海洋过程来调节的，人类活动向大气排放大量的温室气体导致自然平衡受到破坏。

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8.大气主要通过风应力将动量送给海洋，影响海洋环流，气候系统正是通过大气和海洋的运动实现物
质和能量的传输与转化。

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9.大气和海洋以十分复杂的非线性方式紧密联结在一起，形成一个十分敏感的耦合系统，共同承担着
地球上能量的传递作用，是热量从赤道向极地传输的重要方式。

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10.除表层风生流之外，大洋中还存在由海水的密度分布决定的海洋环流，由于密度又取决于温度和盐
度，所以也称为热盐环流。

极地区域因辐射冷却等因素而形成的寒冷、高盐、高密度的海水强烈下沉，形成底层流或深层流。

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11.水在不同的水体之间不停地相互迁移转换，构成水文循环过程，此过程受太阳能所驱动，一般在几
年之内就可循环一次，但不同部分循环更新的速度有快有慢，通常大气中的水汽约10天循环更新一次，而水在海洋中的停留时间超过10年以上。

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12.水循环过程的意义不仅是水的气相、液相和固相之间的状态转换，更为重要是，就气候系统而言，
以全球能量和水循环过程为主体的气候和水文系统的过程是有机联系在一起的。

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13.海洋是地球系统中最大的大气水汽的源和CO2的汇，海洋通过改变水汽蒸腾和CO2吸收的强度调
节大气中这两种最重要的温室气体的含量，使温室效应的强度得到有效控制。

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14.海洋对大气运动和气候系统的重大影响，具体表现在四个方面：一是影响地球大气系统的热力平衡，
二是影响水汽循环，三是调谐大气运动，四是降低气候系统的敏感性。

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15.进入大气的尘埃物质对地球能量的收支平衡有重要影响，大气中尘埃的含量增加会增大地球反照
率、减少入射辐射、增加散射辐射，但总体上使地球接收的能量减少。

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16.经风化和侵蚀堆积作用而形成的陆地表面为在其上发生的气候过程、水文过程和生物过程提供了多
样化的空间，正是在经风化和侵蚀堆积作用下形成的陆地表面上，发育了土壤、生长植被、调节水的储存和运动、进行与大气的水热交换。

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17.在远离大陆的大洋中心地区，陆源物质含量很少，沉积过程以海洋中浮游微体生物骨骼的富集居主
导地位，主要为碳酸盐和硅酸盐沉积，碳酸盐的沉积主要由化学作用海洋溶解作用控制，硅酸盐沉积则主要受生物作用浮游生物生产率控制，碳酸盐沉积于浅水区，深水区则主要为硅酸盐。

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18.全球生态系统可以分为海洋生态系统和陆地生态系统两大类型。

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19.生态系统的一个重要功能就是调控着地球系统中的生物地球化学循环过程。

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20.除生命活动过程之外，大气化学过程、土壤地球化学过程与海洋地球化学过程是控制生物地球化学
循环的三个关键环节。

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21.从化学的角度看，土壤的成土过程是一个由生物调控的生物地球化学过程，它与风化过程过程发生
在相同的时间和空间内，既彼此对立又相互依赖。

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22.导致全球变化的因素按其发生可以分为三种类型：周期性变化的因素，如太阳活动、地球轨道参数
的变化；非可逆性变化的因素，如太阳长期演化、板块运动等；随机发生的因素，如火山活动、小行星碰撞，其发生的时间是不确定的，但发生的频率服从一定的统计规律。

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23.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。

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24.在长时间尺度上，地球系统自身变化引起全球变化的例证之一就是生物进化与地球演化过程之间的
密切关系。

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25.在几千至几十万年尺度上，全球变化主要是由于地球围绕太阳运动的轨道变化而引起的，其气候特
征突出的表现为冰期和间冰期交替变化的特征。

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26.全球变化对人类的影响按其所达到的程度可以分为：土地承载力、生产系统、经济与生活和社会政
治四个层次。

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27.气候边界地带与生态脆弱带是最易受全球变化冲击的地区。

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28.海洋与陆地的交界面，即海岸带，是各种过程结合作用的地区，是受海面升降控制的地区，也是全
球变化及变化对人类的影响表现最为强烈的敏感地区之一。

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29.为对全球变化采取对策，首先需要对全球变化的可能影响进行评估，为此成立的政府间气候变化专
业委员会或IPCC，该组织已经出版发表了四次评估报告。

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30.全球变化是不可避免的，人类必须在全球变化的基础上建立对策，采取可能的措施把全球变化控制
在一定的限度之内。

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31.根据所依据的信息来源与研究方法的不同，当前全球变化研究包括三种途径：第一全球变化重建，
第二，全球变化的动态监测，第三，全球变化模拟。

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32.根据来源和属性的不同，过去全球变化信息可以分为三种类型：观测记录,考古和历史文献记载，
古环境感应体。

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33.用于重建过去环境的证据，其时间分辨率必须小于所讨论问题的时间尺度，而证据所覆盖的时间长
度应长于所讨论问题的时间长度。

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34.根据同位素的分馏作用，在水的蒸发过程中轻的H216O分子较H218O更容易蒸发。

在寒冷的冰期，
富含16O的水气主要以冰的形式储存在冰盖中，因此海洋中的18O含量增加。

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35.作为一种风尘组分为主的堆积，我国境内的黄土堆积主要与冬季风环流的搬运密切相关。

因此，黄
土被当作反映季风变化的标志。

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36.考古与历史文献记载研究是我国独具特色的全球变化研究领域。

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37.某化石的14C年代测试结果为3.42 ka BP，其含义化石形成于3420年之前。

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38.地质年代表示一种区分地质历史上各个时期的非固定间距的时间标尺，其基本单位为代，进一步下
分为若干个“纪”，每个“纪”又划分为若干个“世”
39.初期的地球可能遭受到一个大小与火星相近的天体的撞击，导致约占地球质量十分之一的物质与地
球分离，形成月球。

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40.地球生命的进化经历了三个阶段，早期40亿-38亿为化学进化阶段，中期38亿-7亿为细胞进化阶
段，晚期7亿年前之后为多细胞复杂生命进化阶段。

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41.明确的记录生命细胞存在的直接证据是叠层石，这是一种由富有机物碳酸盐与纯碳酸盐互层构成的
薄层状碳酸盐。

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42.综合考虑各圈层演化与全球环境变化的特点，可将地球45亿年的自然环境演化分为五个发展阶段：
生命出现以前的无机自然地理环境时期、以海洋生命繁盛为标志的古海洋自然地理环境时期、生物种群和海陆分布形式均与现代明显不同的古自然地理环境时期，古自然地理环境向现代自然环境迅速过渡时期，但和现代自然地理环境时期。

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43.在约70MaBP前后，随着马达加斯加从非洲分离，特提斯海闭合成为内陆海，这一内陆海就是现
在的地中海。

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44.从始新世末到渐新世的环境变化是新生代衰落的重大转折时期，许多现代环境特征都是在此时期形
成的。

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45.第四纪环境以周期性的冷暖环境交替转换为特征，冷暖波动的幅度达10度以上。

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46.冰期与间冰期之间的转换是不对称的，从间冰期向冰期的过程是缓慢的，变冷过程可能会持续
70-90ka，从冰期向间冰期的变化是迅速的，冰川融化需要8ka的时间。

47.降温是冰期气候的突出特征，但全球降温的时空分布存在很大的差异。

冰期降温的特点可以概括为：
北半球大于南半球，低纬小于高纬，冬季大于夏季，山地大于低地。

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48.在冰期时，欧亚大陆上南北的温度梯度增大，导致高空西风急流和地面西风风暴带在冬季和夏季均
得到增强，并向赤道方向移动，造成中高纬度的自然带退缩。

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49.在末次冰期, 北半球冰盖的扩展是冰期最盛期环境的重要特征之一。

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50.冰期时，温度降低，海平面下降，末次冰盛期时西太平洋出露面积最大的浅水区有三大片：包括黄、
渤海在内的东海陆架，南海南部至爪哇海的巽他陆架，印度尼西亚到澳大利亚之间的萨呼尔陆架。

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51.在全新世阶段，现在的撒哈拉沙漠地区，10-4ka BP普遍发现了以高湖面为主的证据，其间有许多
湖泊发生外泄事件，表明撒哈拉沙漠地区10-4kaBP的气候特征较现在湿润。

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三、简答题
1.简述全球变化的科学内涵。

①空间尺度：全球观与全球尺度
以地球系统科学理论为指导，把地球当作一个整体——地球系统，研究地球系统整体变化的过程和机制，而不是孤立地研究地球不同组分的变化。

研究具有全球性影响的过程和事件，空间规模相当于地球半径以上。

包括某些发生在区域尺度但具有全球性影响的过程和事件。

如局地的温室气体排放导致全球的温
室效应。

②时间尺度：所有时间过程
地球系统从100a~109a之间的各个尺度上均存在变化，其中101a~102a中等时间尺度变化是研究重点。

③诱因：重视人类的作用
把人类视为引起全球变化的重要营力之一。

重视人类和地球系统之间的相互作用研究，提高人们对未来气候和环境变化的预测能力，使人类活动符合——起码是不违背地球系统的变化规律，并驱避灾害，利用其有利的方面。

2.简述全球变化研究的主要内容。

①全球变化的过程和驱动力
②全球变化在时间和空间上的表现
③全球变化对人类的影响与人类的响应
④全球变化信息的获取、处理与分析技术
3.简述水循环对气候系统的意义？
①水汽反馈：大气中的水汽作为重要的温室气体有效地保持了地球的温度，从而增强了大气的温室效应；
②云辐射反馈：云反射短波辐射，减少系统可能获得的总的有用的热辐射，使地球变冷；同时云又吸收
来自地球表面的长波辐射，同时放出热辐射，从而起到减少地面向空间损失热量的作用。

③冰雪圈反馈：冰雪全通过其高反射率和融解成为有效的热汇，它们在大气热量中起着冷却面的作用。

④海洋的反馈：影响地球大气系统的热力平衡；影响水汽循环；调谐大气运动；降低气候系统的敏感性，
调节温室效应。

4.简述全球变化的主要影响层次。

全球比爱你话的主要影响层次可以分为四层：土地承载力、生产系统、经济与生活、社会政治。

①土地承载力、②生产系统——属于全球变化的环境影响，主要是指自然生态系统在全球变化中的稳定性，全球变化对全球农业、林业、渔业生产潜力等人类生存环境和人类支持系统的影响等，以及这些系统适应和减缓全球变化影响的潜力和机理。

③经济与生活、④社会政治——属于全球变化的社会经济影响，主要是指全球变化造成的或可能造成的社会和经济后果，如全球变化对人的生理与健康的影响，全球变化对社会经济各个部门的生产和发展的影响，以及对社会发展的影响等。

5.黄土—古土壤记录如何反映过去的全球变化?
第四纪黄土沉积以黄土层和古土壤层交互沉积为特征，黄土和古土壤层的交互出现是风成堆积作用和成土作用两种对立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。

因此，黄土沉积与寒冷的冰期相对应，古土壤则对应于相对湿暖的间冰期。

从黄土和古土壤序列提取的另一个重要指标是磁化率，也就是物质被磁化的难易程度，磁化率值的变化与降水量的变化有一定的关系。

磁化率的差别反映了夏季风强度的差别。

6.简述树木年轮的环境意义即树木年轮如何记录气候
年轮的化学组成和物理特征受光照、气温、湿度、营养状况、大气CO2组成和大气水组成等环境因素的影响，因此树木在年轮形成过程中可通过其宽度、密度、亮度及同位素等变化记录过去气候和环境变化的信息。

因此，通过年轮分析就可以得到这些信息的历史记录。

具体体现在以下几个因素：
①年轮密度：反映年轮细胞大小、细胞壁厚度和细胞数量多少的一个量。

比宽度反映更多的环境信息。

它适用于早晚材颜色差别不明显或年轮宽度变化不明显的地区。

②树轮C、H、O同位素：它们的比值变化可反映温度、降水等气候要素及大气CO2含量的变化。

③年轮中的化学元素：年轮中的化学元素与当年环境中化学元素含量存在着相关性，可以反映环境中化学元素的变化。

④火灾疤痕：可以用来恢复火灾事件。

7.生物演化进化与自然环境存在什么样的关系？
生物演化进化与自然环境存在着一种相互作用的关系。

一方面，环境的变化，对某些生物来说是一个更为有利的条件和空间，使得生命的爆发成为可能；相反，对某些生物来说，可能产生强烈的不利影响，可能导致其衰落乃至绝灭，取而代之的是更能适应环境的新物种。

另一方面，生命也以惊人的程度参与者地球表层环境的演变，极大地影响着地球的演化进程和演化方向，甚至使地球的大气圈、水圈和地球岩石圈发生不可逆转的改变。

8.简述冰盖与海冰的反馈机制
（1）正反馈
①气候变冷→冰盖、海冰扩大→反射增强、水汽减少→温度降低
②气候变暖→冰盖、海冰缩小→反射降低、水汽增多→温度升高
③气候变暖→海面上升→陆架冰盖受浮托、下削、崩裂→
a海水融冰增强→冰盖进一步融解
b形成寒冷淡水层→水汽蒸发降低→冰盖水汽供给减少→冰盖进一步融解
（2）负反馈
气候变冷→海面下降→大洋缩小→海面蒸发减弱→降水减少、气候变干→冰盖扩张限制
文字描述：
冰雪圈过程是水循环过程的一个中间环节，它能够有效地调节地球表面的能量收支和温度平衡。

海冰具有阻碍大气和海洋之间的水汽和动量交换的作用，冰量变化可造成地球表面自由水体和海平面较大幅度的变化，对下垫面的性质产生深刻影响。

而结冰过程中所释放的大量热量和冰川融化所消耗的大量热量，均减缓了地球变冷或变暖过程，从而对能量的收支和传输产生重要影响。

由于地球上的冰雪覆盖主要分布在极地地区，冰雪过程导致的高纬地区的降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大，纬向西风会因此加强，而季风环流可能会被削弱。

与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面的升降。

在从间冰期向冰期转换的过程中，大量的水分被从海洋转移到冰盖中固定下来，导致全球海平面随着冰盖的强烈扩张而发生大幅度下降。

由于冰期大洋缩小，海面蒸发减弱，导致全球降水减少，气候变干，陆地冰盖因缺少水分供应而不会无限制增大，使冰盖—反射率反馈不致无限制增加。

当从冰期向间冰期的过程开始后，大量的水分从冰盖中返还到大洋中，导致海面上升。

海面上升会托起搁浅在陆架上的冰盖，使它们破碎并随海流向外海流动。

这一过程的一个重要后果是，原先由浅海海冰支撑的位于陆地高处的冰体开始流动，内陆冰穹上大量的冰流可能会因此而开始快速移动，快速流动的冰流会把内陆的冰体送到海边，随着内陆部分冰盖冰体的流失，会使冰盖变薄，这种冰盖消退过程通常被称为―下削‖。

这种机制的意义在于，冰退作用的增强不是靠大气的增温使冰体融化，而是靠崩裂的海冰随海流漂走之后由海水的热量使冰融化。

类似的过程也发生在陆地上冰盖边缘的冰水湖泊中。

上述现象可能是冰盖退缩比冰盖扩张迅速得多的原因之一。

大量的融冰进入海洋会导致海洋变冷，估计可使北大西洋表层100m的海水以每年1℃的速度变冷，这一点也从中纬度北大西洋的同位素记录得到证实。

融冰的另一个反馈机制是使水汽减少，早期的融冰使大量淡水进入大西洋，如果这些淡水在咸水之上形成一个淡水层，寒冷的淡水限制了水汽的蒸发，并且使海冰的范围扩大（淡水在0℃就结冰，海冰的冻结温度为-1.9℃），减少向陆上冰盖供给水汽，促使冰盖进一步瓦解。

9.简述大气温室气体的反馈
（1）正反馈
①气候变冷→海表冷却增强→海水混合层加厚→浮游生物生长加大→生物泵作用增强、吸C能力增强→大气CO2减少→温室效应降低→气候变冷
②气候变冷→海水CO2溶解能力加大→大气CO2减少
③气候变冷→陆地干旱草原扩张→黄土沉积加强→沉积物固定碳酸盐能力增大→大气CO2减少
④气候变冷→沼泽湿地减少→CH4排放减少
⑤气候变冷→海面变冷→大气水汽减少
⑥气候变冷→风速增大、植被覆盖减少、陆地裸露增加→大气尘埃、气溶胶增加→阳伞效应增强→气候进一步变冷
（2）负反馈
气候变冷→海面变冷→大气水汽减少→云量减少→太阳辐射增加→缓解气候变冷
文字描述：
南极冰芯记录显示，温室气体CO2 和CH4的含量在冰期时减少，在间冰期时增大，呈现与温度变化相同的趋势。

这种强相关暗示存在着大气通过温室气体的变化影响温度的反馈作用，使得变冷或变暖的程度加大。

大气CO2含量变化部分地是由与全球温度有关的生物的反馈作用调控的。

大气CO2 变化可能主要地是海洋的―生物泵‖作用所产生的一种效应，在冰期的寒冷时期内，海洋生物生活空间的海洋混合层的深度增大，意味着有更多的浮游生物生长，因此有更多的碳被固定到深海沉积之中，相应地海洋表层从大气中获得更多的CO2，导致大气CO2的减少。

相反，当冰期结束，生物泵作用减弱，大气中的CO2含量开始增加。

此外，冰期大洋温度的降低可使海洋溶解CO2的能力增大，也导致大气中CO2的减少。

在冰期冷干的环境下，陆地上干旱草原环境的扩张，强烈的黄土堆积，均可使陆地上土壤和沉积物固定碳酸盐的能力增大，导致大气中CO2的减少。

无论何种原因造成的大气中CO2 减少，都会进一步加剧气候变冷过程。

陆地上的沼泽湿地是自然界中CH4排放的主要源地，冰期CH4减少可能与冰盖扩展、海面下降、气候变干所造成的上述湿地沼泽的丧失有关，因此CH4的变化可能主要是全球气候变化的结果，但其正反馈作用使得关系复杂化。

此外，冰期海面寒冷，向大气输送的水汽含量减少，大气中水汽含量减少，减弱水汽作为温室气体的功能，其正反馈同样加剧气候变冷。

但水汽减少使得天空云量减少，能增加入射的太阳辐射，对变冷起负反馈作用。

冰期降水减少，风速增大，经向环流增强，浅海大量出露为大陆，陆地植被覆盖降低，有大量的尘埃由陆地吹向海洋，冰芯中粉尘浓度在冰期时增大。

气溶胶粒子在大气中的载荷增大具有正反馈效应，能将太阳辐射反射回太空，从而加速地面冷却，使冰期加剧。

间冰期时情况则相反。

10.末次冰期最盛期的地球环境有什么重大的变化？
（1）全球性降温与冰盖扩展
①大幅降温：北半球大于南半球，高纬大于低纬，陆地大于海洋，冬季大于夏季，山地大于低地。

②北半球冰盖大规模扩展：冰盖占陆地表面30％
（2）西风带加强与中高纬度自然带退缩
北美大陆冰盖的存在强化了穿越美洲大陆达欧亚大陆的高空西风急流，使中高纬度自然带退缩。

（3）全球海平面下降
地球约5.5%水以冰的形式储存，全球海平面最大可下降120m。

同时导致沿海沼泽地减少，CH4排放减少；海洋混合层增厚，浮游生物吸C能力增强；水汽含量减少，温室效应减弱。

（4）全球干旱化与环境的重大改变
①全球降水量减少，气候显著变干
②东亚夏季风显著减弱，冬季风显著加强
③沙漠化扩展，黄土堆积增强
11.简述利用天文学轨道理论解释冰期—间冰期之间的转换机制。

从全球变化记录中可以检测出与地球轨道参数变化相同的周期，且全球变化的记录与根据地球轨道参数变化计算的太阳辐射的谷峰变化存在对应关系，这种对应关系说明地球轨道参数变化可能是第四纪环境周期性变化的驱动力，地球轨道的变化导致了冬季和夏季之间、极地和赤道之间太阳辐射量变化的对比，从而导致极地冰盖的周期性扩张与收缩。

但是，由于偏心率变化（0.9MaBP以来）引起的太阳辐射分量不足以解释温度的大幅度变化，天文学轨道理论不能解释地球温度变化在时相上落后于太阳辐射变化，以及转换过程的其他时滞现象，不能解释转换过程中的不对称性，不能解释快速变化事件。

直到目前，对冰期—间冰期的转换机制尚无完美的解释，但一些可能的因素和反馈机制已受到注意
12.简述全新世气候的变化特征。

在千年尺度上距今1万年以来的气候变化可分为早期的增暖、中期的全新世暖期、晚期的变冷三个阶段。

早期阶段：以迅速升温为特征，新仙女木事件后，在不到1000年时间内，温度已达到现代水平。

中期阶段：较现代更为温暖，暖期盛期出现在6 kaBP前后，中高纬度比现代高2~3℃。