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。

XXX第一次提
出支持生命的物理系统；XXX第一次提出地球系统科学的概念；XXX
一次提出“环球变化”概念，今后人类开始从交叉学科角度将地球作为环球
系统开展研究。

XXX是他第一个将全球变化研究付诸实施。

2、全球变化研究的主要内容和相关国际计划
答：全球变化研究的主要内容：
（1）研究地球系统复杂的多重相互作用的机制，是目前环球变化最主要的研究内容。

（2）分析地球系统各种标准的变化规律和控制这些变化的主要因素。

（3）建立地球系统变化的预测理论及方法。

（4）提出全球资源和环境科学管理的建议。

相关国际计划有以研究物理气候过程为主要内容的“世界气候研究计划”（WCRP）、以研究地球系统中生物地球化学
过程为主要内容的“国际地圈-生物圈计划”（IGBP）、以研究人类与地球环境变化相互关系为主要内容的“国际全球环境变化人文因素研究计划”（IHDP）、以地球上生物多样性问题为主要内容的“生物多样性计划”（DIVERSITAS）。

3、什么是地球系统？
答：大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈之间存在能量转换，且受太阳能及地核热能影响，是具有一系列相互作用过程的耦合：一是各圈层之间的相互作用；二是物理、化学和生物三大基本过程和作用；三是人与地球的相互作用。

由这三大相互作用过程耦合的复杂关系称为地球系统。

地球系统包括快变化系统和慢变化系统。

快变化系统，如大气、陆面、上层海洋等。

从气候角度看，这些都是最活跃的系统，变化时间尺度范围从秒、分、时到日、月、年，甚至几百年。

慢变化系统，如深层海洋、冰川冰盖、内地圈等。

这些系统主要与地球固体气候发展史有关，其变化时间尺度一般在千年以上。

4、全球变化科学研究的意义？
答：（1）环球变化研究是人类社会实现可持续发展的新科学举措。

当今人类正面对着有史以来最为严重的危机，这种危机不但是人口爆炸、资本短缺、情况污染，更为严重的是地球整体功能的平衡、紊乱，是人类赖以生存的环球情况的变化。

环球变化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和消费需求之间的矛盾。

由于人类活动的影响，环球变化的趋向在未来相称长的时间内将继续下去。

可持续发展必须以适应环球变化为根蒂根基。

因此，开展环球变化研究是人类社会接受目前情况问题的挑战，实现可持续发展的新科学举措。

（2）有利于深化对地球系统的熟悉，促进自然科学和社会科学的共同发展。

环球变化科学的研究有助于人类对资本、自然灾害等概念熟悉的深化。

同时环球变化科学也关注环球变化的情况影响、社会影响，和对策和政策评估研究，这些研究会促进有关决策科学和应用根蒂根基与社会科学的共同发展，提高人类应对环球变化的能力。

（3）推动世界科学进步，促进世界和平。

环球变化科学确定的对环球系统研究的整体观，使得列国科学家不像从前那
样仅从单个角度去研究地球的局部征象，而更多地从环球和国际合作角度去研究人类的生存情况问题，它促进了国际性交叉学科队伍的形成，它以世界前沿学科生命力强和交叉学科多生长点的优势促进了国际科学界的交流与合作，也促进了世界的和平与发展。

第二章全球变化科学的最新进展
5、国际全球变化研究的主要进展体现在哪些方面？
答：（1）多学科交叉研究的深度和广度在加强，如描述物理、化学、生物等多个过程的耦合模式的发展。

同时，诸多研究计划的切实开展都取得了众多高质量的研究数据，并发现了一些新的现象和知识。

（2）全球变化区域响应研究取得广泛进展，全球问题与区域问题的结合更加明确，并达成共识：全球性问题的研究需要由区域研究来完成；区域性研究必须体现全球性问题。

（3）提出了地球系统中的几个关键性问题，如全球碳循环、水循环、食物系统等，将全球变化研究推进到集成研究阶段。

（4）TOGA（热带海洋和全球大气计划）的成功，推动了GOOS（全球海洋观测系统）的建立。

特别是在赤道太平洋地区建立了比较完整的El Nio监测系统，建立和发展了提前半年至一年预报El Nio发生的数值模式。

（5）PAGES（过去的全球变化（PastGlobalChanges））在认识气候的自然变率、工业化前的全球大气成分、全球温室气体的自然变化及其与气候的关系、陆地生态系统对过去气候变化的响应、过去气候系统的突发性变化等方面作出了重要贡献。

大量观测结果和证据表明：1地球正在变暖并伴随气候系统的其他变化，20世纪全球平均表面温度增加了0.6℃左右；○
220世纪是过去千年最暖的一个世纪，○20世纪90年代是过去千年最暖的一个时期，而1998
3人类活动产生的温室气体和气溶胶改变了大气状况并进而影响年是过去千年最暖的一年；○
气候，过去50年大多数观测到的变暖究竟主要由人类活动产生。

这些研究揭示出许多人类先前所未知的究竟，被国际社会公认为自然科学的重要进步。

（6）人们在不断深化对地球系统自然规律熟悉的同时，也越来越多地熟悉到人类活动已成为推动地球系统变化的另一强迫力，这种强迫力在十到百年标准上产生的影响已和自然力的作用相称或过之。

近年来，科学界就人类活动对地球系统的作用和二者关系提出了一系列新概念，如“人类圈”和“可持续性发展”等。

第三章全球变化的主要特征与过程
6、简述全球变化的时空尺度及其联系
答：环球变化是地球表层系统多种因素相互作用的结果。

地球表层系统作为一个开放体系，太阳辐射、大气身分、大气过程、海陆关系、海洋环流、冰盖、陆地地势、地表构成物质和人类活动等的相互作用，在一个时间序列傍边可表现为多层次驱动、响应、反馈、放大等十分复杂的关系。

因为环球变化既会表现出某种周期性变化，又会表现为一些突变和突变。

1几百万年至几十亿年。

从时间标准看，环球变化可分别为5个特征时间标准。

○这一时
2几千年至几间尺度的事件发生在地质历史时期，它们受地球行星演化规律与进程的控制。

○
十万年。

这一时间标准的变化同样发生在整个地球历史中，不过在最近的一个地质时期——第四纪晚期以来，它们的变化记录保存的最好，被辨识和研究的程度最高。

其主要遭到地球3几年至几百年。

这一时间尺轨道参数，如偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差等变化的影响。

○
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
4几天至的长期变化、XXX-南方涛动等自然因子和大气温室效应的增强等人为因子。

○几个季度。

这一时间尺度的事件发生在数天至一年之内，其本质特征是季节的更替，主要驱
5几秒至几小时。

动因子是太阳辐射量输入的年循环。

○这一时间标准的时间发生在数秒至一
天之内，其中日变化是它的本质特征，其周期性十分规则，而其他更短时间标准的变乱大多是日变化的一种瞬时表现。

太阳辐射量输入的日周期是构成这种变化的主要驱动因子。

上述几百万年至几十亿年及几千年至几十万年这两种称为长时间尺度，主要是地质学、地球物理学、地
理学和地球化学研究的时间尺度；几天至几个季度和几秒至几小时这两种主要是大气科学、海洋科学和生物科学研究的尺度；几年至几百年则是全球变化研究最为关注的、最复杂的变化尺度。

1全球尺度。

从空间的延展方面，全球变化大致可以划分为4个特征空间尺度。

○空间范
围在km以上，大约相当于半球至全球尺度。

特征事件有太阳辐射能的分布，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。

这些事件发生在一个相当宽的时间谱之内（一年至几十亿年），并且不同时间尺度的过程是互相影响
2空间范围在100~2000km，相应的地域单元有大陆、大洋、陆地上的自然地带和自然的。

○
地区以及海区等。

特征事件有季风和大型天气过程（台风、气旋、反气旋、锋面）、海流、厄尔尼诺-南方涛动、岩石圈板块构造运动与造山运动、冰期-间冰期交替、气候带与地带性植被——土壤的形成等。

这些事件也发生在一个相当宽的时间谱之内（一年至十几亿年），
3地方标准。

空间范围在10~100km，特征事并且不同时空标准的变乱之间相互作用显著。

○
件有地震、流域的水土流失、中标准天气系统（如中气旋、雷暴等）、植物物候期的水平变化、城市气候与大气污染、河流与水域的污染、成矿作用等。

这些变乱的时间谱可以从小于一天到百万年，幅度略小于环球和区域标准。

各变乱发生的原因通常限于当地，使相互间的
4局地标准。

空间范围在10km以联系性减弱，个体性增强，变乱的影响往往也限于当地。

○
下，特征变乱有火山爆发、小流域地表侵蚀、小标准天气系统（如龙卷风、山谷风等）、植物物候期随地势的变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、点源和线源污染变乱等。

这些变乱发生的时间谱很小，大多局限于几秒到一年之内，其空间特质性非常明显。

环球系统中各种变乱和过程的时间与空间标准是相关联的。

普通来说，较大空间标准的变乱和过程，其时间标准的范围也较大；而较小空间标准的变乱和过程，其时间标准范围也较小。

如环球气候变化的空间标准可达km以上，相应的时间标准为几十年到百年，而植被冠层微气象变化的空间标准仅为数厘米到数米，相应的时间标准是几秒到几分钟。

7、太阳活动如何驱动全球变化？
答：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。

太阳辐射直接驱动了发生在地球外表的各种过程。

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进出平衡招致气候变化，进而引起环球变化。

太阳活动增强时太阳辐射增强。

通过分析过去的气候变化与太阳活动的关系发觉，太阳黑子活动弱时气温偏低，历史上太阳活动极小期是冷期，如太阳黑子活动出现特低值的蒙德尔极小期，太阳常数可能比现代低1%，对应于17世纪的小冰期。

8、驱动环球变化的内力因素有哪些？它们在环球变化中如何起作用？
答：地球内力对环球变化的驱动主要表目前板块运动所造成的海陆分布形式的变化、海底地势与陆地地势的变化、火山
活动等，均能引发进一步的变化过程，招致环球变化。

（1）海陆分布变化。

板块运动引起的大陆漂移和海底扩大和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
XXX的温度和降水格局均会产生深刻的影响。

（2）山地和高原的隆起。

海陆分布格局的变化及其影响通常发生在106-107年标准上，
而在104-105年标准上对环球变化影响最大的板块运动变乱是以垂直运动为主的
巨地形变化。

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
场所，这些冰雪通过反射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。

（3）火山活动。

火山喷发能够把大量气体和火山灰抛向高空，火山尘幕中的固体粒子直
径在0.5~2μm，甚至更小，它们可在平流层大气中停留1年以上，并通过对平流
层化学及动力学的影响而介入全球变化过程。

它们可以改变平流层的化学成分并
造成化学过程异常，从而对大气中的CO
2
和O
3
等的平衡产生影响，而受火山活动
影响最大的，可能是平流层中气溶胶及其化学性质的变化所造成的太阳辐射收支
的变化。

强火山爆发能在平流层下部形成一个持久的含有硫酸盐粒子的气溶胶层，
它们存留在平流层中增加了大气的反射率，因而减少了到达地面的直接太阳辐射，
进而导致温度下降，这个影响被称为“阳伞效应”。

9、简要描述一下全球变化中的人为因素。

答：人类从自然情况中逐步分离，最终独立于自然系统，成为地球系统的一个重要构成部分，同时也成为影响自然过程、
招致自然情况变化的一个重要营力。

人类活动所引起的地球系统状态和功能的改变，在产业化以来的200多年里急剧加速，在几十至几百年的时间标准上，人类活动对环球变化的影响与环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环球变化过程一个不可忽视的构成部分。

1人类活动产生的CO
2
、CH
4
、N
2
O、SO
4
2-和PO
4
3-等使得大气化学过程、土壤化学过○
2人类生态系统的建立和维持所造成的自然情况破损与污染程、海洋化学过程发生变化。

○
使得地球表层系统中的一些成分相对增加，甚至出现一些在自然状态下不存在的成分，另
3人类向一些成分相对减少甚至消失，从而造成各个组成成分的构成和性质的显著变化。

○大气中排放CO2、CH4等使温室气体含量增加且出现新的温室气体成分，排放到大气中的氟氯昂等氟氯烃类物质和氮氧化合物正在导致臭氧层破坏，酸性气体排放导致酸雨的发
4在生物界，生。

○人类驯化的作物替代了森林和草原，野生动物被驯化动物所取代或被排
斥到生态边缘而灭绝或濒临灭绝，人类生态系统替代自然生态系统不仅减少了系统的生物
5排入到江河中的各种有机量，而且减少了物种的多样性，进一步加速了生物灭绝过程。

○
和无机污染物导致水体污染，各种人工合成材料的出现也改变了固体地球物质的组成。

土地覆盖的变化、地球系统组成成分的变化最终会导致自
然系统功能的失调和变化，并通过累积性变化或系统性变化两
种方式导致全球变化。

在人类的干预下，许多自然过程的功能
正在发生显著变化，一些功能得到强化，另一些功能遭到削弱
甚至丧失，自然系统的平衡因此破坏，进而发生全球变化。

%%%%%%%%以上7、8、9为全球变化的驱动力，分别为外部因素、内部因素和人为因素~~~~~~~~~~
10、简述环球变化的三大循环过程（下面11-13将对重点循环过程逐一叙说）
答：三大循环过程包孕生物循环、能量循环和水循环。

1陆地和海洋生物参与的C、N、P、S元素的循环；○2上述循环进一（1）生物循环包孕：○
3地球外表生物的地球化学循环。

步在大气作用下发生的
循环；○
（2）能量循环。

地球的能量循环主要是太阳辐射与地气
系统相互作用的结果。

假如把地表和对流层大气看作一个整体，在这个系统中，收入部分是由地表和大气吸收的太阳辐射所构成，而支出部分则是辐射到宇宙空间去的地面和大气长波辐射，
地气系统的辐射差额则是随纬度增高而由正值转变成负值。

辐射差额的这种分布，正是引起高低纬度之间大气环流和洋流产生的基本原因。

（3）水循环。

环球水分循环主要是通过地表径流、蒸发、水汽输送和降水等作用实现的。

11、试述环球碳循环过程及其机制及特点
答：自然界碳的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体。

在无机环境中，碳主要以CO2或者碳酸盐的形式存在。

地球系统中的碳绝大部分以有机化合物和碳酸盐形式埋藏在沉积岩中，溶解在海洋中的无机碳是近地表最大的碳源，是地球系统中除岩石圈外最大的碳库。

土壤是陆地上最大的碳源，而大气中碳的含量比全球植物活体中碳含量的总和还多。

生态系统中的碳循环基本上是相伴着光合、呼吸和分解过程进行的。

在较长的时间标准上，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。

在环球碳循环中，大气中的CO2与陆地植被和海洋之间交流的通量最大。

通过大气环流的作用，海
洋与陆地二者上空大气中的CO2含量大体一致。

在陆地的碳循环过程中，大气中的CO2被植被所固定，大部分通过生物的呼吸和分解作用从植物、植物或土壤开释到四周情况中去，有些贮存在有机体中被长期埋藏。

在海洋的碳循环过程中，海洋生物利用海洋中溶解的CO2进行光合固碳作用，其中一部分生物残体分解开释出CO2，另一部分形成生物碳酸盐沉积，与无机碳酸盐一起固定在岩石圈中，直到受地质作用被抬升到地表经风化作用而重新开释出
CO2。

除上述过程外，火山活动所开释的CO2、自然火灾、化石燃料燃烧和森林破损等对大
气中的CO2的含量及碳循环过程亦有重要影响。

在海水中，碳主要沿两种途径循环流动，一种是在海流驱动下的物理运动；另一种是通过浮游植物的光合作用，海洋中动、植物的呼吸作用。

和沿食品链的生物化学传递。

在温跃层上下，碳的浓度是不同的，在上层暖水带和下层冷水带之间的溶解碳相互交流，并发生漩涡招致混合作用，从而使10%~20%的微粒物质沉入洋低。

在那里大约15%的碳酸钙被结合成为深海沉积物，归入缓慢的碳循环过程。

陆地情况中也存在碳的慢循环和快循环两种过程。

动、植物残体，土壤腐殖质，新生泥炭和大的植物茎干与根属于，慢循环碳库；而植物的叶片和动植物活体等则属于快循环碳库。

大气中CO2浓度逐渐增加的究竟表明，海洋对CO2的调节能力是有限的。

可以设想，假如人类继续增加化石燃料的利用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将被耗尽，那时，更大部分的CO2将被保存在大气圈中，必然招致更为显著的温室效应加剧、环球变暖和海面上升等一系列人类生存情况的变化。

12、简述全球氮循环过程及特点
答：大气圈是氮的主要贮存库，其中氮气的体积含量为78%，居一切大气身分的首位。

生物圈是氮的另一个主要贮存库，大部分氮的固定是通过生物过程实现的，称为生物固氮。

此外，闪电、宇宙射线、陨星和火山活动等能把少量的气态氮转变成氮化物，称为高能固氮；随着石油化学产业的发展，以气体和液体燃料为原料生产合成氨已经成为开辟自然界氮的一种重要途径，称为产业固氮。

在生物固氮过程中，进入生物体的氮以氨或铵盐的形式被固定后，经过硝化作用形成亚硝酸盐
或硝酸盐。

一部分硝酸盐还可以在缺氧和有葡萄糖的前提下被真菌和假单细胞菌还原，经反硝化作用生成气态氮，使氮离开生物体，重新回到大气圈中，从而完成氮的循环。

13、全球水循环的特点和作用是什么？
答：全球水分循环主要是通过地表径流、蒸发、水汽输送和降水等作用实现的。

1环球约97%的水在海洋，84%的水是海洋蒸发的，大气从海洋上空携带水汽输往陆特点：○
地，以降水形式落下，以冰雪形式堆积在陆地表面的2.76×107km3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，3植物在水循环中○有些还存在于土壤表面；○
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，因此植物本身也使得全球水循环不均。

1水是地球表面吸收太阳辐射的主要介质；2水汽是一种主要的温室气体，作用：○○它吸收地。