气候变化

图 更新世以来3种时间尺度的全球温度变化 (a) 近100万年 (b) 近1万年 (c)近1000年（点线表示20世纪开始时的温度状况）（Houghton等，1990）
第二节 第三节 第四节
历史时期的气候变化 近百年全球的气候变化 近百年中国的气候变化
一、全新世的开端
全新世(Holocene)是第四纪末次冰期结束 至今的一段时期,因而也称作冰后期 (Postglacial)。
里斯
萨里安
间冰期 明德-里斯 豪斯他因
德文森
埃波斯 为契
基平
豪客 斯安
威斯康 辛
桑加蒙
伊利诺 安
雅奥斯
奥梯兰 奥曲林
卫门
大理
庐山 大理
庐山
特兰吉安 大蛄 庐山
12-1 37-24
冰期
明德 埃尔斯特利安 安古林 堪萨斯 卫蒙干
大蛄
80-58
间冰期 群智-明德 克日梅尔
冰期
群智
维地思
克鲁梅 里安
贝汶坦
阿佛唐 尼安
内布拉 斯加
维维兰 波里坎
鄱阳-大蛄 鄱阳
120-90
间冰期 多脑-群智
冰期
多脑
图 近15万年的全球气候变化 横坐标单位ka表示距今千年数 (a)南极温度距平， 大（小）于0表示高（低）于现代的度数（℃）；(b)海平面高度（反映大陆冰
雪体积），负值表示低于现代的米数（m）（Fature等，1993）
冰期的最暖时期之后，尚未开始降冷的时期， 在今后的数万年中，气候会逐渐变冷。
从图6.3 可见末次冰期气温下降的特征，气 温的下降是缓慢的，但总的趋势是下降的，随 之而来的是急剧升温。在这5万年中至少有5次 最冷的时期,标明HL1、 ,2…HL5。HL代表哈 因里希事件, 简称H事件。指气温下降到最低时 突然升温的现象。
二、 全新世的气候
全新世气候变化的基本特征是初期转暖,中期达到最 暖,后期又转凉的过程。
得到了广泛承认的经典的全新世期间划分方案,即布利 特-塞南德方案, 。
1.前北方期(10 000~9 000aBP)斯堪的那维亚冰盖消融 退缩,已经撤出了西欧大面积的陆地。冰后期刚刚开始,寒 冷的气候占据主导地位,海平面仍然很低,北海地区还多为 陆 地,并有泥炭沼泽发育, 气候仍然比较寒冷干燥。
之后冰盖融化气温逐渐变暖，人们称为冰后期， 冰后期的一个特点是在5000~7000年气候达到10万年 以来最暖，称为气候最适宜期。这时已经开始有了历 史记载，成为历史时期气候变化的最引人瞩目的事件。
此后，气候又逐渐变冷，出现了小冰期。小冰期 是气候最适宜期之后的最冷时期，小冰期中最后一次 冷期可能距现在只有150~200年（1550-1850），是人 们最关心的气候变化事件，况且20世纪的气候变暖就 发生在这基础上，因此研究小冰期有重要意义。
第四纪气候变化的原因 早在ห้องสมุดไป่ตู้世纪30年代米兰科维奇就提出用地球轨道要
素的变化来解释第四纪冰期、间冰期的交替。 因为地球绕太阳运行的轨道参数的变化会引起日地
距离的变化,从而改变地球接受的太阳辐射量。 另一些轨道参数的变化则可能影响地球接受太阳辐
射的季节变化及地理分布的变化,进而改变气候。 一般认为夏季接受太阳辐射的多少是冰盖盛衰的关
②黄赤交角： 即地球自转轴与对黄道 面的垂直轴之间的交角，或说地轴倾角。
地轴倾角的变化不会影响到达地球的太阳 辐射总量，但却影响辐射的地理分布及季节分 配。
当倾角为零时无四季可言，倾角愈大冬夏 愈分明。
目前倾角为23.5º。在2. 83万年前为22.1º， 即冬暖夏凉有利冰川发展。9100年前为24. 24º， 冬寒夏热有利冰川融化。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
气候变化
基本概念 地质时期的气候变化 历史时期的气候变化 近百年全球和中国的气候变化 极端气候的变化 气候变化的成因
第一节 基本概念
1、气候变化的主要特征量
（1）气候趋势
（2）气候突变
（3）气候波动
（4）气候变率
2、气候变化的多时空尺度性
3、气候变化的检测手段
呢？从下页图可以看出，在里斯—武木间 冰期或民德—里斯间冰期，相对纬度达到 61º，比现在低4º。据地质考察，那时气温 可能比现代高3~5℃，海平面因冰盖融化而 比现代高20米。
冰后期的气候
自240万年前到大约10万年前是第四纪的更 新世。特征是冰期和间冰期的10万年的旋回。 最后一次冰期最盛时发生在1万8千年前，此后 气候回暖。有资料显示，现代气候可能处于间
国际第四纪委员会将全新世的起点确定为
10 000±300 aBP。事实上,全新世不 可能在全球 同时开始,在中低纬度冰川消融退缩较早,全新世 开始得就早一些;高纬度地区冰川存留时间长,寒 冷气候维持较久,全新世开始得就晚一些。
此外,由于地理位置不同,各地全新世开始 时间或早或晚也各有差异。这里所说的是平均 时间。
如果接受这个计算能在一定程度上符合第四纪
内冰期的发展，则未来显然属于第四纪内的间冰 期。因为在16万年内可能没有冰期，到17万年才 又出现冰期，而且未来100万年内至少有类似武木、 里斯这样的冰期3~4次。由此，我们可以得到结论， 未来可能进入长达10万年以上的间冰期。
如果进入间冰期，气候会发生什么变化
检测手段
地质证据 地质证据
冰后期—历史时期 现代气候变化
102---103 101---102
1----2 0.5
太阳辐射 火山
太阳辐射、火山、 人类活动
冰心、年轮、 史料
观测资料
图 从45亿年到10年时间尺度上气候变动周期的相对方差的尝试性估计（实线） （虚线为气候变动的地理尺度，在它以下的面积表示小于1000km空间尺度的气候过
第四纪气候旋回（冰期与间冰期气候）
第四纪的气候变化特点是冰期间冰期交替。 在冰期,全球平均气温可能比现代低7~9°C, 全球的陆地有大约1/4被冰覆盖,由于海冰在陆上 积结为冰,海平面比现代低约百米。古生物化石 的证明在冰期中由于海平面下降,渤海湾露出水 面,古代的动物能够从亚洲大陆经过朝鲜半岛走 到日本。
近百年来气温上升0.5℃。
上述三类气候变化不仅时间尺度不同， 形成原因、分析方法也各不相同。
关于大冰期，现在还缺少理论性的解释。 但第四纪的气候变化，大部分可以用地球轨 道要素的变化来解释；
历史时期的气候变化则可能是太阳辐射 （太阳活动）变化与火山活动变化等造成的；
近代的气候变化除了这些自然原因之外， 还有人类活动的影响。
键。夏季凉爽会使冬季积雪融化较少,因而导致冰进。夏 季炎热则可以使冰雪融化,造成冰退。
地球轨道要素主要有3个:偏心率、黄赤交角与岁差。
①偏心率： 即焦距与主轴长度之比。
地球绕日轨道愈接近圆形时偏心率愈小。 偏心率变化于0.0005~ 0.0607之间，目前约 0.016。 目前近日点与远日点接受的太阳辐射量约 差7%，偏心率最大时可差30%。 偏心率变化周期约9.6万年。 同时,现代北半球为冬季时在近日点,而夏季 在远日点,夏季虽然太阳辐射强度下降但夏季增 长, 有利于冰融化。据分析,第四纪的间冰期多 处于在偏心率增大时期,冰期多处于偏心率减小 时期。
黄赤交角的变化周期约4.2万年。
③岁差： 反映近日点在一年中所处位置的变 化，约有2.1万年的周期变化。大约1万年前北半球 冬季为远日点，目前为近日点。
为了研究第四纪的气候变化，米兰科维奇计 算了65ºN接受太阳辐射量的变化，并用相对纬度 来表示，即古代所接受的辐射相当于现代那一个 纬度所接受的辐射。
★ 地质时期的气候变化
地球的历史大约有46亿年。
早期认为在地球的气候发展史上共出现过 三次大冰期(Ice epoch)。始于6亿5千万年前的震 旦纪大冰期， 2亿5千万年前的石炭—二叠纪大 冰期， 240万年前开始的第四纪大冰期。
但愈来愈多的证据表明，仅近10亿年就出现 过6次大冰期，前5次出现在9.7亿、7.6亿、6.7亿、 4.3亿、2.7亿年前，最后一次第四世纪开始于240 万年前，也许到现在尚未结束。
程对总方差的贡献）（Mitchell，1976，取自Goodess等，1992）
★检测手段：
地质时期的气候变化主要靠岩石放射性、 动植物群落化石；
冰后期则多采用冰芯、孢粉、纹泥、珊瑚、 年轮分析，若几千年则有丰富的史料证据；
近代气候变化，主要靠直接观测记录，但 早期资料覆盖面小，观测方法又有改变，要 得到一个有代表性的序列，也不是轻而易举 的事。
2.北方期(9 000~7 500 aBP)气候持续变暖,斯堪的那维 亚冰盖急剧缩小,最终在瑞典北部地区消失。海平面急剧 上升,海岸线接近目前的位置,北海地区成为海域。这时气 候比较温暖干燥, 冬季冷而干,夏季温暖,季节性明显。
仙女木期(Dryas)。根据丹麦阿列罗 (Allerod)附近冰缘沉积，由极区的花“仙 女木”(Dwas Octopelals)而命名的。这时 盛行冷干气候。北大西洋海水温度可能比 现代低于7~8℃接近武木冷期的最低值。欧 洲大陆的森林退化，被耐干、冷的草原和 苔原代替。干燥期至少有3次，分别出现于 14700年前、13200年前及10800年前，最后 一次强度最大。据分析这些冷期与北大西 洋冰盖消融冷水的南侵有关。
从时间上看，
大冰期大约只占地球历史的10%左右，其 余时间气候要温暖得多。
大间冰期，地球上无永久性冰盖，夏季极 地无冰，气温可能比现代高8~12℃。由于陆冰 全部融化，海平面能比现代高80~100米。
表 地球气候简史(布德科,1986)
代
纪
世 纪持续时间(×Ma) 纪开始年龄(Ma BP)
第四纪 全新世
在北美也找到相应的冰期, 即 威斯康星、伊利 诺依、堪萨斯及内布拉斯加。
在中国东部也有大理、庐山、大姑、鄱阳冰期, 冰期之间为间冰期。
表 第四纪大冰期中各次亚冰期和亚间冰期的对照表
冰期地区
阿尔卑 斯山
斯堪的 纳维亚
英 国 北美 新西兰
中国
距今年数 （万年）
冰期
武木
卫斯塞里安
间冰期 里斯-武木
艾娜
冰期
在1万8千年前末次冰期极盛之后气候的回 暖也不是连续的,而是波动式的。至少有3次冰 体的明显减少,发生在1万4 ~ 1万2千年前、1万 ~9千年前、8~6 千年前。大约 1万年前进入间 冰期,称为全新世。
在进入全新世之前还有一个与哈因里希事 件相对应的事件，即新仙女木事件。发生在1 万~1万1千年之间, 在气候回暖的过程中气温又 迅速下降,几乎恢复到冰期最盛期的温度,但之 后在不到100年的时间内又很快回暖。
2
2
更新世
第三纪 上新世
64
66
新生代
中新世
渐新世
始新世
古新世
白垩纪
66
132
中生代 侏罗纪
53
185
三叠纪
50
235
二叠纪
45
280
石碳纪
65
345
泥盆纪
55
400
古生代 志留纪
35
435
奥陶纪
55
490
寒武纪
80
570
第四纪大冰期中气候也不总是持续寒冷。
有证据表明：
第四纪中至少已发过十几次寒冷的冰期与较温暖 的间冰期的循环，每个循环约持续十几万年，最近一 次冰期最盛时约出现在1.8万年前。
（1）树木年轮
（2）冰芯
（3）孢粉
（4）珊瑚
（5）史料分析
★ 气候变化的时间尺度
从时间尺度来看，气候变化可以分为六类：
地质时期气候变化 万年或万年以上（104~108年）
历史时期气候变化 几千年（103~104年）
超长期气候变化 几百年 （世纪际102~103 ）
长期气候变化
几十年（年代际101~102年）
中期气候变化
几年（年际100~101年）
短期气候变化
月或季（100年）
气候变化集中在几种不同的时间尺度（王绍武）
气候变化类型
地质时期 a. 大冰期 b. 冰期-间冰期 c. 气候振荡
时间尺度
107----108 104----105
103
振 幅（）
10 10 5~7
变化原因
大陆漂移、 造山运动等 地球轨道要素
在间冰期最暖时气候可能与现代相当或略暖
一些。但这时极区仍然有冰。这与中生代的温暖
期或者古生代中两次大冰期之间的大间冰期是不 同的。中生代极区没有冰,那时全球平均气温可 能比现代高8~12 °C 。
在第四纪人们至少可以确定出十几次冰期，每个 冰期间冰期循环约10万年。
对阿尔卑斯山冰川研究，用其对冰期命名，由远 及近是群智、民德、里斯及武木。
从时间长度来看，过去每个大冰期均持续千 万年以上，而第四纪到目前只有约200万年，所 以，还不能认为第四纪大冰期即将结束。
其次，虽然目前全球冰盖已经比大冰期中冰 期最盛时小许多，但仍有10.6%陆地被冰覆盖。
冰期最盛时如1.8万年前曾经有24%被冰覆盖。 那时全球平均气温能比现在低7~9℃，由于海水 在陆地上结冰，海平面比现代约下降百米。