气候变化的原因
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气候变化的原因
1.全球辐射平衡与辐射强迫
太阳辐射是驱动地球上所有天气和气候现象的能量来源。 就全球和年平均而言，有343W/m2的太阳辐射（又称短波辐 射）入射到大气顶，但其中三分之一（103W/m2）被云层和 地表面又反射回太空，因而只留下240W/m2被地球的气候系 统所吸收。大气本身对太阳辐射的直接吸收很少，大部分被陆 面、海洋、冰面所吸收，使它们温度升高。为了维持地球的气 候长期不变，根据辐射平衡的原理，地球作为一个黑体（严格 说应为灰体）被地表和大气吸收的太阳辐射必须在大气顶被地 球自身放射的红外辐射（又称长波辐射）所平衡，其量值也应 该是240W/m2。这种情况下，地球系统由于没有任何净能量 输入，则能保持地球气候状况（主要由全球地表平均温度表征） 不变。因而全球辐射平衡是维持稳定地球气候的基本原理。不 论何种原因，如果这种平衡一旦被破坏，则全球辐射平衡不能 维持，地球系统将获得或损失能量，从而导致地球气候的变化。
太阳活动的变化是引起近代气候变暖的主要原因吗？
总太阳辐射的连续直接观测至今只有28年，结果 表明，太阳辐射具有确定的11年周期变化，其辐射 量从最小到最大的周期循环变化率只有0.08%，并且 无显著长期趋势，工业化前后并无太大的变化，辐射 量变化的主要原因是太阳黑子和耀斑的变化。计算的 太阳输出（从1750年）造成的直接RF是 ±0.12w/m2。这个值虽然是正值，但比温室气体的 RF要小得多（2.3w/m2），所以太阳辐射的变化不 是引起近代气候变暖的主要原因（图5-6）。
For past 425 ky, (A) GHGs and sea level, (B) Surface albedo and GHG forcings, (C) Observed and calculated temperatures
人类活动辐射强迫是否超过了自然辐射强迫？
图4 冰期气候强 迫
气候敏感性
大气CO2浓度变化
人类活 动扰动
温
度
C
距 平
度 O浓2
(℃)
(ppm
v)
( redrew from Petit et al. 1999 )
年距今
图2 目前的CO2浓度是42万年来的最大值。
83万年来，仍是最大值
（IPCC，2001）
图3 过去425千年: (A) GHGs与海平面，(B)地表反照率与GHGs强迫， (C)观测与计算的温度
1.气候变化的主要启动力是地球轨道变化，非常弱的强迫 2.更新世气候变化的主要机制是GHGs和冰盖区，作为反馈
机制 3.长时间尺度的气候变化对很小的强迫是很敏感的 4.人类造成的强迫矮化了引起冰期与间冰期气候变化的自然
强迫 5.人类活动是现代气候变化的一个驱动力
Hansen,200
南极东方站（Vostok）测量 的
破坏全球辐射平衡可以有两种方式：一是入射到大气顶的 太阳短波辐射量发生了改变，它主要由太阳活动本身的变化 或太阳常数的变化引起，也可以由地球围绕太阳公转的轨道 参数（偏心率，进动和倾斜角）变化引起（即米兰科维奇循 环），也可以是大气中的云层覆盖面积或大气气溶胶颗粒物 含量发生了变化，从而使反射的太阳辐射量发生了变化（用 反照率表示）。这些变化是引起气候自然变化的主要原因之 一。它可以影响不同时间尺度的气候变化。二是射出长波辐 射的变化。能够影响地球射出长波辐射向外空传输的主要因 子球是 和大大气气中向的外水射汽出，的长O3波和辐温射室，气使体射等出。的它长们波能辐捕射获减或少拦，截从地 而破坏了全球辐射平衡。由上可知，能够改变大气顶净辐射 或使辐射平衡发生扰动或破坏的任何因子都可以引起全球气 候变化，它们被称为辐射强迫(图1A）。实际上，全球气候 变化是对辐射强迫的响应，通过这种响应过程，地球系统改 变自身的气候状况，以重新恢复原来的或建立新的全球辐射 平衡。在这个过程中，由于气候系统中各圈层响应的快慢不 一样，其所表现出的气候变化状况就不一样（图1B）。
大气的对流层和海洋响应较慢，因而它们在几十 年之后才可能表现出明显的气候变化；而平流层大 气响应快，一般在一个月左右就可发生明显的变化。 正的辐射强迫可使地表温度上升，导致全球变暖， 负的辐射强迫（如火山爆发）使全球变冷。应该指 出，辐射强迫的计算是研究气候变化原因和预测气 候变化的一个关键。它所关心的是太阳辐射和长波 辐射的变化，而不是其本身，从这个意义上讲，入 射的太阳辐射并不是辐射强迫，只有它的变化量才 是辐射强迫。
2、气候变化的驱动力
外强迫的作用： 气候变化的驱动力之一
• 几千万年～几亿的气候变化的驱动力主要是地质构造活动， 包括板块运动，火山爆发，海底的地质构造变化等，也包 括沙尘的影响。通过这些地质构造的运动，通过改变大气 中温室气体的浓度和反照率，影响着地质年代的气候。
更新世（200万年-1万年） 气候变化及其意义（图2-4）
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均辐射强迫值（RF）2005年，相对于1750年）（a）及其90%信度水平的发生概率分布（b）。 LOSU是科学认识水平，火山气溶胶未包括。（IPCC,2007）
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均 辐射强迫值（RF）（2005年，相对于1750年） （a）及其90%信度水平的发生概率分布（b）。 LOSU是科学认识水平，火山气溶胶未包括。 （IPCC,2007）
图1B RF计算方 法
箭头：对流层顶净通量不平衡。兰线：未扰动温度剖面；桔 红线：扰动温度剖面。从左到右，瞬时RF（IRF）：大气温 度处处不变；平流层调整的RF：允许平流层温度调整；零 地面温度变化RF，允许对流层大气温度调整，而地面温度 不变；平衡气候响应：允许大气与地表温度都调整达到新的
平衡态Baidu Nhomakorabea对流层顶RF消失。地面温度变化了ΔTs。 （IPCC,2007)
全球气候是否会向冰期（变冷）演变？
根据米兰科维奇（Milankovitch）循环理论， 近几百万年由于地球轨道参数的变化（进动，地轴 倾斜和地球轨道椭圆性变化），气候具有周期为10 万年左右的冰期—间冰期循环。这种自然的轨道强 迫可在几千年时间尺度上影响关键的气候系统，如 全球季风，全球海洋环流，大气的温室气体含量等， 我们目前处于末次间冰期，但其向冰期演变的冷却 趋势不会减缓现代的全球变暖。至少在30000年之 内地球不会自然的进入下一个冰河期。
1.全球辐射平衡与辐射强迫
太阳辐射是驱动地球上所有天气和气候现象的能量来源。 就全球和年平均而言，有343W/m2的太阳辐射（又称短波辐 射）入射到大气顶，但其中三分之一（103W/m2）被云层和 地表面又反射回太空，因而只留下240W/m2被地球的气候系 统所吸收。大气本身对太阳辐射的直接吸收很少，大部分被陆 面、海洋、冰面所吸收，使它们温度升高。为了维持地球的气 候长期不变，根据辐射平衡的原理，地球作为一个黑体（严格 说应为灰体）被地表和大气吸收的太阳辐射必须在大气顶被地 球自身放射的红外辐射（又称长波辐射）所平衡，其量值也应 该是240W/m2。这种情况下，地球系统由于没有任何净能量 输入，则能保持地球气候状况（主要由全球地表平均温度表征） 不变。因而全球辐射平衡是维持稳定地球气候的基本原理。不 论何种原因，如果这种平衡一旦被破坏，则全球辐射平衡不能 维持，地球系统将获得或损失能量，从而导致地球气候的变化。
太阳活动的变化是引起近代气候变暖的主要原因吗？
总太阳辐射的连续直接观测至今只有28年，结果 表明，太阳辐射具有确定的11年周期变化，其辐射 量从最小到最大的周期循环变化率只有0.08%，并且 无显著长期趋势，工业化前后并无太大的变化，辐射 量变化的主要原因是太阳黑子和耀斑的变化。计算的 太阳输出（从1750年）造成的直接RF是 ±0.12w/m2。这个值虽然是正值，但比温室气体的 RF要小得多（2.3w/m2），所以太阳辐射的变化不 是引起近代气候变暖的主要原因（图5-6）。
For past 425 ky, (A) GHGs and sea level, (B) Surface albedo and GHG forcings, (C) Observed and calculated temperatures
人类活动辐射强迫是否超过了自然辐射强迫？
图4 冰期气候强 迫
气候敏感性
大气CO2浓度变化
人类活 动扰动
温
度
C
距 平
度 O浓2
(℃)
(ppm
v)
( redrew from Petit et al. 1999 )
年距今
图2 目前的CO2浓度是42万年来的最大值。
83万年来，仍是最大值
（IPCC，2001）
图3 过去425千年: (A) GHGs与海平面，(B)地表反照率与GHGs强迫， (C)观测与计算的温度
1.气候变化的主要启动力是地球轨道变化，非常弱的强迫 2.更新世气候变化的主要机制是GHGs和冰盖区，作为反馈
机制 3.长时间尺度的气候变化对很小的强迫是很敏感的 4.人类造成的强迫矮化了引起冰期与间冰期气候变化的自然
强迫 5.人类活动是现代气候变化的一个驱动力
Hansen,200
南极东方站（Vostok）测量 的
破坏全球辐射平衡可以有两种方式：一是入射到大气顶的 太阳短波辐射量发生了改变，它主要由太阳活动本身的变化 或太阳常数的变化引起，也可以由地球围绕太阳公转的轨道 参数（偏心率，进动和倾斜角）变化引起（即米兰科维奇循 环），也可以是大气中的云层覆盖面积或大气气溶胶颗粒物 含量发生了变化，从而使反射的太阳辐射量发生了变化（用 反照率表示）。这些变化是引起气候自然变化的主要原因之 一。它可以影响不同时间尺度的气候变化。二是射出长波辐 射的变化。能够影响地球射出长波辐射向外空传输的主要因 子球是 和大大气气中向的外水射汽出，的长O3波和辐温射室，气使体射等出。的它长们波能辐捕射获减或少拦，截从地 而破坏了全球辐射平衡。由上可知，能够改变大气顶净辐射 或使辐射平衡发生扰动或破坏的任何因子都可以引起全球气 候变化，它们被称为辐射强迫(图1A）。实际上，全球气候 变化是对辐射强迫的响应，通过这种响应过程，地球系统改 变自身的气候状况，以重新恢复原来的或建立新的全球辐射 平衡。在这个过程中，由于气候系统中各圈层响应的快慢不 一样，其所表现出的气候变化状况就不一样（图1B）。
大气的对流层和海洋响应较慢，因而它们在几十 年之后才可能表现出明显的气候变化；而平流层大 气响应快，一般在一个月左右就可发生明显的变化。 正的辐射强迫可使地表温度上升，导致全球变暖， 负的辐射强迫（如火山爆发）使全球变冷。应该指 出，辐射强迫的计算是研究气候变化原因和预测气 候变化的一个关键。它所关心的是太阳辐射和长波 辐射的变化，而不是其本身，从这个意义上讲，入 射的太阳辐射并不是辐射强迫，只有它的变化量才 是辐射强迫。
2、气候变化的驱动力
外强迫的作用： 气候变化的驱动力之一
• 几千万年～几亿的气候变化的驱动力主要是地质构造活动， 包括板块运动，火山爆发，海底的地质构造变化等，也包 括沙尘的影响。通过这些地质构造的运动，通过改变大气 中温室气体的浓度和反照率，影响着地质年代的气候。
更新世（200万年-1万年） 气候变化及其意义（图2-4）
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均辐射强迫值（RF）2005年，相对于1750年）（a）及其90%信度水平的发生概率分布（b）。 LOSU是科学认识水平，火山气溶胶未包括。（IPCC,2007）
图1A 各种影响全球气候变化物质引起的全球平均 辐射强迫值（RF）（2005年，相对于1750年） （a）及其90%信度水平的发生概率分布（b）。 LOSU是科学认识水平，火山气溶胶未包括。 （IPCC,2007）
图1B RF计算方 法
箭头：对流层顶净通量不平衡。兰线：未扰动温度剖面；桔 红线：扰动温度剖面。从左到右，瞬时RF（IRF）：大气温 度处处不变；平流层调整的RF：允许平流层温度调整；零 地面温度变化RF，允许对流层大气温度调整，而地面温度 不变；平衡气候响应：允许大气与地表温度都调整达到新的
平衡态Baidu Nhomakorabea对流层顶RF消失。地面温度变化了ΔTs。 （IPCC,2007)
全球气候是否会向冰期（变冷）演变？
根据米兰科维奇（Milankovitch）循环理论， 近几百万年由于地球轨道参数的变化（进动，地轴 倾斜和地球轨道椭圆性变化），气候具有周期为10 万年左右的冰期—间冰期循环。这种自然的轨道强 迫可在几千年时间尺度上影响关键的气候系统，如 全球季风，全球海洋环流，大气的温室气体含量等， 我们目前处于末次间冰期，但其向冰期演变的冷却 趋势不会减缓现代的全球变暖。至少在30000年之 内地球不会自然的进入下一个冰河期。