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一、研究气候变化的方法 二、气候变化的史实 三、气候变化的因素 四、人类活动对气候的影响
第八章 气候变化和人类对 气候的影响 一、研究气候变化的方法 二、气候变化的史实 三、气候变化的因素 四、人类活动对气候的影响
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第八章 气候变化和人类对气候的影响 在研究气候变化时，可分两大阶段：一是地质时期的气候变化，一是历史时期的气候变化。前者从时间上来说要比后者长得多。
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第一节 研究气候变化的方法 研究气候变化最好要有长时期的气候观测资料，但是世界上大多数地区只有几十年，最多亦只有二、三百年的记录，因此仅凭仪器观测的资料是无法了解地球长期气候变化的规律的。由于气候是一个庞大的系统，大气过程发生变化时，其他组成部分如海洋(海水温度，海面升降等)，大陆(岩石、土壤等)、冰雪覆盖(冰川、大陆冰原、海冰等)和生物圈(植物、动物等)都会发生相应的变化，并在地球表面遗留下它们变化的痕迹；为人们研究地球气候变化的主要依据。
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第二节 气候变化的史实 地球形成为行星的时间尺度约为55±5亿年，但是地球气候史的时间尺度，目前可以追溯到的约在20亿年左右。在地球史中是以温暖时期与寒冷时期交替出现为基本特征的，而温暖时期约占整个气候史的9／10。据分析，世界和我国气候都经历着长度为几十年到几亿年为周年的气候变化，现在为世界科学界所公认的至少有： （1）大冰期与大间冰期气候--时间尺度约为几千万年到几万万年。 （2）亚冰期气候与亚间冰期气候--时间尺度约为几十万年。 （3）副冰期与副间冰期气候--时间尺度约为几万年。 （4）寒冷期(或小冰期)与温暖期(或小间冰期)气候--时间尺度约为几百 年到几千年。 （5）世纪及世纪内的气候变动--时间尺度为几十年到几百年。
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一、地质时期的气候变化
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图8 地球6亿年来经历的三大冰期和两大间冰期示意图
石炭二叠纪冰期 震旦纪冰期 第四纪冰期 第一大间冰期 暖 第二大间冰期 现今 全 球 年平均气温 15 ºC 冷 距今6亿年前 图8 地球6亿年来经历的三大冰期和两大间冰期示意图
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一万年来挪威雪线高度变化和我国温度变化的比较
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地球距今6亿年以来经历的三个大冰期和两个大间冰期与全球平均气温变化示意图。由图可知，从地球发展形成的时空史来看，我们现仍处在全球第三个大冰期即将结束的阶段，即仍处于第四纪大冰期之内。此图还表明地球6亿年以来大部分时间年平均气温都比现今要高。
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二、历史时期的气候变化 自第四纪更新世晚期约距今1万年左右的时期开始，全球进入冰后期。挪威的冰川学家曾作出冰后期的近1万年来挪威的雪线升降图(图8-7)。从图上看来，近1万年雪线升降幅度并不小，它显示冰后期气候的变化是相当明显的。竺可桢先生的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》一文为纲，简述我国近五千年历史时期的气候变化于下： 在近五千年的最初两千年，即从仰韶文化到安阳殷墟，大部分时间的年平均温度比现在高出2℃左右，冬季1月的温度大约比现在高3-5℃。
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温暖期： 1)公元前 年左右(仰韶文化时代和河南安阳殷墟时代)； 2)公元前770年到公元初(秦汉时代)； 3)公元 年(隋唐时代)； 4)公元 年(元朝初期)。 寒冷期： 1)公元前1000年左右到公元前850年(周代初期)；2)公元初年到公元600年(东汉、三国到六朝时代)； 3)公元 年(南宋时代)； 4)公元1400年(明末清初)开始。
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三、近代气候变化特征
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归纳： 全球气候变化特征： 全球地质时期气候变化的时间尺度在22亿年到1万年以上，以冰期和间冰期的出现为特征，气温变化幅度在10℃以上。冰期来临时，不仅整个气候系统发生变化，甚至导致地理环境的改变。历史时期的气候变化是近1万来，主要是近5000年来的气候变化，变化的幅度最大不超过2~3℃，大都是在地理环境不变的情况下发生的，近代的气候变化主要是指近百年或20世纪以来的气候变化，气温振幅在0.5~1.0℃。
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第三节 气候变化的因素 气候的形成和变化受多种因子的影响和制约，下图表示各因子之间的主要关系，图中C.D是气候系统的两个主要组成部分，A、B、F则是外界因子。
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一、太阳辐射的变化 太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达地表的辐射能的变化关系至为密切。引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。
(一)地球轨道因素的改变 地球在自己的公转轨道上，接受太阳辐射能。而地球公转轨道的三个因素：地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置等都是以一定的周期在变动着的，这就导致地球上所受到的太阳天文辐射发生变动，引起气候变迁。
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1.地球轨道偏心率的变化： 由天文辐射原理可知：到达地球表面单位面积上的天文辐射强度是与日地距离(b)的平方成反比的，地球绕太阳公转轨道是一个椭圆形，现在这个椭圆形的偏心率(e)约为0.016。目前北半球冬季位于近日点附近，因此北半球冬半年比较短(从秋分至春分，比夏半年短7.5日)。但偏心率是在 之间变动的，其周期约为96000年，以目前情况而论地球在近日点时所获得的天文辐射量(不考虑其他条件的影响)较现在远日点的辐射量约大1／15。当偏心率e值为极大时，则此差异就成为1／3；如果冬季在远日点，夏季在近日点，则冬季长而冷，夏季热而短，使一年之内冷热差异非常大。这种变化情况南北半球是相反的。
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2.地轴倾斜度的变化： 地轴的倾斜是产生四季的原因。由于地球轨道平面在空间有变动，所以地轴对于这个平面的倾斜度(f)也在变动。现在地轴倾斜度是23.44°，最大时可达24.24°，最小日寸为22.1°，变动周期约40000年。这个变动使得夏季太阳直射达到的极限纬度(北回归线)和冬季极夜达到的极限纬度(北极圈)发生变动如下图所示。
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3.春分点的移动： 春分点沿黄道向西缓慢移动，大纣每21000年，春分点绕地球轨道一周。春分点位置变动的结果，引起四季开始时间的移动和近日点与远日点的变化。地球近日点所在季节的变化，每70年推迟一天。大约在一万年前，北半球在冬季是处于远日点的位置(现在是近日点)，那时北半球冬季比现在要更冷，南半球则相反。
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(二)大气透明度的变化 到达地表的太阳辐射的强弱，要受大气透明度的影响。火山活动对大气透明度的影响最大，火山爆发喷出的灰尘能强烈地反射和散射太阳辐射，而对地面发出的长波辐射没有显著影响。据计算，火山尘埃散射太阳辐射的能力比散射地面长波辐射大30倍，尘埃反射太阳辐射的作用比大气分子强得多。 此外，太阳黑子活动具有一定的周期性，例如太阳黑子11年周期称为太阳活动周。
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二、宇宙二地球物理因子的影响 宇宙因子指的是月球和太阳的引潮力以及太阳活动；地球物理因子指的是地球重力空间变化，地球转动瞬时极的运动和地球自转速度的变化，这些宇宙一地球物理因子的时间或空间变化，引起地球上变形力的产生，从而导致地球上海洋和大气的变形，并进而影响气候发生变化。
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三、下垫面地理条件的变化 在整个地质时期中，下垫面的地理条件发生了多次变化，对气候变化产生了深刻的影响。其中以海陆分布和地形的变化对气候变迁影响最大。 (一)海陆分布的变化 (二)地形变化-“沧海桑田” 在地球史上地形的变化是十分显著的。高大的喜马拉雅山脉，有“世界屋脊”之称。
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四、大气环流和洋流的变化 大气环流形势的变化是导致气候变化和产生异常气候的一个重要因素。
大气环流形势的变化是导致气候变化和产生异常气候的一个重要因素。 举例：厄尔尼诺现象就是一个典型的例证。厄尔尼诺一词来源于西班牙文“Elnino”，原意是“圣子”，最初用来表示每年圣诞节前后，沿厄瓜多尔海岸出现一支微弱且向南移动的暖海流。后来科学上用此词表示在南美秘鲁和厄瓜多尔附近尺度为几千公里的东赤道太平洋上海面温度的异常增暖现象，它的起始机制，目前还不很清楚。根据已有的研究，可以认为：当南半球东南信风盛行时，在南美秘鲁、厄瓜多尔沿岸为冷洋流(见图6-33)，在离岸风的作用，使沿岸一带冷水上翻，沿岸水温特别低，洋面的东西坡度增大，赤道逆流的强度减弱。南美秘鲁、厄瓜多尔沿岸受冷洋流影响处于瓦克环流的下沉区，空气层结稳定，降水稀少，气候干燥；而南太平洋西岸及同纬度的澳大利亚东岸为向风海岸，又有暖洋流经过，所以这儿的气候是，暖湿多雨的。
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可是每隔4-7年，东南信风会出现减弱现象，甚至会转变为西风，这时南半球太平洋东岸的冷水上翻现象消失，赤道逆流增强，且在较大的洋面东西坡度的作用下，有更多的暖水输送到东太平洋。秘鲁、厄瓜多尔沿岸有冷洋流转变为暖洋流，海水温度出现正距平，空气层结变不稳定，从而造成深厚对流，降水量大增，由原来的干旱气候突然转变为多雨的气候，并出现洪涝灾害，从而削弱瓦克环流东部的下沉运动，焚进而消弱西部的上升运动，使印度尼西亚，新几内亚和澳大利亚的北部雨量减少，甚至出现旱象，这就是厄尼诺现象。
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秘鲁海岸以捕食鯷鱼为生的“瓜诺”鸟，当该海域出现暖水、厄尔尼诺发生时，鱼类数量减少，鸟类也会相应减少（Jaime, Jahncke,秘鲁海洋研究所）
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第四节 人类活动对气候的影响 人类主要是通过对下垫面性质的改变来影响气候的；其次是由于人类活动改变了一部分大气的组成成分，增加了空气中的微尘、杂质和二氧化碳等的含量，影响了大气对辐射能的收支，改变了辐射差额和热量平衡，导致气候发生变化；再次，由于人类的生活和生产活动，大量消耗能源，产生愈来愈多的“人为热”进入大气，导致气候变化
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一、改变下垫面性质引起的气候变化 a.植林与伐林 b.讨论：试述森林地区有独具特色的森林气候特点。 二、城市气候 热岛效应、热岛环流
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