第十二章氣候變化

1、l 大冰期與氣候變化 l 第四紀(jì)冰期的氣候變化 l歷史時期氣候變化 l近代氣候變化 l氣候變化對人類影響 自地球形成以來，氣候始終處于變化之中。冷暖自地球形成以來，氣候始終處于變化之中。冷暖 交替，干濕變化是氣候演變的基本特征。交替，干濕變化是氣候演變的基本特征。 l 地球形成大約在地球形成大約在55億年前，億年前，46億年前，地球上億年前，地球上 充滿了原始大氣；充滿了原始大氣； l 從從46億年前開始，地球進(jìn)入到地質(zhì)年代，逐億年前開始，地球進(jìn)入到地質(zhì)年代，逐 漸產(chǎn)生次生大氣；漸產(chǎn)生次生大氣； l 大約在大約在30億前，地球上出現(xiàn)生命，并開始改億前，地球上出現(xiàn)生命，并開始改 造地球大氣；造地

2、球大氣； 到寒武紀(jì)（到寒武紀(jì)（22億年），大氣才億年），大氣才 被生物改造成現(xiàn)在這個樣子。被生物改造成現(xiàn)在這個樣子。 l古生代以前的古氣候，幾乎一無所知，到了古古生代以前的古氣候，幾乎一無所知，到了古 生代，古氣候狀況才逐漸清楚起來生代，古氣候狀況才逐漸清楚起來. l 地球的古氣候史采用地球的古氣候史采用“地質(zhì)年代地質(zhì)年代”表示。表示。 一、大冰期與氣候變化 “大冰期大冰期”是地球上極為寒冷的時期，氣溫很低，極地和高是地球上極為寒冷的時期，氣溫很低，極地和高 緯度區(qū)廣布冰蓋，中、低緯地區(qū)也分布有很多大陸冰川和山緯度區(qū)廣布冰蓋，中、低緯地區(qū)也分布有很多大陸冰川和山 岳冰川，冰川地質(zhì)作用十分強烈。

3、岳冰川，冰川地質(zhì)作用十分強烈。 “大冰期大冰期”是相當(dāng)長的時段，氣候并非恒定不變，其中以是相當(dāng)長的時段，氣候并非恒定不變，其中以 有相對更寒冷的時期，稱為有相對更寒冷的時期，稱為“冰期冰期”，和與它相對溫暖些的，和與它相對溫暖些的 時期，即時期，即間冰期間冰期，它們相互交替。，它們相互交替。 地球所經(jīng)歷的大冰期，一般認(rèn)為地球所經(jīng)歷的大冰期，一般認(rèn)為 明顯的有明顯的有3次，第一次發(fā)生在元古代次，第一次發(fā)生在元古代 末期末期( (震旦紀(jì)）；第二次發(fā)生在古生震旦紀(jì)）；第二次發(fā)生在古生 代后期（石炭一二疊紀(jì)）；第三次代后期（石炭一二疊紀(jì)）；第三次 發(fā)生在第四紀(jì)。發(fā)生在第四紀(jì)。 在地質(zhì)時期反復(fù)經(jīng)過了幾次

4、大冰期，大冰期之間是比較溫暖在地質(zhì)時期反復(fù)經(jīng)過了幾次大冰期，大冰期之間是比較溫暖 的間冰期。每兩次冰期之間，大約是的間冰期。每兩次冰期之間，大約是2-3億年億年 ; 間間 冰冰 期期 大冰期大冰期 溫暖氣候占90。氣候波動較大，冷暖交替； 第四紀(jì)大冰期存在較小的亞冰期和亞間冰期； 震旦紀(jì)震旦紀(jì) 石炭二疊紀(jì)石炭二疊紀(jì) 5500萬年萬年 第四紀(jì)第四紀(jì) 寒武紀(jì)石炭紀(jì)寒武紀(jì)石炭紀(jì) 3.3億年，海洋性億年，海洋性 氣候特征，形成氣候特征，形成 大規(guī)模煤層大規(guī)模煤層 三疊紀(jì)第三紀(jì)三疊紀(jì)第三紀(jì) 2.2億年，氣候干燥億年，氣候干燥 一種意見認(rèn)為：可能與造山運動有關(guān)系。地質(zhì)上的大造山一種意見認(rèn)為：可能與造山運動

5、有關(guān)系。地質(zhì)上的大造山 運動，往往使地面起伏程度加大，上升運動增強，云雨增多，運動，往往使地面起伏程度加大，上升運動增強，云雨增多， 反射率增大，地面接收的太陽輻射能量減少，地表變冷。反射率增大，地面接收的太陽輻射能量減少，地表變冷。 現(xiàn)在喜馬拉雅山還在升高，造山運動并未停止，所以第四現(xiàn)在喜馬拉雅山還在升高，造山運動并未停止，所以第四 紀(jì)大冰期還遠(yuǎn)未結(jié)束。第四紀(jì)大冰期還只紀(jì)大冰期還遠(yuǎn)未結(jié)束。第四紀(jì)大冰期還只200多萬年。所以多萬年。所以 這次大冰期還會延續(xù)下去，至少還要持續(xù)這次大冰期還會延續(xù)下去，至少還要持續(xù)1-2萬年。萬年。 另一種意見認(rèn)為，地質(zhì)歷史上的大冰期和大間冰期，是由另一種意見認(rèn)為，

6、地質(zhì)歷史上的大冰期和大間冰期，是由 于地球的黃道傾斜的大波動造成的。黃道傾斜大的時期代表于地球的黃道傾斜的大波動造成的。黃道傾斜大的時期代表 著冰川流行的時期，在三次大冰期期間，黃道傾斜曾有過著冰川流行的時期，在三次大冰期期間，黃道傾斜曾有過 10-23.5的變化。的變化。 為什么存在冰期和間冰期的波動變化？為什么存在冰期和間冰期的波動變化？ 氣候形成過程中不穩(wěn)定因素造成地質(zhì)時期氣候大的波氣候形成過程中不穩(wěn)定因素造成地質(zhì)時期氣候大的波 動變化動變化 火山活動影響大氣透明度；火山活動影響大氣透明度； 太陽活動太陽常數(shù)變化太陽輻射變化太陽活動太陽常數(shù)變化太陽輻射變化 地極移動；地極移動； 大陸漂移

7、；大陸漂移； 海陸分布變化；海陸分布變化； 造山運動；造山運動； 地球自轉(zhuǎn)速度變化；地球自轉(zhuǎn)速度變化； 大氣環(huán)流變化大氣環(huán)流變化 古地質(zhì)氣候研究方法：古地質(zhì)氣候研究方法： Reconstruction of the past climate 二、第四紀(jì)冰期的氣候變化二、第四紀(jì)冰期的氣候變化 第四紀(jì)大冰期距今第四紀(jì)大冰期距今200萬年開始到現(xiàn)在。萬年開始到現(xiàn)在。 資料豐富，地球氣候史研究占有十分重要地位；資料豐富，地球氣候史研究占有十分重要地位； 第四紀(jì)大冰期中，氣候多次變動，冰川多次進(jìn)退。第四紀(jì)大冰期中，氣候多次變動，冰川多次進(jìn)退。 阿爾卑斯山區(qū)的資料，確定那里存在阿爾卑斯山區(qū)的資料，確定那里

8、存在五次亞冰期五次亞冰期的規(guī)律。的規(guī)律。 中國中國四次亞冰期四次亞冰期：鄱陽亞冰期、大姑亞冰期、廬山亞冰期：鄱陽亞冰期、大姑亞冰期、廬山亞冰期 和大理亞冰期。和大理亞冰期。 在第四紀(jì)大冰期中，仍然有寒冷和溫暖的更替（根據(jù)冰川在第四紀(jì)大冰期中，仍然有寒冷和溫暖的更替（根據(jù)冰川 雪線變化研究）雪線變化研究）亞冰期和亞間冰期的更替亞冰期和亞間冰期的更替 。 研究發(fā)現(xiàn)：研究發(fā)現(xiàn)： 是由于地球軌道三要素的自然小波動造成的：是由于地球軌道三要素的自然小波動造成的： 地球軌道的偏心率變化地球軌道的偏心率變化 地軸的傾斜度變化地軸的傾斜度變化 春分點的位置變化春分點的位置變化 為什么第四紀(jì)大冰期存在亞冰期和亞

9、間冰為什么第四紀(jì)大冰期存在亞冰期和亞間冰 期的更替變化？期的更替變化？ 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道是一個橢圓，太陽位于橢圓的一 個焦點上。這樣，地球處在軌道的不同位置，距離太陽的 遠(yuǎn)近就不相同，獲得的太陽輻射能量就有差異，如冬季在 遠(yuǎn)日點，夏季在近日點，冬季就寒冷而漫長，夏季炎熱而 短促。 地球軌道現(xiàn)在的偏心率是0.017，但是偏心率可以在 0.001-0.054的范圍內(nèi)變動。它的變動周期約為96000年 （1） 地球軌道的偏心率變化地球軌道的偏心率變化 Milutin Milankovitch（米蘭 柯維奇） (1879-1958) 偏心率為零，地球公轉(zhuǎn)軌道為圓形，偏心率為零，地球公轉(zhuǎn)軌道為圓形，

10、 冬夏等長冬夏等長 ； 偏心率不為零，地球近日點和遠(yuǎn)日偏心率不為零，地球近日點和遠(yuǎn)日 點接受太陽輻射量發(fā)生變化。點接受太陽輻射量發(fā)生變化。 地球在春分點處在地球公轉(zhuǎn)軌道上的什么位置，將影響季節(jié)的起 止時間，也會使近日點和遠(yuǎn)日點的時間發(fā)生變化。 地球在春分點的位置沿著地球公轉(zhuǎn)軌道向西緩慢地移動，大約每 21000年，春分點的位置在地球公轉(zhuǎn)軌道上移動一周。 春分節(jié)氣的時間，每隔70年就要推遲一天。 （2）春分點的位置變化）春分點的位置變化 地軸傾斜又稱黃赤交角，是地球上產(chǎn)生四季的原因。 地軸傾斜度的變化，會導(dǎo)致回歸線和極圈的緯度發(fā)生變化， 從而改變地球上的季節(jié)。 地軸傾斜使回歸線在緯度22.1-2

11、4.4之間變化，使極圈在 67.9-65.76之間變化。變動的時間周期41000年。 地軌傾斜度增大時，回歸線緯度升高，極圈緯度降低，高緯 度的年太陽輻射總量增加，冬寒夏熱、氣溫年較差增大，低緯 度的年太陽輻射總量減少。 （3）地軸的傾斜度變化 地球軌道偏心率和地軸傾斜度變化對溫度影響 地軸近動 地質(zhì)時期氣候變化主要特點： 1 冰期和大間冰期交替出現(xiàn) 2 氣候形成處于不穩(wěn)定階段，氣溫變化幅度較大： 北極10度以上，冰川融化 3 地質(zhì)時期以溫暖氣候為主 指第四紀(jì)大冰期中最后一次副冰期結(jié)束以來，指第四紀(jì)大冰期中最后一次副冰期結(jié)束以來， 一萬年左右的所謂一萬年左右的所謂“冰后期冰后期”氣候；氣候；

12、這一段時間大體上相當(dāng)于人類進(jìn)入到有文字這一段時間大體上相當(dāng)于人類進(jìn)入到有文字 記載的歷史時代；記載的歷史時代； 關(guān)于這時期的氣候，挪威的冰川學(xué)家曾做出關(guān)于這時期的氣候，挪威的冰川學(xué)家曾做出 近近10000年來的雪線升降圖，說明雪線升降幅年來的雪線升降圖，說明雪線升降幅 度并不小，表明冰后期以來，氣候有明顯的度并不小，表明冰后期以來，氣候有明顯的 變化。變化。 三、歷史時期的氣候變化三、歷史時期的氣候變化 在公元前在公元前3000年年-公元前公元前1000年左右，是年左右，是第一個溫暖期第一個溫暖期，這，這 個時期大部分時間的年平均溫度比現(xiàn)在高個時期大部分時間的年平均溫度比現(xiàn)在高2左右，最冷月左

13、右，最冷月 溫度約比現(xiàn)在高溫度約比現(xiàn)在高3-5。 從公元前從公元前1000年左右到公元前年左右到公元前850年（周代初期），有一個年（周代初期），有一個 短暫的短暫的寒冷期寒冷期，年平均氣溫在，年平均氣溫在0以下。以下。 從公元前從公元前770年到公元初年，即秦漢時代，又進(jìn)入到一個新年到公元初年，即秦漢時代，又進(jìn)入到一個新 的的溫暖時期溫暖時期。 從公元初年到公元從公元初年到公元600年，即東漢、三國到六朝時代，進(jìn)入年，即東漢、三國到六朝時代，進(jìn)入 第二個寒冷時期第二個寒冷時期。 從公元從公元600年到年到1000年，即隋唐時代，是年，即隋唐時代，是第三個溫暖期第三個溫暖期。 從公元從公元10

14、00到到1200年，即南宋時代是年，即南宋時代是第三個寒冷期第三個寒冷期，溫度，溫度 比現(xiàn)代要低比現(xiàn)代要低l左右。左右。 我國我國5000多年來的氣候變化多年來的氣候變化 （4次溫暖期和次溫暖期和4次寒冷期）次寒冷期） 從公元從公元1200到到1300年，即宋末元初，是年，即宋末元初，是第四個溫暖期第四個溫暖期，但，但 是這次不如隋唐時那樣溫暖，表現(xiàn)在大象生存的北限，逐是這次不如隋唐時那樣溫暖，表現(xiàn)在大象生存的北限，逐 漸由淮河流域移到長江流域以南，如浙江、廣東、云南等漸由淮河流域移到長江流域以南，如浙江、廣東、云南等 地。地。 在公元在公元1300年以后，即明、清時代以來，是年以后，即明、清

15、時代以來，是第四個寒冷期第四個寒冷期， 溫度比現(xiàn)代要低溫度比現(xiàn)代要低1-2。 近近5000年來，雖然是年來，雖然是寒冷期與溫暖期交替寒冷期與溫暖期交替出現(xiàn)，但是總的出現(xiàn)，但是總的 趨勢是由趨勢是由溫暖向寒冷變化溫暖向寒冷變化，寒冷期一次比一次長，一次比寒冷期一次比一次長，一次比 一次冷一次冷。在第二次寒期，只有淮河在公元。在第二次寒期，只有淮河在公元225年有封凍。年有封凍。 而在第四個寒冷期的而在第四個寒冷期的1670年，長江幾乎都封凍了。年，長江幾乎都封凍了。 總的特點：總的特點： 1 氣候變化幅度較小，不超過氣候變化幅度較小，不超過23度；度； 2 在地理環(huán)境基本不變情況下發(fā)生；在地理環(huán)

16、境基本不變情況下發(fā)生； 3 氣候冷暖交替，干濕交替，趨勢趨冷。氣候冷暖交替，干濕交替，趨勢趨冷。 從從1850年農(nóng)業(yè)機械化開始以來，近年農(nóng)業(yè)機械化開始以來，近100多年來的氣候變化，多年來的氣候變化， 我們稱之為近代氣候變化。我們稱之為近代氣候變化。 研究方法研究方法: :大量氣候觀測記錄；大量氣候觀測記錄； 近百年來氣候近百年來氣候變化的基本趨勢變化的基本趨勢是：是： （1）冷暖變化）冷暖變化 四、四、 近代氣候變化特征近代氣候變化特征 這種振動可以從大氣環(huán)流變化中得到解釋。這種振動可以從大氣環(huán)流變化中得到解釋。 根據(jù)英國氣候?qū)W家拉姆巴的說法，從根據(jù)英國氣候?qū)W家拉姆巴的說法，從1895年開始

17、，世界年開始，世界 環(huán)流突然由經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的時期，轉(zhuǎn)變?yōu)榫曄颦h(huán)流占優(yōu)勢環(huán)流突然由經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的時期，轉(zhuǎn)變?yōu)榫曄颦h(huán)流占優(yōu)勢 的時期。的時期。 緯向環(huán)流不斷加強。到緯向環(huán)流不斷加強。到1940年前后達(dá)到最盛時期；隨后，年前后達(dá)到最盛時期；隨后， 緯向環(huán)流又逐漸減弱，經(jīng)向環(huán)流又逐漸加強，到緯向環(huán)流又逐漸減弱，經(jīng)向環(huán)流又逐漸加強，到1961年前后，年前后， 緯向環(huán)流顯著減退，重新恢復(fù)成為經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的時期。緯向環(huán)流顯著減退，重新恢復(fù)成為經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的時期。 在緯向環(huán)流強盛時期，氣旋性活動增強，行星風(fēng)系影響在緯向環(huán)流強盛時期，氣旋性活動增強，行星風(fēng)系影響 加劇，南北半球的氣候帶向兩極方向移動。加劇，南北半球的氣候帶向兩極方向移動。 在緯向環(huán)流衰弱的時期，反氣旋性活動加強，季風(fēng)發(fā)達(dá)，在緯向環(huán)流衰弱的時期，反氣旋性活動加強，季風(fēng)發(fā)達(dá)， 南北半球高低緯度之間氣流交換頻繁。南北半球高低緯度之間氣流交換頻繁。 （2 ）干濕變化）干濕變化 （1）全球地質(zhì)時期氣候溫暖）全球地質(zhì)時期氣候溫暖, 冰