古氣候復(fù)習(xí)(前9個ppt)

1、古氣候?qū)W復(fù)習(xí)一、概論1水的三相平衡點：水有固氣液三相，在三種共存的情況下是最穩(wěn)定且唯一的；一個大氣壓下，水在氣態(tài)處于飽和狀態(tài)下時的溫度為熱力學(xué)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)點。2.氣候?qū)W：研究氣候的特征、形成和演變，及其與人類活動的相互關(guān)系的一門學(xué)科。氣候與天氣的區(qū)別：天氣是指在某一瞬間或一個較短時間內(nèi)大氣的狀態(tài)（溫度，濕度，壓強等）和大氣現(xiàn)象（風(fēng)，云，霧，降水）等的綜合，天氣是短暫的過程，天氣變化快，變化周期短。氣候是指太陽輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì)和人類活動在長期相互作用下，在某一段時間內(nèi)大量天氣過程的綜合，不僅包括該地多年來經(jīng)常發(fā)生的天氣狀況，而且包括某些年份偶爾出現(xiàn)的極端天氣。3.古氣候?qū)W：主要研究器測時

2、期之前的氣候變化歷史、過程及原因的學(xué)科，其目的是為預(yù)測今后氣候變化及解決有關(guān)資源、環(huán)境問題服務(wù)。4.地球系統(tǒng)：指由大氣圈、水圈、巖石圈、地幔、地核和生物圈組成的有機整體；地球系統(tǒng)科學(xué)指的是研究地球各個圈層之間相互作用、相互聯(lián)系、變化機制和變化機理，為全球環(huán)境變化預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。5.蓋亞假說：地球是一個有機的生命體，巖石、海洋和所有的生命構(gòu)成一個不可分離的系統(tǒng)。地球的各種生物有效的調(diào)節(jié)著大氣的溫度和化學(xué)成分；地球生物影響環(huán)境，環(huán)境反過來影響生物的進化；各種生物界之間主要由負反饋連接，保持生態(tài)的穩(wěn)定性；大氣能保持穩(wěn)定不僅是取決于生物圈某種程度上也是為了生物圈；各種生物調(diào)節(jié)其物質(zhì)環(huán)境，以便創(chuàng)造各類

3、生物最優(yōu)化的生存條件。6.氣候系統(tǒng)：氣候系統(tǒng)由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、冰凍圈共同組成，氣候是這些子系統(tǒng)相互作用的終極產(chǎn)物。氣候系統(tǒng)的最終能量來自太陽。7.古氣候變化的三個尺度： 構(gòu)造尺度巖石圈構(gòu)造變化驅(qū)動，不可逆； 軌道尺度日照季節(jié)、軌道配置變化驅(qū)動； 亞軌道尺度101-103太陽活動等驅(qū)動 長尺度是短尺度的背景，短尺度是長尺度變化上疊加的擾動8. 末次盛冰期(LGM)21000年最大的變化是冰蓋擴張?，F(xiàn)代陸地冰雪覆蓋的面積為1500萬平方公里，LGM時期為4000萬平方公里。LGM冰蓋的增長主要在北半球，冰蓋厚度達到2-3公里。海平面下降120m，全球溫度下降5-10°（赤道

4、2-5°，極地15°以上）；全球總體降水量減少10%到30%；SST（海水表面溫度）下降；沙漠?dāng)U大；氣候帶南移；動植物南遷。9.反饋：正反饋是循環(huán)促進非平衡系統(tǒng)，負反饋是循環(huán)制約制約平衡系統(tǒng)。水汽反饋，云輻射反饋，冰雪圈反饋，海洋反饋.10氣候的驅(qū)動因素： 外部因素：達到地球的輻射能量太陽輻射強度和軌道要素 地球行星反射率云量，大氣氣溶膠，冰雪覆蓋面積，陸地植被，地貌形態(tài)，海路分布格局 進入地球系統(tǒng)中的太陽能在地球系統(tǒng)中滯留的時間溫室氣體，水汽，CO2，甲烷（吸收長波輻射，反復(fù)加熱地球） 內(nèi)部因素：火山活動，構(gòu)造運動，人類活動11.地球軌道三要素：偏心率、斜率、歲差偏心率是

5、地球橢圓軌道的離心率；斜率（軌道傾斜度）：黃道與赤道的夾角，現(xiàn)在為23.5°。歲差：地軸晃動的結(jié)果。冬至在黃道面上歲歲有差。歲差的變幅受偏心率的影響。12.從古氣候角度看大氣圈的主要作用是大氣環(huán)流模式，溫室氣體濃度。水圈的主要作用是1）大尺度水循環(huán)；2）地表風(fēng)化-CO2；3）水汽為重要溫室氣體。大洋垂直環(huán)流分為表層環(huán)流，次表層環(huán)流，中層流，深層流，底層流。冰凍圈的主要作用是1）水循環(huán)2）冰雪反饋作用。生物圈的主要作用：1）反饋作用2）大氣溫室氣體濃度。巖石圈的主要作用：1）控制大氣、大洋環(huán)流模式2）控制大氣溫室氣體濃度13.古氣候的研究過程：1）選擇一個問題2）取得研究材料3）對沉積

6、物定年4）建立氣候變化時間序列5）分析氣候變化歷史（周期，幅度，速度，趨勢，特殊事件，相位關(guān)系，區(qū)域與全球?qū)Ρ龋?）空間上變化特點7）探討氣候變化原因與機制（動力因素，動力過程，數(shù)值模擬常常是重要手段）8）預(yù)測氣候變化二、古氣候記錄14.古氣候記錄的原理：根據(jù)不同沉積物的物質(zhì)組成（生物的，物理的，化學(xué)的）和沉積特征，利用不同的研究方法和理論推測地質(zhì)時期的氣候。15.古氣候記錄類型：器測記錄；歷史資料；各種自然記錄（沉積物：海洋，湖泊，風(fēng)塵沉積；冰；珊瑚；樹輪 自然地理變遷的遺跡）16.高分辨率的研究材料：樹輪，瑪珥湖，冰芯，珊瑚，石筍，歷史記錄 低分辨率材料：深海沉積物，黃土沉積，湖泊沉積17

7、.氣候代用指標(biāo)：利用沉積記錄蘊含的一些物理、化學(xué)、生物和沉積特征，直接或者間接地指示過去氣候環(huán)境變化的特征。18.古氣候指標(biāo)：物理/化學(xué)/生物/沉積類指標(biāo)黃土記錄的古氣候指標(biāo)： 物理指標(biāo)：磁化率、顏色 化學(xué)指標(biāo)：元素比值、同位素比值 生物指標(biāo)：孢粉、植硅體、蝸牛等 沉積指標(biāo)：粒度參數(shù)、土壤形態(tài) 磁化率是夏季風(fēng)指標(biāo)（磁化率與降水量正相關(guān)），粒度是冬季風(fēng)指標(biāo)； 夏季風(fēng)指標(biāo)：化學(xué)風(fēng)化指數(shù)；元素比值指標(biāo)，指示黃土風(fēng)化程度19.海洋記錄類型：沉積記錄，生物記錄，物理化學(xué)記錄 海洋生物記錄：有孔蟲和海洋微體古生物；深海氧同位素；深海談同位素；海洋生物指標(biāo)與古溫度、研鹽度記錄；珊瑚記錄；海洋生產(chǎn)率記錄20.

8、同位素氣候地層學(xué)：由于第四紀(jì)期間太陽輻射量在地球不同地區(qū)分配的變化造成地球上冰蓋大小的增減，進而決定著大洋水體中18O/16O組成的變化，不同海區(qū)生物成因的碳酸鈣殼體中的18O呈現(xiàn)同步的變化歷史，因此可以利用生物殼體（浮游有孔蟲、鈣質(zhì)超微化石、硅藻等）的氧同位素變化標(biāo)定地層年代。21.軌道調(diào)諧法時間標(biāo)尺建立的方法與步驟：1.建立氣候變化曲線；2.選擇靶函數(shù)（ETP），確定使用什么函數(shù)進行周期提??；3.確定相位差；4.確定獨立的年齡控制點；5建立初始時間標(biāo)尺；6數(shù)學(xué)處理22.深海氧同位素氧同位素的冰期效應(yīng)： 冰期：大陸冰蓋擴張，16O聚集，海洋18O增多，氧同位素偏正；植物萎縮，碳同位素偏負。

9、間冰期：冰蓋減少，氧同位素偏負，碳同位素偏正。23.氧同位素在古海洋學(xué)研究中的應(yīng)用：查明地質(zhì)歷史上古海水溫度的變化趨勢；揭示全球氣候變化周期變化規(guī)律；建立大洋水柱的垂向溫度梯度變化。24.影響海洋氧同位素分布的因素：海水溫度對18O的影響；冰期效應(yīng)與鹽度效應(yīng)；生命效應(yīng)。25.碳同位素的應(yīng)用：指示水團的性質(zhì)來源及年齡；指示大氣成分、生物量及有機碳堆積量的變化；反映森林植被及冰期效應(yīng)；在一定程度上反映溫度，光強度26.海洋生物標(biāo)志物：UK37，TEX8627海洋生產(chǎn)率：生產(chǎn)率是指生物在能量循環(huán)過程中固定能量的速率，及單位時間單位面積內(nèi)所產(chǎn)生的有機物的量，卡/平方厘米*年。海洋生產(chǎn)率指的是浮游生物的

10、產(chǎn)率。28.古CO2濃度記錄：CO2是一種重要的溫室氣體，在全球碳循環(huán)過程中，CO2濃度受控于不同尺度的影響構(gòu)造尺度上：深部碳釋放，有機碳的埋藏，表層硅酸鹽的化學(xué)風(fēng)化對CO2的消耗，碳酸鹽巖的沉淀；軌道尺度上：與生物圈碳循環(huán)更為密切；千年以下的尺度上：生物圈和大氣圈的交換進行。 CO2不光受上述因素影響，在過程中CO2本身就有一些反饋作用，有一定的自我調(diào)節(jié)能力，如光合作用。29.溫室CO2高，間冰期；冰室CO2低，冰期。直接測量法，測量冰芯氣泡。30.海洋物理化學(xué)記錄：古CO2濃度記錄；陸地風(fēng)化剝蝕的海洋記錄；近岸風(fēng)場、風(fēng)力和降水變化記錄；古氣候與海洋化學(xué)的長期演化。31.黃土記錄與中國黃土?xí)r

11、間標(biāo)尺：1. 黃土的分布2. 黃土的地貌：溝谷縱橫，塬、梁、茆。3. 黃土的風(fēng)成成因：4. 黃土的化學(xué)成分5. 黃土的礦物成分6. 黃土的地層與時代7. 黃土的古氣候指標(biāo)黃土是由風(fēng)力搬運和堆積的大氣粉塵物質(zhì)特點是1、成分的相對均一性；2、顆粒的分異性-極細沙以下顆粒3、沉積的松散性 中國黃土的風(fēng)成證據(jù)：1）分布在沙漠外圍；2）沉積物層理；3）成分具均一性；4）粒度的空間差異性；5）地層的空間可對比性。成分與地殼化學(xué)元素克拉克值接近。礦物組合：石英，長石，云母，碳酸鹽，粘土礦物（伊利石、蒙脫石）黃土的基本地層單元：黃土層、古土壤層、弱發(fā)育土壤層黃土層Li 古土壤層SiØ 午城黃土（2.

12、6-1.3Ma） L33L15的沉積Ø 離石黃土下部(1.3-0.5Ma) L15-L5的沉積Ø 離石黃土上部（0.5-0.07Ma) L5-L1的沉積Ø 馬蘭黃土(0.07-0.0Ma) L1+S0磁化率為物質(zhì)在磁場作用下，可被磁化的能力，它同磁性礦物的種類、含量、大小有關(guān)。古土壤磁化率是黃土層的2-4倍?？刂埔蛩刂饕校夯鹕交遗c地外物質(zhì)；成土強度；粒度與生物種類。古土壤為紅色，黃土層為黃色。游離鐵與全鐵的比值作為夏季風(fēng)強度變化的指標(biāo)。粒度變化的控制因素：同風(fēng)力強度有關(guān)；同沙漠進退有關(guān)32. 中國黃土記錄中有哪些指標(biāo)能夠指示東亞冬、夏季風(fēng)的變化？冬季風(fēng)指標(biāo)：粒度

13、、風(fēng)塵通量、碎屑石英粒度夏季風(fēng)指標(biāo)：磁化率、有機質(zhì)含量、穩(wěn)定C同位素比值（13C含量指示C3、C4植物含量）、10Be含量、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA、CaO/Al2O3、Rb/Sr、Sr/Ba、Na2O/Al2O3、Fe2+/Fe3+、U/Th)、古土壤碳酸鹽含量33. 從黃土記錄怎樣認識東亞季風(fēng)演變歷史及動力機制？i. 建立指示東亞冬季風(fēng)與夏季風(fēng)的曲線；ii. 通過軌道調(diào)諧，把曲線調(diào)到同一坐標(biāo)上；iii. 做頻譜分析，得到東亞冬、夏季風(fēng)的變化周期；iv. 發(fā)現(xiàn)黃土成績記錄了明顯的地軸傾斜和歲差周期，與全球冰量模型有很好的對比關(guān)系；提出了“全球冰量驅(qū)動模式”來解釋東亞季風(fēng)的演化及動力特點。34.湖

14、泊年紋層定義：湖泊沉積物中因季節(jié)驅(qū)動力而形成的原生沉積層，層偶的物質(zhì)組成具有可以識別的年季節(jié)旋回。35.瑪珥湖的古氣候指標(biāo)：生物、物理、化學(xué)指標(biāo)。36.冰芯記錄的特點： 優(yōu)點：時間序列長（80Ma）；高分辨率（季節(jié)，年）；高保真（低溫）；多指標(biāo)（海陸生物、人類污染、太空物質(zhì)）；沉積后變化小 耗資巨大，工作條件艱苦37冰芯記錄的時間標(biāo)尺:1） 絕對年齡控制：AMS14C,210Pb2） 年紋層記數(shù)：3） 冰流模式時間標(biāo)尺4） 歲差、地軸傾角、地球偏心率軌道調(diào)諧的標(biāo)尺5） 冰層年齡與氣體年齡（雪，粒雪，冰）6） 冰芯時間標(biāo)尺評價：冰芯上部： 物理層位， 化學(xué)季節(jié)變化 冰芯中部： 化學(xué)季節(jié)變化， 標(biāo)

15、志層 冰芯底部： 流動模型， 放射性同位素， 相似比較38. 39.40.大氣粉塵冰期高，間冰期低。41.冰芯與古氣候?qū)Ρ龋?2.古氣候的定量化重建 定量化重建的意義：沒有辦法直接去測量古氣候變化；地層中保留有各種氣候的代用指標(biāo)；定量化研究是理解古氣候變化機制、確定模型邊界條件和評估古氣候模擬的關(guān)鍵。 現(xiàn)代過程的局限性：滯后性、可能隨時改變、人類有影響。 基本原理：將今論古 定量化方法： 統(tǒng)計模型（孢粉、生物指標(biāo)）指示種法、集合體法、多元校正函數(shù)法 植被模型模擬：BIOME模型、全球動態(tài)植被模型、植被反演模型 氣候模式統(tǒng)計模型的局限性：指標(biāo)與氣候非直接關(guān)系；不能考慮CO2變化對植物生長的影響；

16、不能考慮現(xiàn)代氣候區(qū)間以外的氣候變化。植被模型模擬方法的局限性：1）同樣以現(xiàn)代孢粉數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，因而有轉(zhuǎn)換函數(shù)一樣的問題，孢粉相對風(fēng)度隨氣候變化是非線性的，不同區(qū)域的孢粉有差別，轉(zhuǎn)換函數(shù)存在邊際效應(yīng)，需要建立各種氣候和現(xiàn)代花粉的組合數(shù)據(jù)庫。2）模式邊界條件及本身的不完美。氣候模式的局限性：邊界條件的不確定性；對氣候機制認識的局限性；模式本身的不完善。43：天氣和氣候的區(qū)別：天氣指的是某地區(qū)短時間內(nèi)各種大氣過程現(xiàn)象的綜合，即短時間內(nèi)風(fēng)，云，降水，溫壓變化；而氣候則是指某地區(qū)多年間常見的和特有的大氣過程。44.氣候系統(tǒng)：包括大氣圈、水圈、巖石圈（陸地表面）、冰雪圈和生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣

17、候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。45.氣候系統(tǒng)的基本屬性：靜力屬性，熱力屬性，動力屬性，水分屬性氣候系統(tǒng)具有：開放性 能量交換 穩(wěn)定性 內(nèi)部反饋 敏感性 氣候系統(tǒng)的相對穩(wěn)定46.濕度：水汽壓：大氣中的水汽分壓；絕對濕度：單位體積空氣中所含有水汽的質(zhì)量；飽和水汽壓：一定體積空氣在一定溫度下所能容納的最大水汽量的壓力；相對濕度：實際水汽壓與飽和水汽壓之比。47.柯本氣候分類：48.季風(fēng)：季風(fēng)是由于海陸熱力差異或者行星風(fēng)系隨著季節(jié)移動而引起的大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)隨季節(jié)而改變的現(xiàn)象。隨著盛行風(fēng)向的變換，在降水量上表現(xiàn)出明顯的干季與濕季的交替。49.古CO2重建使用冰芯、植物氣孔、浮游植物、古土壤、同位

18、素等。50.SST：表層海水的溫度，一般指海表到0.5m水深的平均溫度51.THC：熱鹽環(huán)流，是由海洋表層熱量通量、淺水通量以及溫度和鹽度在海洋內(nèi)區(qū)的混合所共同驅(qū)動的海洋環(huán)流系統(tǒng)。熱鹽環(huán)流能夠輸送大量的熱量、淡水河營養(yǎng)物質(zhì)，因此會對全球氣候起到非常關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。52.構(gòu)造變動與大洋環(huán)流及其應(yīng)氣候效應(yīng)：大陸漂移理論：地球上所有大陸在中生代以前曾經(jīng)是統(tǒng)一的巨大陸塊（泛大陸），中生代開始，泛大陸發(fā)生分解并漂移，逐漸達到現(xiàn)在的位置 德雷克海道的關(guān)閉；巴拿馬地峽關(guān)閉（北半球冰期）；印尼海道關(guān)閉（西太平洋暖池）53.全球碳循環(huán)：碳循環(huán)是在大氣、海洋及包括植物和土壤的陸地生態(tài)系統(tǒng)3個主要儲存庫之間的流動。

19、包括生物圈碳循環(huán)、海洋碳循環(huán)、大氣碳循環(huán)。54生物泵：浮游植物光合固碳速率減去浮游植物、浮游動物和細菌的呼吸作用速率，即通過生物的新陳代謝來實現(xiàn)碳的轉(zhuǎn)移碳酸鹽泵：大氣中二氧化碳被海洋吸收，以碳酸鹽的存在形式物理泵：海氣交換界面從海洋表面向深層輸送水同時帶入帶出二氧化碳。55.陸面過程：是地表和大氣行星邊界層之間發(fā)生的氣體，能量，熱量和輻射的交換過程。陸面過程及其與大氣的相互作用是影響大氣環(huán)流和氣候變化的基本物理、生化過程之一。地表對大氣的影響：熱力作用、動力作用、水分循環(huán)、大氣成分地氣相互作用：56.第四紀(jì)氣候的階段性特點： 總趨勢逐漸變冷：2.6Ma以來，全球冰量快速增加，進入兩級有冰的時期

20、波動性、多旋回、周期性、階段性57.中更新世轉(zhuǎn)型（MPT） 氣候主導(dǎo)周期從4萬年變?yōu)?0萬年； 時間：90萬年 方式：持續(xù)數(shù)十萬年的過渡期 特點：早期對稱性周期，高頻低幅； 晚期不對稱性周期，低頻高幅 10萬年難題無法用米蘭科維奇理論解釋證據(jù)：二氧化碳發(fā)生明顯的降低，深層水流MPT發(fā)生重大變化，全球碳庫分配與碳循環(huán)發(fā)生異常；中國黃土古土壤序列記錄中更新世轉(zhuǎn)型，冬季風(fēng)增強，夏季風(fēng)也增強，出現(xiàn)極端氣候期；機制：高緯度因素、低緯度、高原隆起、天文因素、溫室氣體、大洋碳庫和環(huán)流變化58.中布容事件（MBE）43萬年前后 （近百萬年最暖時期，無法用小幅度軌道變化解釋，MIS11難題） MIS12/11具有6Ma以來最大幅度的冰期間冰期氣候變化。證據(jù)：全球范圍內(nèi)大洋碳酸鹽溶解加劇； 全球海平面大幅度上升； 大西洋深層水量增加； 溫室氣體濃度增加； 北半球中高緯度區(qū)為異常溫暖的間冰期； 貝加爾湖硅藻勃發(fā)； 地中海腐泥層Sap11發(fā)育； 南半球高緯區(qū)為溫暖間冰期（Domec記錄的中布容事件）；但是中低緯度區(qū)海洋和陸地