全球氣候變化及其影響的研究

1、全球氣候變化及其影響的研究摘要:全球氣候變化及其對社會與自然系統(tǒng)產(chǎn)生的影響已日益受到全世界各國政府與廣大民眾的關(guān)注。與天氣和氣候有關(guān)的災(zāi)害給人類生命財產(chǎn)造成的損失日益增大，社會與生態(tài)系統(tǒng)似乎變得日趨脆弱。人們關(guān)心剛剛過去的20世紀(jì)的天氣與氣候發(fā)生了什么變化，更希望了解未來的21世紀(jì)的氣候變化。本文概述了現(xiàn)今全球氣候變化所帶來的一系列問題，分析了氣候變化的原因，提出了氣候變化對世界的一些影響。同時搜索了相關(guān)資料，對21世界全球氣候變化進(jìn)行了預(yù)測。關(guān)鍵詞：全球氣候變化影響人類活動氣候變化原因1前言20世紀(jì)，包括溫度與降水在內(nèi)的主要氣候特征值發(fā)生了變化，有的地區(qū)還呈現(xiàn)出趨勢性變化，這種變化已在世界上

2、，特別是在北半球廣大地區(qū)觀測到。美國、中國、俄羅斯、加拿大、英國、歐洲大陸、澳大利亞等主要國家或地區(qū)，幾十年乃至近百年的觀測資料顯示出氣候變化的總的變化趨勢：即溫度增加，降水增多，極端天氣情況頻繁發(fā)生；但地區(qū)上的差異很大，氣候變化的強(qiáng)烈程度以北緯最甚。各國政府對20世紀(jì)的氣候變化極為關(guān)注。由世界上許多國家中數(shù)以百計科學(xué)家組成的“政府間氣候變化委員會”（IPCC）先后于1991年、1996年、2001年對全球氣候變化狀況進(jìn)行了評估，得出若干重要結(jié)論：全球表面平均溫度在20世紀(jì)已升高約0.6C；在過去的40年里，近地球8km內(nèi)大氣層溫度增高了；雪蓋與冰區(qū)范圍逐漸減少，非極地冰川出現(xiàn)大范圍退縮；全球

3、海平面在20世紀(jì)平均上升0.10.2m；北半球中高緯度降水量每10年增加0.5%1%；在20世紀(jì)下半葉，大雨頻率增加2%4%。IPCC2001年的報告還對21世紀(jì)的氣候變化作出了預(yù)測，預(yù)計到2100年，地球平均溫度可能增加1.4C5.8C，地球平均海平面可能上升0.090.88m。不過這種預(yù)測存在許多不確定因素。在20世紀(jì)，全球氣候變化對社會系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)都產(chǎn)生了巨大影響，對社會影響最突出地表現(xiàn)在人民生命財產(chǎn)損失的增加，社會變得十分脆弱；對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在生命過程的變化與生物物種的變化。氣候變化是一個十分復(fù)雜而又重大的課題，盡管不少科學(xué)家對溫室變暖效應(yīng)導(dǎo)致氣候變化有了共識；然而

4、，也有一些科學(xué)家對此提出質(zhì)疑。現(xiàn)今，全球氣候變化研究已經(jīng)滲透到了十分廣泛的科學(xué)領(lǐng)域，同時氣候變化的影響也涉及到了很多方面，其中可以從兩個方面概括：即社會生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)。世界全球氣候變化評估在來自許多國家、由數(shù)百位科學(xué)家組成的“政府間氣候變化委員會”(IPCC)2001年提出的第3次評估與工作報告中，對全球氣候變化的狀況作出了權(quán)威性的小結(jié)，日益增多的觀測資料表明：世界正在變暖，氣候系統(tǒng)正在發(fā)生變化。2.1全球表面平均溫度在20世紀(jì)已經(jīng)升高了大約06C自1861年起，全球表面平均溫度(接近地表的平均氣溫與海面溫度)開始上升。在20世紀(jì)已增加0.60.2C，較第2次評估(1994年)約增加了

5、0.15C，如圖3(a)所示，原因是1995-2000年增加了幾個高溫年，而且資料處理方法也有了改進(jìn)，其中考慮了城市熱島效應(yīng)的校正。在上述140年間，20世紀(jì)出現(xiàn)了兩段最熱的時期，即1910-1945年與1976-2000年。就全球而言，20世紀(jì)90年代是1861年以來的最熱的10年，1998年是有儀器觀測的最熱的年份，如圖3(a)所示。51去的140年(b)過去的1000年10001200140060020007$導(dǎo)酣嚴(yán)06M1學(xué)二VH柱狀圖一逐年全球平均溫度值；黑實線一10年滑動平均溫度值；T逐年全球平均溫度值；黑波動線一逐年全球平均溫度；黑實線50年滑動平均溫度值；淡黑色一逐年全球平均溫

6、度值95%置信區(qū)間圖1地球表面溫度變化根據(jù)北半球古氣候資料的最新分析，20世紀(jì)溫度的升高可能是過去1000年內(nèi)溫度升高最多的一個世紀(jì)。在北半球，20世紀(jì)90年代可能是最熱的10年,1998年是最熱的年份，如圖3(b)所示。限于資料，對于1000年以前的年平均溫度以及1861年前南半球的溫度都知之甚少。就平均而言，在1950-1993年間，陸地夜間日最低氣溫每10年大約增加0.2C，約為陸地白天最高氣溫每10年增加0.1C的2倍。許多中、高緯度地區(qū)的無冰期增長了。在同一時期，海面溫度的增加約為陸面平均溫度增加的1/2。2.2過去的40年，近地球8km內(nèi)的大氣層溫度增加20世紀(jì)50年代后期以來(氣

7、球觀測精度較高時期），近地球8km內(nèi)大氣層與地表一樣氣溫增加了，每10年氣溫增加0.1C。從1979年起，衛(wèi)星與天氣氣球同步觀測表明，近地球8km內(nèi)大氣層的全球平均溫度每10年變化+0.050.10C，而全球表面溫度則每10年增加+0.15土0.05C。變暖率的差異具有統(tǒng)計上的顯著性。這種差異主要發(fā)生在熱帶與亞熱帶地區(qū)。近地表8km內(nèi)大氣層與地表受諸如平流層臭氧消耗、大氣內(nèi)煙霧以及厄爾尼諾（ElNino）現(xiàn)象等因素的影響有所不同。因此，在物理上似有理由相信在一個短時期內(nèi)（例如20年），氣候趨勢可能有所不同。此外，空間取樣技術(shù)也可對趨勢的差異作出某種解釋。2.3雪蓋與冰區(qū)范圍減少衛(wèi)星資料表明，雪

8、蓋范圍自20世紀(jì)60年代后期以來可能減少了10%。地面觀測站資料表明，在20世紀(jì)，北半球中、高緯度地區(qū)每年的河、湖冰蓋期大約減少2周。在20世紀(jì)，非極地山區(qū)冰川出現(xiàn)大范圍退縮現(xiàn)象。自20世紀(jì)50年代以來，北半球春夏海冰范圍減少10%15%，近10年來，北極夏末至秋初的海冰厚度可能已減少4%，而冬季的海冰厚度減少得十分緩慢。2.4全球平均海平面上升，海洋含熱量增加潮位站資料顯示，在20世紀(jì)全球平均海平面上升了0.10.2m。自20世紀(jì)50年代末以來，全球海洋含熱量增加了。2.5降水量有增加的趨勢北半球大陸大多數(shù)中、高緯度地區(qū)在20世紀(jì)降水量每10年增加0.5%1%，熱帶（北緯10到南緯10）陸地

9、雨量每10年增加0.2%0.3%,北半球亞熱帶（北緯10到北緯30）大部分陸地，在20世紀(jì)降水量每10年約減少0.3%。北半球中、高緯度地區(qū)在20世紀(jì)下半葉，大雨的頻率增加了2%4%。2.6厄爾尼諾現(xiàn)象更加頻繁同以往100年比較，自20世紀(jì)70年代以來，溫暖的厄爾尼諾南方濤動（ENSO）現(xiàn)象更加頻繁、持續(xù)時間更長，強(qiáng)度更大。2.7部分地區(qū)干旱有所增加在1900-1995年，全球陸地普遍出現(xiàn)嚴(yán)重干旱與嚴(yán)重洪澇的機(jī)會增加不多，在許多地區(qū)，類似ENSO趨于更暖的變化主要表現(xiàn)為10年內(nèi)以及數(shù)十年內(nèi)的氣候變化。在近數(shù)十年里，像亞洲的部分地區(qū)，干旱的頻率與強(qiáng)度有所增加。2.8人類活動繼續(xù)影響著氣候有充分的

10、證據(jù)表明，在過去的50年里，觀測到的變暖現(xiàn)象是人類活動造成的。目前的模型估計，過去100年來的變暖，不可能只是內(nèi)部的變異引起的；圖3（b）上1000年資料也說明變暖是不正常的，不可能完全是自然現(xiàn)象；僅僅模擬對自然因素作用（即對太陽輻照度和火山爆發(fā)變化的響應(yīng)）不能解釋20世紀(jì)下半葉變暖的事實。人類造成的硫酸煙霧作用，盡管不確定，但卻是變冷效果，因而也不能解釋變暖。圖4表明，若僅僅模擬太陽輻射與火山爆發(fā)等自然因素（圖4（a），或僅僅模擬溫室效應(yīng)與硫酸煙霧排放等人類活動作用（圖4（b），都不足以與觀測結(jié)果吻合，只有同時對兩者進(jìn)行模擬(圖4(c),才能使模擬溫度與觀測溫度接近。份9布人類件用的朮審艷璃

11、(C)自體與人類作用共同響的*抵爐空期為模擬太陽輻射變化以及火山爆發(fā)等自然因素對全球平均溫度的影響；為模擬溫室效應(yīng)與硫酸煙霧等人類活動因素對全球平均溫度的影響；為同時對自然因素與人類活動對全球溫度影響的模擬圖2全球表面平均溫度模擬氣候變化的原因的分析目前，關(guān)于氣候變化原因的學(xué)說及其分支估計有上百個，Hay等30將這些假說歸類為11種。如果再結(jié)合其它研究的成果，我們大致可以歸納出全球氣候變化的16種原因，它們包括：a.太陽輻射的變化；b.宇宙沙塵濃度的變化；c.地球軌道的變化；d.大陸漂移；e.山地隆升對大氣環(huán)流和環(huán)境的影響；f.洋流的改變；g.海冰的變化；h.大氣溫室氣體的變化；i.大氣氣溶膠

12、濃度的變化；j.極地同溫層云量的變化；k.極地植被的變化；1.同大陸沙塵氣溶膠相聯(lián)系的“鐵假說”；m.大陸C3植物向C4植物的轉(zhuǎn)化；n.天體撞擊；o.火山爆發(fā)；p.地核環(huán)流作用等。這些假說一方面使我們眼花繚亂，但另一方面也可見這一科學(xué)命題的復(fù)雜性，它成為目前全球變化研究中最受關(guān)注的科學(xué)難題并不是偶然的。3.1構(gòu)造尺度氣候變化的原因目前，關(guān)于構(gòu)造時間尺度氣候變化的原因，大多數(shù)科學(xué)家傾向于海陸的構(gòu)造運動，包括板塊的漂移、海道的開啟與閉合及山地的隆升，它對氣候的影響具有不可逆性，決定著地球系統(tǒng)的氣候格局。在整個新生代期間，氣候一直趨向于變冷,并可識別出一系列快速的降溫事件，而這些降溫均與現(xiàn)代海陸演化

13、的發(fā)展階段相聯(lián)系，圖1給出了氣候變化及事件與大的構(gòu)造運動的關(guān)系圖，表明地球的構(gòu)造運動可能是造成這種超長時間尺度氣候變化的原始驅(qū)動力。整個新生代以來，主要的地球構(gòu)造運動事件有：在約50MaBP之后的始新世，在南大洋中的杜累克海峽開啟，澳大利亞從南極洲分離，繞南極的環(huán)流出現(xiàn)，阻礙了赤道與極地的熱量交換，南極開始出現(xiàn)冰蓋；在38MaBP前后的始新世末期，杜累克海峽進(jìn)一步張開，加強(qiáng)了繞南極的環(huán)流，南極冰蓋已達(dá)到目前的70%,被稱為早漸新世冰蓋增大事件；在2.5MaBP前后即第四紀(jì)的初期，它恰好對應(yīng)北半球大陸冰蓋開始發(fā)展的時期，有科學(xué)家認(rèn)為是南北美洲之間的通道在此時關(guān)閉，導(dǎo)致墨西哥灣暖流增強(qiáng)，給北極地區(qū)

14、帶去了更多的降雪1，28；在新生代，全球降溫與天體撞擊有相當(dāng)密切的關(guān)系，在65、34、15、2.4、1.0和0.7MaBP分別發(fā)生的6次重大天體撞擊產(chǎn)生的“核冬天”可能對全球氣候變冷起到了誘發(fā)作用；Ruddiman等力主青藏高原等新生代隆起地區(qū)對全球氣候變冷可能做出了決定性的貢獻(xiàn)，其依據(jù)不是山地隆升導(dǎo)致大氣環(huán)流的改變，而是基于山地隆升一CO2減少一氣候變冷的機(jī)制。France等認(rèn)為山地隆升導(dǎo)致有機(jī)碳的埋藏，較硅酸鹽、基巖風(fēng)化更能除去大氣中的CO2,有研光蟆事件構(gòu)造事伴年齡(Ma)510mum義mjoa-sfoT-1-CLEUQS5(I東南極冰蓋I中中新世氣候適宜爾始新世氣憔適宜期4-晚古新世溫

15、廢熾大期亠西南極冰蓋+亞滯季鳳壇強(qiáng)Mi-i冰期晚漸新世蜒期弗.講43t巴聿馬侮道戔閉哥倫比亞河火山T-01-1冰期短暫的小規(guī)模冰蓋出現(xiàn)青厳為原隆升I紅海斷裂板塊構(gòu)造利安第斯山狀降沖德累克海峽打開I塔斯馬尼亞一南極海道號幵栩塊構(gòu)造舸腐康擴(kuò)張率誠弱北尢西洋斷裂純燦印度一亞洲板塊碰攤亠J411_IL*Ja.XXilJIIII,IIiI廠1I1n1(I4812溫度(V)Mi-1和Oi-1分別為中新世和漸新世的2次氣候快速轉(zhuǎn)換事件;Paleocene為古新世；Eocene為始新世；Oligocene為漸新世；Miocene為中新世；Pliocene為上新世；Pl.t為第四紀(jì)圖3新生代以來的氣候變化及事件

16、與大的構(gòu)造運動究表明青藏高原隆升的三大階段與新生代3次突發(fā)性變冷有不同程度的聯(lián)系，山地隆升導(dǎo)致晚新生代以來氣候變冷的學(xué)說被科學(xué)界廣泛接受。因此，從80年代末以來，山地隆升和溫室氣體被認(rèn)為是晚新生代以來氣候變化最主要的2個因素。不過，有時候地球構(gòu)造運動不是孤立地對氣候變化起作用，而是與其它過程迭加在一起來影響氣候變化。如第四紀(jì)的初期北半球大陸冰蓋的發(fā)展，不僅只是南北美洲之間的通道在此時關(guān)閉的原因oBarron等認(rèn)為它可能還隱含了更多因素的作用。同時，繞極環(huán)流的增強(qiáng)同冰蓋增加相聯(lián)系的解釋沒有能夠得到GCM數(shù)值模擬實驗的充分支持。同時，有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙電磁場的擾動到達(dá)高層大氣后，通過“變壓器效應(yīng)”

17、激發(fā)地核環(huán)流，導(dǎo)致地球磁場的反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制造山運動的強(qiáng)弱，使大氣的熱機(jī)效率增強(qiáng)和減弱，從而決定全球氣候的冷和暖。并認(rèn)為它不但可解釋22億年以來地球的7次大冰期，而且同樣適用于新生代的氣候變冷。不過，此假說仍然缺乏關(guān)鍵的證據(jù)。3.2軌道尺度氣候變化的原因軌道尺度氣候變化是疊加在構(gòu)造尺度上的一種幅度相對較小的氣候波動，因而表現(xiàn)出明顯的準(zhǔn)周期；關(guān)于軌道尺度氣候變化的原因有許多觀點：首先，影響最大的當(dāng)屬于米蘭科維奇假說，他認(rèn)為太陽輻射的變化驅(qū)動了100、41和23ka的地球軌道周期，從而引起全球氣候的變化，它比較成功地解釋了北半球冰蓋的進(jìn)退機(jī)制，但被認(rèn)為主要局限于上新世及第四紀(jì)的北半球。其次，最近有一

18、種比較盛行的觀點認(rèn)為，行星間宇宙沙塵的100ka周期很可能控制了第四紀(jì)冰期一間冰期的更替。第三，溫室氣體特別是CO2目前被認(rèn)為是氣候變化的主要原因，此觀點于19世紀(jì)末期被Chamber-lin所提出。20世紀(jì)80年代提取的南極Vostok冰芯中的CO2曲線同溫度曲線高度的一致性，為這一假說提供了證據(jù)，降低的大氣CO2濃度被認(rèn)為是導(dǎo)致晚新生代以來氣候變冷最成功的假說。Raymo對Chamberlin的新假說做了仔細(xì)的研究，認(rèn)為海床擴(kuò)張率的增強(qiáng)加速了火山爆發(fā)和山地隆升，大量新鮮的硅酸鹽和基巖被暴露風(fēng)化，從而吸收大氣中的CO2轉(zhuǎn)變成為碳酸鹽，進(jìn)而使大氣中的CO2減少，導(dǎo)致了冰期的來臨。第四，在軌道尺

19、度上解釋氣候變化原因的另外一個目前非常流行的假說就是“溫鹽環(huán)流”，美國2004年推出的最新的氣候災(zāi)難大片末日浩劫中關(guān)于氣候突變的理論基本上就是基于此假說。此假說于20世紀(jì)90年代被提出，其原理是由于在不同地區(qū)因降水和溫度的不同，所以導(dǎo)致海水密度分布不均勻形成的熱力學(xué)海流，而海水的密度主要由溫度和鹽度決定，所以這種由溫度和密度梯度驅(qū)動的深層洋流，被稱為“溫鹽環(huán)流”。全球大洋中有90%的水體受溫鹽環(huán)流影響，是全球大氣一海洋能量交換的主要方式，極地地區(qū)因輻射冷卻等因素而形成寒冷、高鹽、高密度的海水強(qiáng)烈下沉，形成底層和深層流。北大西洋高鹽度的深層流向南繞過非洲南端，除部分北流到印度洋外，其余向東流入太

20、平洋，受溫暖和淡水的稀釋作用，海水密度降低并上升到海表面，然后在上層向西運動返回到大西洋，從而構(gòu)成了一個跨越各大洋的海洋“傳送帶”。研究認(rèn)為該傳送帶向高緯地區(qū)輸送的熱量遠(yuǎn)超過地球軌道要素引起的日照率變化所產(chǎn)生的影響，是影響高緯地區(qū)冰蓋生消的重要原因，進(jìn)而提出了大洋環(huán)流一氣候模式來解釋第四紀(jì)冰期間冰期的轉(zhuǎn)換機(jī)制?！皽佧}環(huán)流”假說同冰蓋假說在目前有進(jìn)一步融合的趨勢，并同CO2上升引起全球變暖緊密聯(lián)系在一起。研究認(rèn)為北極冰蓋的生消和北極地區(qū)河流的改道，導(dǎo)致進(jìn)入大西洋淡水產(chǎn)生變化，從而影響北大西洋海水的密度，進(jìn)而加強(qiáng)或削弱大洋傳輸帶的強(qiáng)弱，對全球氣候產(chǎn)生影響。然而，軌道尺度上氣候變化的原因還有許多令人

21、費解的地方。如長序列的CO2曲線目前仍沒有得到，而一般認(rèn)為它的變化同深海有孔蟲氧同位素一樣，但已有的幾個CO2代用指標(biāo)如613C、613B所反映的CO2曲線并沒有同深海有孔蟲氧同位素趨勢一樣，Veizer等甚至認(rèn)為同深海有孔蟲氧同位素曲線所反映的溫度幾乎沒有相關(guān)關(guān)系。但有些科學(xué)家認(rèn)為在海洋中不可能得到大氣中真實的co2曲線。同時，目前能夠監(jiān)測的、短期的CO2濃度盡管與觀測的溫度吻合的非常好,但大氣CO2濃度與氣候的關(guān)系因最近溫度上升的幅度遠(yuǎn)低于科學(xué)家根據(jù)CO2濃度上升所預(yù)測的溫度值而受到挑戰(zhàn)，這些因素使CO2氣候的機(jī)制也面臨一定困惑。因此，能夠得到公認(rèn)的、真正反映CO2變化的、高精度的整個新生

22、代超長序列CO2曲線的獲得是平息這場爭端中的焦點科學(xué)問題。最近南極近74萬年高分辨率冰芯資料的獲得，較原來的Vostok冰芯長近1倍,其所包含的大氣CO2濃度曲線的解譯，將為我們了解氣候變化的原因及檢驗CO2假說提供更有效的資料序列。3.3亞軌道尺度氣候變化的原因亞軌道時間尺度上的氣候變化既包括了幾十年到萬年的長周期變化。在20世紀(jì)90年代以前，認(rèn)為氣候在此時間尺度內(nèi)基本保持穩(wěn)定，但Heinrich事件的發(fā)現(xiàn)，特別是在冰芯中發(fā)現(xiàn)了具有千年尺度的氣候波動(稱為DO循環(huán))以及包括Heinrich事件在內(nèi)的Bond旋回，人們開始認(rèn)識到氣候系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，打破了人們習(xí)慣于氣候變化需要上千年以上時間尺

23、度這一傳統(tǒng)觀念，氣候變化具有突變性的觀念也開始被廣泛接受，關(guān)于氣候突變發(fā)生的時間尺度已經(jīng)由千年縮小到10年之內(nèi)，如在11kaBP前后的新仙女木事件，溫度在數(shù)百年內(nèi)下降了6C，而全新世暖期的降溫事件(82kaBP)中，氣溫在幾年內(nèi)就驟降了8C。這些亞軌道尺度氣候快速變化的成因機(jī)制目前仍不清楚，但現(xiàn)行占據(jù)主導(dǎo)地位的仍是大西洋溫鹽環(huán)流的解釋。最近又出現(xiàn)了幾個新的觀點：第一，認(rèn)為產(chǎn)生ENSO的赤道地區(qū)海洋和大氣體系才是氣候突變的觸發(fā)、放大和快速傳播的主要地區(qū)。因為熱帶地區(qū)是全球接受能量最多的地區(qū)。此假說認(rèn)為在一定的軌道條件下，與ENSO有關(guān)的赤道附近地區(qū)海溫變化可以產(chǎn)生驟然的氣候突變，并直接影響海水的

24、溫度和鹽度，而且這種影響可能會持續(xù)幾個世紀(jì)，形成所謂的超級ENSO。第二，認(rèn)為這種氣候變化來自太陽變化的聲音也不容忽視，如Friis等研究了近百年來太陽黑子周期長度(SCL)與全球溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)它們有非常好的相關(guān)性，許靖華認(rèn)為如此高的相關(guān)性證明氣候與太陽活動之間的關(guān)系不可能是假的。湯懋蒼在此基礎(chǔ)上對中國氣候的最新研究指出：SCL的長短是制約中國年代(101)和世紀(jì)(102)氣候變化的最基本的因素之一。鐘巍等通過研究發(fā)現(xiàn)4ka來氣候變化周期，與太陽活動周期有很好的一致性，并且這種一致性存在于全球各地大量的氣候變化記錄中。這些研究表明：形成全球不同地區(qū)氣候變化具有相同或相似周期的根本原因，可能在

25、于太陽輻射變化的驅(qū)動；換言之，太陽輻射是形成全球數(shù)十至百年尺度氣候變化的重要驅(qū)動力。器測資料、歷史時期的各種氣候代用指標(biāo)的研究早已顯示，太陽輻射與氣候具有相同或相近的短周期變化，如11年的“Schwabe周期”22年的“Hale周期”以及90年的周期。但不少科學(xué)家仍然對太陽活動對于地球氣候變化的影響存在懷疑，其主要原因是地球接受到的太陽總輻射量(太陽常數(shù))的微小變化可能很難對全球氣候產(chǎn)生重大影響。同時，過去數(shù)十年間，雖然已有非常多的證據(jù)表明氣候變化與太陽活動之間存在密切的聯(lián)系，但其影響氣候的機(jī)理仍沒有得到很好的解釋。不過，最新的研究發(fā)現(xiàn)宇宙射線不但會增強(qiáng)太陽活動的強(qiáng)度，進(jìn)而使太陽風(fēng)加強(qiáng)，而且導(dǎo)

26、致大氣中云的形成，使到達(dá)地球的太陽總輻射量減少，引起地球降溫，目前這個觀點的證據(jù)僅僅適用于短期氣候變化，但它從新的角度詮釋了太陽活動對氣候的影響，使太陽輻射的假說得以復(fù)活。無論如何，太陽直接驅(qū)動了地球表面的各種過程，是氣候變化最大的外在因素。我們?nèi)缃駥μ杻?nèi)部變化的機(jī)制仍然知之甚少，同時也需要大量不同地區(qū)、具有較高分辨率和較長時間尺度的氣候變化記錄，以進(jìn)一步驗證和解釋其中的關(guān)系。第三，目前流行的“鐵假說”也因1993年在赤道海洋及1999年在南極進(jìn)行的“南極南海鐵投放實驗”（SOIREE）引起海洋浮游生物大發(fā)展而變得格外引人注目。海洋中浮游生物的增加可消耗大量的碳，并通過“生物泵”作用沉積到海

27、底，從而使大氣中的CO2濃度降低，引起亞軌道時間尺度上的全球氣候變冷，而海洋中的鐵物質(zhì)供應(yīng)則來自各大陸的沙塵。南極Vostok冰芯中400ka的沙塵通量與co2濃度和溫度呈非常顯著的負(fù)相關(guān)，在一定程度上證明了這一假說。同時，有證據(jù)進(jìn)一步證明來自大陸的沙塵與全球氣候變冷有非常密切的關(guān)系。Ridgwell進(jìn)一步認(rèn)為沙塵氣溶膠不僅僅只是扮演了在空中削弱太陽輻射從而降低大氣溫度的角色，而很可能通過海洋的“生物泵”作用，有效地降低了大氣中的co2濃度，從而起著抑制全球變暖的作用。氣候變化對世界的影響氣候變化對世界的影響包括對社會系統(tǒng)與對自然生態(tài)系統(tǒng)影響兩個方面。對社會系統(tǒng)的影響以美國為例。美國因暴雨造成

28、當(dāng)年財產(chǎn)保險業(yè)損失超過500萬美元的災(zāi)害損失已由20世紀(jì)50年代每年1億美元增加到90年代每年60億美元。1990-1997年總財產(chǎn)保險損失達(dá)到600億美元，聯(lián)邦政府由于天氣災(zāi)害支付的賑災(zāi)費用為120億美元。在1990-1996年，造成1億美元財產(chǎn)保險損失（1992年價）的致災(zāi)暴雨共發(fā)生72次，而在前40年僅發(fā)生142次；但是，造成10億美元損失以上大的天氣災(zāi)害并未增加，這類災(zāi)害自1949年以來共發(fā)生22次，且隨機(jī)地出現(xiàn)在1949-1997年間。作物雹災(zāi)保險損失從50年代年均損失3000萬美元（遭災(zāi)年份平均）增加到90年代的3.2億美元，聯(lián)邦政府由于天氣災(zāi)害支付的賑災(zāi)費用從1966-1970（

29、1994年價）年的6.7億美元增加到1991-1995年的40億美元。各種天氣災(zāi)害造成的損失同樣增加了，每年颶風(fēng)造成的損失由20世紀(jì)40年代的50億美元增加到90年代的400億美元（1990年價）。居美國天氣災(zāi)害損失首位的洪災(zāi)損失，由40年代每年損失10億美元增加到80-90年代每年損失60億美元（1997年價）。在一些城市，雹災(zāi)造成城市損失超過3億美元的已經(jīng)變得普遍了。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，天氣災(zāi)害損失的增加至少包括兩方面因素，即社會因素與自然因素。不過，許多科學(xué)家認(rèn)為，大多數(shù)損失的增加是由于社會變化引起，而主要不是天氣極端情況增加所致。人口的增加，向多暴雨地區(qū)聚居以及財富的集聚使國家在極端氣候發(fā)生時更

30、加脆弱。天氣災(zāi)害造成人員死亡的情形與錢財損失不同，總的來說增加不多，這主要應(yīng)歸功于較好的預(yù)報和預(yù)警系統(tǒng)的改進(jìn)以及加強(qiáng)了災(zāi)害風(fēng)險意識。氣候變化對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也是很大的。陸地上許多物種的變化足以證實20世紀(jì)氣候變化已對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，較之10年前，已觀測到更多的是由于全球變暖而產(chǎn)生的生命變化9。許多生物過程在特定的溫度與降水閾值發(fā)生時都經(jīng)歷了突變。遭受嚴(yán)寒與少雨，常常決定了動植物的生活空間邊界，單一的極端溫度有可能改變生態(tài)系統(tǒng)。例如，由于美國密執(zhí)安湖強(qiáng)大的冬季風(fēng)暴，導(dǎo)致最大與最小的麻雀發(fā)生不對稱的死亡，從而選擇了健壯的體型。海龜?shù)男猿墒炱跊Q定于胚胎生長期內(nèi)的最高溫度。有的地方在厄

31、爾尼諾出現(xiàn)的干旱年份，鳴禽的嘴喙變大，反之，在極端多雨的年份，鳴禽的嘴喙變小。20世紀(jì)50年代新墨西哥一次持續(xù)的干旱導(dǎo)致松樹林邊界擴(kuò)充了2km。在北美西部，一種蝴蝶的活動范圍在20世紀(jì)向北擴(kuò)大了92km，向高空擴(kuò)展了124m，這恰好與同期的平均溫度等值線向北移動105km，向高空抬高105m極其吻合。這種活動區(qū)移動機(jī)理表明了蝴蝶群滅絕率在墨西哥西部高于加拿大北部的事實。目前觀測到的干旱、“偽春”仲夏嚴(yán)寒等多種極端天氣條件造成了蝴蝶群體的死亡。因此，自1904年以來，這種活動范圍逐漸北移并向高空發(fā)展，很可能是少數(shù)極端天氣條件對生物群體滅絕率影響的結(jié)果。海洋環(huán)流的變化似乎也影響著生命的變化，例如挪

32、威的紅鹿，溫暖的北大西洋振蕩使雌性紅鹿變小，雄性紅鹿變大。以上列舉的若干氣候變化對社會系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)影響的實例僅僅是千萬影響中微小的部分；但即使這樣，人們在目前仍不能直接將這些社會系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的變化同氣候變化建立起聯(lián)系，因為氣候變化是非線性的，任何一種氣候變化在時間和空間上都變化多端。對于這一點必須要有清醒的認(rèn)識。未來氣候變化的預(yù)測IPCC對1990-2100年全球氣候變化作出如下預(yù)測：(1)根據(jù)對溫室效應(yīng)的估計，全球表面平均溫度可增加1.45.8C21世紀(jì)氣候變暖的速度不僅大大超過20世紀(jì)，也是過去10000年間所從未看到過的。幾乎所有大陸上的氣候變暖都超過全球平均情況，尤其是北半

33、球高緯度地區(qū)的冬季。特別突出的是北美的北部以及亞洲的北部與中部，這些地區(qū)的溫度增加有可能超過全球平均增溫的40%；但在亞洲的南部與東南部的夏季與南美南部的冬季，氣候變暖的程度可能要低于全球的平均增溫。地表溫度變化的趨勢將使厄爾尼諾現(xiàn)象增多熱帶太平洋東部變熱的程度超過西部，降水偏多。全球水汽含量與降水量都會增多，大的旱澇風(fēng)險會增加。全球海平面從1990-2100年預(yù)計將上升0.090.88m北半球的雪蓋與海冰將進(jìn)一步減少，冰川與冰帽將在大范圍內(nèi)退縮。南極的冰蓋將因降水的增多而加重，而格陵蘭的冰蓋將因徑流超過降水而逐漸消融。處于海平面以下的南極西部冰蓋將因其減少而導(dǎo)致海平面上升。全球平均溫度的增高必然導(dǎo)致水文循環(huán)中水分的再循環(huán)率的增強(qiáng)。較高的蒸發(fā)率將加速降水后