环境变化的外动力因素
• （二）地球轨道参数状态与全球气候变化
• 丁仲礼总结为四个方面，1)一些低纬地区并没有 明显的10万年冰量周期,而是以2万年岁差周期为 主,表明北半球冰盖的扩张、收缩变化并没有完全 控制低纬区的气候变化;2)在最近几次冰消期时,南 半球和低纬区的温度增高,要早于北半球冰盖的融 化,表明冰消期的触发机制并非是北半球高纬夏季 太阳辐射; 3)大气CO2浓度在第2冰消期的增加同 南极升温相一致,表明该时大气CO2浓度增加亦有 可能早于北半球冰盖消融; 4)南半球的末次冰盛期 有可能早于北半球。面临理论突破的新需求和新 机遇[5]。
太阳 宇宙射线 云量及气候变化
• 在地球的高纬度地区,宇宙射线的这种效应 也较大,与高纬度地区地球磁场对高能带电 离子的屏蔽作用较小相一致。据粗略估算, 在平均11 a的太阳周期内,3%的云盖度变化 大约相当于0.8~1.7 W/m2的辐射变化。他 们认为“与自从1750年以来CO2含量增加 的总辐射驱动效应,即估计约1.5 W/m2相比 较,这是一个非常大的量”。
太阳 宇宙射线 云量及气候变化
• 1997年Svensmark等[30]从国际卫星云气候 研究计划(ISCCP)中,搜集到了1983年7月 ~1990年12月期间的全球云盖度数据。为了 简化问题,他们仅以海洋上空的云盖度与宇 宙射线通量的变化资料作比较。ISCCP的 观测资料的确显示,随着宇宙射线通量的减 小,全球云量也减小,在一个太阳周期内,有约 3%~4%的变化,相关系数约0.95。
太阳总辐射变动水平
• 在11 a太阳黑子周期尺度上,太阳总辐 射变动在0.1%水平。但现在普遍认为, 在更长的时间尺度上,如80 a的 Gleisberg Gleisberg周期尺度上,太阳总辐射的变 , 化可能更大,对气候的影响可能也更重 要。对类太阳星体的研究表明,自蒙德 极小期以来曾发生大到0.6%的辐射变 化。这推动了重建过去太阳变化和对 太阳变化代用指标研究的深入开展。
非冰期突然气候变化与太阳变化
• 非冰期突然气候变化事件 • 北美山地冰川记录的全新世突然气候变化 • 北大西洋深海沉积物记录的全新世突然气 候变化 • 北非-印度洋季风气候的突然变化 • 北美干旱气候的突然变化
环境变化的外动力因素
• （二）地球轨道参数状态与全球气候变化
• Imbr认为支持这一理论的实事主要有4条: 1)冰期 旋回过程中,北半球高纬度大陆冰盖的变动幅度远 大于南极冰盖;2)大陆冰盖是沿中心向四周扩张的; 3)南北两半球冰盖变化有同时性; 4)全新世开始时 间不超过15000aB·P. (尽管当时还没有绝对定年 技术)[5]。因此,米氏理论有3个关键词,分别为北半 球、高纬度、夏季。米氏理论的核心是强调了一 个敏感区,即北半球高纬区。此区夏季太阳辐射量 的减小将触发冰期气候。敏感区内气候变冷后,由 于冰雪的高反照率,其信号被进一步放大、传输,进 而影响其他地区。
云的辐射加热调节作用 云辐射加热调节作用
• 一个重要的进展是对云的重要性的了解。 现已知道云是地球辐射加热的调节器,它对 地球气候系统起着两种相互竞争的或相反 的作用。一方面,云把入射地球的大部分太 阳辐射反射回太空,因而起着一种倾向于使 地球变冷的作用;另一方面,云能吸收下层大 气和地面的长波热辐射,在某种意义上类似 于微量气体的温室效应,因而又起着一种倾 向于使地球加热的作用。显然这里有一个 复杂的云辐射收支平衡问题。
环境变化的外动力因素
• 一、太阳的影响
• 太阳辐射是推动地球大气，海洋和生命活动的主 要能源。全球环境变化主要取决于抵达地球表面 的太阳辐射量的变化，而引起太阳辐射量变化的 原因有两个： • 一是太阳活动引起的太阳本身辐射变化； • 二是地球轨道运动状态的改变引起的地球上不同 纬度带、不同季节或不同半球接受太阳辐射的日 射率变化；
环境变化的外动力因素
• 二、潮汐的影响
• 大气潮汐 • 海洋潮汐； • 固体潮汐；
环境变化的外动力因素
• 三、陨石的影响
• 能量、质量的影响； • 构造的影响；
西部边界流
墨西哥湾流 黑潮 巴西流 东澳大利亚流
现代深部洋流及其全球分布
大洋上升流
轨道驱动气候效应的地区差异
全球季风分布
云的辐射加热调节作用 云的辐射加热调节作用
• 美国航空航天局组织开展了云辐射平衡实 验,1984~1986年先后发射了3颗卫星,即ERBS、 NOAA-9和NOAA-10来对全球云辐射状况进行观 测。数据表明,在1985年4月期间,全球短波云驱动 作用(提高地球的反射率)是-44.5 W/m2,而长波云 驱动作用(云的温室效应)是31.3 W/m2,两者平衡 下来云对地球的净全球影响起着一种降温变冷作 用[23]。这个净降温驱动作用的大小还有争论,范 围值从17~35 W/m2,相当于全球大气CO2含量翻 一番所能引起的升温驱动作用的4倍。因此,作为 一种气候反馈机制,小的云辐射驱动场变化,就能对 气候变化起相当大的作用[24]。
环境变化的外动力因素
• （二）地球轨道参数状态与全球气候变化
• 汪品先通过分析贸易风与季风系统为主的低纬过 程如何响应轨道变化,指出岁差与偏心率周期通过 驱动热带过程影响全球气候的重要性。他认为高 纬区的冰盖消长,主要是由于热量经向输送的变化; 那么热带的厄尔尼诺现象,是贸易风减弱、赤道东 太平洋水温异常升高的结果,属于纬向过程。资料 显示15万年来热带太平洋(29°N~29°S)海气相 互作用的模拟结果表明,厄尔尼诺的发育程度受岁 差驱动。
全球季风分布
• （一）太阳活动对全球气候变化的影响
• • • • • • • • • 1、太阳活动的11年周期与气候振动 2、太阳活动的22年周期与气候振动 3、太阳活动世纪周期与气候振动 4、太阳活动超长周期与气候振动 1、岁差变化对气候的影响 2、偏心率变化对气候的影响 3、地轴倾斜度变化对气候的影响 4、米兰科维奇理论 5、辛普森假说
环境变化的外动力因素
• （二）地球轨道参数状态与全球气候变化
• 地质记录证明,末次盛冰期时贸易风和东太平洋上 升流减弱、水温高,热带太平洋处于长期的厄尔尼 诺状态;全新世时期东太平洋水温变凉,处于拉尼娜 状态。另外西太平洋暖池核心区新几内亚岛以北 的珊瑚记录,在13万年来的8个时间段里取得了短 期的珊瑚记录,分析结果发现无论冰期或间冰期都 有厄尔尼诺现象,但是强度和变幅最大的是晚全新 世到现在,上次间冰期也比较强,最弱的是全新世早 期。由此看来,厄尔尼诺既受轨道的岁差周期驱动, 又受整个海水温度控制,冰期的寒冷条件会抑制厄 尔尼诺事件的发生。
• （二）地球轨道参数状态与全球气候变化
太阳变化
• 在研究气候与太阳关系的国际文献中, 所谓“太阳变化”(solar variability)主 要是指太阳总辐射量的变化、不同波 段辐射的变化、太阳风磁场的变化等。 所谓“太阳活动”(solar activity)是指 用太阳黑子数、太阳黑子周期长度等 指标表征的太阳活动总体水平状况。 “太阳活动”也常与“太阳变化”通 用
太阳、宇宙射线、云量及气候变化 太阳、宇宙射线、
• 1959年Ney认为,太阳的周期变化对气候的 影响可能与大气电离作用的影响有关。随 后Dickinson等进一步指出,宇宙射线的电离 作用可能使平流层下部和对流层上部存在 大的离子簇,从而有利于硫酸盐气溶胶的生 成,并可作为形成云粒的凝结核。这暗示了 宇宙射线和云量之间可能有某种关系。 1995年Pudovkin等首次报道了云量对宇宙 射线通量变化响应的实测结果,他们发现,随 着太阳活动增强,宇宙射线通量减小,观测地 区的云量也明显减少。
太阳总辐射量观测
• 发射了太阳极大值观测卫星(SMM)、上层 大气研究卫星(UARS)、辐射变化和重力扰 动卫星(VIRGO)、地球辐射收支实验卫星 (ERBS)、欧洲可回收携带者号卫星 (EURECA),以及太阳和太阳物理观测台 (SOHO)等。从这些卫星观测资料获得了若 干新的重要发现[9]。 • 特别重要的发现是,在一个太阳黑子周期的 相位内,太阳总辐射量的变化水平约0.1%,当 太阳黑子活动处于极大值时,太阳总辐射量 也最大,反之亦然。