《卫星气象学》课件：气候系统与气候变化.ppt

1、气候系统与气候变化蓝光东蓝光东 全球变暖问题：1）热！热！热！2）海平面上升3）极端气候事件频繁发生引言引言图瓦卢 台湾所谓台湾所谓“邦交国邦交国” 非洲(5个)：马拉维、斯威士兰、布基纳法索、冈比亚、圣多美和普林西比 欧洲(1个)：梵蒂冈 拉丁美洲(12个)：巴拿马、海地、巴拉圭、萨尔瓦多、多米尼加、危地马拉、洪都拉斯、圣文森特和格林纳丁斯、圣基茨和尼维斯、伯利兹、尼加拉瓜、圣卢西亚 大洋洲(6个)：瑙鲁、图瓦卢、所罗门群岛、马绍尔群岛共和国、帕劳、基里巴斯国名；图瓦卢（前称埃利斯群岛）Official Name:Tuvalu(formerly known as Ellice lslands

2、)1978年10月1日宣布独立自然地理：图瓦卢（意为八岛之群）位于西太平洋，由散落在西太平洋的9个环形珊瑚岛群组成，八个岛有人居住，富纳富提岛为主岛。图瓦卢南北两端相距560公里，南为斐济，北为基里巴斯，西为所罗门群岛。图瓦卢海拔高度不超过海平面5米，无河流，属热带海洋性气候，年平均气温29。年均隆水量3000毫米。如果形势得不到改观，图瓦卢注定会成为第一个如果形势得不到改观，图瓦卢注定会成为第一个因海平面上升被迫撤离家园的国家，然而，更加因海平面上升被迫撤离家园的国家，然而，更加不幸的是，它绝对不会是最后一个。那么，下一不幸的是，它绝对不会是最后一个。那么，下一个会轮到谁呢？个会轮到谁呢？

3、卡特里娜飓风卡特里娜飓风http:/ 2005年年8月月29日，来自大西洋的日，来自大西洋的“卡特里娜卡特里娜”飓风重创美飓风重创美国墨西哥湾沿岸地区，造成至少国墨西哥湾沿岸地区，造成至少1800多人死亡，数百万人多人死亡，数百万人无家可归，新奥尔良市无家可归，新奥尔良市80%被洪水淹没，成为美国历史上被洪水淹没，成为美国历史上最为严重的自然灾害之一。由于政府事后应急措施迟缓，最为严重的自然灾害之一。由于政府事后应急措施迟缓，造成数万灾民被困在新奥尔良，悲惨场景受到全世界普遍造成数万灾民被困在新奥尔良，悲惨场景受到全世界普遍关注，布什政府因此受到国内外舆论的共同指责。关注，布什政府因此受到国内

4、外舆论的共同指责。 新奥尔良市三面环水，市内低于海平面，其安全依新奥尔良市三面环水，市内低于海平面，其安全依赖环绕城市约赖环绕城市约560公里的防浪堤。但新奥尔良市的公里的防浪堤。但新奥尔良市的发展缺乏防灾规划。弗吉尼亚理工学院减灾项目主发展缺乏防灾规划。弗吉尼亚理工学院减灾项目主任克里姆戈尔德在美任克里姆戈尔德在美商业周刊商业周刊上列举说，新奥上列举说，新奥尔兰在城市建设上破坏了大片海外滩涂，使城市在尔兰在城市建设上破坏了大片海外滩涂，使城市在海啸和洪水面前缺乏必要的缓冲。如为了促进旅游海啸和洪水面前缺乏必要的缓冲。如为了促进旅游业和商业，该市将繁华商业区建在海边，并建设海业和商业，该市将繁

5、华商业区建在海边，并建设海边休闲观光区和住宅区。再有破坏了环境也加重了边休闲观光区和住宅区。再有破坏了环境也加重了灾害。在新奥尔良市周边有大量自然湿地，其好比灾害。在新奥尔良市周边有大量自然湿地，其好比海绵，能够大量吸收海水，能减少洪水侵袭的强度，海绵，能够大量吸收海水，能减少洪水侵袭的强度，保护城市，但新奥尔良市在建设中排干了大部分湿保护城市，但新奥尔良市在建设中排干了大部分湿地。此外，大量化工厂的建立不仅增加了危险源，地。此外，大量化工厂的建立不仅增加了危险源，更使洪水后的厂区处处污水和毒水。更使洪水后的厂区处处污水和毒水。 路易斯安那州立大学工程师约瑟夫路易斯安那州立大学工程师约瑟夫舒豪

6、伊道近舒豪伊道近几年曾多次警告，新奥尔良市的防洪堤可能垮几年曾多次警告，新奥尔良市的防洪堤可能垮堤。堤。新奥尔良时代花絮报新奥尔良时代花絮报2002年就刊载长年就刊载长篇文章，甚至预测了防洪堤决口后的情景。篇文章，甚至预测了防洪堤决口后的情景。20万或者更多的居民将不愿或无法听从政府发布万或者更多的居民将不愿或无法听从政府发布的疏散令，数千人死亡，人们将在超级穹顶体的疏散令，数千人死亡，人们将在超级穹顶体育场栖身。遗憾的是，这些几年前的警告声，育场栖身。遗憾的是，这些几年前的警告声，并未引起政府的重视。并未引起政府的重视。 1988年联合国环境规划署与世界气象组织，共同组建的气候变化专委会，已

7、发表了4次评估报告。最近一次是2007年初公布的，这是2500多名专家6年研究的成果。2月在巴黎公布的第一部分提出:近100年来，平均气温升高0.7摄氏度，IPCC第4次评估报告 年年 第四次评估报告对第四次评估报告对 年年 的结论在两个方面作出了重要发展：的结论在两个方面作出了重要发展：一是对于人类活动影响全球气候变化的因果关系一是对于人类活动影响全球气候变化的因果关系的判断由原来的的判断由原来的 可信度的最低限提高到目可信度的最低限提高到目前的前的 可信度，从而使人们以更高的可信度可信度，从而使人们以更高的可信度确信人类活动是造成近年全球气候变化的主确信人类活动是造成近年全球气候变化的主因

8、；二是全球气候变化的检测与归因研究在空间因；二是全球气候变化的检测与归因研究在空间尺度和气候变量方面扩展到六大洲，并且包括海尺度和气候变量方面扩展到六大洲，并且包括海洋增暖、大陆尺度的平均温度、温度极值、降水、洋增暖、大陆尺度的平均温度、温度极值、降水、气压场与风场。越来越强有力的科学证据表明：气压场与风场。越来越强有力的科学证据表明：最近最近 年的全球气候变化主要是由人年的全球气候变化主要是由人类活动造成的。类活动造成的。 人类活动如何引起气候变化？人类活动如何引起气候变化？ 人类活动主要通过以下人类活动主要通过以下 方面引起气候变化：方面引起气候变化：一是化石燃料利用排放的一是化石燃料利用

9、排放的 等温室气体增加大等温室气体增加大气中温室气体的浓度，温室效应随之增强而影响到气中温室气体的浓度，温室效应随之增强而影响到气候，这是人类活动造成气候变暖的主要驱动力；气候，这是人类活动造成气候变暖的主要驱动力；二是农业和工业活动排放的二是农业和工业活动排放的、 等温室气体进入大气后，等温室气体进入大气后，也通过温室效应增强气候变暖；也通过温室效应增强气候变暖；三是土地利用变化导致的温室气体源三是土地利用变化导致的温室气体源/汇变化和地表汇变化和地表反照率变化进一步影响气候变化，这包括森林砍伐、反照率变化进一步影响气候变化，这包括森林砍伐、城市化、植被改变和破坏等。城市化、植被改变和破坏等

10、。另外，环境污染中排放的气溶胶，尤另外，环境污染中排放的气溶胶，尤其是硫化物与黑碳气溶胶等也可引起其是硫化物与黑碳气溶胶等也可引起气候变化。实际上人类排放的气溶胶气候变化。实际上人类排放的气溶胶最主要的来源也是化石燃料的燃烧。最主要的来源也是化石燃料的燃烧。温室气体造成全球气温升高主要依靠的是模式模拟结果，因此对此结论需要继续探讨。 模拟结果中北极地区温度增长最快，极涡范模拟结果中北极地区温度增长最快，极涡范围缩小，而实际情况是围缩小，而实际情况是 1946年至今，北纬年至今，北纬60N-90N温度都是降低的，极涡范围也扩大。温度都是降低的，极涡范围也扩大。质疑的声音：质疑的声音： 水汽反馈因

11、物理过程不清楚模式中没有考虑，结果造成相对湿 度模拟得很差。 温室气体对温度的影响是通过辐射过程进行的，它的作用远不如 水汽（蒸发和对流等）对温度的影响。而水汽对温度的影响和它 的时空分布有很大的关系。对温室气体模拟中根本没有考虑水汽 的时空变化，而至今为止水汽的物理过程仍未搞清楚 城市化及其它因子造成的气温升高在模式中没有考虑。 模式中没有考虑自然的气候变化、埃尔尼诺和准两年振荡等的 影响，因为一加入这些影响模拟的结果就变了，有时甚至模拟 不出全球增温了，而模式本身至今为止不能模拟自然的气候变化 模式中没有考虑海洋对吸纳温室气体以及减缓温室气体作用效 应的滞后影响。南北半球海冰覆盖面积的季节

12、变化 南北半球海冰的季节变化（图上斜线阴影为海冰区，细点阴影区为冰雪覆盖区）全球增暖是太阳活动造成的？全球增暖是太阳活动造成的？俄罗斯科学家最近认为，火星增温和地球增温周期一致，主因是太阳。 A Russian astronomer may have declared his own inconvenient truth for advocates of man-made climate change this week. According to Habibullo Abdussamatov, head of the Pulkovo Astronomical Observatory in S

13、t. Petersburg, polar ice caps on the planet Mars are melting, and the Red Planet is experiencing a warming trend at the same time as the Earth. Abdussamatov cites this is evidence that solar radiation is the main cause of global warming. 丹麦天文学家最近认为，气候变化主因在宇宙Cosmoclimatology: A new theory of climate

14、change（Cosmoclimatology: a new theory emerges, Henrik Svensmark, Astronomy & Geophysics, Vol. 48, Issue 1, pages 1.18-1.24, February 2007 ） Remarkable results of research on cosmic rays and climate at the Danish National Space Center are summarized this month in a review for the Royal Astronomical S

15、ociety in London. The leader of Sun-climate research at the Danish National Space Center, Henrik Svensmark, puts together the findings reported by him and his colleagues in a dozen scientific papers, to tell how the climate is governed by atomic particles coming from exploded stars. These cosmic ray

16、s help to make ordinary clouds. High levels of cosmic rays and cloudiness cool the world, while milder intervals occur when cosmic rays and cloud cover diminish.探讨太阳活动对地球气候的影响还是很困难的，但这是很有意义的研究工作全球变暖-世纪大骗局？地球气候的演变实际是怎样的？地球气候的演变实际是怎样的？地球气候的演变在很大程度上与太阳的发展和地球气候的演变在很大程度上与太阳的发展和地球的脱气过程有关。地球的脱气过程有关。(Kastin

17、g et al,1988; Kasting, 1993) 地球气候的演变在很大程度上与太阳的发展和地球的脱地球气候的演变在很大程度上与太阳的发展和地球的脱气过程有关。气过程有关。400Ma前的太阳比现在暗前的太阳比现在暗25%30%。自。自此，太阳的辐射量逐渐增加。如果当时地球具有与现代此，太阳的辐射量逐渐增加。如果当时地球具有与现代相似的大气成分，那么在它存在的最初相似的大气成分，那么在它存在的最初2000Ma，这么低，这么低的太阳辐射量只能使地球处于冰的覆盖之下。但是地质的太阳辐射量只能使地球处于冰的覆盖之下。但是地质记录表明，早在记录表明，早在3800Ma前，地球上就有液态的海洋了，前，

18、地球上就有液态的海洋了，直到直到2700Ma前才有冰川作用。这个矛盾被称为前才有冰川作用。这个矛盾被称为“昏弱的昏弱的太阳太阳”悖论悖论(“faint sun paradox)。现在当地球围绕太。现在当地球围绕太阳旋转时，地球表面只收到太阳辐射到达地球表层的一阳旋转时，地球表面只收到太阳辐射到达地球表层的一半，其余因反射和大气干扰而丢失。如果早期的地球没半，其余因反射和大气干扰而丢失。如果早期的地球没有被冰覆盖，那么地表应从昏弱的太阳得到大部分的太有被冰覆盖，那么地表应从昏弱的太阳得到大部分的太阳辐射量，这只有在大气的云和湿度大大低于现代的状阳辐射量，这只有在大气的云和湿度大大低于现代的状况下

19、才有可能，但这不符合实际。因此，只有全球增温况下才有可能，但这不符合实际。因此，只有全球增温这一机制才能解释这一机制才能解释“昏弱的太阳昏弱的太阳”这个现象，即地球早这个现象，即地球早期大气中大量的期大气中大量的co2，引起了，引起了“温室温室”效应的加强。效应的加强。 地质证据支持了地质证据支持了C02增加引起的增加引起的“温室温室”效应效应加强这个观点。地壳碳酸盐岩石中储存的加强这个观点。地壳碳酸盐岩石中储存的co2的总量相当于现代大气压的的总量相当于现代大气压的60倍倍(60Pa)。现代。现代大气中大气中co2分压仅力分压仅力0.0003Pa。补偿。补偿“昏弱的昏弱的太阳太阳”悖论仅需十

20、分之几悖论仅需十分之几Pa，然而地球大气中，然而地球大气中的的co2必须以一定的速率减少，才能与稳定增必须以一定的速率减少，才能与稳定增长的太阳辐射相抵消，这种脆弱的平衡不易在长的太阳辐射相抵消，这种脆弱的平衡不易在长时期内维持，需要一个协调大气中长时期内维持，需要一个协调大气中co2浓度浓度过多和太阳活动变化的调节器。过多和太阳活动变化的调节器。 在地球的地球化学和构造特征中能找到这个调节器。在在地球的地球化学和构造特征中能找到这个调节器。在500ka或更早以前，碳酸盐一硅酸盐的地球化学循环利用了或更早以前，碳酸盐一硅酸盐的地球化学循环利用了地球上超过地球上超过80%的的C02。过多的。过多

21、的C02形成酸雨，导致火山基岩形成酸雨，导致火山基岩的风化作用，钙被溶解。富含钙的水流人大洋，被生物吸收，的风化作用，钙被溶解。富含钙的水流人大洋，被生物吸收，形成碳酸钙介壳。当这些生物死亡后，介壳物质沉到海底堆形成碳酸钙介壳。当这些生物死亡后，介壳物质沉到海底堆积起来。板块构造理论假设海底在洋中脊向上移动，在消亡积起来。板块构造理论假设海底在洋中脊向上移动，在消亡带被地幔物质消融。碳酸钙在这个海洋传送带上移动，到大带被地幔物质消融。碳酸钙在这个海洋传送带上移动，到大陆板块的边缘消融，融人地幔，经历了超高压和高温。在这陆板块的边缘消融，融人地幔，经历了超高压和高温。在这个过程中，碳酸钙分解出个

22、过程中，碳酸钙分解出C02 ，进入岩浆。岩浆由火山作用，进入岩浆。岩浆由火山作用喷到地表，喷到地表， C02被释放出来，又回到大气中。地球大气的温被释放出来，又回到大气中。地球大气的温度越高，地球上的水文循环越快，下的雨越多，更多的度越高，地球上的水文循环越快，下的雨越多，更多的C02被溶解，大气中被溶解，大气中C02减少的速率加快。减少的速率加快。 C02“温室温室”效应减效应减弱，导致地表温度的降低。温度降低使得酸雨的产生减少，弱，导致地表温度的降低。温度降低使得酸雨的产生减少，转移的转移的C02也相应减少，又使得这种气体在大气中堆积，最也相应减少，又使得这种气体在大气中堆积，最终重新开始

23、进入温暧状态。即使海洋冻结，切断了终重新开始进入温暧状态。即使海洋冻结，切断了C02的循的循环，由火山作用从地球内部释放的环，由火山作用从地球内部释放的C02最后也会增加大气中最后也会增加大气中C02的分压，到促使气温升高融化冰的水平。火山释放的的分压，到促使气温升高融化冰的水平。火山释放的C02使大气压以使大气压以1Pa(20Ma) -1的速率增加，地表温度升高的速率增加，地表温度升高50，足，足以融化任何坚冰，地球重新进入温和时期。以融化任何坚冰，地球重新进入温和时期。 生物活动有助于这个过程，但不起关键作用。如果没生物活动有助于这个过程，但不起关键作用。如果没有任何生命，地球仍然具有适宜

24、有任何生命，地球仍然具有适宜 于居住的温度；然而，于居住的温度；然而，植物加速了大气中植物加速了大气中C02的转移。如果没有生物活动，的转移。如果没有生物活动，大气中大气中C02的的 浓度要比现在大好多倍。尽管水蒸气对浓度要比现在大好多倍。尽管水蒸气对减缓减缓C02的增长不起作用，但却可以影响到气温的增长不起作用，但却可以影响到气温 的升的升降。降。C02只能通过化学风化作用和地壳之下富碳酸钙只能通过化学风化作用和地壳之下富碳酸钙的沉积物的消融来维持平衡。的沉积物的消融来维持平衡。 当太阳永久性增温时，当太阳永久性增温时，大气中大气中C02的浓度逐渐减少，使地表温度保持在接近的浓度逐渐减少，使

25、地表温度保持在接近于现在的水平。今天于现在的水平。今天C02浓度只有浓度只有280ul/l-1在前工业在前工业时期和最近的冰川期，时期和最近的冰川期，C02浓度降至浓度降至150ul/l-1 ，这一数，这一数字接近于我们知道的维持植物生命所需要的底限。将字接近于我们知道的维持植物生命所需要的底限。将来，来，当太阳继续增温，当太阳继续增温， C02将不再成为地球大气的主将不再成为地球大气的主要成分，所有的植物将面临生存的极限。要成分，所有的植物将面临生存的极限。地球、火星和金星的气候差异Kasting et al,1988; Ramanathan et al.,1989; Haberle, 19

26、90; Kasting, 1993) 根据维持生命需要的气候条件，地球在太阳系统中处于极敏感的根据维持生命需要的气候条件，地球在太阳系统中处于极敏感的地带。假如地球距离太阳近地带。假如地球距离太阳近5%，海洋会沸腾，形成深厚的大气，海洋会沸腾，形成深厚的大气，与金星相似；假如地球离太阳远与金星相似；假如地球离太阳远1%，那么海洋就会永久冻结，成，那么海洋就会永久冻结，成为像火星一样类似南极的行星。在地质历史的部分时期，火星和金为像火星一样类似南极的行星。在地质历史的部分时期，火星和金星星 都具有，或一直具有与地球相似的大气。这三个行星都由太阳都具有，或一直具有与地球相似的大气。这三个行星都由太

27、阳星云内浓缩的固体物质堆积形成。任何可能存在的原始大气不复存星云内浓缩的固体物质堆积形成。任何可能存在的原始大气不复存在，而被星体内部易挥发成分产生的气体和通过火山活动释放到大在，而被星体内部易挥发成分产生的气体和通过火山活动释放到大气中的气体形成的次生大气所替代。大的河床、埋藏冻土和海岸线气中的气体形成的次生大气所替代。大的河床、埋藏冻土和海岸线的证据表明，火星似乎直到的证据表明，火星似乎直到3800 Ma前还有流动的水。然而，这就前还有流动的水。然而，这就要求当时火星大气中要求当时火星大气中 的的C02含量比现在多含量比现在多150800倍，才能使温度倍，才能使温度升高到冰点以上。这样高的

28、升高到冰点以上。这样高的C02 一定要以某种方式补充，否则经过一定要以某种方式补充，否则经过10Ma以上的风化作用，将难以维持如此高的浓度。然而火星上从以上的风化作用，将难以维持如此高的浓度。然而火星上从来不曾有补充机制，也没有发生大陆漂移，使来不曾有补充机制，也没有发生大陆漂移，使C02不再以与整个地不再以与整个地球历史中相同的方式再循环。因为火星是一个较小的行星，它的内球历史中相同的方式再循环。因为火星是一个较小的行星，它的内部冷却较早，减缓了增加大气部冷却较早，减缓了增加大气C02所需要的火山活动。已有的所需要的火山活动。已有的C02因风化作用而消失，在后期的陨石冲击下，搅动的粉尘将火星

29、上的因风化作用而消失，在后期的陨石冲击下，搅动的粉尘将火星上的水埋藏在地表下。火星是一个干燥的星球，在稀薄的水埋藏在地表下。火星是一个干燥的星球，在稀薄的C02笼罩之下，笼罩之下，被风速为被风速为20360km.h-1的强风产生的尘暴侵袭。的强风产生的尘暴侵袭。金星的发展有所不同，现代它的大气层顶部收到的太阳辐射几金星的发展有所不同，现代它的大气层顶部收到的太阳辐射几乎是地球的乎是地球的2倍（金倍（金 星，星，2620W.m-2；地球，；地球，1368W.m-2）。然）。然而，金星全部被硫酸云覆盖，有而，金星全部被硫酸云覆盖，有80%的太阳辐射反射回太空，的太阳辐射反射回太空，而到达地球的太阳

30、辐射只有而到达地球的太阳辐射只有30%返回太空。结果，金星仅吸收返回太空。结果，金星仅吸收了了130W.m-2的太阳辐射，是地球吸收量的的太阳辐射，是地球吸收量的54%。由于金星上过。由于金星上过度的度的C02“温室温室”效应，地表的平均温度为效应，地表的平均温度为462，比地球高得，比地球高得多。金星放射出多。金星放射出17 900W.m-2的长波辐射，不到的长波辐射，不到1%的长波逃逸的长波逃逸 回太空。因而，金星的大气层内部长波辐射再循环的幅度比回太空。因而，金星的大气层内部长波辐射再循环的幅度比地球从太阳接收，或在大气中的再循环大地球从太阳接收，或在大气中的再循环大2个数量级。火星上个

31、数量级。火星上有大量的水冻结在地表下，金星却是少水的星球，但金星是否有大量的水冻结在地表下，金星却是少水的星球，但金星是否一直干旱很值得怀疑，因为它演化的方式与地球相似。在金星一直干旱很值得怀疑，因为它演化的方式与地球相似。在金星上，太阳辐射通量是如此大，地表的水蒸发到上层大气层，在上，太阳辐射通量是如此大，地表的水蒸发到上层大气层，在那里它被高能粒子分解成离子，于是较轻的氢离子被太阳风引那里它被高能粒子分解成离子，于是较轻的氢离子被太阳风引起的星际重力场扰动，气体硫与剩余的水气反应形成硫酸云。起的星际重力场扰动，气体硫与剩余的水气反应形成硫酸云。没有水，不可能溶解形成酸雨，因而通过行星的脱气

32、过程，随没有水，不可能溶解形成酸雨，因而通过行星的脱气过程，随着时间的推移，着时间的推移，C02在大气中积累。这个过程现在仍在继续。在大气中积累。这个过程现在仍在继续。如果没有如果没有C02的的“温室温室”效应，金星要比地球冷得多，只比火效应，金星要比地球冷得多，只比火星暖一点。星暖一点。未来未来40年人类活动增强导致大气年人类活动增强导致大气CO2翻一番，翻一番，大气温度只增加大气温度只增加0.4摄氏度。摄氏度。对流层大气温度的变化具体是怎样的？对流层大气温度的变化具体是怎样的？Interannual variation of the monthly mean temperature of

33、the northern hemisphere at 1000hPa in July21.621.621.821.8222222.222.222.422.422.622.622.822.823231958195819601960196219621964196419661966196819681970197019721972197419741976197619781978198019801982198219841984198619861988198819901990199219921994199419961996年C高层大气的温度变化情况？高层大气的温度变化情况？地质时期地球的温度纪录是怎样的？

34、从过去气候变化的特地质时期地球的温度纪录是怎样的？从过去气候变化的特征，可对未来任何气候变化的幅度和影响胸有成竹。征，可对未来任何气候变化的幅度和影响胸有成竹。1900-1940全球温度升高最快，如何解释？1940-1970，CO2排放增加，气温反倒下降 地球气候的演变是如何进行的？地球气候的演变是如何进行的？ 氧同位素比值是进行古气候重建的一种非常有效的工氧同位素比值是进行古气候重建的一种非常有效的工具。氧通常具。氧通常160形式存在，而同位素形式存在，而同位素180含量稀少。目前，含量稀少。目前，重同位索重同位索180的平均含量在海水中占的平均含量在海水中占0.19%，在淡水中，在淡水中占

35、占0.15%。两种同位素具有相同的化学性质。但是水。两种同位素具有相同的化学性质。但是水中，含轻同位素中，含轻同位素160的分子比含重同位素的分子比含重同位素180的分子更容的分子更容易蒸发。在目前的条件下，这种分馏效应影响不大，易蒸发。在目前的条件下，这种分馏效应影响不大，因为从海洋中蒸发的水汽在很短的时间内绝大部分会因为从海洋中蒸发的水汽在很短的时间内绝大部分会随降水或地表径流重新回到海洋中。然而，在冰期的随降水或地表径流重新回到海洋中。然而，在冰期的大部分时间里，海洋会因大部分时间里，海洋会因160随水蒸发而使随水蒸发而使180变变“浓浓”，因为含因为含160的水比含的水比含180的水更

36、容易蒸发并优先保留在冰的水更容易蒸发并优先保留在冰盖中。所以此时测量盖中。所以此时测量180和和160值时，海洋的比值要高于值时，海洋的比值要高于冰盖冰盖.一般用一般用 180来表示此比值，它是以相对于标准值来表示此比值，它是以相对于标准值的千分数表示的变化。的千分数表示的变化。米兰柯维奇假说提出时的观测事实：提出时的观测事实： （1）冰期旋回过程中，北半球高纬度大）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陆冰盖的变动幅度远大于南极冰盖 （2）大陆冰盖沿中心向四周扩张（取决）大陆冰盖沿中心向四周扩张（取决于夏季融雪量）于夏季融雪量） （3）南北两半球冰盖变化有同时性）南北两

37、半球冰盖变化有同时性 （4）全新世开始时间不超过）全新世开始时间不超过15000aBP 地球有三个基本的轨道参数 （1）偏心率）偏心率 90-100ka （2）地球倾斜度）地球倾斜度(即黄赤交角）即黄赤交角）40-41ka （3）近日点的时间（岁差）近日点的时间（岁差） 19-23ka地球轨道地球轨道23ka，41ka的岁差和黄赤交角周期控制北半球太阳辐射变的岁差和黄赤交角周期控制北半球太阳辐射变化，驱动冰期。每当化，驱动冰期。每当650N附近冬季降雪不能在随后的夏天完全被融附近冬季降雪不能在随后的夏天完全被融化，就形成冰盖。目前，间冰期环流由北大西洋温盐被格陵兰和斯化，就形成冰盖。目前，间冰

38、期环流由北大西洋温盐被格陵兰和斯堪的纳维亚半岛间的北冰洋及拉布拉多海海水的外流所加强。堪的纳维亚半岛间的北冰洋及拉布拉多海海水的外流所加强。 这些这些下沉作用类似一台热机，把表面暖水带入北大西洋，同时经海底将下沉作用类似一台热机，把表面暖水带入北大西洋，同时经海底将热量运送到南极附近的南部海洋。随着冰川作用开始，北冰洋蒸发热量运送到南极附近的南部海洋。随着冰川作用开始，北冰洋蒸发减小，由北极流向北大西洋的温盐下沉停止。直接结果是向南极输减小，由北极流向北大西洋的温盐下沉停止。直接结果是向南极输出的热量减少，导致海冰扩张和海水下沉加强。南极周围下沉不再出的热量减少，导致海冰扩张和海水下沉加强。南

39、极周围下沉不再是通向太平洋传输带的一部分，而是开始流向大西洋，并进一步封是通向太平洋传输带的一部分，而是开始流向大西洋，并进一步封锁海底传输带。结果南极变冷，南半球温度纬度梯度增加，冷锋和锁海底传输带。结果南极变冷，南半球温度纬度梯度增加，冷锋和浮游生物群向北移动。浮游生物在吹离半干旱大陆富含铁物质浮游生物群向北移动。浮游生物在吹离半干旱大陆富含铁物质“肥肥料料”作用下，开始在较暖的副热带海水中繁殖兴旺。这些浮游生物作用下，开始在较暖的副热带海水中繁殖兴旺。这些浮游生物增加了大气中甲硫醚的量，导致了云量增加，进而加大行星反照率。增加了大气中甲硫醚的量，导致了云量增加，进而加大行星反照率。同时，

40、同时， 云中水汽争夺增加使水滴尺寸减小，这减少了降雨，增强了云中水汽争夺增加使水滴尺寸减小，这减少了降雨，增强了大气稳定度和干旱化。移动性极低高压使热带云团进入极地地区，大气稳定度和干旱化。移动性极低高压使热带云团进入极地地区，极区的低温延长了云团寿命。浮游生物也从大气中吸取极区的低温延长了云团寿命。浮游生物也从大气中吸取CO2,在全球在全球变冷中加入变冷中加入“温室温室”效应。随着北部冰盖继续发展，它们改变风系，效应。随着北部冰盖继续发展，它们改变风系，使低温延续，加剧干旱化、增加大气中尘埃量。这时海平面下降，使低温延续，加剧干旱化、增加大气中尘埃量。这时海平面下降，使大陆冰盖在大陆架上扎根

41、，并暴露更多的陆地使其干旱、风化。使大陆冰盖在大陆架上扎根，并暴露更多的陆地使其干旱、风化。冰盖的热惯性压倒了冰盖的热惯性压倒了23ka和和41ka轨道振动引起的辐射效应，突出了轨道振动引起的辐射效应，突出了较弱的较弱的96ka偏心率周期。偏心率周期。冰消作用首先被叠加在偏心率长周期之上的米兰冰消作用首先被叠加在偏心率长周期之上的米兰柯维奇短周期的日射效应驱动。流入墨西哥湾的柯维奇短周期的日射效应驱动。流入墨西哥湾的融化水强迫较暖的咸表面水进入北大西洋，开动融化水强迫较暖的咸表面水进入北大西洋，开动了北大西洋热盐了北大西洋热盐“抽水机抽水机”。这台机器也能在短。这台机器也能在短期增暖事件或间冰

42、段期间被启动。然而，如果时期增暖事件或间冰段期间被启动。然而，如果时间尺度小于间尺度小于2ka，增暖不能被传递到南极而变成，增暖不能被传递到南极而变成一个全球现象。如果北美冰盖引发的大灾变洪水一个全球现象。如果北美冰盖引发的大灾变洪水引起海平面的快速上升，特别是当海水淹没大陆引起海平面的快速上升，特别是当海水淹没大陆架相对较平坦的地方时，就能发生冰的快速崩解架相对较平坦的地方时，就能发生冰的快速崩解和大冰盖消退。最终，随着海平面继续上涨，北和大冰盖消退。最终，随着海平面继续上涨，北冰洋海水重新外流入大西洋，北大西洋热机达到冰洋海水重新外流入大西洋，北大西洋热机达到最大功率。这导致了南极海冰的迅速消退，将冰最大功率。这导致了南极海冰的迅速消退，将冰消转人间冰期阶段。消转人间冰期阶段。气候变化研究的困难和挑战 多学科交叉 资料收集的问题资料收集的问题 科学上的困难科学上的困难 举例：（蝴蝶效应）举例：（蝴蝶效应）