第四纪大气圈与气候基本特征课件.pptx

1、1234 56 78Since the Industrial Revolution,circa 1900,the burning of fossil fuels has caused a dramatic increase of CO2 in the atmosphere,reaching levels unprecedented in the last 400 thousand years.This increase has been implicated as a primary cause of global warming 9（一）二氧化碳（一）二氧化碳1.CO1.CO2 2起源与演化

2、起源与演化地球形成之初并无大气圈、水圈和生物圈地球形成之初并无大气圈、水圈和生物圈。伴随火山活动伴随火山活动释放出来的释放出来的水汽冷凝水汽冷凝形成原始的形成原始的海洋海洋，而，而放出的放出的气体则形成以气体则形成以COCO2 2为主的原始大气圈为主的原始大气圈，当时大气圈中，当时大气圈中COCO2 2的体的体积含量约为积含量约为9191。随着随着蓝绿藻蓝绿藻的繁衍，海洋中出现的繁衍，海洋中出现碳酸盐沉积和有机碳碳酸盐沉积和有机碳沉积。沉积。元元古代和显生宙时期古代和显生宙时期，碳酸盐和有机碳的大规模发展，导致了大，碳酸盐和有机碳的大规模发展，导致了大气中气中COCO2 2的逐步减少。的逐步减

3、少。1011lVostokVostok冰岩芯冰岩芯的的COCO2 2记录了记录了404010104 4aBPaBP以来以来COCO2 2的变化。揭示的变化。揭示出出COCO2 2变化曲线与变化曲线与温度变化完全同步温度变化完全同步，即即COCO2 2高时，温度高时，温度高，高，COCO2 2低时，温低时，温度亦低。度亦低。12沃斯托克站，又称东方站（俄语：沃斯托克站，又称东方站（俄语：；英语：；英语：Vostok Station）是俄罗斯（前身苏联）的一）是俄罗斯（前身苏联）的一个科学考察站，位于澳洲南极洲领地个科学考察站，位于澳洲南极洲领地（Australian Antarctic Terr

4、itory，AAT）东南极冰盖（）东南极冰盖（Antarctic Ice Sheet）中心，南磁极（）中心，南磁极（South Geomagnetic Pole）附近。）附近。131415（二）微量气体（二）微量气体1.1.甲烷甲烷 大气中甲烷有三个主要来源大气中甲烷有三个主要来源。l一是沼泽地、水稻田、池塘等处甲一是沼泽地、水稻田、池塘等处甲烷气的排放，烷气的排放，l二是化石煤气田中甲烷的泄漏，二是化石煤气田中甲烷的泄漏，l三是动物肠胃中食物的发酵排放等。三是动物肠胃中食物的发酵排放等。其中以其中以沼泽地、稻田释放沼泽地、稻田释放占绝对优势。占绝对优势。16172.臭氧臭氧(O3)和氟和氟氯

5、氯碳碳 1819 大气中的臭氧大气中的臭氧主要取决于太阳辐射和氟氯烃的排放主要取决于太阳辐射和氟氯烃的排放，前者有利，前者有利于臭氧的增加和臭氧层厚度的加大，而氟氯烃则对臭氧层起破坏作于臭氧的增加和臭氧层厚度的加大，而氟氯烃则对臭氧层起破坏作用。氟氯烃是工业合成气体，主要是用。氟氯烃是工业合成气体，主要是用作致冷的各类氟里昂用作致冷的各类氟里昂。氟氯。氟氯烃浓度的急剧增长，造成臭氧层的破坏，形成臭氧空洞。烃浓度的急剧增长，造成臭氧层的破坏，形成臭氧空洞。由于沉积地层和冰岩芯中很难找到由于沉积地层和冰岩芯中很难找到OO3 3的踪迹，因此，目前尚无的踪迹，因此，目前尚无法了解第四纪期间大气中臭氧的

6、情况。法了解第四纪期间大气中臭氧的情况。20 气溶胶由分散在气体介质中的、大小在气溶胶由分散在气体介质中的、大小在1010-7-7-10-10-5-5cmcm之间的固之间的固体粒子所组成。体粒子所组成。1.1.气溶胶中固体粒子的来源气溶胶中固体粒子的来源n大气中气溶胶粒子有大气中气溶胶粒子有自然来源和人为来源自然来源和人为来源两方面的供给。两方面的供给。n自然来源自然来源主要包括宇宙尘、火山喷发带来的火山灰、风力吹扬主要包括宇宙尘、火山喷发带来的火山灰、风力吹扬的粉尘和海水飞溅起来的各种盐类；的粉尘和海水飞溅起来的各种盐类；n人为来源人为来源主要有工厂排放的烟尘、森林燃烧带来的烟尘等。主要有工

7、厂排放的烟尘、森林燃烧带来的烟尘等。n在在第四纪期间第四纪期间，大气气溶胶粒子几乎全部为自然来源，大气气溶胶粒子几乎全部为自然来源，工业革命工业革命以后以后，人为来源增加。，人为来源增加。(三三)气溶胶气溶胶212.2.第四纪期间大气气溶胶浓度变化第四纪期间大气气溶胶浓度变化 现代大气气溶胶浓度可以通过现代大气气溶胶浓度可以通过直接观测直接观测获得，而第四纪时期气获得，而第四纪时期气溶胶浓度不能直接观测，只能通过溶胶浓度不能直接观测，只能通过沉积物或冰岩芯中粉尘堆积通量沉积物或冰岩芯中粉尘堆积通量(单位时间、单位面积的粉尘堆积量单位时间、单位面积的粉尘堆积量)的计算来求得，这个数值显然的计算来

8、求得，这个数值显然与实际气溶胶浓度有一定的出入。与实际气溶胶浓度有一定的出入。22233.3.大气气溶胶浓度变化的原因大气气溶胶浓度变化的原因（1 1）气候变化）气候变化 在在冰期干冷的气候条件冰期干冷的气候条件下，广大地区植被稀疏，地面裸露，机下，广大地区植被稀疏，地面裸露，机械风化强烈，风力强盛。在风的吹扬下，大量粉尘被带到平流层呈械风化强烈，风力强盛。在风的吹扬下，大量粉尘被带到平流层呈悬浮态飘移，悬浮态飘移，大气气溶胶浓度加大大气气溶胶浓度加大。在在温湿条件温湿条件下，植被茂盛，地面覆盖较好，风力也较弱，此时下，植被茂盛，地面覆盖较好，风力也较弱，此时被带进大气圈的粉尘明显减少，而且当

9、时较多的降雨过程，也不利被带进大气圈的粉尘明显减少，而且当时较多的降雨过程，也不利于粉尘在大气中长期悬浮，它们作为雨滴的凝聚核被一起降落到地于粉尘在大气中长期悬浮，它们作为雨滴的凝聚核被一起降落到地表，因此，在表，因此，在间冰期间冰期，大气气溶胶浓度较低大气气溶胶浓度较低。24（2 2）火山喷发）火山喷发 火山喷发将大量火山尘埃带入平流层，造成大气中气溶胶浓度火山喷发将大量火山尘埃带入平流层，造成大气中气溶胶浓度急剧增加。米切尔急剧增加。米切尔(Mitchell(Mitchell，1975)1975)研究了研究了18501850年以来火山活动年以来火山活动与大气微粒含量变化之间的关系，认为与大

10、气微粒含量变化之间的关系，认为火山活动对大气含尘量的变火山活动对大气含尘量的变化有很大影响化有很大影响。25（3 3）天体撞击）天体撞击 直径数千米至十几千米的陨石高速冲入地球大气层，产生巨大的冲击波。直径数千米至十几千米的陨石高速冲入地球大气层，产生巨大的冲击波。一方面，撞击体在大气层中剧烈熔融、汽化和爆炸，一方面，撞击体在大气层中剧烈熔融、汽化和爆炸，绝大多数陨石物质以绝大多数陨石物质以气溶胶颗粒飘浮于平流层之中气溶胶颗粒飘浮于平流层之中；另一方面，强大的冲击波产生的超高压、超高温使相当于撞击体近另一方面，强大的冲击波产生的超高压、超高温使相当于撞击体近200200倍倍的的地壳岩石、土壤等

11、物质地壳岩石、土壤等物质汽化、熔融、粉碎，并溅射到汽化、熔融、粉碎，并溅射到100km100km高空。高空。此外，冲击波使地表大面积此外，冲击波使地表大面积森林燃烧，甚至引起全球大火，导致大量烟尘森林燃烧，甚至引起全球大火，导致大量烟尘进入平流层之中。进入平流层之中。天体碰撞可以引起大气层气溶胶浓度急剧增大。天体碰撞可以引起大气层气溶胶浓度急剧增大。（4 4）人为作用）人为作用 人类活动人类活动可引起气溶胶浓度的增加可引起气溶胶浓度的增加，诸如化石燃料的燃烧、工业废诸如化石燃料的燃烧、工业废气的排放、垃圾废物和森林的焚烧、地面植被覆盖的破坏、交通运输、战争等都气的排放、垃圾废物和森林的焚烧、地

12、面植被覆盖的破坏、交通运输、战争等都可以产生大量尘埃并影响到大气中尘埃的浓度。可以产生大量尘埃并影响到大气中尘埃的浓度。人为作用在人为作用在工业革命以后，工业革命以后，人为作用才愈来愈明显人为作用才愈来愈明显。26太阳辐射主要是短波辐射太阳辐射主要是短波辐射，而，而地面辐射和大气辐射则是长波辐地面辐射和大气辐射则是长波辐射射。大气对长波辐射的吸收力较强，但对短波辐射的吸收力比大气对长波辐射的吸收力较强，但对短波辐射的吸收力比较弱较弱。所以：。所以：白天白天，太阳光射到地球上，部分能量被大气吸收，部分被，太阳光射到地球上，部分能量被大气吸收，部分被反射回宇宙，大约反射回宇宙，大约47%47%左右

13、的能量被地球表面吸收。左右的能量被地球表面吸收。夜晚夜晚，晚上地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收，晚上地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的热量，其中也有部分被大气吸收。的热量，其中也有部分被大气吸收。大气层如同覆盖玻璃的温室一样，保存了一定的热量，因于温大气层如同覆盖玻璃的温室一样，保存了一定的热量，因于温室气体的增加，令地球整体所保留的热能增加。室气体的增加，令地球整体所保留的热能增加。1.1.温室效应温室效应2728 指由于大量指由于大量固体尘埃或烟霾等悬浮微粒固体尘埃或烟霾等悬浮微粒进入大气层，吸收进入大气层，吸收和反射太阳辐射而使和反射太阳辐射而使地表降温地表降温的过程。这

14、种降温作用好比是给的过程。这种降温作用好比是给地球撑了一把伞，因此得名地球撑了一把伞，因此得名“阳伞效应阳伞效应”。另外，大气中。另外，大气中吸湿吸湿性的微尘又作为凝结核性的微尘又作为凝结核，促使周围水汽在它上面凝结，导致低，促使周围水汽在它上面凝结，导致低云、雾增多。这也对地面起冷却作用。云、雾增多。这也对地面起冷却作用。2.2.阳伞效应阳伞效应2930 大气环流的形成，取决于大气环流的形成，取决于纬度高低、海陆分布、地表状况不均纬度高低、海陆分布、地表状况不均一和地球自转一和地球自转等因素，其中等因素，其中全球性气温和气压差异形成行星风系全球性气温和气压差异形成行星风系，巨大的海陆差异形成

15、季风环流巨大的海陆差异形成季风环流，而局部的水陆、地形差异则形成各，而局部的水陆、地形差异则形成各种地方性风系种地方性风系。（一）行星风系（一）行星风系 行星风系的形成主行星风系的形成主要取决于要取决于全球性气温和全球性气温和气压差以及地球自转产气压差以及地球自转产生的地转偏向力生的地转偏向力(科里科里奥利力奥利力)。31n赤道地带赤道地带，受太阳直射，接受热量多，气温高，空气受热上升，形成，受太阳直射，接受热量多，气温高，空气受热上升，形成赤道低压带赤道低压带。n极地地带极地地带，受太阳照射少，气温低，气流以下沉为主，形成，受太阳照射少，气温低，气流以下沉为主，形成极地高压区极地高压区。n从

16、赤道上升的气流在高空流向极地，受地转偏向力的影响，在从赤道上升的气流在高空流向极地，受地转偏向力的影响，在南北纬度南北纬度20203030度度的地的地带，气流下沉，形成带，气流下沉，形成副热带高压带副热带高压带。n由副热带高压带向极地方向运行的低空气流和由极地高压带向赤道运行的低空气流在由副热带高压带向极地方向运行的低空气流和由极地高压带向赤道运行的低空气流在南南北纬度北纬度60607070度度的地带相通，被迫上升，形成的地带相通，被迫上升，形成副极地低压带副极地低压带。32n受这七个气压带和地转偏向力的控制，全球大气环流格局出现由受这七个气压带和地转偏向力的控制，全球大气环流格局出现由副热带

17、高压带向赤道低副热带高压带向赤道低压带和副极地低压带运动的低空气流压带和副极地低压带运动的低空气流。n向赤道吹向赤道吹的气流，北半球为东北风，南半球为东南风，分别称的气流，北半球为东北风，南半球为东南风，分别称东北信风和东南信风东北信风和东南信风。n由由副热带高压带向副极地低压带副热带高压带向副极地低压带运移的低空气流，在地转偏向力作用下，在中纬度地带运移的低空气流，在地转偏向力作用下，在中纬度地带形成偏西风，称形成偏西风，称盛行西风盛行西风，它们与极地高压吹来的偏东气流，它们与极地高压吹来的偏东气流(极地东风极地东风)辐合上升，副热带辐合上升，副热带高压吹来的热气流爬行在由极地吹来的冷气流之

18、上，在极地冷却下沉，形成极地环流。高压吹来的热气流爬行在由极地吹来的冷气流之上，在极地冷却下沉，形成极地环流。33n由七个气压带和六个风带构成的这一大气环由七个气压带和六个风带构成的这一大气环流模式，是一个流模式，是一个理想模式理想模式，前提是，前提是地表结构均地表结构均一一。实际上，由于地表结构的非均一性，。实际上，由于地表结构的非均一性，大气大气环流的格局比上述理想模式要复杂的多环流的格局比上述理想模式要复杂的多。n例如例如中纬度地带中纬度地带，低空和高空均，低空和高空均盛行西风盛行西风，而且自西向东运行的气流，并没有严格沿纬线而且自西向东运行的气流，并没有严格沿纬线运动，而是有波动和次一

19、级涡旋，当波动加剧运动，而是有波动和次一级涡旋，当波动加剧时，时，完整的西风带被分割为交错出现的低压中完整的西风带被分割为交错出现的低压中心和高压中心心和高压中心。当波动减弱时，它们又恢复为。当波动减弱时，它们又恢复为平衡的西风气流。平衡的西风气流。高空西风带中，往往会出现高空西风带中，往往会出现风速极强的狭带，称为急流带，它是搬运黄土风速极强的狭带，称为急流带，它是搬运黄土粉尘的主要载体粉尘的主要载体。34（二）季风（二）季风 在地球上除了存在在地球上除了存在风向终年不变风向终年不变的行星风系之外，还存在着盛的行星风系之外，还存在着盛行风向行风向随季节变化作规律转换的风系随季节变化作规律转换

20、的风系，即季风风系。，即季风风系。季风风系有两种不同的类型。季风风系有两种不同的类型。n一种如一种如东亚季风东亚季风，它是由于欧亚大陆和太平洋之间气压场的季，它是由于欧亚大陆和太平洋之间气压场的季节变化引起的。欧亚大陆是全球最大的陆地，太平洋是全球最节变化引起的。欧亚大陆是全球最大的陆地，太平洋是全球最大的海洋。大的海洋。夏季夏季，陆地强烈受热，陆地强烈受热，近地面近地面成热低压，而海洋热成热低压，而海洋热容大，升温慢，形成高压，从而使容大，升温慢，形成高压，从而使气流从太平洋吹向陆地气流从太平洋吹向陆地。反。反之，在之，在冬季冬季，大陆迅迢冷却，近地面形成冷高压，而海洋降温，大陆迅迢冷却，近

21、地面形成冷高压，而海洋降温慢，形成低压，气流由慢，形成低压，气流由欧亚大陆吹向太平洋欧亚大陆吹向太平洋。35n另一种如西南季风，它是由于另一种如西南季风，它是由于赤道低压带位置的季节性移动赤道低压带位置的季节性移动而而造成的。造成的。n冬季冬季，太阳直射南回归线，赤道低压带南移，此时在北半，太阳直射南回归线，赤道低压带南移，此时在北半球球低纬地区低纬地区盛行盛行东北信风东北信风。n夏季夏季太阳直射北回归线，赤道低压带北移，北半球低纬度太阳直射北回归线，赤道低压带北移，北半球低纬度地区受越过赤道转为西南气流的东南信风的控制，盛行地区受越过赤道转为西南气流的东南信风的控制，盛行西南西南风风。363

22、7（三）局部环流（三）局部环流 局部环流主要有局部环流主要有海陆风、山谷风、海陆风、山谷风、龙卷风和焚风龙卷风和焚风等，其中以龙卷风及焚风影等，其中以龙卷风及焚风影响最大。响最大。1.1.龙卷风龙卷风 空气中因强烈的雷暴活动形成的空气中因强烈的雷暴活动形成的轴向垂直并伴有极大风速的涡轴向垂直并伴有极大风速的涡旋旋，称龙卷风。它的水平面积很小，破坏力极强，是一种灾害性天，称龙卷风。它的水平面积很小，破坏力极强，是一种灾害性天气过程。气过程。在沙漠区，夏天太阳辐射强烈，地面温度高达在沙漠区，夏天太阳辐射强烈，地面温度高达4040左右，气流左右，气流急剧上升，周围空气迅速补充，在近地面气层中产生小旋

23、风，它的急剧上升，周围空气迅速补充，在近地面气层中产生小旋风，它的规模较小，一般直径为规模较小，一般直径为1010米左右，称米左右，称尘龙卷尘龙卷。它能把地面的粉尘带。它能把地面的粉尘带入高空。入高空。38（二）局部环流（二）局部环流 2 2焚风焚风 气流受山地或高原阻挡被迫抬升，空气冷却，水汽凝固。气流气流受山地或高原阻挡被迫抬升，空气冷却，水汽凝固。气流越过山地之后顺坡下沉，此时空气中水汽大为减少，下沉气流按越过山地之后顺坡下沉，此时空气中水汽大为减少，下沉气流按干干绝热递减率绝热递减率增温，以致增温，以致背风坡气温比迎风坡同一高度要高背风坡气温比迎风坡同一高度要高，形成，形成相相对干而热

24、的风对干而热的风，即焚风。焚风效应对我国西北干旱区的气候有很大，即焚风。焚风效应对我国西北干旱区的气候有很大影响。影响。39404142 43 444546474849505152535455565758 Detailed charting of glacial cycles over the last million years,according to isotopic oxygen analyses of foraminifera(SPECMAP project).The different marine isotopic stages are indicated numerically(MIS).During the warm interglacial periods(red numbers)the isotopic ratio of oxygen-18 in both seawater and foraminifer shells dropped(note that the horizontal scale is inverted).During the glacial periods(blue numbers)however,it increased.59（2）