2022年全球變化之全球變化科學(xué)導(dǎo)論

1、全球變化科學(xué)導(dǎo)論要點(diǎn)總結(jié)第一篇全球變化研究的基本問題第一章 全球變化科學(xué)產(chǎn)生的背景及其研究內(nèi)容及意義1、 什么是全球變化？其產(chǎn)生背景？答：全球變化作為一個(gè)科學(xué)術(shù)語和一門交叉學(xué)科，是隨著全球環(huán)境問題的出現(xiàn)和人類對(duì)其認(rèn)識(shí)程度的不斷深化而提出并發(fā)展起來的。全球變化科學(xué)的精髓是系統(tǒng)地球觀，強(qiáng)調(diào)將地球的各個(gè)組成部分作為統(tǒng)一的整體來加以考察和研究，將大氣圈、 水圈、 巖石圈和生物圈之間的相互作用和地球上的物理的、化學(xué)的和生物的基本過程之間的相互作用，以及人類與地球之間的相互作用聯(lián)系起來進(jìn)行綜合集成研究。即全球變化科學(xué)是研究作為整體的地球系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制、變化規(guī)律和控制變化的機(jī)理（自然的和人為的），并預(yù)測(cè)其未

2、來變化的科學(xué)。它研究的首先是一個(gè)行星尺度的問題將大氣圈、水圈（含冰雪圈）、巖石圈和生物圈看成是有機(jī)聯(lián)系的全球系統(tǒng)，把太陽和地球內(nèi)部作為兩個(gè)主要的自然驅(qū)動(dòng)器，人類活動(dòng)作為第三種驅(qū)動(dòng)機(jī)制。 發(fā)生在該系統(tǒng)中的全球變化是在上述驅(qū)動(dòng)力的推動(dòng)下，過程相互作用的結(jié)果。通過物理、 化學(xué)和生物學(xué)全球變化科學(xué)是在時(shí)代發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步、 人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響和社會(huì)需要的背景下產(chǎn)生的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）硬件條件。在 20 世紀(jì)末，全球國際性應(yīng)用的探測(cè)器和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)已有約1000個(gè)高空站、 10000 個(gè)氣象站、 3000 個(gè)飛行器、 7000 艘充氣船、 500 個(gè)浮標(biāo)、長期立體動(dòng)態(tài)信息庫，還有全球海洋觀測(cè)

3、系統(tǒng)、全球陸地觀測(cè)系統(tǒng)、全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)。（2）由于強(qiáng)烈的人類活動(dòng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，目前在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生以下十大環(huán)境問題，急需國際社會(huì)合作共同解決。主要有大氣污染、溫室氣體排放和氣候變暖、 臭氧層破壞、 土地退化、 水資源匱乏和水體污染、海洋環(huán)境惡化、森林銳減、物種瀕危、垃圾成災(zāi)、人口增長過快。（3）從人類社會(huì)文明發(fā)展看，全球變化科學(xué)的產(chǎn)生是歷史進(jìn)程的必然。（4）從歷史發(fā)展角度看，全球變化研究有其科學(xué)思想的代表。亞里士多德第一次提出支持生命的物理系統(tǒng)；加蘭第一次提出地球系統(tǒng)科學(xué)的概念；弗里德曼第一次提出“ 全球變化” 概念，從此人類開始從交叉學(xué)科角度將地球作為全球系統(tǒng)開展研究。馬隆是他第一

4、個(gè)將全球變化研究付諸實(shí)施。2、 全球變化研究的主要內(nèi)容和相關(guān)國際計(jì)劃答：全球變化研究的主要內(nèi)容：（1）研究地球系統(tǒng)復(fù)雜的多重相互作用的機(jī)制，是目前全球變化最主要的研究內(nèi)容。（2）分析地球系統(tǒng)各種尺度的變化規(guī)律和控制這些變化的主要因素。（3）建立地球系統(tǒng)變化的預(yù)測(cè)理論及方法。（4）提出全球資源和環(huán)境科學(xué)管理的建議。相關(guān)國際計(jì)劃有以研究物理氣候過程為主要內(nèi)容的“ 世界氣候研究計(jì)劃”（WCRP）、以研究地球系統(tǒng)中生物地球化學(xué)過程為主要內(nèi)容的“ 國際地圈-生物圈計(jì)劃”（IGBP）、以研究人類與地球環(huán)境變化相互關(guān)系為主要內(nèi)容的“ 國際全球環(huán)境變化人文因素研究計(jì)劃”（IHDP）、以地球上生物多樣性問題為主

5、要內(nèi)容的“ 生物多樣性計(jì)劃”3、 什么是地球系統(tǒng)？（DIVERSITAS）。答：大氣圈、水圈（含冰雪圈）、巖石圈和生物圈之間存在能量轉(zhuǎn)換，且受太陽能及地核熱能影響，是具有一系列相互作用過程的耦合：一是各圈層之間的相互作用；二是物理、化學(xué)和生物三大基本過程和作用；三是人與地球的相互作用。由這三大相互作用過程耦合的復(fù)雜關(guān)系稱為地球系統(tǒng)。地球系統(tǒng)包括快變化系統(tǒng)和慢變化系統(tǒng)?？熳兓到y(tǒng)，如大氣、陸面、上層海洋等。從氣候角度看，這些都是最活躍的系統(tǒng)，變化時(shí)間尺度范圍從秒、分、時(shí)到日、月、年，甚至幾百年。慢變化系統(tǒng)，如深層海洋、冰川冰蓋、內(nèi)地圈等。這些系統(tǒng)主要與地球固體氣候發(fā)展史有關(guān)，其變化時(shí)間尺度一般在

6、千年以上。4、 全球變化科學(xué)研究的意義？答：（1）全球變化研究是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新科學(xué)舉措。當(dāng)今人類正面臨著有史以來最為嚴(yán)重的危機(jī)，這種危機(jī)不僅是人口爆炸、資源短缺、環(huán)境污染，更為嚴(yán)重的是地球整體功能的失調(diào)、紊亂， 是人類賴以生存的全球環(huán)境的變化。全球變化問題的根源在于地球有限的生命支持系統(tǒng)與爆炸式增長的人口數(shù)量和消費(fèi)需求之間的矛盾。由于人類活動(dòng)的影響，全球變化的趨勢(shì)在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)下去?？沙掷m(xù)發(fā)展必須以適應(yīng)全球變化為基礎(chǔ)。 因此，開展全球變化研究是人類社會(huì)接受目前環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新科學(xué)舉措。（2）有利于深化對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的共同發(fā)展。

7、全球變化科學(xué)的研究有助于人類對(duì)資源、自然災(zāi)害等概念認(rèn)識(shí)的深化。同時(shí)全球變化科學(xué)也關(guān)注全球變化的環(huán)境影響、社會(huì)影響， 以及對(duì)策和政策評(píng)估研究，這些研究會(huì)促進(jìn)有關(guān)決策科學(xué)和應(yīng)用基礎(chǔ)與社會(huì)科學(xué)的共同發(fā)展，提高人類應(yīng)對(duì)全球變化的能力。（3）推動(dòng)世界科學(xué)進(jìn)步，促進(jìn)世界和平。全球變化科學(xué)確定的對(duì)全球系統(tǒng)研究的整體觀，使得各國科學(xué)家不像從前那樣僅從單個(gè)角度去研究地球的局部現(xiàn)象，而更多地從全球和國際合作角度去研究人類的生存環(huán)境問題，它促進(jìn)了國際性交叉學(xué)科隊(duì)伍的形成，它以世界前沿學(xué)科生命力強(qiáng)和交叉學(xué)科多生長點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了國際科學(xué)界的交流與合作，也促進(jìn)了世界的和平與發(fā)展。第二章 全球變化科學(xué)的最新進(jìn)展5、國際全球

8、變化研究的主要進(jìn)展體現(xiàn)在哪些方面？答：（1）多學(xué)科交叉研究的深度和廣度在加強(qiáng)，如描述物理、化學(xué)、生物等多個(gè)過程的耦合模式的發(fā)展。 同時(shí)， 諸多研究計(jì)劃的切實(shí)開展都取得了眾多高質(zhì)量的研究數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象和知識(shí)。（2）全球變化區(qū)域響應(yīng)研究取得廣泛進(jìn)展，全球問題與區(qū)域問題的結(jié)合更加明確，并達(dá)成共識(shí)：全球性問題的研究需要由區(qū)域研究來完成；區(qū)域性研究必須體現(xiàn)全球性問題。（3）提出了地球系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵性問題，如全球碳循環(huán)、水循環(huán)、食物系統(tǒng)等，將全球變化研究推進(jìn)到集成研究階段。（4）TOGA（熱帶海洋和全球大氣計(jì)劃）的成功，推動(dòng)了GOOS（全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)）的建立。特別是在赤道太平洋地區(qū)建立了比

9、較完整的El Nio 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立和發(fā)展了提前半年至一年預(yù)報(bào)El Nio 發(fā)生的數(shù)值模式。（5）PAGES（過去的全球變化（Past Global Changes）在認(rèn)識(shí)氣候的自然變率、工業(yè)化前的全球大氣成分、全球溫室氣體的自然變化及其與氣候的關(guān)系、陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)過去氣候變化的響應(yīng)、 過去氣候系統(tǒng)的突發(fā)性變化等方面作出了重要貢獻(xiàn)。大量觀測(cè)結(jié)果和證據(jù)表明：1 地球正在變暖并伴隨氣候系統(tǒng)的其他變化，20 世紀(jì)全球平均表面溫度增加了 0.6左右；220 世紀(jì)是過去千年最暖的一個(gè)世紀(jì)，20 世紀(jì) 90 年代是過去千年最暖的一個(gè)時(shí)期，而 1998年是過去千年最暖的一年；3 人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體和氣溶

10、膠改變了大氣狀況并進(jìn)而影響氣候，過去 50 年大多數(shù)觀測(cè)到的變暖事實(shí)主要由人類活動(dòng)產(chǎn)生。這些研究揭示出許多人類先前所未知的事實(shí)，被國際社會(huì)公認(rèn)為自然科學(xué)的重要進(jìn)步。（6）人們?cè)诓粩嗌罨瘜?duì)地球系統(tǒng)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的同時(shí)，也越來越多地認(rèn)識(shí)到人類活動(dòng)已成為推動(dòng)地球系統(tǒng)變化的另一強(qiáng)迫力，這種強(qiáng)迫力在十到百年尺度上產(chǎn)生的影響已和自然力的作用相當(dāng)或過之。近年來， 科學(xué)界就人類活動(dòng)對(duì)地球系統(tǒng)的作用和兩者關(guān)系提出了一系列新概念，如“ 人類圈” 和“ 可持續(xù)性發(fā)展” 等。第三章 全球變化的主要特征與過程6、簡述全球變化的時(shí)空尺度及其聯(lián)系答：全球變化是地球表層系統(tǒng)多種因素相互作用的結(jié)果。地球表層系統(tǒng)作為一個(gè)開放體系，

11、太陽輻射、大氣成分、大氣過程、海陸關(guān)系、海洋環(huán)流、冰蓋、陸地地形、地表組成物質(zhì)和人類活動(dòng)等的相互作用，在一個(gè)時(shí)間序列當(dāng)中可表現(xiàn)為多層次驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)、反饋、放大等十分復(fù)雜的關(guān)系。 因?yàn)槿蜃兓葧?huì)表現(xiàn)出某種周期性變化，又會(huì)表現(xiàn)為一些漸變和突變。從時(shí)間尺度看， 全球變化可劃分為 5 個(gè)特征時(shí)間尺度。 1 幾百萬年至幾十億年。這一時(shí)間尺度的事件發(fā)生在地質(zhì)歷史時(shí)期，它們受地球行星演化規(guī)律與進(jìn)程的控制。2幾千年至幾十萬年。 這一時(shí)間尺度的變化同樣發(fā)生在整個(gè)地球歷史中，不過在最近的一個(gè)地質(zhì)時(shí)期第四紀(jì)晚期以來， 它們的變化記錄保存的最好，被辨識(shí)和研究的程度最高。其主要受到地球軌道參數(shù)， 如偏心率、黃赤交角傾斜

12、率和歲差等變化的影響。3幾年至幾百年。這一時(shí)間尺度的事件發(fā)生在年際、年代際到世紀(jì)際，主要驅(qū)動(dòng)因子包括太陽活動(dòng)、火山活動(dòng)、 大氣環(huán)流的長期變化、厄爾尼諾-南方濤動(dòng)等自然因子和大氣溫室效應(yīng)的增強(qiáng)等人為因子。4 幾天至幾個(gè)季度。 這一時(shí)間尺度的事件發(fā)生在數(shù)天至一年之內(nèi)，其本質(zhì)特征是季節(jié)的更替，主要驅(qū)動(dòng)因子是太陽輻射量輸入的年循環(huán)。5幾秒至幾小時(shí)。 這一時(shí)間尺度的時(shí)間發(fā)生在數(shù)秒至一天之內(nèi)， 其中日變化是它的本質(zhì)特征，其周期性十分規(guī)則，而其他更短時(shí)間尺度的事件大多是日變化的一種瞬時(shí)表現(xiàn)。太陽輻射量輸入的日周期是構(gòu)成這種變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。上述幾百萬年至幾十億年及幾千年至幾十萬年這兩種稱為長時(shí)間尺度，主要

13、是地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、 地理學(xué)和地球化學(xué)研究的時(shí)間尺度；要是大氣科學(xué)、 海洋科學(xué)和生物科學(xué)研究的尺度；的、最復(fù)雜的變化尺度。幾天至幾個(gè)季度和幾秒至幾小時(shí)這兩種主 幾年至幾百年則是全球變化研究最為關(guān)注從空間的延展方面，全球變化大致可以劃分為4 個(gè)特征空間尺度。 1 全球尺度。 空間范圍在 20000km 以上，大約相當(dāng)于半球至全球尺度。特征事件有太陽輻射能的分布，大氣環(huán)流和洋流， 溫室效應(yīng)加劇與全球氣候變化，臭氧層的破壞，地球和生命的起源等。這些事件發(fā)生在一個(gè)相當(dāng)寬的時(shí)間譜之內(nèi)（一年至幾十億年），并且不同時(shí)間尺度的過程是互相影響的。2空間范圍在 1002000km，相應(yīng)的地域單元有大陸、大洋、陸

14、地上的自然地帶和自然地區(qū)以及海區(qū)等。特征事件有季風(fēng)和大型天氣過程（臺(tái)風(fēng)、氣旋、反氣旋、鋒面）、海流、厄爾尼諾 -南方濤動(dòng)、巖石圈板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與造山運(yùn)動(dòng)、冰期-間冰期交替、氣候帶與地帶性植被 土壤的形成等。這些事件也發(fā)生在一個(gè)相當(dāng)寬的時(shí)間譜之內(nèi)（一年至十幾億年），并且不同時(shí)空尺度的事件之間相互作用顯著。3 地方尺度?？臻g范圍在 10100km ，特征事件有地震、流域的水土流失、中尺度天氣系統(tǒng)（如中氣旋、雷暴等）、植物物候期的水平變化、城市氣候與大氣污染、河流與水域的污染、成礦作用等。這些事件的時(shí)間譜可以從小于一天到百萬年， 幅度略小于全球和區(qū)域尺度。各事件發(fā)生的原因通常限于當(dāng)?shù)?，使彼此間的聯(lián)系性

15、減弱，個(gè)體性增強(qiáng)，事件的影響往往也限于當(dāng)?shù)亍? 局地尺度?？臻g范圍在 10km 以下，特征事件有火山爆發(fā)、小流域地表侵蝕、小尺度天氣系統(tǒng)（如龍卷風(fēng)、山谷風(fēng)等）、植物物候期隨地形的變化、植被冠層的微氣象、土壤的養(yǎng)分循環(huán)、點(diǎn)源和線源污染事件等。這些事件發(fā)生的時(shí)間譜很小，大多局限于幾秒到一年之內(nèi)，其空間特質(zhì)性非常明顯。全球系統(tǒng)中各種事件和過程的時(shí)間與空間尺度是相關(guān)聯(lián)的。一般來說， 較大空間尺度的事件和過程， 其時(shí)間尺度的范圍也較大；而較小空間尺度的事件和過程，其時(shí)間尺度范圍也較小。如全球氣候變化的空間尺度可達(dá)20000km 以上，相應(yīng)的時(shí)間尺度為幾十年到百年，而植被冠層微氣象變化的空間尺度僅為數(shù)厘米

16、到數(shù)米，相應(yīng)的時(shí)間尺度是幾秒到幾分鐘。7、太陽活動(dòng)如何驅(qū)動(dòng)全球變化？答：太陽活動(dòng)是太陽表面上一切擾動(dòng)現(xiàn)象的總稱，主要包括：發(fā)生在光球表面的黑子、光斑，發(fā)生在色球?qū)拥淖V斑、耀斑，以及日珥、日冕等。一般用黑子活動(dòng)代表太陽活動(dòng)，黑子越多， 太陽活動(dòng)越強(qiáng)， 其他太陽活動(dòng)都和黑子活動(dòng)呈同步變化，黑子的變化一致。太陽常數(shù)的短期變化也與太陽輻射直接驅(qū)動(dòng)了發(fā)生在地球表面的各種過程。太陽輻射的變化改變了到達(dá)大氣頂層的能量， 并通過影響物理氣候系統(tǒng)的能量收支平衡導(dǎo)致氣候變化，進(jìn)而引起全球變化。太陽活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)太陽輻射增強(qiáng)。通過分析過去的氣候變化與太陽活動(dòng)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，太陽黑子活動(dòng)弱時(shí)氣溫偏低， 歷史上太陽活動(dòng)極小期是

17、冷期，如太陽黑子活動(dòng)出現(xiàn)特低值的蒙德爾極小期，太陽常數(shù)可能比現(xiàn)代低 1%，對(duì)應(yīng)于 17 世紀(jì)的小冰期。8、驅(qū)動(dòng)全球變化的內(nèi)力因素有哪些？它們?cè)谌蜃兓腥绾纹鹱饔?？答：地球?nèi)力對(duì)全球變化的驅(qū)動(dòng)主要表現(xiàn)在板塊運(yùn)動(dòng)所造成的海陸分布形式的變化、海底地形與陸地地形的變化、火山活動(dòng)等，均能引發(fā)進(jìn)一步的變化過程，導(dǎo)致全球變化。（ 1） 海陸分布變化。 板塊運(yùn)動(dòng)引起的大陸漂移和海底擴(kuò)張以及與此相關(guān)的海面升降，造成海陸分布格局及海洋和陸地面積對(duì)比的變化，陸地的位置和組合關(guān)系不同，對(duì) 全球的溫度和降水格局均會(huì)產(chǎn)生深刻的影響。（ 2） 山地和高原的隆起。海陸分布格局的變化及其影響通常發(fā)生在 10 6-10 7 年

18、尺度上，4-10 5 年尺度上對(duì)全球變化影響最大的板塊運(yùn)動(dòng)事件是以垂直運(yùn)動(dòng)為主的 而在 10 巨地形變化。高海拔的高原、山地的低溫環(huán)境為冰川和積雪的積累提供了大范圍 場(chǎng)所，這些冰雪通過反射的反饋?zhàn)饔贸蔀闇囟壬底兓姆糯笃?，增?qiáng)氣候變化 的不穩(wěn)定性，從而對(duì)全球變化產(chǎn)生與極地冰蓋性質(zhì)相近的作用。（ 3） 火山活動(dòng)。 火山噴發(fā)能夠把大量氣體和火山灰拋向高空，火山塵幕中的固體粒子直徑在 0.52 m，甚至更小，它們可在平流層大氣中停留 1 年以上，并通過對(duì)平流層化學(xué)及動(dòng)力學(xué)的影響而介入全球變化過程。它們可以改變平流層的化學(xué)成分并造成化學(xué)過程異常，從而對(duì)大氣中的CO2 和 O3 等的平衡產(chǎn)生影響，而受

19、火山活動(dòng)影響最大的，可能是平流層中氣溶膠及其化學(xué)性質(zhì)的變化所造成的太陽輻射收支的變化。強(qiáng)火山爆發(fā)能在平流層下部形成一個(gè)持久的含有硫酸鹽粒子的氣溶膠層，它們存留在平流層中增加了大氣的反射率，因而減少了到達(dá)地面的直接太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致溫度下降，這個(gè)影響被稱為“ 陽傘效應(yīng)”。9、簡要描述一下全球變化中的人為因素。答：人類從自然環(huán)境中逐步分離，最終獨(dú)立于自然系統(tǒng)，成為地球系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分， 同時(shí)也成為影響自然過程、導(dǎo)致自然環(huán)境變化的一個(gè)重要營力。人類活動(dòng)所引起的地球系統(tǒng)狀態(tài)和功能的改變，在工業(yè)化以來的 200 多年里急劇加速， 在幾十至幾百年的時(shí)間尺度上， 人類活動(dòng)對(duì)全球變化的影響與全球變化對(duì)人

20、類的影響均極為顯著，人類生態(tài)系統(tǒng)過程已成為全球變化過程一個(gè)不可忽視的組成部分。1 人類活動(dòng)產(chǎn)生的CO2、CH4、N2O、SO42-和 PO43-等使得大氣化學(xué)過程、土壤化學(xué)過程、海洋化學(xué)過程發(fā)生變化。2人類生態(tài)系統(tǒng)的建立和維持所造成的自然環(huán)境破壞與污染使得地球表層系統(tǒng)中的一些成分相對(duì)增加，甚至出現(xiàn)一些在自然狀態(tài)下不存在的成分，另一些成分相對(duì)減少甚至消失，從而造成各個(gè)組成成分的構(gòu)成和性質(zhì)的顯著變化。3 人類向大氣中排放 CO2、CH4 等使溫室氣體含量增加且出現(xiàn)新的溫室氣體成分，排放到大氣中的氟氯昂等氟氯烴類物質(zhì)和氮氧化合物正在導(dǎo)致臭氧層破壞，酸性氣體排放導(dǎo)致酸雨的發(fā)生。 4在生物界， 人類馴化

21、的作物替代了森林和草原，野生動(dòng)物被馴化動(dòng)物所取代或被排斥到生態(tài)邊緣而滅絕或?yàn)l臨滅絕，人類生態(tài)系統(tǒng)替代自然生態(tài)系統(tǒng)不僅減少了系統(tǒng)的生物量， 而且減少了物種的多樣性，進(jìn)一步加速了生物滅絕過程。5排入到江河中的各種有機(jī)和無機(jī)污染物導(dǎo)致水體污染，各種人工合成材料的出現(xiàn)也改變了固體地球物質(zhì)的組成。土地覆蓋的變化、地球系統(tǒng)組成成分的變化最終會(huì)導(dǎo)致自然系統(tǒng)功能的失調(diào)和變化，并通過累積性變化或系統(tǒng)性變化兩種方式導(dǎo)致全球變化。在人類的干預(yù)下， 許多自然過程的功能正在發(fā)生顯著變化，一些功能得到強(qiáng)化，另一些功能遭到削弱甚至喪失，自然系統(tǒng)的平衡因此破壞，進(jìn)而發(fā)生全球變化。%以上 7、 8、9 為全球變化的驅(qū)動(dòng)力，分別

22、為外部因素、內(nèi)部因素和人為因素 10、簡述全球變化的三大循環(huán)過程（下面11-13 將對(duì)重點(diǎn)循環(huán)過程一一敘述）答：三大循環(huán)過程包括生物循環(huán)、能量循環(huán)和水循環(huán)。（1）生物循環(huán)包括：1 陸地和海洋生物參與的C、N、P、S 元素的循環(huán)；2上述循環(huán)進(jìn)一步在大氣作用下發(fā)生的循環(huán)；3 地球表面生物的地球化學(xué)循環(huán)。（2）能量循環(huán)。地球的能量循環(huán)主要是太陽輻射與地氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。如果把地表和對(duì)流層大氣看作一個(gè)整體，在這個(gè)系統(tǒng)中， 收入部分是由地表和大氣吸收的太陽輻射所組成，而支出部分則是輻射到宇宙空間去的地面和大氣長波輻射，地氣系統(tǒng)的輻射差額則是隨緯度增高而由正值轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值。輻射差額的這種分布，正是引起高

23、低緯度之間大氣環(huán)流和洋流產(chǎn)生的基本原因。（3）水循環(huán)。全球水分循環(huán)主要是通過地表徑流、蒸發(fā)、水汽輸送和降水等作用實(shí)現(xiàn)的。11、試述全球碳循環(huán)過程及其機(jī)制及特點(diǎn)答：自然界碳的活動(dòng)貯存庫主要是海洋、大氣和有機(jī)體。在無機(jī)環(huán)境中，碳主要以 CO2或者碳酸鹽的形式存在。地球系統(tǒng)中的碳絕大部分以有機(jī)化合物和碳酸鹽形式埋藏在沉積巖中，溶解在海洋中的無機(jī)碳是近地表最大的碳源，是地球系統(tǒng)中除巖石圈外最大的碳庫。土壤是陸地上最大的碳源，而大氣中碳的含量比全球植物活體中碳含量的總和還多。生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)基本上是伴隨著光合、呼吸和分解過程進(jìn)行的。在較長的時(shí)間尺度上，地質(zhì)因素對(duì)于碳循環(huán)也是重要的，因?yàn)橘A存在沉積巖中的

24、大量碳（煤、石油和天然氣等）是生態(tài)系統(tǒng)在過去年代中所固定的，它們暫時(shí)退出了生物圈活躍的生物地球化學(xué)循環(huán)。在全球碳循環(huán)中，大氣中的 CO2與陸地植被和海洋之間交換的通量最大。通過大氣環(huán)流的作用，海洋與陸地二者上空大氣中的 CO2 含量大體一致。在陸地的碳循環(huán)過程中，大氣中的 CO2被植被所固定， 大部分通過生物的呼吸和分解作用從植物、動(dòng)物或土壤釋放到周圍環(huán)境中去，有些貯存在有機(jī)體中被長期埋藏。在海洋的碳循環(huán)過程中，海洋生物利用海洋中溶解的 CO2進(jìn)行光合固碳作用，其中一部分生物殘?bào)w分解釋放出CO2，另一部分形成生物碳酸鹽沉積，與無機(jī)碳酸鹽一起固定在巖石圈中，直到受地質(zhì)作用被抬升到地表經(jīng)風(fēng)化作用而

25、重新釋放出CO2。除上述過程外，火山活動(dòng)所釋放的CO2、自然火災(zāi)、化石燃料燃燒和森林破壞等對(duì)大氣中的 CO2的含量及碳循環(huán)過程亦有重要影響。在海水中， 碳主要沿兩種途徑循環(huán)流動(dòng)，一種是在海流驅(qū)動(dòng)下的物理運(yùn)動(dòng)；另一種是通過浮游植物的光合作用，海洋中動(dòng)、 植物的呼吸作用。以及沿食物鏈的生物化學(xué)傳遞。在溫躍層上下， 碳的濃度是不同的，在上層暖水帶和下層冷水帶之間的溶解碳相互交換，并發(fā)生漩渦導(dǎo)致混合作用，從而使 10%20%的微粒物質(zhì)沉入洋低。在那里大約 15%的碳酸鈣被結(jié)合成為深海沉積物，歸入緩慢的碳循環(huán)過程。陸地環(huán)境中也存在碳的慢循環(huán)和快循環(huán)兩種過程。動(dòng)、植物殘?bào)w， 土壤腐殖質(zhì)，新生泥炭和大的植物

26、莖干與根屬于，慢循環(huán)碳庫； 而植物的葉片和動(dòng)植物活體等則屬于快循環(huán)碳庫。大氣中 CO2 濃度逐漸增加的事實(shí)表明，海洋對(duì)CO2的調(diào)節(jié)能力是有限的?？梢栽O(shè)想，如果人類繼續(xù)增加化石燃料的使用量和森林的砍伐量，海洋吸納 CO2 的能力終將被耗盡，那時(shí)，更大部分的 CO2 將被保留在大氣圈中，必然導(dǎo)致更為顯著的溫室效應(yīng)加劇、全球變暖和海面上升等一系列人類生存環(huán)境的變化。12、簡述全球氮循環(huán)過程及特點(diǎn)答：大氣圈是氮的主要貯存庫，其中氮?dú)獾捏w積含量為78%，居所有大氣成分的首位。生物圈是氮的另一個(gè)主要貯存庫，大部分氮的固定是通過生物過程實(shí)現(xiàn)的，稱為生物固氮。此外，閃電、 宇宙射線、 隕星和火山活動(dòng)等能把少量

27、的氣態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮化物，稱為高能固氮；隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，以氣體和液體燃料為原料生產(chǎn)合成氨已經(jīng)成為開發(fā)自然界氮的一種重要途徑， 稱為工業(yè)固氮。 在生物固氮過程中，進(jìn)入生物體的氮以氨或銨鹽的形式被固定后，經(jīng)過硝化作用形成亞硝酸鹽或硝酸鹽。一部分硝酸鹽還可以在缺氧和有葡萄糖的條件下被真菌和假單細(xì)胞菌還原，經(jīng)反硝化作用生成氣態(tài)氮，使氮離開生物體， 重新回到大氣圈中，從而完成氮的循環(huán)。人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的干預(yù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先是工業(yè)固氮作用，包括氮肥的生產(chǎn)和在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的使用。據(jù)估計(jì)，被作物實(shí)際同化的氮肥只有施入土壤中氮肥的 1/3 左右，大部分氮肥從農(nóng)田中流失進(jìn)入湖泊、河流和近海等水體，它

28、與水中高含量的磷酸鹽相結(jié)合，常常引起水域的富營養(yǎng)化，使藻類和其他浮游生物迅速繁殖，不斷消耗水中的溶解氧，并產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體，造成水質(zhì)惡化、 魚類和其他水生生物的大量死亡。在陸地水域中，這種現(xiàn)象稱為水華，在海洋中則稱為赤潮。工業(yè)固氮使得自然界固氮與反硝化去氮之間的自穩(wěn)定平衡狀態(tài)被打破。 其次是工廠和汽車等交通工具燃料的燃燒過程將大量氮氧化物排入大氣圈，導(dǎo)致大氣中硝酸的含量增加，再加上燃煤工業(yè)的二氧化硫排放使大氣中硫酸含量增加，二者結(jié)合往往造成酸沉降，濕性的酸沉降稱為酸雨，它使陸地水體和土壤酸化，植被死亡，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞性極大。13、全球水循環(huán)的特點(diǎn)和作用是什么？答：全球水分循環(huán)主要是通過地

29、表徑流、蒸發(fā)、水汽輸送和降水等作用實(shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)：1全球約 97%的水在海洋， 84%的水是海洋蒸發(fā)的，大氣從海洋上空攜帶水汽輸往陸地，以降水形式落下，以冰雪形式堆積在陸地表面的 2.76 10 7km 3 水量超過了地下水水量；2陸地水分通過植物蒸騰和地表蒸發(fā)回到大氣，有些還存在于土壤表面；3植物在水循環(huán)中通過截流、 根部吸收和以蒸騰方式把水分送回大氣，由于植物種類不一樣，對(duì)水分循環(huán)作用也不一樣，因此植物本身也使得全球水循環(huán)不均。作用： 1水是地球表面吸收太陽輻射的主要介質(zhì)；2水汽是一種主要的溫室氣體，它吸收地表長波輻射， 加強(qiáng)了大氣的溫室效應(yīng)；3水的相變 凝結(jié)和蒸發(fā)在天氣和氣候變化中扮演重要

30、角色； 4 水是 C、N、P、S等元素生物地球化學(xué)循環(huán)過程的主要載體；5 水是地球表面各類物質(zhì)輸送和土壤巖石風(fēng)化侵蝕作用的主要做功者；基本條件；7水是人類生存和發(fā)展的基本條件。14、簡述“ 大地女神說” 的含義6 水是生命誕生、 延續(xù)、 生長發(fā)育的答：利用天體物理理論，在假設(shè)地球、金星和火星都是“ 正常的” 太陽系行星，它們的大氣形成過程在遵循同樣規(guī)律的情況下，根據(jù)金星和火星大氣組成推斷出來的行星地球大氣組成卻與實(shí)際地球大氣組成差別異常顯著。為解釋上述現(xiàn)象，英國生物化學(xué)家拉夫洛克（James Lovelock）提出了蓋婭假說，其基本觀點(diǎn)為：對(duì)于地球的特定屬性，只根據(jù)物理學(xué)和化學(xué)的規(guī)律是很難解釋

31、的，必須同時(shí)考慮生物學(xué)規(guī)律。地球上的生物圈和它的環(huán)境構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體（稱為大地女神 Gaia），地球大氣的組成、氣溫、海水溫度、海水 PH 等都是生物圈積極調(diào)節(jié)的， 是生物圈通過自己的影響使地球的氣候環(huán)境長期保存在適合自己生存的“ 穩(wěn)態(tài)”上。這種通過生物圈并且為了生物圈的地表調(diào)節(jié)作用從最早出現(xiàn)廣泛傳播的生命開始便開始一直存在，因此，在很大程度上，是生命自己創(chuàng)造了它的生存環(huán)境。15、冰期與間冰期的概念答：冰期指由于氣溫顯著降低，冰川規(guī)模擴(kuò)大和增厚的時(shí)期。在冰期里，高緯度地區(qū)的冰蓋擴(kuò)張， 向中緯度推進(jìn)，高山地區(qū)的山岳冰川向低地伸展，海面降低，氣候和土壤生物帶向赤道方向遷移。在各個(gè)大陸以夏季風(fēng)降水

32、為主的地區(qū)，冰期時(shí)氣候寒冷干燥，植被退化，某些內(nèi)陸干旱地區(qū)沙漠?dāng)U張、湖面縮小。間冰期指兩次冰期之間由于氣候回暖，冰川縮小和消融的時(shí)期。在間冰期里， 冰川退縮，海面回升， 氣候和生物帶向兩極方向遷移。以夏季風(fēng)降水為主的地區(qū)，間冰期時(shí)氣候溫暖濕潤，湖面擴(kuò)張，生物繁榮，內(nèi)陸干旱地區(qū)流沙固定，黃土地表會(huì)有土壤發(fā)育。以冬季風(fēng)降水為主的內(nèi)陸干旱地區(qū)的氣候溫暖干燥，湖泊收縮或者干涸，沙漠?dāng)U張。（1）10 810 7 年尺度。具有此尺度的氣候變動(dòng)稱為大冰期和大間冰期。（2）10 5 年尺度。具有此尺度的氣候變動(dòng)稱為冰期和間冰期。（3）10 4 年尺度。具有此尺度的氣候變動(dòng)稱為副冰期和副間冰期，又稱冰階和間冰階

33、。（4）10 310 2 年尺度。具有此尺度的氣候變動(dòng)稱為小冰期和小間冰期，僅用于冰后期和晚冰期。16、試述米蘭柯維奇理論。這一理論如何解釋第四紀(jì)冰期 之處？-間冰期的變化？它還有哪些不足答：米蘭柯維奇理論：米蘭柯維奇認(rèn)為偏心率、黃赤交角傾斜率和歲差這些地球的軌道參數(shù)都是隨時(shí)間變化的，它們的變化均會(huì)導(dǎo)致地球接受太陽輻射的季節(jié)和地區(qū)分布的變化。地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道呈橢圓形，太陽位于橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，軌道偏離正圓的程度就是地球軌道的偏心率。偏心率越大， 地球在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)的日照量差異越大。黃赤交角傾斜率影響地球上不同緯度和不同季節(jié)的氣候差異程度的大小，黃赤交角傾斜率越大，冬季和夏季的差異越

34、大。黃赤交角傾斜率變化對(duì)極區(qū)影響最大，若黃赤交角傾斜率減小，極地地區(qū)變暖，反之， 極地地區(qū)更為寒冷。歲差導(dǎo)致地球近日點(diǎn)時(shí)間的變化，現(xiàn)在地球在 1 月位于近日點(diǎn)， 全球 1 月日射率稍大于 7 月， 從而使北半球冬季稍暖，夏季稍涼， 而南半球冬季更冷，夏季更暖。當(dāng)近日點(diǎn)出現(xiàn)在 7 月時(shí)，情況將相反。米蘭柯維奇認(rèn)為偏心率、黃赤交角傾斜率和歲差的周期變化改變地表的日照量，足以導(dǎo)致冰蓋的大規(guī)模進(jìn)退，是形成第四紀(jì)冰期和間冰期更替的主要原因。米蘭柯維奇理論為第四紀(jì)冰期-間冰期氣候波動(dòng)提供了一個(gè)邏輯一致的解釋，但仍存在不少問題。 首先它不能解釋冰期建立的機(jī)制；其次， 地球軌道參數(shù)變化本身引起的氣候變化比地球

35、上實(shí)際發(fā)生的全球變化的幅度小得多；最后該理論難以解釋為什么主導(dǎo)周期會(huì)發(fā)生變化，也難以解釋地球在第四紀(jì)以前各大間冰期中雖受偏心率、黃赤交角傾斜率和歲差影響，但并未出現(xiàn)冰期-間冰期周期性變化的原因。第四章 史前時(shí)代與工業(yè)革命以來全球環(huán)境的比較17、簡述工業(yè)革命以來全球環(huán)境的變化答：工業(yè)革命之前，主要是人類適應(yīng)環(huán)境的過程；工業(yè)革命以后，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、人口急劇增加，在短短幾百年的時(shí)間里，人類對(duì)環(huán)境的改變已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然作用本身，出現(xiàn)了一系列的環(huán)境問題。（1）大氣環(huán)境。溫室氣體排放增加、大氣污染、平均大氣水汽含量增加、臭氧洞導(dǎo)致人類相關(guān)疾病發(fā)病概率增加，同時(shí)對(duì)農(nóng)作物也有眾多的負(fù)面效應(yīng)。（2）氣候變

36、化。氣候變暖導(dǎo)致海水體積增大，也會(huì)促進(jìn)極地冰體融化。某些區(qū)域因氣候趨于極度干旱水資源短缺。（3）水環(huán)境變化。由于現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展、人口激增和城市化進(jìn)程加快，人類對(duì)水資源的耗費(fèi)急劇增長，同時(shí)排放出大量的污染物進(jìn)入水體，水污染日趨嚴(yán)重。（4）生物多樣性變化。生物多樣性銳減和消亡。（5）土地利用和土地覆蓋變化。全球土地利用包括各種形式的土地耕作、放牧、居住、建筑、自然保護(hù)區(qū)及林木用地。這些利用形式逐漸改變了全球土地覆蓋，繼而改變了當(dāng)?shù)氐?、區(qū)域的甚至全球的環(huán)境，包括大氣層的組成成分、生物多樣性、土壤狀況以及水體和水體沉積狀況。第二篇全球變化研究的主要方法第五章 過去全球變化的重建18、反應(yīng)過去全球變化的

37、記錄有哪些？如何運(yùn)用各類代用指標(biāo)恢復(fù)古環(huán)境？答：1 古生物學(xué)記錄，包括孢粉分析、硅藻分析、有孔蟲指標(biāo)，植物大化石，其中孢粉分析被用來建立第四紀(jì)地層單元和重建區(qū)域植被的變化，其重建古環(huán)境的理論基礎(chǔ)是依據(jù)植被在地理分布上隨氣候差異呈現(xiàn)的地帶性規(guī)律變化，硅藻分析被用于研究湖泊水位變動(dòng)、海平面重建、 水化學(xué)變化以及人類活動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)影響，有孔蟲是第四紀(jì)地層劃分、古海洋學(xué)和古氣候?qū)W重建非常重要而有效的研究對(duì)象之一；2 黃土堆積與古土壤信息載體；3深海沉積物氧同位素記錄；4 冰巖芯記錄； 5 石筍記錄比較成熟的氣候代用指標(biāo)有粒度、磁化率、CaCO3、總有機(jī)碳（ TOC）和全氧化鐵含量等。黃土剖面粒度大

38、小與冬季風(fēng)的強(qiáng)弱直接相關(guān)；季風(fēng)演變的重要指標(biāo)，磁化率高時(shí)氣候濕熱；黃土中的黃土剖面磁化率變化可以作為衡量東亞夏 CaCO3 作為易溶鹽類可以當(dāng)作探索大氣降水或濕潤程度的指標(biāo)；總有機(jī)碳（TOC）可以作為氣候變化的指標(biāo)，有機(jī)碳含量峰值 與古土壤層對(duì)應(yīng)良好，古土壤形成于溫暖濕潤、生物繁茂的時(shí)期。19、黃土 -古土壤記錄如何反映過去的全球變化？答：當(dāng)風(fēng)塵堆積作用大于成土作用時(shí)形成黃土層；反之， 形成古土壤層。黃土沉淀與寒我冷的冰期相對(duì)應(yīng)， 古土壤則對(duì)應(yīng)于相對(duì)溫暖的間冰期。作為一種以風(fēng)塵組分為主的堆積，國境內(nèi)的黃土堆積主要與冬季風(fēng)環(huán)流的搬運(yùn)密切相關(guān)。粒度是用來反映黃土粗細(xì)程度的指 標(biāo)，粒度的大小差別反映

39、了風(fēng)力搬運(yùn)強(qiáng)度的差別。另外黃土 古土壤序列中可提取磁化率指 標(biāo)。磁化率值的變化與氣候變化尤其是降水量的變化有一定的關(guān)系。黃土 古土壤序列中磁化率的變化被作為夏季風(fēng)變化的指標(biāo)，度的差別。黃土層和古土壤層之間磁化率的差別反映了夏季風(fēng)強(qiáng)第六章遙感與地理信息系統(tǒng)在全球變化研究中的應(yīng)用20、簡述遙感在全球變化中的應(yīng)用答：遙感作為對(duì)地觀測(cè)綜合技術(shù)，是獲取地球數(shù)據(jù)及其變化信息的重要技術(shù)手段。運(yùn)用遙感數(shù)據(jù)， 通過遙感圖像解譯、專題提取、空間建模與制圖，能夠幫助科學(xué)家理解和預(yù)測(cè)地球系統(tǒng)的外部變量及其時(shí)空過程，包括大氣環(huán)流過程、地表水文過程、生物地球化學(xué)過程、地球物理過程等?，F(xiàn)代遙感技術(shù)具有周期短、時(shí)空分辨率高、

40、 覆蓋面積大、 獲取數(shù)據(jù)便捷等特點(diǎn)，具備全球觀測(cè)能力，是全球變化研究中重要的、無可替代的技術(shù)手段。21、簡述地理信息系統(tǒng)在全球變化中的應(yīng)用答： GIS是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息管理、空間分析、地理建模、可視化表達(dá)、專題制圖以及決策支持的技術(shù)平臺(tái)，其主要技術(shù)包括電子地圖、空間數(shù)據(jù)庫、空間分析模型、DEM 等內(nèi)容。在全球變化研究中， 依托各種尺度的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)可以發(fā)揮三個(gè)方面的作用：一是自然模擬； 二是人地關(guān)系研究；三是預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)， 以推動(dòng)全球變化研究和地球信息科學(xué)的發(fā)展。第七章全球變化的綜合研究方法22、什么是影響評(píng)估？脆弱性評(píng)估？全球環(huán)境變化的脆弱性？答：影響評(píng)估是選擇一個(gè)特別關(guān)注的環(huán)境脅迫

41、因子（如氣候變化），并試圖辨識(shí)其對(duì)各種社會(huì)或生態(tài)系統(tǒng)屬性的最重要的影響。脆弱性評(píng)估則會(huì)選擇一個(gè)特別關(guān)注的群體或單元（如沒有土地的農(nóng)民、北方森林生態(tài)系統(tǒng)、海岸群落等） ，并試圖確定該單元在面對(duì)各種脅迫時(shí)出現(xiàn)特定不利結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)辨識(shí)出那些可能會(huì)降低對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的響應(yīng)能力和適應(yīng)性的各種因子。全球環(huán)境變化的脆弱性可以表述為受體或暴露單元（人群、 生態(tài)系統(tǒng)和群落）在面對(duì)氣候、其他環(huán)境變量和社會(huì)環(huán)境的有關(guān)變化時(shí)產(chǎn)生不利結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。脆弱性正日益表現(xiàn)為一個(gè)多維概念 至少包括暴露性、敏感性和可恢復(fù)性。暴露性指人群或生態(tài)系統(tǒng)同特定脅迫的接觸程度； 敏感性指暴露單元受暴露脅迫的影響程度；合作用損害時(shí)的抵抗力和恢復(fù)力。

42、可恢復(fù)性指暴露單元在受多重脅迫聯(lián)第三篇以自然為主的環(huán)境演變 第八章自然環(huán)境突變事件 23、什么是 D-O 旋回？答：末次冰期期間包含多次短期變暖的間冰期氣候條件時(shí)期，在約 120ka 以來形成一系列高頻率的氣候波動(dòng)。這一系列的快速氣候波動(dòng)即 D-O 旋回。24、什么是 Heinrich 事件？ %重要！ 答：地質(zhì)學(xué)家哈特穆特亨里奇發(fā)現(xiàn)北大西洋末次冰期的沉積物中，普遍存在 6 次大的冰漂碎屑含量高， 而有孔蟲含量較低的層位，相應(yīng)的這些層位形成時(shí)海洋表面溫度和鹽度下降、勞倫泰冰蓋東部邊界產(chǎn)生大量冰山流，反映了 6 次較大的冰山崩塌融化過程，因此這 6次事件被命名為 Heinrich 事件。25、什

43、么是新仙女木事件（Younger Dryas,YD）？答：13kaB.P.前后出現(xiàn)了升溫幅度高達(dá) 4的以上的突然增暖，此后約 2ka 有持續(xù)的冷暖振蕩，至約 11kaB.P.后的數(shù)百年內(nèi)溫度突然下降 6，氣候環(huán)境再次回到了冰期狀態(tài)。此次強(qiáng)變冷事件被稱為新仙女木事件。第九章全球冰雪圈變化26、為什么說冰凍圈變動(dòng)是全球變化的結(jié)果又是全球變化的驅(qū)動(dòng)力？答：冰凍圈是全球變化的驅(qū)動(dòng)力表現(xiàn)在：（1）冰雪覆蓋與氣溫。冰雪覆蓋是大氣的冷源，它不僅使冰雪覆蓋地區(qū)的氣溫降低，而且通過大氣環(huán)流的作用，可使遠(yuǎn)方的氣溫下降。其制冷機(jī)制如下：1冰雪表面對(duì)太陽輻射的反射率較大， 導(dǎo)致地表損失大量的短波輻射；2地面對(duì)長波輻射

44、多為灰體，而雪蓋則幾乎與黑體相似， 其長波輻射能力很強(qiáng)，這就使得雪蓋表面由于反射率加大而產(chǎn)生的凈輻射虧損進(jìn)一步加大， 增強(qiáng)反射率造成的正反饋?zhàn)饔?，使雪面更冷?3冰雪對(duì)太陽輻射的透射率和導(dǎo)熱率都很小，使得冰雪表面與大氣間的能量交換能力很微弱。當(dāng)冰雪厚度達(dá)到 50cm 時(shí)，地表與大氣之間的熱量交換基本上被切斷。（2）冰雪覆蓋使氣溫降低，在冰雪未完全融化之前，附近下墊面的氣溫都不可能顯著高于冰點(diǎn)溫度。因此冰雪在一定程度上起了使寒冷氣候在春夏繼續(xù)維持穩(wěn)定的作用。作為冷源，它又影響大氣環(huán)流和降水。（3）冰雪覆蓋面積和厚度的變化還影響海平面的高低。在寒冷時(shí)期，降雪多而融化少，這樣大陸就把水分以冰雪的形式

45、留在大陸上，不能通過河川徑流等水分外循環(huán)形式如數(shù)還給海洋，導(dǎo)致海洋支出的水分多，收入的水分少，海水就會(huì)變少，海平面就會(huì)下降。相反，在溫暖時(shí)期， 大陸上的積雪就會(huì)融化，這時(shí)海洋收入的水分多于支出的水分，引起海水增多和海平面上升。27、冰川冰中的氣泡有何意義？為什么？答：冰川冰中的氣泡中的微塵以及氣泡中封存的古代的“ 大氣化石”是研究古環(huán)境的非常寶貴的資料。 例如，深埋在南極和格陵蘭冰層里的古老氣泡的化學(xué)分析告訴我們，過去幾十萬以來地球大氣中 CO2、CH4等溫室氣體的含量是不斷在變化的。第十章全球海面變化28、什么是平均海面？大地水準(zhǔn)面？相對(duì)海面變化？絕對(duì)海面變化？答：平均海面是某一統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)特

46、定區(qū)域海面的平均位置，它是一個(gè)假想的平面，是大地測(cè)量的基準(zhǔn)面。平均海面是度量海面變化的基礎(chǔ)。海平面實(shí)際上是相當(dāng)復(fù)雜的一個(gè)面，外形也是高低不平的，全球海面的最大高差可達(dá)200m。這個(gè)受地球重力場(chǎng)控制的三維起伏表面被稱作“ 大地水準(zhǔn)面”，它的外觀形態(tài)非常接近于一個(gè)“ 旋轉(zhuǎn)橢球面”。大地水準(zhǔn)面是地球重力場(chǎng)的等位面，因此海面的“ 地形起伏” 本質(zhì)上是受重力控制的。海面變化指的是海面的垂直升降。度量這一升降量有兩種坐標(biāo)系，一種是大地高程坐標(biāo)系，是以設(shè)立在陸地上的標(biāo)尺（驗(yàn)潮站的標(biāo)尺）來測(cè)量海洋水位的升降，所測(cè)得的是海洋相對(duì)于地面的升降變化，稱之為相對(duì)海面變化。另一種是地心坐標(biāo)系，在地心坐標(biāo)系中可以度量海面

47、與地心之間距離的變化，這種變化稱之為絕對(duì)海面變化。29、簡述海面變化的基本機(jī)制答：絕對(duì)海面變化的基本機(jī)制可分為三大類型海水體積變化、 洋盆容積變化和大地水準(zhǔn)面變化。 其中海水體積變化包括海洋水量的變化和水量不變的情況下海水溫度變化引起的熱膨脹等而引起的水位變化。前兩種機(jī)制引起的海面變化是全球一致的，而大地水準(zhǔn)面變化機(jī)制 （如地球自轉(zhuǎn)速度變化等）所引起的海面變化則屬于全球不一致的海面變化。在對(duì)未來全球變暖可能造成的海面上升幅度的預(yù)測(cè)研究中，全球冰雪消融是首先要考慮的機(jī)制，而海洋表層海水的熱膨脹則是排在第二位的重要因素。對(duì)相對(duì)海面變化機(jī)制的考慮需要在絕對(duì)海面變化機(jī)制基礎(chǔ)上，面升降運(yùn)動(dòng)機(jī)制。 其中除

48、了較長時(shí)間尺度的地殼運(yùn)動(dòng)機(jī)制以外，再加上海岸地帶的各種地 還包括多種涉及基巖以上松散 沉 積 層 變 化 和 多 種 人 類 活 動(dòng) 等 較 短 時(shí) 間 尺 度 的 原 因 機(jī) 制 。30、海平面變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)的意義和依據(jù)答：可以肯定在 10 410 2a 量級(jí)甚至 10a 量級(jí)的時(shí)間尺度上，海面變化與氣候變化都是高度相關(guān)的。全球平均氣溫上升則全球海面隨之上升，氣溫降低則海面隨之降低。因此，未來全世界海面上升使人口和經(jīng)濟(jì)高度密集的世界沿海地區(qū)遭受嚴(yán)重影響將是人類在 21 世紀(jì)可能遭遇的重大挑戰(zhàn)之一?；谶@種認(rèn)識(shí)， 在關(guān)心溫室效應(yīng)和氣候變暖問題的同時(shí)，未來海平面上升趨勢(shì)的預(yù)測(cè)具有重要意義。依據(jù)：冰

49、雪消融和海洋熱膨脹是導(dǎo)致近百年和未來海面上升的兩個(gè)基本因素。大地水準(zhǔn)面變化因素會(huì)影響洋面的形狀，因而在地區(qū)性的相對(duì)海面變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)中有重要意義。在進(jìn)行地區(qū)性相對(duì)海面變化預(yù)測(cè)時(shí)還必須充分考慮多種機(jī)制引起的地區(qū)性地面升降因素。31、未來海面上升有哪些影響？答：（1）海岸濕地與低地的淹沒。海岸濕地分布在高潮位與平均海平面之間，當(dāng)海面上升速率大于濕地堆積速率時(shí)，將導(dǎo)致濕地的損失。（2）海岸侵蝕加劇。 海面上升不僅直接導(dǎo)致土地淹沒，還可以通過侵蝕作用引起陸地?fù)p失。（3）風(fēng)暴潮災(zāi)加劇。風(fēng)暴潮是海岸帶的主要災(zāi)害。風(fēng)暴潮增水使潮位抬高，波浪能量增強(qiáng)，破壞海堤造成重大損失。（4）洪澇災(zāi)害加劇。海面上升使感潮河道

50、的高低潮位相應(yīng)抬高，潮流頂托作用加強(qiáng)，致使 低洼地向外排水的能力下降，加劇洪澇災(zāi)害。（5）鹽水入侵。海面上升可增大河口鹽水向上游入侵的距離，同樣也會(huì)使地下水的咸淡水 界面向陸地方向移動(dòng)。研究未來海面上升影響的根本目的是準(zhǔn)備預(yù)先采取措施，損失。32、方案預(yù)測(cè)的概念有何科學(xué)意義和實(shí)際意義？減少海面上升可能造成的經(jīng)濟(jì)答：海面預(yù)測(cè)研究存在很大的不確定性，但是在存在很大的不確定性的情況下進(jìn)行預(yù)測(cè)，顯然不能用常規(guī)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的思路。21 世紀(jì)氣候 -海面變化預(yù)測(cè)所采用的是一種“ 方案預(yù)測(cè)”的概念。方案預(yù)測(cè)又可稱為“ 情景預(yù)演”，它需要對(duì)一系列難以精估其變化趨勢(shì)的不確定性因素制定若干種假定方案，以便大致框定它們

51、的可能變化范圍，然后再采用建立在“ 有限確定性” 基礎(chǔ)之上的各種預(yù)測(cè)模型，具體描繪出每一種假定方案下未來變化的可能情景。33、為什么說海面上升是一種現(xiàn)實(shí)災(zāi)害？答：海面上升災(zāi)害是海面與陸地地面和陸地水位相對(duì)位置的災(zāi)害性變化。海面與陸地地面和水位之間的正常關(guān)系應(yīng)該是海面低于地面和陸地地表水位。海面與陸地地面相對(duì)位置的災(zāi)害性變化可引起海岸線向陸地推進(jìn)，使海濱地帶喪失大片土地。海面與陸地水位相對(duì)位置的災(zāi)害性變化可引起地表水或地下水咸水 水資源。/ 淡水界面向陸地推進(jìn)，使沿海地區(qū)喪失寶貴的淡第十一章 ENSO與溫鹽環(huán)流34、什么是沿岸涌升？答：地球自轉(zhuǎn)以及由陸地吹向海洋的盛行風(fēng)，吹動(dòng)沿岸的海水遠(yuǎn)離陸地，

52、向著開闊的海洋移動(dòng)，結(jié)果使大量深層冷的海水上升補(bǔ)充到表層，該過程被稱為“ 沿岸涌升”。沿岸附近深層海流的涌升現(xiàn)象，通常發(fā)生在南北半球大陸的西岸（唯一的例外是，非洲東北索馬里海岸也存在海水涌升現(xiàn)象） 。沿岸涌升從深層帶上來的冷水，不利于其上空的大氣產(chǎn)生降水，所以沿岸涌升區(qū)域附近的海岸地帶一般多沙漠。海洋中存在涌升現(xiàn)象的地方，也是生物資源最為豐富的地區(qū)。35、厄爾尼諾現(xiàn)象和厄爾尼諾事件？答：厄爾尼諾現(xiàn)象是指在厄瓜多爾和秘魯以西水平尺度為幾千公里的赤道東太平洋海水溫度異常增暖的特殊現(xiàn)象。厄爾尼諾事件是指為了區(qū)別正常年份的厄爾尼諾現(xiàn)象，科學(xué)家們把每隔若干年（沒有固定周期）厄爾尼諾現(xiàn)象急劇發(fā)展，海表水體

53、增暖現(xiàn)象遍及整個(gè)中、東太平洋海域，從西經(jīng)160 到南美沿岸地區(qū)赤道南、北緯4 之間表面水溫正距平至少持續(xù)三個(gè)季以上，且至少有一個(gè)季以上距平值超過0.5，同時(shí)南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）在此期間必須保持為負(fù)值，且小于-1.0，并往往釀成全球?yàn)?zāi)難性氣候變化的現(xiàn)象，叫做厄爾尼諾事件。36、簡述南方濤動(dòng)現(xiàn)象與南方濤動(dòng)指數(shù)的關(guān)系答：沃克發(fā)現(xiàn)東南太平洋（塔希提島以東）和印度洋（澳大利亞的達(dá)爾文站以西）氣壓之間有一種蹺蹺板式的關(guān)系：另一個(gè)地區(qū)氣壓就偏低。沃克將這種蹺蹺板式的氣壓型定義為南方濤動(dòng) 34 年的周期交替出現(xiàn)的東、西赤道海洋海面氣壓互為高低現(xiàn)象，溫度的變化有密切的聯(lián)系。赤道海洋海面氣壓這種互為高低現(xiàn)象與赤

54、道東太平洋的海表以塔希提島站和達(dá)爾文站的海面氣壓差值作為南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI），以此來定量表示SO 的強(qiáng)弱。當(dāng) SOI 取負(fù)值并達(dá)到極低值時(shí)，表示東太平洋氣壓低于印度洋氣壓，赤道太平洋東部海水表層溫度正距平異常明顯，這就是平常所說的厄爾尼諾現(xiàn)象；與此相反，SOI為正數(shù)時(shí)表示東太平洋氣壓高于印度洋，此海域表面溫度出現(xiàn)較強(qiáng)負(fù)距平，發(fā)生反厄爾尼諾現(xiàn)象，即拉尼娜。SOI充分體現(xiàn)了厄爾尼諾和南方濤動(dòng)的基本特征。這樣厄爾尼諾對(duì)應(yīng) SOI負(fù)位相；反之，拉尼娜對(duì)應(yīng) SOI正位相。37、結(jié)合圖示簡述厄爾尼諾的發(fā)生過程答：根據(jù)海表溫度異常升高的起始時(shí)間和位置，存在不同類型的厄爾尼諾事件，這些厄爾尼諾事件的發(fā)展歷程

55、大致相同，都要經(jīng)過從開始到消亡這一生命周期。澳大利亞氣象學(xué)家內(nèi)維爾 .尼科爾斯將厄爾尼諾的發(fā)展過程分為 階段、消亡階段。1. 醞釀階段4 個(gè)階段：醞釀階段、發(fā)生階段、發(fā)展與成熟假定醞釀階段從冷位相高峰剛剛減弱時(shí)開始。強(qiáng)勁的東風(fēng) （信風(fēng)） 開始減弱， 此刻西太平洋海面正處于最高位置，南美西岸的海面則最低。隨著海表風(fēng)場(chǎng)的減弱，東太平洋南美沿岸及赤道附近的海水涌升也隨之減弱，赤道中、東太平洋的海表水溫開始回升。此時(shí)正是由冷事件向未知強(qiáng)度的暖事件轉(zhuǎn)換的過渡階段。2開始階段在每年 12 月份左右（秘魯剛進(jìn)入夏季），秘魯及厄瓜多爾沿岸都要出現(xiàn)季節(jié)性的風(fēng)力減弱。這個(gè)時(shí)候沿岸的冷水涌升也要減弱，海表水溫回升，

56、這種變化持續(xù)到 3 月份左右。3.發(fā)展與成熟階段隨著時(shí)間的推移， 赤道中、 東太平洋的海表溫度越來越高，涌升過程停止把富含營養(yǎng)物質(zhì)的冷水帶到海表的透光層。南太平洋靠近塔希提島的海面氣壓下降，而澳大利亞達(dá)爾文港市的氣壓則升高。伴隨東風(fēng)的減弱及西風(fēng)的加強(qiáng)，西太平洋暖水區(qū)域逐漸向中、東太平洋擴(kuò)展，使得這些海域的海表溫度升高14甚至更高。 西太平洋海平面下降幾十厘米，而赤道東太平洋海平面則升高幾十厘米。4.消亡階段當(dāng)赤道中、 東太平洋的海表溫度達(dá)到最高時(shí)，消亡階段就開始了。隨著跨海盆的風(fēng)向、風(fēng)速的變化， 海表溫度相應(yīng)改變。溫躍層開始向著相反方向移動(dòng)，在西太平洋暖池也開始變深。東風(fēng)再一次開始加強(qiáng)，而西風(fēng)

57、則減弱。沿岸和近赤道的海水涌升開始加強(qiáng)，把更多的深層水帶到海表。該循環(huán)（即振蕩）再一次向著冷相位發(fā)展。38、繪出溫鹽環(huán)流示意圖，并論述其形成機(jī)制及其對(duì)全球氣候變化的影響答：對(duì)全球氣候系統(tǒng)而言，熱帶存在輻射盈余，極地則存在輻射虧損，為保持整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡， 在低緯與高緯之間存在著強(qiáng)大的經(jīng)向能量輸送，而在此方面經(jīng)向環(huán)流發(fā)揮著極為重要的作用；在大氣中它表現(xiàn)為著名的哈德來（Hadley）環(huán)流、費(fèi)雷爾（Ferrel）環(huán)流和極地環(huán)流；在海洋中則主要表現(xiàn)為大西洋溫鹽環(huán)流（Atlantic thermohaline circulation, THC ）。溫鹽環(huán)流是由熱量和淡水注入在海洋表層及大洋內(nèi)部形成的、

58、含一定熱量和鹽度的混合海流。 該術(shù)語后用于表示一種驅(qū)動(dòng)機(jī)制。THC的重要特點(diǎn)就是形成大洋深層水、深層水流擴(kuò)散、上涌并形成近表層水流，從而在大洋中形成的一種大規(guī)模深層水的翻涌循環(huán)過程。在南大洋威德爾海 （Weddell Sea）、格陵蘭 -挪威海和拉布拉多海分別存在一個(gè)海氣熱量交換引起表層水變冷下沉、深層水形成的區(qū)域。THC導(dǎo)致大規(guī)模的熱量傳輸，對(duì)全球氣候以及冰期氣候突變的非線性、潛在調(diào)控有重要作用。溫鹽環(huán)流的驅(qū)動(dòng)力：表層水密度在寒冷地區(qū)會(huì)達(dá)到最大并下沉，而在中低緯度地區(qū)，表層（或近表層） 海水由太陽輻射加熱，海水湍流混合導(dǎo)致熱量向深海傳輸，熱量向下傳導(dǎo)使深層水?dāng)U展、 上涌， 而在熱量向下傳輸過

59、程中需要能量來克服摩擦損耗，從而增加了大洋不同深度的水體中的潛在能量。這也正是溫鹽環(huán)流的能量來源：在能量層面上， 正是大洋內(nèi)部海水的湍流混合驅(qū)動(dòng)了溫鹽環(huán)流。過程。引起湍流混合的熱量供應(yīng)同時(shí)來自于潮汐和風(fēng)力兩種作用在北半球，溫鹽環(huán)流把低緯的熱量輸送到高緯，在 50 N 附近（那里的海洋西邊界流最強(qiáng)）通過強(qiáng)烈的海氣熱交換，把大量的熱量輸送給大氣，再由大氣把能量向更高緯度輸送。海洋經(jīng)向熱輸送強(qiáng)度的變化，將對(duì)全球氣候產(chǎn)生重要影響。與北太平洋海域相比，在北大西洋海域受溫暖的表層洋流影響，海冰北緣位置更靠北，這將進(jìn)一步降低對(duì)陽光的反射率，并使海水升溫。若 THC 停止，北半球?qū)⒔禍?，而南半球則會(huì)升溫，因?yàn)?/p>

60、在大洋中的跨赤道熱量輸送中止了。環(huán)流的變化也將導(dǎo)致海面的變化。一旦NADW（北大西洋深層水）停止，北大西洋海域的海面將迅速上升 1m，隨后深層海水溫度的變化將會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致緩慢的、全球性的海面變化。 另外， NADW 的顯著減弱甚至停止都將對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、海面和地表氣候產(chǎn)生重要影響，包括熱帶輻合帶（ITCZ）和熱帶雨林帶的轉(zhuǎn)變。全球變暖對(duì) THC的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面： 大洋表層升溫和表層海水稀釋，兩者都可降低高緯度表層海水密度，抑制深層水的形成。39、什么是北大西洋濤動(dòng)（NAO）？答：北大西洋濤動(dòng)實(shí)際上是北半球大氣質(zhì)量在經(jīng)圈方向上的“ 翹翹板型” 調(diào)整，其活動(dòng)中心分別位于冰島和副熱帶北大西洋