地球表層環(huán)境預(yù)測

1、地球表層環(huán)境預(yù)測第1頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二地球表層環(huán)境預(yù)測第一節(jié) 地表環(huán)境預(yù)測的原則第二節(jié) 巖石圈的變化趨勢第三節(jié) 大氣圈的變化趨勢第四節(jié) 水圈的變化趨勢第五節(jié) 生物圈的變化趨勢第六節(jié) 地球表層環(huán)境的變化趨勢第2頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二第一節(jié) 地球表層環(huán)境預(yù)測的原則時空尺度原則 要注意環(huán)境預(yù)測的時間和空間尺度。人地相互作用原則 應(yīng)綜合考慮自然變化與人類活動的互饋作用。關(guān)聯(lián)性原則 地球表層環(huán)境是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)間相互 作用、相互關(guān)聯(lián)，子系統(tǒng)的變化會導(dǎo)致系統(tǒng)的變化。非線性原則 在環(huán)境預(yù)測時，首先要分析環(huán)境處于什么狀態(tài)，是否

2、 可以預(yù)測，預(yù)測的時限如何，是否在預(yù)測的時段內(nèi)存 在突變點，從而確定預(yù)測的數(shù)學(xué)模型。 第3頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 研究表明，板塊在運動、大陸在漂移。過去是這樣，現(xiàn)在是這樣，將來還會是這樣。由于板塊的運動、大陸的漂移，世界的海陸分布輪廓將會發(fā)生巨大的變化。第二節(jié) 巖石圈的變化趨勢第4頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二一、板塊運動方向和速度 地球表面巖石圈可以劃分為許多個板塊，其中歐亞、太平洋、南美洲、北美洲、非洲、澳大利亞和南極洲板塊為七個一級板塊，而納茲卡、印度、阿拉伯、菲律賓、可可斯和加勒比是次一級的小板塊。測量與計算表明，這些板塊在以

3、112 cm的速度做相對運動 。第5頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二世界大陸的位置將向西偏移東非大裂谷的擴大印度板塊的向北移動歐亞與北美洲板塊相向運動澳大利亞板塊向東北方向漂移將使澳大利亞的緯度降低，南半球的陸地面積進一步減小將導(dǎo)致太平洋的逐步縮小，大西洋的不斷擴大海洋與大陸的經(jīng)度將會發(fā)生變化由于受到歐亞板塊的阻擋，將導(dǎo)致青藏高原與喜馬拉雅山脈的進一步隆升，中國西部地區(qū)的向北遷移。板塊運動使紅海擴張為大洋，非洲與亞洲分離二、巖石圈的變化趨勢第6頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二5000萬年以后的海陸分布(Christensen,1991）第7頁，共

4、30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二第三節(jié) 大氣圈的變化趨勢一、大氣圈成分的變化趨勢 CO2、N2O、甲烷（CH4）、鹵化碳（包括CCl3F和CCl2F2）增加較快，SO2含量也有所增加，粉塵含量變化。二、大氣圈結(jié)構(gòu)的變化及其趨勢三、氣候變化的趨勢 臭氧層的變化 臭氧層的減薄，臭氧洞的形成與擴大, 對流層厚度的變化。 從十萬至萬年時間尺度看，從自然變化趨勢說，現(xiàn)代間冰期即將結(jié)束，新的冰期即將來臨，氣候?qū)蚝浞较虬l(fā)展。但如果人類對自身活動引起的溫室效應(yīng)不加以控制，溫室效應(yīng)的影響有可能在一定時間內(nèi)超出自然變冷的幅度，出現(xiàn)一個超間冰期。 從百年時間尺度看，從自然變化趨勢來說，21世

5、紀不會出現(xiàn)平均狀況比19001950年之間更溫暖的氣候階段。但是，由于人類活動對氣候變化的影響，溫室效應(yīng)在短期內(nèi)無法根本抑制。因此綜合考慮自然與人為影響，21世紀將是一個平均狀況比19世紀溫暖，與20世紀相當(dāng)或略為溫暖的世紀。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二臭氧層形成與破壞過程大氣圈結(jié)構(gòu)的變化及其趨勢第9頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 從千萬年或者更長的時間尺度看，由于板塊的運動和大陸的漂移，海陸的格局將會發(fā)生巨大的變化，因此將會導(dǎo)致大氣環(huán)流格局的巨大變化。太平洋縮小或消失，將大大削弱東亞的季風(fēng)環(huán)流或使東亞季風(fēng)環(huán)流消失。那時的青藏高原和喜馬

6、拉雅山會進一步隆升，對氣候的作用與影響將與現(xiàn)在完全不同 (假如青藏高原北移到中緯地帶，亞洲季風(fēng)環(huán)流將會發(fā)生重大調(diào)整)。氣候變化趨勢第10頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 從百年時間尺度看，氣候變化具有明顯的150200年的雙世紀周期，最近一次暖峰出現(xiàn)在公元19001950，下一個暖峰將出現(xiàn)在2050年以后。因此20002050年應(yīng)該是一個相對寒冷或溫涼的時期。也就是說，從1950年以后出現(xiàn)的氣候相對溫涼的時期，將持續(xù)到2050年前后。盡管中間可能會出現(xiàn)一些較短時間尺度的氣候波動，但從自然變化趨勢來說，不會出現(xiàn)平均狀況比19001950年更溫暖的氣候階段。第11頁，共30

7、頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二人類活動對氣候變化的影響溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)對全球氣候變暖的影響（IPCC第四次報告）第12頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 有的模擬結(jié)果表明，當(dāng)大氣CO2濃度加倍時，地球表面的平均溫度將會升高1.54.5 （平均3.0 ）。其中極地高緯度地區(qū)溫度升高幅度比較大， 可以達到8 以上，最高可達 16 。 CO2翻倍時地面氣溫的升高值(Murck等)第13頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二20902099 年降水的可能變化（IPCC）（a）12翌年2月；(b) 68月第14頁，共30頁，2022年，5月20日，

8、11點5分，星期二第四節(jié) 水圈的變化趨勢一、海面的變化 二、水循環(huán)與水量平衡的變化板塊運動太平洋縮小、大西洋的擴張水循環(huán)的格局改變區(qū)域水平衡變 化；青藏高原的進一步隆升亞洲中部的干旱化；氣候變暖世界水量平衡發(fā)生重大變化。全球增溫冰川融化海面上升；區(qū)域或局部的地殼下降海面相對上升；地面沉降海面上升；海水升溫海水膨脹海面上升。三、水圈組成與結(jié)構(gòu)的變化 氣態(tài)水、液態(tài)水比例增大，而固態(tài)水比例減小；海面的升高將導(dǎo)致地球表面水體分布的重心向較低緯度偏移；河流、湖泊、沼澤的分布的區(qū)域不均勻性將會進一步增強。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二海面的變化 研究表明，現(xiàn)在世界海面并不是

9、一個平面，而是一個高低起伏的曲面，這個面是一個重力等勢面，隨著重力場的變化而變化。最高的隆起在新幾內(nèi)亞，高出平均海平面76 m，而最大的凹陷在馬爾代夫，低于平均海平面104 m，兩者相差180 m，超過了冰期-間冰期海平面變化的平均幅度。由于地球表面的重力場，是由地球內(nèi)部的物質(zhì)組成決定的。巖石圈相對于地核、地幔的西向漂移，將導(dǎo)致各地重力場的變化，從而導(dǎo)致海面的變化。第四節(jié) 水圈的變化趨勢第16頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二海平面變化趨勢(Warrick) 從百年時間尺度的變化來看，隨著未來氣候的變暖，海平面將會呈現(xiàn)上升趨勢。對于海平面上升幅度的估計，存在很大的差異。根

10、據(jù)上述對氣候變化趨勢的預(yù)測，結(jié)合各種預(yù)測結(jié)果，我們認為到2030年前后，世界平均海平面將會升高15 cm左右，到2100年前后世界平均海平面將會升高4050 cm。但由于地面沉降等原因，在某些大河三角洲和沿海平原地區(qū)海平面相對上升的幅度有可能遠遠大于這個數(shù)值。第17頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二海平面上升的影響第18頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二一、生物圈組成的變化人口增長與動物滅絕（陶世龍等） 由于生物對環(huán)境變化的適應(yīng)需要一定的時間，因此由于環(huán)境的變化，將導(dǎo)致一些生物種類的滅絕。由于氣候的變暖，尤其是中、高緯度地區(qū)的變暖，一些喜歡寒冷的生物

11、由于難以忍受高溫將會減少或消失。一些干旱區(qū)，由于水的進一步減少，一些生物種類也將減少或消失。盡管環(huán)境的變化會導(dǎo)致一些新的生物種類的誕生，但從短期看滅絕的生物種類將會多于新生的生物種類。另外，再加上人類活動的影響，生物的多樣性將會遭到一定程度的破壞。也就是說，未來的生物圈的組成將不如現(xiàn)在的生物圈的組成那么豐富多彩。第五節(jié) 生物圈的變化趨勢第19頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 自然界生物的種類在減少，而人口的增長卻從來沒有停止。根據(jù)預(yù)測，不到2050年世界人口就會超過100億，如果不采取有效措施，再過44年，人口還將翻一翻。因此未來生物圈中人的比重將會進一步變大。（據(jù)Ma

12、ckenzie,1998）第20頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二二、生物圈結(jié)構(gòu)的變化 從長時間尺度說，海陸分布的變化、地面起伏的調(diào)整，將會導(dǎo)致植被帶、生物區(qū)的重大變化和調(diào)整，因而使生物圈的結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化。例如，太平洋的消失將會使現(xiàn)在的東亞地區(qū)森林消失，而變?yōu)椴菰c荒漠；澳大利亞的向北移動將使其原來的荒漠變?yōu)樯?；紅海裂谷的擴大將使得紅海兩岸的一些草原、荒漠變?yōu)樯?。冰?間冰期歐洲植被的變化（南北向剖面圖）（高迪）第21頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二 從短時間尺度說，全球氣候的變化，也將導(dǎo)致生物圈結(jié)構(gòu)的變化：（1）大氣中的微生物含量增加。（

13、2）地球表面生物水平分布的不均勻性進一步增大。（3）生物分布向中高緯度地區(qū)擴展。（4）由于海平面上升導(dǎo)致的海侵，將使海洋生態(tài)系統(tǒng)的空間范圍擴大，而陸地生態(tài)系統(tǒng)的空間范圍縮小。（5）海面上升和海水溫度變化將導(dǎo)致洋流的某些變化和調(diào)整，可能引起涌升流發(fā)生區(qū)和魚類聚集地的變化，從而使一些漁場消失，而另一些漁場則可能擴大或誕生。生物圈的變化第22頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二生物分布向中高緯度的擴展（Mackenzie,1998 ）大氣二氧化碳加倍時現(xiàn)在的植被第23頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二三、生物生產(chǎn)率的變化 由于未來氣候的變暖，所有物種將變得易

14、于患病和遭受害蟲襲擊，一些物種由于一時難以適應(yīng)變化的環(huán)境，生產(chǎn)率將會降低。 由于大氣CO2濃度的升高，植物的光合作用將會增強，從而使得植物的生產(chǎn)率將會有一定幅度的提高，這叫做CO2的施肥效應(yīng)。 英國牛津大學(xué)環(huán)境變化小組的研究結(jié)果表明，溫室效應(yīng)的凈效應(yīng)是使全球谷物的產(chǎn)量降低5%，并且使發(fā)展中國家與發(fā)達國家之間谷物生產(chǎn)的差異增大：發(fā)達國家谷物的產(chǎn)量將增加5%，而發(fā)展中國家的谷物產(chǎn)量將下降10%。這樣一來，將會使受饑餓威脅的人口有所增加。 第24頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二生物圈結(jié)構(gòu)的變化 大氣中的微生物含量增加（大氣濕度增大）；地球表面生物水平分布的不均勻性進一步增大（

15、降水的區(qū)域差異變大）；生物分布向中高緯度地區(qū)擴展（氣候變暖）；海洋生態(tài)系統(tǒng)空間范圍擴大，而陸地生態(tài)系統(tǒng)空間范圍縮小（海面上升）；一些漁場消失，而另一些漁場則可能擴大或誕生（洋流的改變）。生物生產(chǎn)率的變化 一些種類由于氣候的變暖，病蟲害加重，生產(chǎn)率降低；一些種類，尤其是 小麥、水稻、大豆等植物，將會由于大氣CO2濃度升高，植物的光合作用增強，植物的生產(chǎn)率將會提高。生物圈組成的變化 生物種類的減少；人的比重將會進一步變大。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二第六節(jié) 地球表層環(huán)境的變化趨勢 一、自然的成分越來越少，人工的成分越來越多 人口的增長在短期內(nèi)不會有大的改變。隨著人口的增加和科技的發(fā)展，人類對地球表層環(huán)境的影響將會進一步增大。人工環(huán)境或經(jīng)過人工改造的環(huán)境的比重將會越來越大，而純粹的自然環(huán)境將會越來越少。第26頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二二、能量流的改變 現(xiàn)在人類利用的主要能源是化石燃料（煤、石油、天然氣），然而，化石燃料的利用帶來了許多環(huán)境問題，人類正積極地想方設(shè)法用其他的能源來替代化石燃料。 因此，今后一定時期內(nèi)能量流將會發(fā)生改變。從天上到地上，從地下到地表，從山區(qū)到平原，從海洋到陸地，從農(nóng)村到城市。第27頁，共30頁，2022年，5月20日，11點5分，星期二第28