第三章全球變化研究的理論與方法

第三章全球變化研究的理論與方法弄清全球變化研究的一般理論及其在理論方面的借鑒；掌握全球變化研究的采用方法及其在主要研究中應(yīng)用情況；熟悉全球變化研究的最新研究方法及其在研究方法上的創(chuàng)新弄清遙感(RS)在的基本原理；熟悉RS在痕量氣體監(jiān)測(cè)、LUCC等研究中的應(yīng)用情況及其所取得研究結(jié)果；了解數(shù)值模擬方法的要求及其基本原理；掌握數(shù)值模擬在氣候模擬、碳循環(huán)模擬與氣候變化評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用與模型。教學(xué)目的第一節(jié)全球變化的一般理論基礎(chǔ)一、系統(tǒng)耦合原理陸地系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)、大氣系統(tǒng)二、自組織與生物放大作用全球生命系統(tǒng)是一個(gè)自組織系統(tǒng)，是一個(gè)能夠自我適應(yīng)和自我調(diào)節(jié)的體系許多重金屬元素、人工合成的化學(xué)物質(zhì)通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈富集，且具有全球性自組織理論是20世紀(jì)60年代末期開(kāi)始建立并發(fā)展起來(lái)的一種系統(tǒng)理論。它的研究對(duì)象主要是復(fù)雜自組織系統(tǒng)（生命系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)）的形成和發(fā)展機(jī)制問(wèn)題，即在一定條件下，系統(tǒng)是如何自動(dòng)地由無(wú)序走向有序，由低級(jí)有序走向高級(jí)有序的。它主要有三個(gè)部分組成：耗散結(jié)構(gòu)理論（DissipativeStructure）、協(xié)同學(xué)（Synergertios）、突變論（CalastropheTheory）。1、耗散結(jié)構(gòu)理論：主要研究系統(tǒng)與環(huán)境之間的物質(zhì)與能量交換關(guān)系及其對(duì)自組織系統(tǒng)的影響等問(wèn)題。建立在與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量交換關(guān)系基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)即為耗散結(jié)構(gòu)，如城市、生命等。遠(yuǎn)離平衡態(tài)、系統(tǒng)的開(kāi)放性、系統(tǒng)內(nèi)不同要素間存在非線性機(jī)制是耗散結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的三個(gè)條件。遠(yuǎn)離平衡態(tài)，指系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)區(qū)域的物質(zhì)和能量分布是極不平衡的，差距很大。2、協(xié)同學(xué)主要研究系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的協(xié)同機(jī)制，認(rèn)為系統(tǒng)各要素之間的協(xié)同是自組織過(guò)程的基礎(chǔ)，系統(tǒng)內(nèi)各序參量之間的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)同作用使系統(tǒng)產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)的直接根源。漲落是由于系統(tǒng)要素的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)或在局部產(chǎn)生的各種協(xié)同運(yùn)動(dòng)以及環(huán)境因素的隨機(jī)干擾，系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)值總會(huì)偏離平均值，這種偏離波動(dòng)大小的幅度就叫漲落。當(dāng)系統(tǒng)處在由一種穩(wěn)態(tài)向另一種穩(wěn)態(tài)躍遷時(shí)，系統(tǒng)要素間的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)和協(xié)同運(yùn)動(dòng)進(jìn)入均勢(shì)階段時(shí)，任一微小的漲落都會(huì)迅速被放大為波及整個(gè)系統(tǒng)的巨漲落，推動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入有序狀態(tài)。3、突變論則建立在穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)上，認(rèn)為突變過(guò)程是由一種穩(wěn)定態(tài)經(jīng)過(guò)不穩(wěn)定態(tài)向新的穩(wěn)定態(tài)躍遷的過(guò)程，表現(xiàn)在數(shù)學(xué)上是標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的各組參數(shù)及其函數(shù)值變化的過(guò)程。突變論認(rèn)為，即使是同一過(guò)程，對(duì)應(yīng)于同一控制因素臨界值，突變?nèi)詴?huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，即可能達(dá)到若干不同的新穩(wěn)態(tài)，每個(gè)狀態(tài)都呈現(xiàn)出一定的概率。在生態(tài)環(huán)境中，由于食物鏈的關(guān)系，一些物質(zhì)如金屬元素或有機(jī)物質(zhì)，可

以在不同的生物體內(nèi)經(jīng)吸收后逐級(jí)傳遞，不斷積聚濃縮；或者某些物質(zhì)在環(huán)境中的起始濃度不很高，通過(guò)食物鏈的逐級(jí)傳遞，使?jié)舛戎鸩教岣撸詈笮纬闪松锔患蛏锓糯笞饔谩?/p>

例如，海水中汞的濃度為0.0001mg/L時(shí)，浮游生物體內(nèi)含汞量可達(dá)001-0.002mg/L，小魚(yú)體內(nèi)可達(dá)0.2-0.5mg/L，而大魚(yú)體內(nèi)可達(dá)1-5mg/L，大魚(yú)體內(nèi)汞比海水含汞量高1萬(wàn)-6萬(wàn)倍。生物放大作用可使環(huán)境中低濃度的物質(zhì)，在最后一級(jí)體內(nèi)的含量提高幾十倍甚至成千上萬(wàn)倍，因而可能對(duì)人和環(huán)境造成較大的危害。生物放大生物放大作用是通過(guò)食物鏈完成的，而食物鏈可以分為幾種形態(tài)。在生態(tài)系統(tǒng)中，根據(jù)生物間的食物關(guān)系，可將食物鏈分為四類。一是捕食性食物鏈，它是以植物為基礎(chǔ)，后者捕食前者。如青草-野兔-狐貍-狼-虎。二是碎食性食物鏈，指的是以碎食物為基礎(chǔ)形成的食物鏈。如樹(shù)葉碎片及小藻類-蝦（蟹）-魚(yú)-食魚(yú)的鳥(niǎo)類。三是寄生性食物鏈，是以大動(dòng)物為基礎(chǔ)，小動(dòng)物寄生到大動(dòng)物上形成的食物鏈。如哺乳類-跳蚤-原生動(dòng)物-細(xì)菌-過(guò)濾性病毒。四是腐生性食物鏈，指的是以腐爛的動(dòng)植物尸體為基礎(chǔ)，然后被微生物所利用。生物放大作用就是通過(guò)食物鏈完成的?？偟恼f(shuō)來(lái)，初級(jí)生產(chǎn)者所產(chǎn)生和固定的能量、物質(zhì)，通過(guò)一系列取食和被食的關(guān)系而在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，便可形成生物富集或生物放大。地殼三、連鎖反應(yīng)與量變引起質(zhì)變?cè)淼厍蛏夏骋晃锓N的滅絕或敏感性充分的變化將引起一系列的連鎖反應(yīng)地球上某一成分在某一閾值或數(shù)量以內(nèi)，起作用較小，而超過(guò)一定的閾值，其群體或作用凸現(xiàn)四、多樣性原理地球上的生物是豐富多彩的，豐富的生物多樣性構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，是進(jìn)化的結(jié)果，是穩(wěn)定地球環(huán)境的基礎(chǔ)五、溫室效應(yīng)原理全球的地面平均溫度約為15℃?？墒?，如果沒(méi)有大氣，地球的地面平均溫度應(yīng)為－18℃。這33℃大體就是因?yàn)榈厍蛴写髿猓?/p>

像一條被子一樣，造成大氣溫室效應(yīng)之故世界上，宇宙中任何物體都輻射電磁波，物體溫度越高，輻射的電磁波波長(zhǎng)越短。太陽(yáng)表面溫度約6000℃，它發(fā)射的電磁波長(zhǎng)很短，稱為太陽(yáng)短波輻射(其中包括從紅到紫色的可見(jiàn)光)。地面在接受太陽(yáng)短波輻射而增溫的同時(shí)，也時(shí)時(shí)刻刻向外輻射電磁波而冷卻。地球發(fā)射的電磁波長(zhǎng)因?yàn)闇囟容^低而較長(zhǎng)，稱為地面長(zhǎng)波輻射。短波輻射和長(zhǎng)波輻射在經(jīng)過(guò)地球大氣時(shí)遭遇是不同的：大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射幾乎是透明的，卻強(qiáng)烈吸收地面長(zhǎng)波輻射。大氣在吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，它自己也向外輻射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的長(zhǎng)波輻射(因?yàn)榇髿鉁囟缺鹊孛娓?。其中向下到達(dá)地面的部分稱為逆輻射。地面接受到逆輻射后就會(huì)升溫，或者說(shuō)大氣對(duì)地面起到了保溫作用。這就是大氣溫室效應(yīng)的原理。地球大氣的這種保溫作用，很類似于種植花卉的暖房頂上的玻璃(因此溫室效應(yīng)也稱暖房效應(yīng)或花房效應(yīng))。因?yàn)椴Ａб灿型高^(guò)太陽(yáng)短波輻射和吸收地面長(zhǎng)波輻射的保溫功能二氧化碳能夠透射太陽(yáng)短波輻射，使它達(dá)到地表增溫，但對(duì)于地面長(zhǎng)波輻射卻善于吸收，特別是對(duì)波長(zhǎng)在13-17μm波譜范圍內(nèi)有強(qiáng)烈的吸收能力.使得地面輻射能夠大量截留在大氣二氧化碳層內(nèi)，不逸入宇宙空間.六、生物地球化學(xué)循環(huán)原理又稱生物地球化學(xué)旋回。在地球表層生物圈中，生物有機(jī)體經(jīng)由生命活動(dòng)，從其生存環(huán)境的介質(zhì)中吸取元素及其化合物(常稱礦物質(zhì))，通過(guò)生物化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為生命物質(zhì)，同時(shí)排泄部分物質(zhì)返回環(huán)境，并在其死亡之后又被分解成為元素或化合物(亦稱礦物質(zhì))返回環(huán)境介質(zhì)中。這一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，稱為生物地球化學(xué)循環(huán)。生物地球化學(xué)循環(huán)還包括從一種生物體(初級(jí)生產(chǎn)者)到另一種生物體(消耗者)的轉(zhuǎn)移或食物鏈的傳遞及效應(yīng)。水循環(huán)碳循環(huán)第二節(jié)常規(guī)方法的應(yīng)用全球變化研究采用以系統(tǒng)為指導(dǎo)的綜合研究方法，對(duì)地球環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行多學(xué)科綜合研究，是國(guó)際多學(xué)科綜合的研究前言一、氣候變化研究方法依托固定、半固定或者臨時(shí)性氣象臺(tái)、站、點(diǎn)的氣象儀器，觀測(cè)分析氣候變化現(xiàn)象、過(guò)程、特征及規(guī)律，并進(jìn)行必要的模型推演1.氣象監(jiān)測(cè)法利用地層(古生物化石)、冰心、黃土和古土壤、風(fēng)沙層理、洞穴沉積、湖盆沉積法(孢粉分析法)、深海沉積等地質(zhì)信息，建立與氣候因子之間的變化關(guān)系2.地質(zhì)證據(jù)法洞穴古生物化石3.樹(shù)木年輪法應(yīng)用相對(duì)古老的樹(shù)木樣本，特別是樹(shù)木年輪、以及胸徑、樹(shù)高、生物量等生長(zhǎng)信息與氣候要素建立相應(yīng)關(guān)系古樹(shù)與年輪4.地貌分析法應(yīng)用地貌類型的形成、演化等特征，推演氣候可能的變化特征與變化過(guò)程地貌特征按照氣象觀測(cè)的一系列方法，在北極、南極以及地球的第三級(jí)－青藏高原進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)，系統(tǒng)掌握全球氣候變化的現(xiàn)象、過(guò)程、特征、規(guī)律及證據(jù)5.極地研究法6.考古分析法從遺址位置、器皿、化石等信息分析氣候變化特征從相關(guān)的歷史文獻(xiàn)、傳說(shuō)、風(fēng)俗等分析氣候變化特征7.文獻(xiàn)分析法二、植被動(dòng)態(tài)觀測(cè)法1.控制環(huán)境試驗(yàn)2.開(kāi)頂式同化箱試驗(yàn)FACE方法即自由CO2氣體施肥實(shí)驗(yàn)(Free-AirCO2enrichment)方法，是在自然狀態(tài)下直接接入高濃度CO2。3.FACE方法4.移地試驗(yàn)將一點(diǎn)的原狀土體及其植被移入到另一地或相互移植，利用氣候在空間上的差異代替時(shí)間上的變異，達(dá)到模擬氣候變化的目的，移研究作物對(duì)氣候變化的影響5.生態(tài)觀測(cè)網(wǎng)路生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(CERN）6.相關(guān)方法光合速率、暗呼作用、葉綠素?zé)晒庑?yīng)、葉面積指數(shù)等通過(guò)GPS以及相關(guān)大地測(cè)量?jī)x器，觀測(cè)分析地殼的變化以及運(yùn)動(dòng)情況三、海洋環(huán)境觀測(cè)方法二、地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)方法固定、半固定及臨時(shí)性觀測(cè)站，進(jìn)行進(jìn)行氣候、水文、生物、地貌、資源環(huán)境觀測(cè)第三節(jié)衛(wèi)星遙感方法的應(yīng)用一、衛(wèi)星遙感基礎(chǔ)20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù)。遙感一詞的英文為RemoteSensing，意思是遙遠(yuǎn)的感知。60年代由美國(guó)人EvelynPruitt提出。通常有廣義和狹義的理解。廣義理解，遙感泛指一切無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波(聲波、地震波)等的探測(cè)。實(shí)際工作中，重力、磁力、聲波、地震波等的探測(cè)被劃為物探(物理探測(cè))的范疇。因而，只有電磁波探測(cè)屬于遙感的范疇。狹義理解，遙感是指從不同高度的平臺(tái)(Platform)上，使用各種傳感器(Sensor)，接收來(lái)自地球表層的各種電磁波信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行加工處理，從而對(duì)不同的地物及其特性進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)和識(shí)別的綜合技術(shù)遙感平臺(tái)：裝載傳感器的工具或設(shè)備，主要有地面平臺(tái)(如遙感車、手提平臺(tái)、地面觀測(cè)臺(tái)等)、空中平臺(tái)(如飛機(jī)、氣球、其他航空器等)、空間平臺(tái)(如火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、航天飛機(jī)等)傳感器：接收、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器（各種光學(xué)、無(wú)線電儀器），如掃描儀、雷達(dá)、攝影機(jī)、攝像機(jī)、輻射計(jì)等。遙測(cè)(Telemetry)是指對(duì)被測(cè)物體某些運(yùn)動(dòng)參數(shù)和性質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量的技術(shù)，分接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量遙控(RemoteControl)是指遠(yuǎn)距離控制目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過(guò)程的技術(shù)。1.遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感技術(shù):根據(jù)電磁波理論，不與目標(biāo)物接觸，從遠(yuǎn)處用探測(cè)儀器接收來(lái)自目標(biāo)物的電磁波信息，通過(guò)對(duì)信息的處理和分析研究，確定目標(biāo)物的屬性及目標(biāo)物相互間的關(guān)系的綜合技術(shù)系統(tǒng)。遙感系統(tǒng)的組成信息源：任何目標(biāo)物都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，這是遙感的信息源信息獲?。簜鞲衅鹘邮盏侥繕?biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或膠片上。膠片是由人或回收艙送至地面回收，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息則可通過(guò)衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地面的衛(wèi)星接收站。信息紀(jì)錄與傳輸：地面站接收到遙感衛(wèi)星發(fā)送來(lái)的數(shù)字信息，記錄在高密度的磁介質(zhì)上(如高密度磁帶HDDDT或光盤等)，并進(jìn)行一系列的處理，如信息恢復(fù)、輻射校正、衛(wèi)星姿態(tài)校正、投影變換等，再轉(zhuǎn)換為用戶可使用的通用數(shù)據(jù)格式，或轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。信息處理：地面站或用戶還可根據(jù)需要進(jìn)行精校正處理和專題信息處理、分類等。信息應(yīng)用：遙感獲取信息的目的是應(yīng)用。這項(xiàng)工作由各專業(yè)人員按不同的應(yīng)用目的進(jìn)行。2.遙感的類型地面遙感:傳感器設(shè)置在地面平臺(tái)上，如車載、船載、手提、固定或活動(dòng)高架平臺(tái)等;航空遙感:傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機(jī)、氣球等;航天遙感:傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、火箭等;航宇遙感:傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對(duì)地月系統(tǒng)外的目標(biāo)的探測(cè)。2.1按遙感平臺(tái)分紫外遙感:探測(cè)波段在0.05一0.38μm之間;可見(jiàn)光遙感:探測(cè)波段在0.38一0.76μm之間;紅外遙感:探測(cè)波段在0.76一1000μm之間;微波遙感:探測(cè)波段在1mm一1m之間;多波段遙感:指探測(cè)波段在可見(jiàn)光波段和紅外波段范圍內(nèi)，再分成若干窄波段來(lái)探測(cè)目標(biāo)。2.2按傳感器的探測(cè)波段分根據(jù)波段把遙感劃分為3種類型主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感成像遙感與非成像遙感主動(dòng)遙感由探測(cè)器主動(dòng)發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射值量;被動(dòng)遙感的傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動(dòng)接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對(duì)自然輻射源的反射能量。成像遙感：傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)可轉(zhuǎn)換成(數(shù)字或模擬)圖像;非成像遙感：后者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)不能形成圖像。2.3按工作方式分主動(dòng)遙感與被動(dòng)遙感PassiveSensorsActiveSensors從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等;從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細(xì)的研究對(duì)象進(jìn)行各種專題應(yīng)用。2.4按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分至此我們可以概括為六種獲取地表信息的遙感手段多波段遙感多極化遙感相位差遙感多角度遙感多時(shí)相遙感多象元信息綜合遙感目前空間分辨率：1m（最近0.61m）（美國(guó)軍方15cm）光譜分辨率：5~6nm（美國(guó)高光譜600多通道）溫度分辨率：0.1~0.3K時(shí)間分辨率：（重復(fù)周期）1~3天3.遙感發(fā)展前沿——衛(wèi)星及小衛(wèi)星衛(wèi)星的發(fā)展：大型、綜合化與微小型專業(yè)化的融合EOS－AM1、PM1、ENVISAT大型平臺(tái)特點(diǎn)：價(jià)高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大“快、好、省”—微小衛(wèi)星的準(zhǔn)則－衛(wèi)星進(jìn)入尋常高校和科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室－衛(wèi)星成為發(fā)展中國(guó)家進(jìn)入空間的捷徑2002.5.4發(fā)射3.遙感平臺(tái)3.1地面平臺(tái)地面平臺(tái)：高度在0~50m范圍內(nèi)，包括車、船、塔三腳架、遙感塔、遙感車等對(duì)地觀測(cè)研究中應(yīng)用較少主要目的：對(duì)地物進(jìn)行波譜測(cè)量航空平臺(tái)：高度在百米~10多km，包括低、中、高空飛機(jī)，以及飛艇、氣球等飛機(jī)高空：無(wú)人機(jī)2~3萬(wàn)米低空：航空攝影測(cè)量<2000米，大比例尺航片氣球高空氣球12~40公里航空平臺(tái)歷史悠久，主要是飛機(jī)攝影3.2航空平臺(tái)航天平臺(tái)：高度在150km以上（3600km靜止衛(wèi)星，700~900km陸地觀測(cè)衛(wèi)星）航天飛機(jī)240~350km高度衛(wèi)星：低軌：150~300km，大比例尺、高分辨率圖象壽命短，幾天到幾周（由于地心引力、大氣摩擦）用于軍事偵察中軌：700~1000km，資源與環(huán)境遙感NOAA氣象衛(wèi)星833/870kmLandsat1-3915km，Landsat4-5705kmSPOT832km高軌：35860km，地球靜止衛(wèi)星，通信、氣象航天平臺(tái)航天平臺(tái)目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣：氣象衛(wèi)星系列、海洋衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列3.3航天平臺(tái)二、RS與大氣痕量氣體監(jiān)測(cè)全球大氣由于人類活動(dòng)正經(jīng)歷快速變化，大氣痕量氣體及濃度隨著人類活動(dòng)的發(fā)展發(fā)生了巨大的變化，各種溫室氣體通過(guò)溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖，BrO，NOx，CH4等各種痕量氣體對(duì)大氣臭氧的破壞已經(jīng)引起了全球大氣科學(xué)家的關(guān)注。例如：由來(lái)自對(duì)流層人類排放的CFCs、HFCs和鹵代烴類等導(dǎo)致的兩極平流層臭氧洞，全球?qū)α鲗映粞醯木拊?、?duì)流層CO2、CH4、N2O和O3等溫室氣體的增加等。痕量氣體還可以參與光化學(xué)反應(yīng)，降水化學(xué)和在氣溶膠中的氣一固轉(zhuǎn)化，間接對(duì)全球的生態(tài)環(huán)境以及氣候變化造成嚴(yán)重影響。大氣中的痕量氣體和氣溶膠不僅具有化學(xué)活性，還具有輻射活性，對(duì)太陽(yáng)輻射和地表紅外輻射有很強(qiáng)的吸收作用，它們的濃度雖低，但對(duì)地氣系統(tǒng)的能量收支及生物圈與大氣的相互作用過(guò)程卻有著不容忽視的作用，影響地氣系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，它們的變化將會(huì)引起一系列氣候和環(huán)境效應(yīng)。早在1978年，Nimbus7衛(wèi)星上就開(kāi)始搭載TOMS傳感器監(jiān)測(cè)臭氧總量的變化；1979年開(kāi)始NOAA系列衛(wèi)星連續(xù)監(jiān)測(cè)臭氧廓線(SBUV)；從1970年代開(kāi)始，越來(lái)越多的衛(wèi)星上都開(kāi)始搭載大氣成分觀測(cè)儀1995年4月21日歐洲空間局ESA發(fā)射的ERS-2衛(wèi)星上，裝載了全球臭氧監(jiān)測(cè)儀(GOME)，其主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)臭氧以及在對(duì)流層和平流層臭氧化學(xué)中具有重要影響的痕量氣體(如：NO2、BrO、OClO和SO2)的全球分布；1999年，美國(guó)規(guī)劃和協(xié)調(diào)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)衛(wèi)星系列的第一顆衛(wèi)星EOS／AM一1發(fā)射，對(duì)地球大氣進(jìn)行全方位、長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)研究近年來(lái)，針對(duì)全球大氣變化和與此相關(guān)的大氣化學(xué)和大氣物理過(guò)程的研究，美國(guó)航空航天局(NASA)和加拿大空間局(CSA)于1999年12月18日發(fā)射的TERRA衛(wèi)星上搭載了對(duì)流層污染測(cè)量?jī)x(MOPI1vr)。MOPITT測(cè)量大氣柱中發(fā)射和反射的紅外輻射，用于反演大氣中CO和CH4的廓線等；隨后美國(guó)規(guī)劃和協(xié)調(diào)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)衛(wèi)星系列的EoS／PM一1于2002年發(fā)射，歐洲空間局(ESA)在2002年3月1日發(fā)射的ENVIr一1上裝載了多臺(tái)大氣化學(xué)成分測(cè)量?jī)x器，通過(guò)對(duì)大氣吸收光譜、大氣發(fā)射光譜以及恒星光譜測(cè)量，探測(cè)大氣臭氧層、溫室效應(yīng)示蹤氣體和氣溶膠濃度分布，可研究多種大氣痕量氣體包括O3、H2O、CH2、N2O、HNO3、CFC等的成分變化及其對(duì)輻射收支和大氣狀態(tài)參數(shù)的影響，其中大氣制圖掃描成像吸收光譜儀(SCIA—MACHY)，專門用于監(jiān)測(cè)對(duì)流層和平流層里NO2和O3等痕量氣體日本國(guó)家宇宙發(fā)事業(yè)團(tuán)(NASDA)研制的日本的高級(jí)地球觀測(cè)系統(tǒng)ADEOS-1(2002年12月發(fā)射成功)，搭載了各類遙感器，其中有臭氧總量測(cè)繪儀(T0Ms)，用于臭氧和二氧化硫的濃度和分布觀測(cè)；溫室效應(yīng)氣體干涉監(jiān)測(cè)儀(IMG)，用于溫室氣體(CH2，CH4，N2O)的濃度分布監(jiān)測(cè)；改進(jìn)型臨邊大氣分光計(jì)(ILAS)，用于高緯度區(qū)臨邊大氣痕量氣體(O3，H2O，CO2，CH4，NO2，N2O，HNO3)的測(cè)量2004年7月15日美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)發(fā)射的Aura地球觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星攜帶了4個(gè)儀器：臭氧監(jiān)測(cè)儀(OMI)，微波分支探測(cè)儀(MLS)，高分辨動(dòng)力分支探測(cè)儀(HIRDLS)和對(duì)流層發(fā)射分光儀(TES)。其中臭氧監(jiān)測(cè)儀(OMI)由荷蘭和芬蘭與NASA合作制造，可以獲得逐日、直接的全球低層臭氧和其它影響空氣質(zhì)量的污染物的測(cè)量結(jié)果，并可將結(jié)果以空前的空間分辨率傳輸，這有助于科學(xué)家了解污染物的長(zhǎng)途輸送及其復(fù)雜性，OMI的觀測(cè)結(jié)果有助于更好地了解臭氧層空洞怎樣對(duì)未來(lái)平流層冷卻做出反應(yīng)，為科學(xué)家對(duì)影響平流層臭氧層與氣候的物理和化學(xué)過(guò)程提供新的認(rèn)識(shí)途徑，有助于科學(xué)家監(jiān)測(cè)全球污染的產(chǎn)生和重新認(rèn)識(shí)氣候變化將怎樣影響平流層臭氧層的恢復(fù)。三、RS與濕地研究濕地是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，具有很高社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。由于各種自然因素和人為因素的影響，越來(lái)越多的濕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地和城市用地。濕地質(zhì)量和數(shù)量的變化已引起人們的廣泛關(guān)注隨著全球人口的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)土地利用提出了更高的要求，濕地資源面臨巨大壓力，需要對(duì)這一有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的管理和保護(hù)，采用新技術(shù)、新方法實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)其變化，遙感技術(shù)扮演著一個(gè)重要的角色1.基于遙感監(jiān)測(cè)的濕地分類系統(tǒng)濕地的科學(xué)分類是濕地科學(xué)理論的核心問(wèn)題之一，也是濕地科學(xué)發(fā)展水平的標(biāo)?；诙喾直媛省⒍鄶?shù)據(jù)源遙感影像的濕地信息提取與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。首先要建立或采用一個(gè)濕地分類系統(tǒng)，而這一系統(tǒng)不同于其它濕地研究的分類系統(tǒng)，通常較宏觀、靈活性大。2.濕地監(jiān)測(cè)的遙感影像預(yù)處理基于遙感影像的濕地信息分類與提?。?dāng)?shù)據(jù)預(yù)處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。主要包括輻射校正、幾何糾正、空間濾波、彩色變換、多光譜變換等3.濕地監(jiān)測(cè)的遙感影像數(shù)據(jù)源①基于不同空間分辨率遙感影像的濕地監(jiān)測(cè)②基于不同光譜分辨率遙感影像的濕地監(jiān)測(cè)③基于多時(shí)相遙感影像的濕地監(jiān)測(cè)④基于微波遙感影像的濕地監(jiān)測(cè)⑤融合多源遙感影像的濕地監(jiān)測(cè)四、RS與LUCC研究一個(gè)地區(qū)的土地覆蓋狀況受該地區(qū)氣候條件、土壤條件、植被狀況、地理地質(zhì)環(huán)境和景觀格局的影響，同時(shí)也受人類對(duì)土地利用方式和強(qiáng)度的影響。由于土地覆蓋和土地利用與人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，所以長(zhǎng)期以來(lái)，土地覆蓋及土地利用的研究成為自然科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土地覆蓋，其實(shí)質(zhì)就是根據(jù)同時(shí)相的遙感影像，通過(guò)信息提取。快速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)獲取各時(shí)段的土地覆蓋信息及其變化狀況國(guó)外利用遙感技術(shù)對(duì)土地覆蓋和土地利用的研究至少可以追溯至20世紀(jì)20年代。以美國(guó)為例，早在1922年，Lee的《從空中看到的地球表面》就表述了利用遙感手段研究自然景觀與人類活動(dòng)關(guān)系的可行性和重要性，但當(dāng)時(shí)航空攝影技術(shù)主要用在拍攝地面軍事目標(biāo)和地形勘測(cè)等方面第二次世界大戰(zhàn)后，出現(xiàn)了更為廣泛和系統(tǒng)的利用航空像片進(jìn)行區(qū)域范圍土地調(diào)查與制圖研究，此后，航空像片被迅速推廣到地質(zhì)勘測(cè)部門及區(qū)域范圍內(nèi)土地覆蓋和土地利用等方面20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了從宇宙空間進(jìn)行偵查或探測(cè)的航天遙感技術(shù)，后來(lái)由于保密級(jí)逐漸放寬，航天遙感在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中得到廣泛應(yīng)用，人們開(kāi)始探討利用遙感資料進(jìn)行大范圍土地覆蓋和土地利用制圖的可行性，包括發(fā)展適用于遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)的土地分類系統(tǒng)及分類方法20世紀(jì)60年代后期，美國(guó)密執(zhí)安環(huán)境研究所對(duì)土壤、巖石和植被等進(jìn)行了大量的波譜測(cè)試工作，證明了地球資源衛(wèi)星在勘測(cè)、監(jiān)視和管理地球資源等方面效果顯著20世紀(jì)70年代美國(guó)發(fā)射的第一顆人造陸地衛(wèi)星(Landsat)開(kāi)創(chuàng)了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行大范圍土地覆蓋和土地利用調(diào)查的新紀(jì)元此后，各國(guó)學(xué)者紛紛致力于探討利用衛(wèi)星遙感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地利用變化的方法一些國(guó)家發(fā)展了基于土地覆蓋的凈初級(jí)生產(chǎn)力估算(NPP)等技術(shù)。隨著航天技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得在大范圍內(nèi)進(jìn)行土地覆蓋和土地利用詳細(xì)調(diào)查成為可能，但此時(shí)的土地覆蓋遙感工作主要基于傳統(tǒng)的土地覆蓋制圖理論方法，著重對(duì)土地類型分析解譯以及相應(yīng)的光譜特征描述，很少涉及土地覆蓋與其它自然景觀要素的聯(lián)系1973年Rorse等探討了”植被指數(shù)”的概念；1979年Tucker證明了在所有植被指數(shù)中，NDVI是最普遍適用的進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，人們已在洲際范圍內(nèi)利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行土地覆蓋的研究，并取得了有效成果。應(yīng)用AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行全球和洲際尺度的植被變化和土地利用研究始于1981年，最早應(yīng)用多時(shí)相AVHRR植被指數(shù)(NDVI)進(jìn)行洲際尺度的土地覆蓋研究的是Tucker和Townshend，他們分別對(duì)非湖和南美洲進(jìn)行了研究。Cihar等研究了NOAA／AVHRR數(shù)據(jù)的多波段組臺(tái)方案，并進(jìn)行了加拿大北方地區(qū)土地覆蓋分類1980~1986年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部、國(guó)家海洋大氣管理局．宇航局和商業(yè)部開(kāi)展了全球性的農(nóng)業(yè)和資源空間遙感調(diào)查計(jì)劃(LACIE)，建成了集成化的運(yùn)行系統(tǒng)，完成了美國(guó)1：100萬(wàn)比例尺和全球范圍的土地覆蓋數(shù)據(jù)集。進(jìn)人20世紀(jì)90年代，土地利用和土地覆蓋變化引起了國(guó)際組織和世界各國(guó)的普遍關(guān)注，人們對(duì)土地覆蓋及其特征的含義有了新的理解和定義，土地覆蓋不再是單一的土地和植被類型，而是土地類型及其具有的一系列自然屬性和人文特征的綜合體，包括土地類型和植被冠層的密度、植被生長(zhǎng)季節(jié)的動(dòng)態(tài)特征、生長(zhǎng)季累積生物量、地表覆蓋的生物物理特征量和人文對(duì)土地利用及人文建筑等1991年，美國(guó)國(guó)家地質(zhì)測(cè)繪局(USGS)建立了基于生物物候模型的土地覆蓋特征數(shù)據(jù)庫(kù)；歐共體1992年以來(lái)開(kāi)展了利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)歐共體國(guó)家耕地、農(nóng)作物變化的大型計(jì)劃(MARS)；加拿大實(shí)現(xiàn)了利用遙感、地理信息系統(tǒng)對(duì)全國(guó)實(shí)現(xiàn)周期性的宏觀資源調(diào)查、更新與制圖此后，全球土地覆蓋類型識(shí)別、陸地生態(tài)系統(tǒng)NPP估算等各類土地覆蓋研究新方法也紛紛興起。Ringrose應(yīng)用GIS和遙感技術(shù)進(jìn)行了博茨瓦納南部植被變化研究，Miguel—ayanz等人運(yùn)用GIS結(jié)合地形數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式分類研究在此基礎(chǔ)上，為適應(yīng)全球變化以及資源環(huán)境、人口和發(fā)展等研究的迫切需要，人們開(kāi)始著手建設(shè)基于NOAA—AVHRR數(shù)據(jù)覆蓋全球或大區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)集，五、RS與荒漠化監(jiān)測(cè)土地荒漠化是全球性的重大生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。據(jù)1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的估算，全球有100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)、10億人口、1／3的陸地面積受到荒漠化的危害和威脅，荒漠化以每年5～7×104km2的速度擴(kuò)展，造成約每年423億美元的經(jīng)濟(jì)損失荒漠化的直接危害是降低土地的自我恢復(fù)能力，導(dǎo)致植被破壞，土壤生產(chǎn)力降低，糧食減產(chǎn)或絕收；間接危害是引發(fā)下游洪水、淤積，導(dǎo)致水荒、饑荒、“環(huán)境難民”，甚至帶來(lái)政局動(dòng)蕩、鄰國(guó)關(guān)系緊張乃至武裝沖突根據(jù)1994年10月制訂的聯(lián)合國(guó)《荒漠化防治國(guó)際公約》對(duì)荒漠化的定義，我國(guó)荒漠化土地面積約為262.2×104km2，荒漠化已成為制約我國(guó)特別是西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素之一對(duì)荒漠化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握荒漠化的現(xiàn)狀、程度及發(fā)生發(fā)展和動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，這是有效防治荒漠化的前提遙感與GIS技術(shù)用于荒漠化監(jiān)測(cè)，主要是監(jiān)測(cè)與荒漠化的特征、范圍及與消長(zhǎng)等密切相關(guān)的荒漠化組成或影響因素，如地表溫度、土地利用類型、荒漠化類型、荒漠化程度、地形(坡度、坡向、坡位)、土壤(類型、質(zhì)地、鹽堿含量、含水率)、植被(種類、蓋度、分布)及溝壑密度、鹽堿斑占地率等。六、RS與冰川變化監(jiān)測(cè)冰川是自然界最重要的并具有很大潛力的淡水資源，而冰川變化是氣候變化的晴雨表，也是反映氣候變化的指示器全球變化與可持續(xù)發(fā)展研究是當(dāng)今地學(xué)研究的2大主題．極地冰變化，尤其是山岳冰川變化無(wú)疑是全球氣侯變化的晴雨表之一由于冰蓋龐大的體積，使得它們對(duì)氣候變化的反應(yīng)顯得較為遲鈍，而中緯度廣為發(fā)育的山岳冰川與冰蓋相比對(duì)氣憤韻變化要敏感的多隨著GIS在冰凍圈變化研究中的應(yīng)用，以及遙感(RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)在冰變化測(cè)量中逐步開(kāi)展七、RS與海洋研究隨著地球資源衛(wèi)星中分支出海洋衛(wèi)星，科研人員逐步將衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于海洋及其相關(guān)領(lǐng)域的研究，將衛(wèi)星遙感所獲得的數(shù)據(jù)對(duì)海洋水溫、海流、鹽度、氣象因素、水深、海底地形等進(jìn)行了由定性到定量的分析，并將所得的結(jié)果用于指導(dǎo)海洋的開(kāi)發(fā)管理、海洋災(zāi)害預(yù)警等方面，所起的作用是傳統(tǒng)調(diào)查方法不能比擬的運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)，人們實(shí)現(xiàn)了對(duì)海表面溫度、海表面鹽度、海平面異常、海流、海表面風(fēng)、海浪、海洋內(nèi)波、懸浮物濃度、葉綠素濃度、色素濃度和水色等多種海洋要素的監(jiān)測(cè)，以及垂程水汽含量、可降雨量、氣溶膠光學(xué)厚度等許多大氣要素的監(jiān)測(cè)世界海洋衛(wèi)星遙感的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段：①準(zhǔn)備階段(1978年之前)；②試驗(yàn)階段(1978~1985年)；③應(yīng)用研究階段(1985~1999年)。④從1999年至今，是海洋衛(wèi)星遙感發(fā)展的綜合探測(cè)階段第四節(jié)數(shù)值模擬方法的應(yīng)用數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算機(jī)為手段，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類問(wèn)題研究的目的。數(shù)值模擬技術(shù)誕生于1953年.Bruce,G.H和Peaceman,D.W模擬了一唯氣相不穩(wěn)定徑向和線形流。受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)能力及解法限制,數(shù)值模擬技術(shù)只是初步應(yīng)用于解一維一相問(wèn)題.兩相流動(dòng)模擬誕生于1954年，West,W,J和Garvin,W.W模擬了油藏不穩(wěn)定兩相流21世紀(jì)數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展體現(xiàn)在兩方面，一方面是一體化模擬技術(shù)，數(shù)值模擬將不只是對(duì)油藏的模擬，數(shù)值模擬將對(duì)油藏，井筒，地面設(shè)備，管網(wǎng)以及油氣處理廠進(jìn)行一體化模擬，從而最優(yōu)化管理油田。另一方面是定量進(jìn)行屬性不確定性分析，定量分析屬性不確定性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。一、氣候模式與氣候模擬氣候模式是一組特定的熱力學(xué)合動(dòng)力學(xué)方程組成的具有一定的邊界條件合初始條件的“數(shù)學(xué)－物理模型”，是用數(shù)學(xué)方法對(duì)某些特定時(shí)空尺度的氣候系統(tǒng)演變的物理描述。氣候模式不僅可以模擬當(dāng)代氣候，而且可以用于模擬某些外部條件的改變所引起的氣候變化一般國(guó)際上使用的是可以描述氣候系統(tǒng)的主要過(guò)程的3D氣候模式(見(jiàn)表1)簡(jiǎn)單的氣候模式課用于對(duì)氣候系統(tǒng)行為的主要特征進(jìn)行物理描述，也可以對(duì)CO2及其它溫室氣體的釋放范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)表1國(guó)際上使用的主要?dú)夂蚰Ｊ?.全球大氣環(huán)流模式1.1什么是大氣環(huán)流？大氣環(huán)流，一般是指具有世界規(guī)模的、大范圍的大氣運(yùn)行現(xiàn)象，既包括平均狀態(tài)，也包括瞬時(shí)現(xiàn)象，其水平尺度在數(shù)千公里以上，垂直尺度在10km以上，時(shí)間尺度在數(shù)天以上。大氣大范圍運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。某一大范圍的地區(qū)（如歐亞地區(qū)、半球、全球），某一大氣層次（如對(duì)流層、平流層、中層、整個(gè)大氣圈）在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期（如月、季、年、多年）的大氣運(yùn)動(dòng)的平均狀態(tài)或某一個(gè)時(shí)段（如一周、梅雨期間）的大氣運(yùn)動(dòng)的變化過(guò)程都可以稱為大氣環(huán)流。大氣環(huán)流是完成地球-大氣系統(tǒng)角動(dòng)量、熱量和水分的輸送和平衡，以及各種能量間的相互轉(zhuǎn)換的重要機(jī)制，又同時(shí)是這些物理量輸送、平衡和轉(zhuǎn)換的重要結(jié)果。因此，研究大氣環(huán)流的特征及其形成、維持、變化和作用，掌握其演變規(guī)律，不僅是人類認(rèn)識(shí)自然的不可少的重要組成部分，而且還將有利于改進(jìn)和提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，有利于探索全球氣候變化，以及更有效地利用氣候資源。大氣環(huán)流通常包含平均緯向環(huán)流、平均水平環(huán)流和平均徑圈環(huán)流3部分。大氣環(huán)流主要表現(xiàn)為，全球尺度的東西風(fēng)帶、三圈環(huán)流(哈得萊環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流和極地環(huán)流)、定常分布的平均槽脊、高空急流以及西風(fēng)帶中的大型擾動(dòng)等。大氣環(huán)流既是地－氣系統(tǒng)進(jìn)行熱量、水分、角動(dòng)量等物理量交換以及能量交換的重要機(jī)制，也是這些物理量的輸送、平衡和轉(zhuǎn)換的重要結(jié)果。太陽(yáng)輻射在地球表面的非均勻分布是大氣環(huán)流的原動(dòng)力。大氣環(huán)流構(gòu)成了全球大氣運(yùn)動(dòng)的基本形勢(shì)，是全球氣候特征和大范圍天氣形勢(shì)的主導(dǎo)因子，也是各種尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)的背景。1.2大氣環(huán)流模式全球大氣環(huán)流模式(AGCMs)包括耦合的陸地表面與冰凍圈的3D描述，AGCMs類似于用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的模式，但是由于它主要用于幾十年甚至上百年而不是幾天的預(yù)測(cè)，其中表達(dá)的物理過(guò)程相對(duì)比較粗糙AGCMs可用于研究大氣過(guò)程、氣候的可變性以及大氣對(duì)海平面氣壓變化反映的研究2.大洋環(huán)流模式大洋環(huán)流模式(OGCM)對(duì)海洋和海冰過(guò)程進(jìn)行了3D描述，對(duì)研究海洋環(huán)流、海洋的內(nèi)部過(guò)程及可比性比較有效20世紀(jì)80年代，中科院大氣物理研究所設(shè)計(jì)了我國(guó)的大洋環(huán)流模式，即IAPOGCM3.大氣－海洋耦合模式大氣－海洋耦合模式(CGCM)是最復(fù)雜的氣候模式，包ADGCM與OGCM的組合一些最新的大氣海洋耦合模式還包括生物圈、C循環(huán)及大氣化學(xué)過(guò)程CGCM科用來(lái)預(yù)報(bào)未來(lái)氣候的變化，也可用來(lái)研究氣候的可變性河耦合的氣候系統(tǒng)中的物理過(guò)程典型的全球氣候變化模式的空間分辨率為幾百千米加入了C循環(huán)的CGCM模式可直接用來(lái)預(yù)報(bào)大氣中CO2的濃度加入了大氣化學(xué)過(guò)程的CGCM模式這可以預(yù)報(bào)影響氣候變化的大氣中其他成分的濃度變化4.氣候模擬氣候模擬是利用氣候模式對(duì)氣候與氣候變化的事實(shí)、規(guī)律及未來(lái)可能發(fā)生的變化進(jìn)行研究，目前已經(jīng)用氣候模式預(yù)測(cè)出許多已北證實(shí)的氣候事件氣候模擬常用來(lái)監(jiān)測(cè)氣候變化的敏感性氣候模擬的方法也是預(yù)測(cè)未來(lái)氣候的重要手段1.全球碳循環(huán)全球碳循環(huán)是指碳素在地球的各個(gè)圈層(大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈)之間遷移轉(zhuǎn)化和循環(huán)周轉(zhuǎn)的過(guò)程碳循環(huán)最初只是在大氣圈、水圜和巖石圈中進(jìn)行，隨著生物的出現(xiàn)，有了生物圈和土壤圈，碳循環(huán)便在五個(gè)圈層中進(jìn)行，碳素的循環(huán)流動(dòng)就從簡(jiǎn)單的地球化學(xué)循環(huán)進(jìn)人到復(fù)雜的生物地球化學(xué)循環(huán)，生物圈和土壤圈在碳循環(huán)過(guò)程中扮演著越來(lái)越重要的角色碳循環(huán)的主要途徑是：大氣中的CO2被陸地和海洋中的植物吸收，然后通過(guò)生物或地質(zhì)過(guò)程以及人類活動(dòng)干預(yù)，又以CO2的形式返回到大氣中就流量來(lái)說(shuō)，全球碳循環(huán)中最重要的是CO2的循環(huán)，CH4和CO的循環(huán)是較次要的部分二、C循環(huán)模式圖全球碳循環(huán)過(guò)程2.陸地系統(tǒng)C循環(huán)模式陸地C循環(huán)模式主要分為生物地理模式與生物地球化學(xué)模式及大氣圈與陸地圈耦合模式等陸地C循環(huán)模式研究的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是建立地表物理過(guò)程與生物地球化學(xué)過(guò)程相耦合的、能夠模擬大氣、植被、土壤之間物質(zhì)與能量交換的綜合動(dòng)態(tài)生態(tài)系統(tǒng)模式生物地理模式可以預(yù)測(cè)不同環(huán)境中的各種植物類型的優(yōu)勢(shì)度，它以植物對(duì)環(huán)境的生態(tài)生理適應(yīng)性河資源競(jìng)爭(zhēng)能力為基礎(chǔ)模擬植被分布河組成生物地球化學(xué)模式模擬陸地生態(tài)系統(tǒng)中C循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如N等)循環(huán)和水循環(huán)碳循環(huán)研究是通過(guò)土壤有機(jī)質(zhì)模型進(jìn)行的。土壤有機(jī)質(zhì)模型代表土壤－植被系統(tǒng)碳和氮的轉(zhuǎn)變，以土壤有機(jī)組分的數(shù)量作為狀態(tài)變量早在20世紀(jì)40年代就已提出土壤有機(jī)質(zhì)變化模型，Jenny(1941)用：dX/dt=-k