气候变化

大气物理学 大气力学（英语：Synoptic scale meteorology）天气 (分类) · (主题)气候 (分类) 气候变化 (分类)气候变化是指气候在一段时间内的波动变化，一段时间也可能是指几十年或几百万年，波动范围可以是区域性或全球性的，其平均气象指数的变化。目前对气候变迁讨论最多的是关于环境政策对当代气候的影响，也就是说人为因素对气候的影响，尤其是关于全球变暖问题。而对于当前发生的全球变暖，多数气候科学家认为“人类活动极有可能是导致近半个世纪的全球变暖现象的主要原因”。对气候变化影响的因素来自多方面，包括太阳辐射、地球运行轨道变化、造山运动、温室气体排放等。由于地表许多间接影响气候的因素反应较慢，如海洋温度变化，冰山融化等，所以气候变迁相对直接影响气候的因素变化来说，可能要等几个世纪，甚至更长的时间才能显现出来。经过几百万年，地球大陆板块漂移，造成陆地和海洋位置和面积的变化，会影响全球大气环流，从而产生全球或区域性的气候变化。海洋的位置对全球的热量和湿度的转移有极其重要的作用，因此也对全球气候起着决定性的作用。例如五百万年前，巴拿马地峡形成，截断了太平洋和大西洋之间的联系，因此造成了墨西哥湾暖流，导致北半球产生冰盖。 更早的石炭纪时期，大陆漂移造成大规模的碳被贮存起来，也因此引发的冰河时期的到来。 在超大陆盘古大陆时期，海陆状态曾经造成“超级季风”产生。地貌状态也能影响气候变化，造山运动形成了山脉，山的存在会造成地形降水，由于随着地势增高，气温下降，水蒸汽凝结，这种降水是高山冰川形成的主要原因，也使山区形成在不同高度有不同的动物植物群落，形成高山生态系统。大陆的面积也对气候有重要作用，因为海洋热容量大，可以稳定温度变化，沿海的年气温变化要比内陆小，所以面积大的大陆季节性温度变化要比面积小的陆地或岛屿大。太阳是地球最主要的外来能源，太阳活动不论长期或短期的变化，都能影响地球的气候。在地球古代时期，太阳辐射只相当现在的70%，当时理论上地球不可能有液态水存在，但考古证明却相反，在冥古宙 和太古宙 时期，是太阳年轻时期， 这种现象可能是因为当时地球的大气组成存在大量的温室气体， 经过40亿年后，太阳辐射增强，地球的大气组成也变化了，主要是氧的成分迅速增加，不过如果太阳依照恒星的成长规律继续变化，辐射还会逐渐增加，还会对地球气候产生影响，太阳最终会形成红巨星，然后成为白矮星死亡，当太阳变成红巨星时，可能地球已经会被太阳吞噬而消亡。但太阳短期的辐射变化，如11年一个周期的黑子活动变化，和更长一些的20多年辐射变化周期，也对地球气候有影响，11年的周期变化会对平流层的气温产生约1.5 °C的影响，使高纬度更冷，低纬度更热。可能是由于赤道附近辐射增强，造成将平流层热风向对流层驱逐，根据从1900年到1950年气温变化的观察，也许这种变化是引发小冰河时期出现的原因。 太阳辐射的变化，现在人类尚没有完全研究明白，这种变化是随着太阳的年龄也在变化，有的研究认为全球变暖和太阳的辐射变化也有关。地球的轨道只要有轻微的变化，就会影响到太阳辐射在地球表面上的分布，虽然对地球的年平均接受辐射量影响不大，但对地区性和季节性的辐射量可能有很大影响，地球的轨道有三种变化：运行轨道的椭圆度、地轴倾角和地轴的进动。三种变化结合形成米兰科维奇循环，是地球产生冰河时期和间冰时期的主要原因， 也是造成撒哈拉沙漠变迁， 和地层变迁的主要原因。火山活动是由于地球的地壳和地幔之间新陈代谢运动造成的，火山喷发会向大气喷出气体和火山尘，也会形成温泉。火山在历史上每个世纪平均都会发生几次喷发，都会影响几年的气候变化，火山尘会阻断太阳辐射，造成气温下降，1991年的皮纳图博火山喷发 使得全球气温下降了大约0.5 °C，1815年的坦博拉火山火山喷发，造成无夏之年。 但相当大规模的火山喷发，每隔亿年只出现几次，但可能造成全球变暖和大规模的物种灭绝。火山喷发还影响到碳循环，将地壳和地幔中的碳以二氧化碳的形式释放到大气中，然后又沉积到地层中。海洋是气候系统的基础组成部分，短期几年或几十年内的涨落变化，如厄尔尼诺现象、太平洋、北大西洋、北冰洋的温度涨落，比大气温度更能代表气候变迁情况；从长期来说，海洋中的温盐环流是海洋深层的缓慢水流，对海洋中热量的重新分布起到了决定性的作用。定义：洋流又称海流，海洋中除了由引潮力引起的潮汐运动外，海水沿一定途径的大规模流动。引起海流运动的因素可以是 风，也可以是热盐效应造成的海水密度分布的不均匀性。加上地转偏向力的作用，便造成海水既有水平流动，又有铅直流 动。由于海岸和海底的阻挡和摩擦作用，海流在近海岸和接近海底处的表现，和在开阔海洋上有很大的差别。 洋流是具有相对稳定的流速和流向的大规模的海水运动。洋流是促成不同海区间水量、热量和盐量交换的主要原因，对于气候状况、海洋生物、海洋沉积、交通运输方面，都有很大影响。 洋流是地球表面热环境的主要调节者，巨大的洋流系统促进了地球高低纬度地区的能量交换。洋流与所经流经区域之间，也通过能力交换改版其环境特征。事例：暖流举例：湾流是世界上第一大海洋暖流，如闻名世界的墨西哥湾流。墨西哥湾流虽然有一部分来自墨西哥湾，但它的绝大部分来自加勒比海。当南、北赤道流在大西洋西部汇合之后，便进入加勒比海，通过尤卡坦海峡，其中的一小部分进墨西哥湾，再沿墨西哥海湾海岸流动，海流的绝大部分是急转向东流去，从美国佛罗里达海峡进入大西洋。这支进入大西洋的湾流起先向北，然后很快转向东北方向流去，横跨大西洋，流向西北欧的外海，一直流进寒冷的北冰洋水域。它的厚度200米~500米，流速2.05米/秒，输送的水量 比黑潮大1.5倍。 湾流蕴含着巨大的热量，它所散发的热量，恐怕比全世界一年所用燃煤产生的热量还要多。由于它的到来，英吉利海峡两岸每1米长的土地享受着相当每年燃烧6万吨煤所发出的温暖。如果拿同纬度的加拿大东岸加以对照，判别更为明显：大西洋彼岸的加拿大东部地区，年平均气温可低到-10℃，而同纬度的西北欧地区可高到10℃。寒流举例：世界大洋东部有5大著名寒流：北太平洋的加里福尼亚寒流，南太平洋的秘鲁寒流，北大西洋的加那利寒流，南大西洋的本格拉寒流，南印度洋的西澳寒流。它们分别从北、南半球高纬度海域向低纬度海域流动。另外，北大西洋的格陵兰海流从北冰洋中挟带出大量冰块；拉布拉多海流在沿北美东岸南下途中，将大量冰山带往纽芬兰浅滩。-洋流的重要性 1、将多个不同洋域的热能传送至不同洋区； 2、将多个不同洋域的养分传送至不同的洋区； 3、将多个不同洋域含氧量不同的海水因洋流分布往不同洋区。洋流对气候的影响： 总体来说，暖流增加温度和湿度，寒流降低温度和湿度。 对气温的影响洋流使低纬度的热量向高纬度的热量传输，特别是暖流的贡献。洋流对同纬度大陆两岸气温的影响：暖流经过的大陆沿海气温高，寒流经过的大陆沿海气温低。 对降水和雾的影响暖流上空有热量和水汽向上输送，使得层结不稳定、空气湿度增大而易产生降水。而寒流产生逆温，层结稳定，水气不易向上输送，蒸发又弱，下层相对湿度又是虽很大，但只能成雾，不能成雨。寒流表面多平流雾，在以下几种情况出现：海陆风雾：陆风在白天流到寒流表面而形成平流雾；海雾：在寒暖流交汇处，风自暖流表面吹至寒流表面而形成平流雾。海洋运输带： 海洋运输带作为一个巨大的系统循环在全球并能改变全球的气候。 在北极，运输带变冷，下沉并和风一起提供动力让它作为寒流循环在全球，又在印度洋和大西洋北部转为暖流。如此往复，海洋运输带的动力才一直没有间断。 现在，全球变暖的情况正在每况愈下，北极为运输带提供的动力正在逐步减弱，同时，全球气候也将遭遇重创。海洋运输带对于气候的影响： 在运输带运作的同时，也带动了空气的运动。干燥或湿润的空气以运输带为载体随之运动并到达不同的地区，有时还能带去大量的热量。由此，会形成多种多样的气候现象，如海雾，台风等。 北极寒流提供的动力将冰水带入海洋，调节了海洋的水温。人类活动会影响环境，有时人类活动对气候有着直接和不容质疑的影响，例如：灌溉就会改变当地的湿度，有时的影响则不那么明显。现代科学研究认为在最近几十年内，人类的活动致使全球气温迅速上升。 因此人类应该尽量减少对气候影响的活动并设法消除已经造成的恶果。而关于这点，学界并没有争议且学界对此已经达成共识，超过97%的气候科学家认为“全球变暖存在，且人类活动极有可能是导致全球变暖的主要原因”。其中人类对气候影响最大的因素，是因为燃烧化石燃料，制造水泥，排放了大量的CO2和飘尘，此外还有土地利用、臭氧层破坏、畜牧业和农业活动 、森林砍伐等，都会对气候有不同范围的影响，并成为气候变迁的因素。气候变迁的证据可以从各方面看出来，从19世纪中叶，就有全球大气温度变化的记录，再早的情况虽然没有直接的记录，但可以依据间接的来源确定，如植被分布、积冰层的研究 古树的年轮、海平面变化、冰川地质学等。从古代人类分布，农业生产的方式，考古的发现，口头传说和历史文献中，可以发现历史上气候变迁的情况，气候变迁曾经造成多个文明的毁灭。冰川能显现出气候变迁的明显证据，当气候变冷时，冰川范围扩大，气候变暖时冰川收缩。冰川的变化会将影响气候的因素放大，同时也对自然造成影响。1970年代，根据高空摄影，已经对全球的冰川情况完成详细的记录，记录了覆盖240 000平方千米的大约100 000个冰川，以前的估计全球冰川覆盖面积应该是约445 000平方千米，世界冰川监测所每年收集冰川萎缩和物质平衡的数据，根据数据证实，全世界冰川在1920年代和1970年代是处于扩大状态，在1940年代曾经萎缩，从1980年代中期到现在又处于萎缩状态。物质平衡数据显示冰川物质已经连续17年处于消失状态。最重要的气候变迁是上新世中晚期（约三百万年前）的冰河期和间冰期循环，最近的一次间冰期（全新世）已经延续了约11 700年。表现在陆地的冰盖变化和海平面的涨落。植被的变化也反映了气候的变迁情况，哪怕气候微小的变化，如果造成温度和降水增加，植物生长茂盛，会固定二氧化碳。如果气候急剧变化，会导致植物死亡和土地沙漠化。对冰芯钻探分析，例如对南极冰层的分析，可以发现大气温度和海平面的历史变化情况，对封冻在冰层气泡中的气体研究，也可以发现历史大气的二氧化碳含量变化情况，对研究古代和现代大气状态的区别提供了非常有价值的信息。年轮气候学是根据树的年轮研究古代气候变迁的学科，宽的年轮证明当时气候湿润，适合植物生长，窄的年轮证明当时气候条件不好，不利于植物生长。孢粉学是研究当代和化石植物孢子和花粉的学科，根据孢粉化石可以分析古代植物种类的分布情况，不同种类的植物花粉形状、结构、表面状态都不同，花粉表面含有弹性物质，可以抵御腐蚀，在河流、湖泊、沼泽等不同时代的沉积层中发现的花粉化石，可以确定植物分布的变化情况，由此推测当地的气候条件变化。在不同时期沉积物中经常发现昆虫的化石，研究昆虫种类的变化也可以推测当时气候条件的变化。用检潮仪可以检测海平面的变化情况，现在常用高度计和人造卫星轨道结合测量海平面的变化，海平面的涨落是大气温度变化和冰川融化造成的。