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什么原因引起了气候变化?在说明这个问题之前,必须先介绍什么是气候系统,以及气候系统的各部分之间是怎样相互作用并影响气候变化的。
气候系统的构成及其对气候变化的作用
全球气候系统指的是一个由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈(陆面)和生物圈组成的高度复杂的系统,这些部分之间发生着明显的相互作用。在这个系统自身动力学和外部强迫作用下(如火山爆发、太阳变化、人类活动引起的大气成分的变化和土地利用的变化),气候系统不断地随时间演变(渐变与突变),而且具有不同时空尺度的气候变化与变率(月、季节、年际、年代际、百年尺度等气候变率与振荡)。
气候系统是地球系统的主要部分之一。地球系统还包括人类与生命系统,社会—经济方面等。它是一个完整的、相互关联的具有复杂的代谢和自身调节机制的系统。它的生物过程与物理和化学过程强烈的相互作用,以此构成复杂的地球生命支持系统。
气候系统变化的原因
引起气候系统变化的原因有多种,概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化,火山爆发等;后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加,硫化物气溶胶浓度的变化,陆面覆盖和土地利用的变化等。
自然因素与气候变率
气候系统所有的能量基本上来自太阳,所以太阳能量输出的变化被认为是导致气候变化的一种辐射强迫,也就是说太阳辐射的变化是引起气候系统变化的外因。引起太阳辐射变化的另一原因是地球轨道的变化。地球绕太阳轨道有三种规律性的变化,一是椭圆形地球轨道的偏心率(长轴与短轴之比)以10万年的周期变化;二是地球自转轴相对于地球轨道的倾角在21.6°—24.5°间变化,其周期为41000年;三是地球最接近太阳的近日点时间的年变化,即近日点时间在一年的不同月份转变,其周期约为23000年。
另一个影响气候变化的自然因素是火山爆发。火山爆发之后,向高空喷放出大量硫化物气溶胶和尘埃,可以到达平流层高度。它们可以显著的反射太阳辐射,从而使其下层的大气冷却。
人类活动加剧了气候系统变化的进程
人类活动引起的全球气候变化,主要包括人类燃烧化石燃料,硫化物气溶胶浓度的变化,陆面覆盖和土地利用的变化(如毁林引起的大气中温室气体浓度的增加)等。
人类活动排放的温室气体主要有6种,即二氧化碳(CO2),甲烷(CH4),氧化亚氮(N2O),氢氟碳化物(HFCS),全氟化碳(PFCS)和六氟化硫(SF6)其中对气候变化影响最大的是二氧化碳。它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63%。且在大气中的存留期很长,最长可达到200年,并充分混合,因而最受关注。
温室气体的增加主要是通过温室效应来影响全球气候或使气候变暖的。地球表面的平均温度完全决定于辐射平衡,温室气体则可以吸收地表辐射的一部分热辐射,从而引起地球大气的增温,也就是说,这些温室气体的作用犹如覆盖在地表上的一层棉被,棉被的外表比里表要冷,使地表辐射不至于无阻挡地射向太空;从而使地表比没有这些温室气体时更为温暖。
自1750年以来,由于人类活动的影响,全球大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体浓度显著增加,2005年全球大气CO2浓度为379ppm,目前已经远远超出了根据冰芯记录得到的工业化前六十五万年以来的自然变化浓度范围,是65万年以来最高的。根据多种研究结果证实了过去50年观测到的大部分全球平均温度的升高非常可能是由于人为温室气体浓度的增加引起的。
1、海平面上升的影响
过去的百年海平面上升了14.4cm,我国上升了11.5cm。海平面升高的原因,主要是海水热膨胀,当海洋变暖时,海平面则升高。全球升温会引起地球南北两极的冰山融化,这也是造成海平面上升的主要原因之一。海平面上升的直接影响有以下几个方面:
(1) 低地被淹:
英国加高堤坝应对气候变暖
全球变暖使海平面升高,暴风雨频率增加,这使英国人不得政治面目 加高防洪堤坝。据英国官方近日公布的统计数据,在过去的20年中,由于泰晤士河的水位随全球变暖而升高,当地政府机构不得不先后88次加高防洪堤坝,以保障伦敦人的生命财产安全。,据悉,人们现在平均每年4次加高其堤坝。据估计,在2030年以前,其加高堤坝的频率会达到每年30次。钟和 中国环境报
(2) 海岸被冲蚀
(3) 地表水和地下水盐分增加,影响城市供水。
(4)地下水位升高。
(5) 旅游业受到危害(海平面上升50米,大连、秦皇岛、青岛、北海、三亚滨海旅游区向后31-366料,沙滩损失24%,北戴河沙滩损失60%。2002年中国国土资源公报报道,沿海旅游业已成为第一大产业,其产值为2503亿元,占海洋产业总产值的34.6%。
(6) 影响沿海和岛国居民的生活(占世界1/3的人口),使之受到威胁。如果极地冰冠融化,经济发达、人口稠密的沿海地区会被海水吞没,马尔代夫、塞舌尔等低洼岛国将从地面上消失,上海、威尼斯、香港、里约热内卢、东京、曼谷、纽约等海滨大城市以及孟加拉、荷兰、埃及等国也将难逃厄运。
2、对动植物的影响
气候是决定生物群落分布的主要因素,气候变化能改变一个地区不同物种的适应性并能改变生态系统内部不同种群的竟争力。自然界的动植物,尤其是植物群落,可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移,从而惨遭厄运。以往的气候变化(如冰期)曾使许多物种消失,未来的气候将使一些地区的某些物种消
失,而人些物种则从气候变暖中得到益处,它们的栖息地可能增加,竞争对手和
天敌也可能减少。比如说桔子,过去20世纪70年代,它的最北的边界线是在黄
山一线,宣城市也曾经试种过,但到冬天的一场大雪,树木就冻死了。但现在我
们校园里的桔子树都长得很好。又如,扬子鳄只生活在宣城、泾县和南陵这样狭
小的地带,如果北界线北移,扬子鳄可能会自然绝种。这是从我省的局部地区来
讲。从全国来讲,我国把冬季1月0度等温线作为副热带北界,目前这一界线处
于我国秦岭-淮河一带。研究发现,气温升高会使这一界线北移至黄河以北,徐
州、郑州一带冬季气温将与现在的杭州、武汉相似。
3、对农业的影响
一年中温度和降水的分布是决定种植何种作物的主要因素,温度及由温度引起降水的变化将影响到粮食作物的产量和作物的分布类型。气候的变化曾经导致生物带和生物群落空间(纬度)分布的重大变化。如公元800-1200年北大西洋地区的平均温度比现在高1℃,使玉米在挪威种植成为可能,但到了公元1500-1800年,西欧出现小冰川期,平均气温也只比现在低1-2℃,就造成了挪威一半农场弃耕,冰岛的农业耕种活动则几乎全部停止。除此之外,全球变暖还会使高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。因此,全球气温升高后,世界粮食生产的稳定性和分布状况将会有很大变化。
4、对人类健康的影响
人类健康取决于良好的生态环境,全球变暖将成为下个世纪人类健康的一个
主要因素。极端高温将成为下世纪人类健康困扰变得更加频繁、更加普遍,主要
体现为发病率和死亡率增加,尤其是疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、钩虫病、
霍乱、脑膜炎、黑热病、登革热等传染病将危及热带地区和国家,某些目前主要
发生在热带地区的疾病可能随着气候变暖向中纬度地区传播。