第四章全球变化的区域特征ppt课件.ppt
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1、第四章 全球变化的区域特征,教学目的与要求,弄清全球变化的一般特征;了解全球变化与生态系统的主要过程;熟悉生物多样性、景观多样性与全球变化的关系; 了解土地利用/覆盖变化的研究现状;弄清绿洲LUCC的变化及其特征;了解LUCC与全球变化的关系及其研究的重要意义 了解气候变化对中国水资源的影响;掌握生态用水的估算思路与方法;了解生态用水管理的重要性与环境演变的关系。,几十至几百年的中等尺度变化是全球变化研究的重点,第一节 全球变化的过程分析,一、全球变化的时间尺度,1. 全球变化的时间过程,表1 全球变化的时间过程,2. 十年到百年的全球变化,在全球变化研究中,过去几十年到几百年以及未来几十年到
2、上百年的全球变化问题与人类社会进程直接相关,更为直接地被当代人们所感悟。,土地景观气候城镇化,二、气候系统的一般特征,地球系统是一个具有由物理、化学、生物和人类要素共同组成为一个单一的自组织行为系统。 气候系统与物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈所组成,太阳能是物理气候系统的驱动力气候形成和维持的物理过程主要与气候系统的加热率和输送过程有关,在气候系统中,气候过程通过水、热、物质和动能的输送,控制着陆、海表面和大气的相互作用,在气候系统中引起一系列重要的反馈过程,,表2 气候系统中引起的主要反馈过程,气候系统的加热率取决于地球气候系统能量的收支平衡。其影响可归结为以下三个方面的原
3、因:太阳辐射强度及地球轨道要素相关联的到达地球的太阳辐射能的多少;地球的能量反射率决定了到达地球的太阳能量及直接反射回太空的份额的多少;进入到系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间与地球温室效应相联系。,大气圈的分层,三、全球变化的主要过程,水文循环过程与地球系统的诸多过程密切联系,使地球系统表现出丰富多彩的特征。,1. 水文循环过程,水循环示意图,水循环过程控制着地球的温度和云层的形成、输送和消散,以及其与太阳辐射的关系;气候过程则通过水、热、物质和动能的输送,控制着陆、海表面和大气的相互作用。,2. 海洋沉积过程,板块运动决定大洋盆地的格局,侵蚀和沉积作用过程则对海底地貌产生改造作用大洋沉积
4、的主要场所可分为浅海大陆架沉积、板块复合带的海沟或边缘海盆地沉积以及深海沉积大洋沉积的类型主要包括由通过河流、冰川、风力和海岸侵蚀等作用从陆地侵蚀搬运而来的板块运动决定大洋盆地的格局,侵蚀和沉积作用过程则对海底地貌产生改造作用大洋沉积的主要场所可分为浅海大陆架沉积、板块复合带的海沟或边缘海盆地沉积以及深海沉积,岩石的堆积,大洋沉积的类型主要包括由通过河流、冰川、风力和海岸侵蚀等作用从陆地侵蚀搬运而来的碎屑沉积和以石灰岩和蛋白石形式从海水中析出的CaCO3和SiO2的化学沉积,其中,部分化学沉积是海洋生物作用的结果海洋中也有一定数量的有机物沉积,相对富集在大洋的缺氧层中。如果不考虑洋底热液作用造
5、成的海水成分变化,大洋中的可溶盐类处于一种动态的平衡中河流从陆地输入的溶解盐类不断地注入大洋,又通过沉积作用、成岩作用和板块运动返回到岩石圈,从而避免了海水盐度无限制地增长,维持了全球大洋的盐度平衡。,海洋沉积物,大洋沉积是岩石圈物质循环转换的重要环节,物质循环示意图,3. 大气环流过程,大气环流是大范围的大气运动,热量和水分通过大气环流进行传输,水分传输影响陆上降水的分布等大气环流的状况往往决定全球的或区域的天气和气候类型及其变化主要有3种相互关联的大气环流形式:赤道一极地之间的能量梯度作用和地球自转影响产生的大气平均经圈环流,赤道地区大洋东西两侧海水冷暖差异形成的大气纬圈环流及沃克环流,海
6、陆分布及其物理性质不同所产生的热力差异而导致的季风环流。,大气环流,大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动,形成表层环流在表层水被从原地吹离的地区,下伏的次表层水将会上涌补充,形成上升流;相反,在表水汇聚地区,又会形成下降流。在有上升流和下降流的地区,其海洋表面温度低于或高于其他海区,赤道地区大洋两侧海水温度的差别导致了沃克环流的出现,海温的变异引起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发生,并通过海气作用导致沃克环流异常,造成大尺度的环流异常与全球气候异常,4. 海洋环流过程,海洋环流模式,5. 生物地球化学循环,生物地球化学循环可分为水循环、气体型和沉积型等类型。 气体型循环(gaseous iype)
7、其贮存库是大气和海洋气相循环把大气和海洋相联系,具有明显的全球性。,气相循环与全球性三个环境问题(温室效应,酸雨与酸雾,臭氧层破坏)密切相关,沉积型循环(sedimentary type) 许多矿物元素其贮存库在地壳里,经过自然风化和人类的开采冶炼,从陆地岩石中释放出来,为植物所吸收,参与生命物质的形成,并沿食物链转移。,循环示意图,C和S的生物地球化学循环,四、生态系统的主要过程,物种流是指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态物种流是生态系统一个重要过程,它扩大和加强了不同生态系统间的交流和联系。提高了生态系统的服务功能。,1. 生态系统的物种流,物种流主要包括生物有机体与环境之间
8、相互作用所产生的时间、空间变化的过程;物种种群在生态系统内或系统之间格局和数量的动态;以及生物群落中物种组成、配置,营养结构变化,外来种和本地种的相互作用,生态系统对物种增加和空缺的反应等物种流与物质循环具有密切的联系,物质循环过程的实现是通过处于不同生态位的生物种,在复杂的食物链与食物网结构中,通过生命物质的新陈代谢完成的,2. 生态系统中的能量流,太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源。能量以日光形式进入生态系统,以植物物质形式贮存起来的能量,沿着食物链和食物网流动通过生态系统,以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中,或作为产品输出,离开生态系统,或经消费者和分解者生物有机体呼吸释
9、放的热能自系统中丢失生态系统是开放的系统,某些物质还可通过系统的边界输入。,能量的传递,3. 生态系统的信息传递,信息是通过人类的感知、加工而成的,以一种能量形式存在的对客观世界的知识反馈生态环境信息是在生物及非生物环境仿真与控制中应用的经收集、处理而以特定形式存在的生态知识生态系统中的光、电、声、磁都属于物理信息;生态系统的各个层次都有生物代谢产生的化学物质参与传递信息、协调各种功能,这种传递信息的化学物质通称为信息素生态系统中各种生物通过营养信息关系联系成一个互相依存和互相制约的整体,生物的食物链就是一个生物的营养信息系统生态系统的各个组成成员之间及各个成员的内部都存在着信息交流,彼此间进
10、行着信息传递,这种信息传递又称为信息流,3.1 信息传递的一般规律,生物的信息传递、接受和感应特征是长期进化的结果信息传递的目的就是要使接受端获得一个与发送端相同的复现消息,包括全部内容与特征。可大体分为物理信息、化学信息、营养信息和行为信息4种。生态系统中能量流和物质流通过个体与个体之间,种群与种群之间,生物与环境之间的信息传递协调,生态系统中信息传递的一般模式,3.2 生态系统的信息联系,干旱生理、蒸发蒸腾、组织自适应、SPAC运移, 生物与水分之间的信息关系 水是荒漠生态系统的生命线,是干旱区自然环境综合体中最活跃的因素,是自然界物质和能量转化的主要介质,它不但能使干旱区光热资源优势得以
11、充分发挥,为人们提供丰富的生活和生产物质,还可以其本身,改善和美化环境。,水的利弊, 植物与植物之间的信息联系同一环境中的生物有机体也不是偶然相处,而是经过漫长的进化过程互相适应的结果荒漠生态系统中的植物种类比较贫乏,生活型也比较单一,共同生长的植物,一方可能对另一方或互相有利,也可能对另一方或互相有害关系都以直接的或间接的方式在起作用,在物质、能量交换的过程中,伴随着极其复杂信息的传输。,光、水、营养、能量、根际,植物与动物间的信息联系在荒漠生态系统中,植物与动物的信息联系首先表现为动物对荒漠植被生存环境的依存与适应。,在植物与动物的信息传递过程中,荒漠植物并不是完全被动地被动物侵袭或吞食,
12、而是通过形态、生理、生化等各个方面所发出的种种信息,抵御植食性动物的危害。,植物与动物间所建立的信息传递关系,在一定程度上大大增加了生态系统信息传递中的多样性和复杂性。,3.3 生态系统信息传递的作用,荒漠生态系统是一种相对脆弱的生态系统。它也是一种开放的、处于非平衡态的非线性系统在不断交换能流、物流及信息流的过程中,输入了负熵流,才维持了系统的有序性荒漠生态系统的信息流不仅包含着个体(物种)、种群和群落等不同水平的信息,而且所有的植物、动物、微生物及其各部分都有特殊的信息联系,从而赋予了荒漠生态系统丰富的特点信息传递在荒漠生态系统的发育、维持、演化等过程中,具有不可替代的作用,水、干旱、植被
13、,第二节 生物多样性变化,生物多样性是指来源于包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体生物多样性强调生命有机体及其赖以生存的环境的多样化和变异性生物多样性是指生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性生物多样性包含了遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次上的多样性,现在逐渐发展形成了第四个层次,即景观多样性。,生物依存,一、物种多样性,物种多样性是指多样性的生物类型及种类,强调物种的变异性,物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性,是进化机制的最主要产物,所以物种被认为是最适合研究生物多样性的生命层次,物
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