全球变化1.ppt

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1、近年来，海拔5896米的非洲第一高峰 乞力马扎罗山山顶积雪融化、冰川消失现象非常严重，在过去的80年内冰川已经萎缩了80%以上。有环境专家指出，乞力马扎罗雪顶可能将在10年内彻底融化消失，届时乞力马扎罗山独有的“赤道雪山”奇观将与人类告别。,Kilimanjaro 2000,Kilimanjaro 1970,Kilimanjaro 2005,卫星照片揭示南极冰架50亿立方冰体崩塌全过程,2002年3月,冰体充满海湾,冰山向外漂移,冰架崩落,原来空的海湾,2006年9月20日,一座从冰川分离出来的冰山漂浮在格陵兰岛西南的海面上。研究报告表明：格陵兰岛上厚厚的冰雪覆盖层融化速度比科学家预计的要快得

2、多。,2008年3月6日的照片显示威尔金斯冰架出现一个巨大的裂缝,2010年巨型海冰脱离南极龙尼-菲尔希纳冰架的过程,1月12日下午,1月13日上午,1月13日下午时,图瓦卢 全球第一个因气候灾难而举国搬迁的国家。南太平洋岛国图瓦卢，由九个环状珊瑚小岛构成，总面积只有26km2，最高海拔4.5 m，总人口1.1万人（世界第二少）。从19932009年，图瓦卢的海平面总共上升了9.12cm，以此字推算，50年之后，海平面将上升37.6cm，图瓦卢至少将有60的国土彻底沉入海中。图瓦卢人民成了名符其实的“环境难民”，从2002年起正式举国迁往新西兰。,图瓦卢,图瓦卢唯一的主干道被淹没,大潮期间被海

3、水淹没的图瓦卢,台风期间成为泽国的图瓦卢,印度洋岛国马尔代夫,1190个珊瑚岛所构成的群岛小国平均海拔 1 米，人口 28 万,1190个珊瑚岛所构成的群岛小国平均海拔 1 米，人口 28 万,胡杨一个神奇的树种，其生长总和凤凰与鲜血紧密相连；一个多变的树种，春夏为绿色，深秋为黄色，冬天为红色；一个坚强的树种，活着三百年不死、死后三百年不倒、倒后三百年不朽。,额济纳的胡杨林,弱水河畔、居延海边是胡杨的故乡，39万亩的胡杨林是当今世界仅存的三处天然河道胡杨林之一、是阻止巴丹吉林沙漠向北扩散的重要屏障，是中国西部生态的天然宝库。黑河水断流、居延海干涸，70多万亩胡杨林现仅残存30万亩。哀叹胡杨的远

4、去也许更应该哀叹人类自己，拯救胡杨林便是拯救人类自己的家园。,额济纳的眼泪：胡杨没有了剩下的只有沙漠,全球气温变暖将可能导致北极熊溺死,水资源短缺,水资源短缺的中国西部农民用沙土来洗脸,2005年8月30日，在美国南部路易斯安那州的新奥尔良市，由“卡特里娜”飓风带来的洪水将城区淹没。,广西融安西山仍在顽强工作的中国移动基站,因冰雨天气，光缆上结满了冰，变粗数十倍。,2011年2月28日5时左右，云南省丽江市玉龙纳西族自治县黄山镇五台村委会发生森林大火。截至3月1日凌晨1时，火势仍在蔓延，火线达数百米。,全球变化科学导论,朱诚等,Contents,全球变化研究的基本问题,1,全球变化研究的主要方

5、法,2,环境演变与全球变化,3,人类活动与全球变化,4,全球变化研究的基本问题,产生的背景,全球变化科学,研究的主要内容及意义,全球变化研究的基本问题,产生的过程,背 景,产生的过程,背 景 硬件条件 社会需求 历史必然性 科学思想代表,全球变化科学产生的背景,全球变化科学产生的背景,一、全球变化科学产生的过程 全球变化研究研究是在20世纪80年代初开始。1983年，首次提出物理过程与生物过程相互作用的观点，并将其与自然界尚未揭开的“奥秘”联系起来；1984年国际科学联合会第20届大会开始全球变化研究的讨论；1986年国际科学联合会第21届大会后，组成了19人的国际地圈-生物圈（全球变化研究）

6、计划特别委员会，于国际科学联合会第22届大会提出全球变化研究的计划大纲。全球变化的研究1987-1990年制定计划；20世纪90年代-21世纪前10年计划实施阶段；进行长达20的持续观测。,全球变化科学产生的背景,全球变化科学产生的背景,特别委员会下设的协调专家和工作小组主要负责的研究内容：陆地生物圈和大气化学的相互作用（CP1）海洋生物圈与大气的相互作用（CP2）水循环的生物学方面（CP3）气候变化对陆地生态系统的影响（CP4）全球地圈、生物圈模拟（CP5）资料和信息系统（WG1）地圈-生物圈观测站（WG2）过去的全球变化（SSC）,全球变化科学产生的背景,二、全球变化科学应运而生的背景 全

7、球变化研究科学是在时代的发展、科学的进步、社会的需要情况下产生的，主要表现在以下4个方面：1硬件条件 在20世纪末全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000个高空站、10 000个气象站、3000个飞行器、7000艘充气船、500个浮标、长期立体动态信息库，还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。,全球变化科学产生的背景,2社会需求 急需国际合作共同解决十大环境问题：(1)大气污染：人类在最近一个世纪排放的C02 增加了20，全球每年使用矿物燃料燃烧排入大气的C02达55104t。,德国法兰克福附近一个发电厂上空，一道彩虹划过被污染的厂区,全球变化科学产生的背景,(2

8、)温室效应：1950-1985年，全球排放的C02、氮氧化物、氯氟烃等物质增加了20倍。世界6个工业大国排放的温室气体占全球排放量的45%，过去100年中气候变化最暖的6年均出现在20世纪80年代。气候专家预计2025年全球平均气温将上外l，到下世纪将上升1.5-4.5。在过去100年内，世界海面上升了10-15cm；预计未来100年内，全球海面将上升100cm，沿海许多地区将被淹没，不少岛屿将消失，洪涝、风暴潮灾害将加剧。,大气中温室气体含量和污染物迅速增长,全球变化科学产生的背景,(3)臭氧层被破坏：已发现每年春季南极上空臭氧台量都消失40-50，臭氧层空洞已大如美国国土，欧洲上空臭氧含量

9、在1992年 5 月中每天减少1，到2000年北半球上空臭氧减少了25-30。截止到2000年，破坏臭氧层的氯氟烃近60年已排放12106 t，全球每年产生量达1106t，其中发达国家占80。,臭氧层的破坏和南极臭氧洞,全球变化科学产生的背景,(4)土地沙漠化：每年全球有5-7104km2耕地变为沙漠。另有21104km2耕地完全丧失生产能力，地球陆地13处于干燥地区，全球约l0亿人生活在沙漠化威胁地区。联合国环境规划署称，今后20年内，每年为控制沙漠化至少要耗资45亿美元。,土地退化和荒漠化,甘肃民勤已成世界上荒漠化最严重地区,沙造林死亡了村庄也跟着死亡了,民勤匈奴休屠王曾经的牧场，如今是黄

10、沙漫漫。05年，沿着河西走廊实地探访民勤，地表水严重断流，民勤可以使用的地表水仅有0.8亿m3左右。17个乡镇、14万人、18万头牲畜无水可用。全县水资源缺口达6.1亿m3。,逼近村庄的沙漠,人去屋空,全球变化科学产生的背景,(5)水的污染：地球水资源为138108km3，其中97是海水，人类淡水资源严重不足。各国每年工业用水超过600km3，而灌溉农田用水多达 3000-4000km3，受化肥和有毒物质污染的水不少于上述水量总和的13。全球每年25万人死于水污染造成的疾病。全球60亿人口中，12亿人缺乏卫生安全的饮用水，腹泻病例每年达10亿多。,全球变化科学产生的背景,(6)海洋环境恶化：海

11、洋占地球面积71，全世界每年向海里倾倒的垃圾多达 200X108 t(包括塑料制品、生活垃圾、工业废料、放射性物品)，每年倒入海洋的石油和污染物分别达到3.2105和6.5105 t。海洋污染使沿海居民发生肝炎、霍乱病例增多，鱼虾和海洋生物大量死亡。,全球变化科学产生的背景,(7)森林锐减：历史上，森林和林地曾占陆地13以上，但过去l万年以来，因人类砍伐和火灾使地球森林面积缩小了l3。最近20年内全球每年砍伐森林20l04 km2。有22个国家中的1亿人没有足够的林木供其最低限度的燃料需求。欧洲的原始森林几乎完全消失。全球热带雨林仅有原来的12。水土流失、土地沙漠化以及水旱灾害主要由此而生。,

12、巴西热带雨林的破坏,全球变化科学产生的背景,(8)物种濒危:地球上每天有100种生物灭绝。现有物种为1000万种左右，到21世纪初可能消失的物种为100万种。有证据表明，地球30-70的植物在今后100年内将不复存在，20世纪末处于灭绝边缘的哺乳动物有406种，鸟类593种，爬行动物209种，鱼类242种。生物种类大灭绝的后果将给人类前途带来致命威胁。,生物多样性遭破坏 热带雨林地球生物多样性最丰富的陆地生态系统，被誉为地球的基因库，地球上约1000万个物种中，有200400万种都生存于热带、亚热带森林中。在亚马逊热带雨林中每平方公里不同种类的植物达12OO多种，地球上动植物的15都生长在这里

13、。然而由于热带雨林的砍伐，那里每天都至少消失一个物种。,雨林变人工林“赶走”原有生物,生物多样性遭破坏 从1970年2000年，热带雨林最低温度的平均值的上升，对那些对气候敏感的两栖动物影响巨大。高温导致更多干旱气候，热带雨林高地的异常连锁反应也使破坏性很强的菌类植物加快繁殖，进而影响到青蛙等动物的生存。在波多黎各附近的岛屿上，17种细趾蟾科动物中的3种已经灭绝，另有78种的数量已经开始下降。,全球变化科学产生的背景,(9)垃圾成灾：地球亡的垃圾越来越多，20世 纪末仅美国每年就产生工业垃圾20108 t以上，城市居民垃圾22108t，丢弃的旧汽车1000多万辆，废轮胎上亿只。全球危险废物以每

14、年5108t 的速度递增。垃圾无孔不入，在珠穆朗玛峰、南极都有垃圾，在太空轨道上有7000多个直径 10 cm以上的废物碎块在飘游（高速运转的太空垃圾）。,全球变化科学产生的背景,(10)人口增长过快：1800年世界人口只有10亿，1930年达20亿，1964年达30亿，1987年7月11日达50亿，1999年10月12日已达60亿以上。人口学家估计世界人口正以每年l亿人的速度在递增，到2030年人口可能达100亿。地球资源在开发利用的速度和承载率上目前已赶不上人口增长速度。为保护全球资源和环境，控制人口迫在眉睫。,人 类 社 会 的 变 化,城市化,人口增长,人口快速增长和城市化,过去300

15、年内全球人口增长了10倍，从6亿增到60亿。城市人口增长最快，19世纪初只有3%的居住在超过5000人的城市里，20世纪初，14%的人口住在城里，1991年50%以上为城市人口。目前城市人口的增长率占2.6%，其中发展中国家的增长率为3.4%，亚洲最快达4.8%。,全球变化科学产生的背景,3、历史的必然性 全球变化研究科学的产生是历史进程的必然。全球变化研究是20世纪以来地球科学发展的里程碑之一。1905年发现电离层；1906年发明放射性同位素测年；1915年大陆漂移学说提出；1920年米兰科维奇天文理论提出；1930年臭氧层学说提出；1948年第一个数值天气预报产生；1957年国际地球物理年

16、(开始第一次多学科合作、大规模开展观测)；1960年第一张全球卫星图片诞生；1969年人类登月成功。此外，还有臭氧洞的发现、海事卫星的发射和成功使用，直至1986年国际地圈-生物圈计划的制定和实施。,全球变化科学产生的背景,4、科学思想代表全球变化研究的科学思想的代表：(1)亚里士多德(Aristodle)，公元前300年古希腊哲学家和自然科学家，他首次提出支持生命的物理系统。(2)加兰(Garland)，1982年国际地球物理学会(IVGG)主席，首次提出地球系统科学的概念。(3)弗里德曼(Fridman)，美国科学院物理、数学、资源委员会主席，1983年他首次提出“全球变化(Global

17、Change)”的概念。从此，人类开始从交叉科学角度将地球作为全球系统开展研究。(4)马隆(Malone)，1984年国际科学联合会副主席，是他第一个将全球变化研究付诸实施。全球变化研究这门科学就是在上述背景下应运而生的。,全球变化研究的基本问题,主要内容,相关研究计划,学科性质,全球变化科学研究的主要内容及意义,主要意义,全球变化科学研究的内容及意义,一、全球变化科学研究的主要内容(1)研究地球系统复杂的多重相互作用的机制，是目前全球变化最主要的研究内容。(2)分析地球系统各种尺度的变化规律和控制这些变化的主要因素。(3)建立地球系统变化的预测理论方法。(4)提出全球资源和环境科学管理的方法

18、。,地球系统 地球系统的组成,全球变化的研究对象、目标和要解决的主要科学问题 对象地球系统 目标描述和理解地球系统运行的机制、变化 规律、人类活动在其中所起的作用与影响；提高对未来环境变化及其对人类社会发 展影响的预测和评估能力；为全球环境问题的宏观决策提供科学依据。,地球系统的划分,地圈（地球物理状态的综合）生物圈（全球生态系统）,物理气候系统：,固体地球系统,（水圈、大气圈为主体）,（岩石圈、表土层为主体）,决定 地表水份和能量的交换和分布，形成全球气候。,决定 地壳的生消及其运动，形成地球的海陆分布格局与各种地貌形态。,物理气候系统、固体地球系统、全球生态系统分别调控着水循环、生物地球化

19、学循环、固体地球物质循环三个循环子系统。,地球系统物质与能量交换的过程,物理过程大气和海洋的环流运动及其相联系的热量输送、水循环过程、地壳的垂直升降与水平推移等过程。化学过程岩石矿物的溶解、大洋中的碳酸盐沉积、大气中氧气的生成与消耗等过程。生物过程动物的生长、繁殖过程，生物之间的捕食鱼被捕食等于生命活动相联系的过程。,驱动全球气候系统变化的主要过程（十年-百年尺度）,大气化学成分的控制和调节；平流层过程；海洋物理过程；海洋生物化学过程；陆面过程和生态系统；水的多种作用；,未来IPCC着重研究11个关键问题(赵宗慈、王绍武 2009)尽管从IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）1990年发布

20、第一次评估报告到2007年发表第四次评估报告（AR4）已经将近20年，但人们对气候变化的科学认识仍然存在很多的空白和不确定性。09年4月，美国气象学会公报刊登了22位IPCC三个工作组第四次评估报告主要作者联合撰写的文章从IPCC AR4得到的启示科学发展要求认识、预报和响应于气候变化，综述了从IPCC AR4以及近些年发表的97篇文献所获得的启示，提出未来IPCC应该着重研究的11个关键科学问题，分为四类：,认识和预测以适应气候变化关键问题1：需要提高模式再现气候系统的基本特征的能力，如环流和降水的分布、厄尔尼诺、季节变率以及与温度和降水有关的极端天气气候事件。关键问题2：为政策制定者和社会

21、需求，需要做未来10年30年时间尺度的气候预测，包括对不确定性的量化估计。关键问题3：除了集中在全球和年代际预测外，应该加强对区域尺度气候信息的研究，以及研究陆面过程和生物圈与大气圈的相互作用。,确保全球气候系统观测记录质量关键问题4：建立气候和与其有关的影响方面的观测资料档案。首先应该根据需要进行再加工，以便反映新的认知和改善与降低错误率，以及进行对偏差的估计；其次对全球再分析资料进行合成，应该制作成可利用的全球网格点的场。关键问题5：资料库必须扩展到包括受到气候变化影响的观测值，并且要考虑自身的和有序的适应，气候影响方面的观测值特别应该在已被确认是高度脆弱的地区，以及具有弱和强适应能力的地

22、区制作。关键问题6：必须建立系统性的方法，特别是涉及到脆弱性的监测和评估方面。,影响、适应和脆弱性协调和交叉的研究关键问题7：需要发展和应用一组统一的和一致的情景方案，包括土地利用、土地覆盖和排放资料库，具有一致的和多种的空间和时间尺度，以及考虑历史和未来的时间尺度，从而支持从事气候和综合评估的研究团体。,在影响方面关键的气候科学问题关键问题8：应用观测和新技术，提高对水循环变率的认识，包括很短期和几十年的时间尺度，特别是涉及到极端事件的问题。关键问题9：建立一个直接的行动组，应用物理过程的研究和观测结果，综合得到有关冰盖对气候变化的非线性响应，包括冰盖对海面上升的影响，这些结论应该得到大多数

23、专家的共识和认可。关键问题10：需要努力改善对模拟过程的研究和认识地球系统碳循环的反馈。这将要求有更稠密和分布更均匀的观测站网，利用遥感观测在陆地、海洋和大气中与碳有关的变量；此外也需要改进碳循环模式。关键问题之11：需要对一些过程进行评估，如气溶胶间接强迫的认识（例如气溶胶的输送、对流过程，云的形成和消散），并且还需要评估在气候模式中再现这些过程的可靠性。至少应该通过多模式对比与计算，确定过去和未来几年对气溶胶间接辐射强迫效应的上界。,总结以上需要研究的11个关键问题可以得出：当前急需进行的是提高对气候系统全方位的高质量的监测和观测（特别是在脆弱地区），提高气候模式的模拟水平（特别是在区域尺

24、度），以及提高对未来10年30 年气候变化的预测水平（特别是对极端气候事件的预测水平）。地球气候正在变化，其变化程度有多大以及对人类的影响有多大，是政策制定者关心的重要问题，科学家们必须进一步做出更科学的和更可靠的评估。当然，气候变化的影响与对策研究是一个整体，涉及到各个国家，需要多学科的共同努力和协作。,全球变化科学地球系统的运行机制、变化规律和控制变化的机理(自然的和人为的)，并预测未来变化的科学研究称之。它研究的是一个行星尺度的问题。地球系统将地球的大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器、人类活动作为第三促动因素，发生在该系统中

25、的全球变化是在上 述力的驱动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。,全球变化科学研究的内容及意义,全球变化科学研究的内容及意义,二、全球变化科学研究的相关计划(1)国际地圈-生物圈核心计划 IGBP(2)世界气候研究计划 WCRP(3)全球变化人文计划 IHDP(4)生物多样性计划 DIVERSITAS（5）支撑计划（6）其他相关计划,目前全球变化研究的国际合作计划和组织：（1）世界气候计划与组织（2）国际地圈生物圈计划（3）国际科学联合会组织的人地交互作用和社会科学中的全球变化研究（4）联合国教科文组织的生物多样性计划（5）气候变化框架公约（6）联合国保护生物多样性公约,全球变化科学

26、研究的内容及意义,（7）沙漠化防治公约（8）极地气候系统研究（9）全球能量和水分循环研究（10）全球海洋模式研究(11)气候变率和可预报性研究（12）平流层过程及其在气候中作用的研究（13）气候数值模拟模式比较,全球变化科学研究的内容及意义,（1）世界气候研究计划(WCRP)宗旨：协调和寻求对整个气候系统的科学了解；研究在什么程度上可以预测气候；人类在多大程度上能够影响气候。计划设立于1980年，由世界气象组织(WMO)、国际科学联盟(ICSU)和联合国教科文组织(UNESCO)下属的政府间海洋委员会(IOC)共同组建。,世界气候研究计划,WCRP 前身是全球大气研究计划(GARP)。GARP

27、 计划是在70年代进行并取得了极大的成功。它是通过1979年进行的第一次全球大气观测试验(FGGE)第一次对一年时期内的整个全球大气进行了详细观测和研究，为改进短期数值气候预报和建立中期天气数值预报提供了科学基础。,世界气候研究计划,WCRP 计划是 GARP 计划的自然延伸和向 前的发展，它涉及的是整个气候系统，即大气、海洋、陆面和冰雪、生态及人类活动等。最终目标是为建立月、季、年际以及年 代际等气候预测提供科学认识和基础。,世界气候研究计划,WCRP 是跨学科的气候研究计划，由6个分计划组成：气候变率和可预报性研究计划(CLIVAR)该计划重点研究变化的大气和缓慢变化的陆面、海洋和冰雪过程

28、，人类的影响以及地球化学和生物物质的变化。也特别研究世界季风环流年循环强度的预报及海洋与其变率。CLIVAR 计划的3各组成部分：全球海洋、大气和陆地系统的季节到年际尺度的变率和可预报性；10年到百年尺度气候变率和可预报性；人为气候变化的模拟和检测。,平流层过程及其在气候中作用的研究计划（SPARC）研究平流层过程在气候中的重要作用，包括平流层温度的变化趋势，大气成分的变化趋势(如水汽)以及臭氧的垂直分布与变化等。具体内容：重力波过程及中小尺度重力波在全球大气数值模式中作用的参数化；平流层-对流层交换；对流层上部/平流层下部的化学-气候问题；O3的变化及其对气候的影响；准两年振荡及其在对流层和

29、平流层耦合中的可能作用；气候变化的平流层指标；包括温度趋势(已确定平流层正在冷却)；痕量气体(水汽与臭氧等)的变化等；平流层对气候影响的模式研究；平流层基本气候参数的平均值和变率(平流层参考气候学)；UV辐射活动的监测等。,世界气候研究计划,为了专门研究这些问题，GEWEX 计划从组织结构上分三个部分，即水文气象，大气辐射过程和模式与预报。对于水文气象，重点是进行了5个大陆尺度的能量和水循环试验，并使这5个试验参加协同加强观测期(CEOP)。辐射部分重点是研究气候强迫和气候反馈，其中包括减少不确定性以改进气候预测。模式与预报部分重点是改进大气环流模式中云与陆面参数化方案。,世界气候研究计划,G

30、EWEX 最近提出的GEOP观测计划旨在更好地了解大陆水文气候过程对全球大气环流可预报性与水资源变化的影响，并且发展相关的模式和进行数值模拟，特别是重点研究推动和影响气候系统及其异常的热源和热汇区。,世界气候研究计划,全球能量和水份循环实验(GEWEX)。旨在提高模拟全球降水和蒸发能力，其科学目标：根据对大气和陆面特征的全球测量，确定水文循环和能量通量；模拟全球水循环及其对大气、海洋和陆地面的影响；预测水文过程和水资源对环境变化的影响；促进观测技术的发展，综合归类各种数据，使其适合于长期天气预报、水温和气候预测。,世界气候研究计划,世界大洋环流计划(WOCE)重点研究深海结构的作用以及大尺度海

31、洋环流及其在气候系统中的作用。通过各种海洋测量、卫星观测和全球海洋模式的研究来实现的。WOCE计划促进了用于各种精确测量海洋水位的卫星传感器等重要技术的发 展，此外还改进了潮汐预报。这一计划目前正在对所有收集到的资料进行最后 的综合。将对全球海洋有更完整的和动力学上相一致的了解。,世界气候研究计划,WOCE最后要达到两个主要的目的：发展用于预报气候变化的海洋模式，收集用于检验海洋模式所需要的资料，包括要了解海洋输送和与大气及冰雪间交换多少热量和淡水；海流怎样被大气强迫驱动，温度和盐度怎么由大气强迫决定；海洋是怎样变化的，包括充满海洋的许多小涡旋在其中起什么作用，由海气相互作用决定的属性怎样围绕

32、海洋运动等。WOCE在1990-1997年间进行了长期的外场观测试验，目前进行的分析、解释、模式模拟和综合研究将持续到2002年。,世界气候研究计划,北极气候系统研究(ACSYS)和极地气候计划 该计划是一个多学科的专门研究北冰洋水文和大陆架调查的研究计划。它揭示了北冰洋欧亚部分的上层海洋有明显增暖这一事实，并可能对该地区永久性冰层的形成有重要影响。目前这个计划已被扩大为研究气候和冰雪圈相互作用的新计划（CLIC）。ACSYS研究包括南极海冰厚度测量和研究(用8个锚定浮标和声纳)，南极浮标计划，海冰与海洋模式模拟研究以及冰雪圈与气候研究等。,世界气候研究计划,对于CLIC计划主要研究四个方面的

33、科学问题：改进气候系统内部冰雪圈相互作用的物理过程和反馈机制；改进模式中冰雪过程的表征以减少气候模拟和气候变化预测中的不确定性；评估和定量分析过去和将来气候变化与变率对冰雪圈个分量的影响及其后果，尤其是对能量和水分收、支、冻土条件，海平面变化和北极冰盖的维持；加强冰雪圈的观测与监测。,世界气候研究计划,热带海洋和全球大气计划（TOGA）。计划历时10年（1985-1994），已完成。主要任务：研究20oN-30oS内热带海洋和全球气候的逐年变化，确定这些变化的机理，以提高中长期天气预报的准确性；研究建立几个月至数年时间尺度海洋与大气耦合系统变化的预报模式的可行性，探讨厄尔尼诺现象的响应机制。,

34、世界气候研究计划,（2）国际地圈生物圈计划 IGBP IGBP是由国际科学联合会(ICSU)组织的跨学科的国际合作项目，侧重地圈和生物圈的相互作用,于1986年正式确立。目标是了解控制地球系统及其演化的物理、化学和生物等相互作用的过程,以及人类活动在其中所起的作用。应用目标是增强人类对未来几十年至百年尺度上重大全球变化的预测能力,为国家的资源管理和环境决策服务。,国际地圈生物圈计划 IGBP,国际全球大气化学计划(IGAC)该计划由IGAC 及国际的大气化学和全球污染委员会(CACGP)共同支持,目标是认识全球大气化学组成,陆地和海洋生物圈过程以及人类活动对它的影响,从而在全球尺度上预测自然和

35、人为的因素对大气化学的影响。,国际地圈生物圈计划 IGBP,全球海洋通量联合研究(JGOFS)该计划于1990年3月开始实施,侧重研究 海洋内部以及海洋边界在海洋生物和化学、海洋循环和相关物理因素以及人为活动的影响下的碳交换过程。认识和预测区域至 全球尺度大气洋面洋底系统的季节和年际变化,解释气候变化的成因。,国际地圈生物圈计划 IGBP,过去的全球变化(PAGES)1991年3月形成PAGES的实施计划。通过对历史资料和保存在树木年轮、湖泊和海洋的沉积物、珊湖、冰芯等中的自然信息的研究,并借助于现代物理、化学分析技术恢复过去环境的变化并区分自然因素和人为因素的影响,以此为依据,检验未来全球变

36、化预测模型。目前集中研究两个时间阶段,最近2000年的地球历史；晚第四纪的最后几十万年的冰期、间冰期旋回。,国际地圈生物圈计划 IGBP,全球变化与陆地生态（MUTE)GCTE计划旨在分析全球尺度上大气成分、气候、人类活动和其他环境变化对陆地生态系统结构和功能的影响,预测未来全球变化可能对农业、林业、土壤和生态系统的影响。,国际地圈生物圈计划 IGBP,水循环的生物学方面(BAHC)BAHC计划研究植被在地表和大气水文工程中的作用,它有两个主要目的:通过野外测量,确定生物圈对水文循环的控制,发展从小块植被到大气环流模式(GCM)网格单元尺度上的土壤植被大气系统中能量和水通量模式；建立能用于描述

37、和验证生物圈与地球物理系统问相互作用模拟结果的适当数据库。,国际地圈生物圈计划 IGBP,海岸带陆海相互作用(LOICZ)LOICZ计划侧重模拟和预测10年尺度上海岸带对全球气候变化的响应,为沿海地区的长期可持续发展、经济和社会政策服务。研究内容包括:外力或边界条件的变化对近海通量的影响；海岸生物地貌学与海平面上升；碳通量与痕量气体的排放；全球变化对海岸系统的经济和社会影响。,国际地圈生物圈计划 IGBP,全球海洋生态系统动力学(GLOBEC)1995年确定的 GLOBEC 的主要目标是认识全球海洋生态系统及其亚系统的结构和功 能,提高海洋生态系统对全球变化响应的预测能力。,国际地圈生物圈计划

38、 IGBP,土地利用与土地覆盖变化计划(LUCC)鉴于土地利用与土地覆盖变化研究对于深入认识全球环境变化的重要性,IGBP与IHDP于1992年正式确立了共同的核心计划LUCC。拟运用系统手段和综合案例研究,建立能在区域尺度上预测未来土地利用和土地覆盖格局的模型。LUCC近期的研究计划主要围绕人为活动引起的过去300年间土地覆盖的改变、未来50年土地利用变化对土地覆盖的可能影响、不同地理和历史背景下引起的土地利用变化的主要人为原因以及全球环境变化对土地的利用和土地覆盖影响等方面。,国际地圈生物圈计划 IGBP,全球分析、解释与建模(GAIM)GAIM是IGBP 3个支撑计划之一。整个地球可以划

39、分为物理气候亚系统与生物地球化学亚系统。与物理气候系统的大气环流模型(GCM)相对应,GAIM 在不同的时空尺度上构建、评估和运用一系列的模型和数据库,并用他们解决与全球生物地球化学亚系统有关的问题。,国际地圈生物圈计划 IGBP,数据与信息系统(IGBPDIS)IGBP-DIS也是IGBP的 3个支撑计划之一。它的目的是汇集和处理各个核心计划产生的数据以及卫星遥感数据,使它们能够在各个计划之间互相使用。它的任务包括开发和维护数据采集通道,按一定标准处理数据、传播数据、制定数据管理政策以及促进各核心计划之间的数据交换。,国际地圈生物圈计划 IGBP,全球变化的分析、研究和培训系统(START)

40、START也是IGBP的3个支撑计划之一,它是一个包括世界不同区域研究网络(RRN)的系统,每一个 RRN包括一个区域研究中心(RRC)和若干个区域研究站(RRS)。区域研究中心是本地区的信息中心,并起着协调地区内外的作用。RRN通过RRC相互联系,形成全球系统,通过它进行科学信息的分发,以组织研究和执行国际上主要的核心计划。START的意义是为区域尺度和全球尺度之间提供联系,开展区域影响评价并为区域政策的制定服务。根据有关原则,共提出了14个区域,目前已建立东亚(北京)、东南亚(曼谷)、南亚(新德里)、非洲(内罗毕)和地中海区(Toulouse,法国)5个全球变化研究中心。,国际地圈生物圈计

41、划 IGBP,（3）全球变化人文计划 IHDP IHDP(或HDP计划)由国际远景研究机构联合会(IFIAS)、国际社会科学联合会(ISSC)和联合国教科文组织(UNESCO)联合制定、组织和协调,时间跨度为10年。该计划仿效自然科学的大规模合作,开展社会科学领域的多学科综合研究,深入分析人类在导致全球环境变化中所起的作用。它的目标为加强对人-地系统复杂相互作用的认识,探索和预测全球环境下的社会变化,确定社会战略以减缓全球变化的不利影响。,全球变化人文计划 IHDP,（4）生物多样性计划 DIVERSITAS 国际生物多样性计划(An International Programme of Bi

42、odiversity Science,DIVERSITAS)是石油国际生物科学联合会(IUBS)、环境问题科学委员会(SCOPE)及联合国教科文组织(UNESCO)等3大国际组织于1991年共同发起的。它的主要任务是通过国际问合作,来加强对生物多样性的起源、组成、功能、维持与保护等方面开展研究,以增进对生物多样性的认识、保护和可持续利用。,生物多样性计划,1996年该计划进入第2期,在上述3个国际组织的基础上,又有国际学术联合会(ICSUh国际地圈生物圈研究计划(IGBP-GCTE)和国际微生物联合会（GUMS)等3个国际组织加盟。相应地,该计划的研究领域也大大拓宽,涉及生物多样性研究的各个主

43、要方面,包括生物多样性的起源、维持和丧失；生物多样性的生态系统功能；生物多样性清查、分类及其相互关系；生物多样性评价和监测；生物多样性的保护、恢复和可持续利用；生物多样性的人类因素；土壤和沉积物的生物多样性；海洋生物多样性；微生物生物多样性。,生物多样性计划,由于全球增暖将导致地球气候系统的深刻变化,使人类与生态环境系统之间业已建立起来的相互适应关系受到显著影响和扰动,因此全球变化特别是气候变化问题得到各国政府与公众的极大关注。1979年的第一次世界气候大会(主要由科学家参加)宣言提出:如果大气中的二氧化碳含量今后仍像现在这样不断增加,则气温的上升到20世纪末将达到可测量的程度,到21世纪中叶

44、将会出现显著的增温现象。1990年11月,第二次世界气候大会（由科学家和部长参加）通过了科学技术会议声明和部长宣言,认为已有一些技术上可行、经济上有效的方法,可供各国减少二氧化碳的排放,并提出制定气候变化公约的问题。,1991年2月联合国组成气候公约谈判工作,并于 1992年5月完成了公约的谈判工作。1992年6月联合国环境与发展大会期,153个国家和区域一体化组织正式签署了联合国气候变化框架公约。1994年3月21日公约正式生效。截止到2001年 12月共有187个国家和区域一体化组织成为缔约方。公约缔约方第一次大会于1995年3月在德国柏林召开。经过两年的艰苦谈判,1997年12月在日本京

45、都召开的公约第三次缔约方大会上通过了京都议定书,为发达国家规定了到2008-2012年的具体的温室气体减排义务。,1988年11月世界气象组织和联合国环境规划署建立了“政府间气候变化专门委员会(IPCC）”,其主要任务是定期对气候变化科学知识的现状、气候变化对社会和经济的潜在影响,以及适应和减缓气候变化的可能对策进行评估,为各国政府和国际社会提供权威的科学信息。自成立以来,IPCC已组织世界上数以千计的不同领域的科学家完成了四次评估报告及“综合报告”。此外,还组织编写了许多特别报告、技术报告。IPCC组织编写的这些评估报告,作为制定气候变化政策和对策的科学依据提交给国际社会和各国政府。它不仅为

46、各国政府部门制定气候变化对策提供了科学信息,而且也直接影响着联合国气候变化框架公约及京都议定书的实施进程,并在荒漠化、湿地等其他国际环境公约的活动中发挥着越来越大的作用。,全球气候变化问题,不仅是科学问题、环境问题,而且是能源问题、经济问题和政治问题。全球气候变化问题将给我国带来许多挑战、压力和机遇。国际上要求我国减排温室气体的压力越来越大。目前我国二氧化碳排放量己位居世界第二,甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放量也居世界前列。预测表明,到2025-2030年间,我国的二氧化碳排放总量很可能超过美国,居世界第一位;目前低于世界平均水平的我国人均二氧化碳排放量可能达到世界平均水平。由于技术和设备相对

47、落后、陈旧,能源消费强度,我国单位国内生产总值温室气体排放量比较高。,三、全球变化科学的学科性质 从学科性质及其与传统地球科学的区别上看，全球变化研究是一门以学科之间交叉地带为主要研究领域、以学科之间相互渗透和结合为主要研究方式的交叉学科(表1-3)。,全球变化的学科性质、特点及研究方法 全球变化科学是一门有重大理论价值的基础科学，其发展将加深人类对自己赖以生存的地球系统的形成变化规律的认识。全球变化科学又是一门具有明确应用前景的新兴学科，其研究成果将直接服务于环境保护、资源的合理开发利用、生态环境的建设，是人类实惠可持续发涨的科学基础。,全球变化从整体上来研究地球系统的三大相互作用过程的一个

48、新的研究领域，是现有学科之间的交叉地带。它以学科之间的相互渗透，系统的综合集成为主要研究方法。故该学科需要的是创新的观念、理论和方法。,人类在地球环境变化中的作用 人是地球生物圈的一个组成部分，受地球自然过程的影响；人类不同于地球上其它的生物，既有其能动的一面，正在不断地改变地球的面貌，成为地球变化的驱动力。,全球变化科学不仅是一门具有重大理论价值的基础科学，其发展将大大加深人类对自己赖以生存的地球系统的形成变化规律的认识。全球变化科学又是一门具有明确应用前景的新兴学科，其研究成果将直接服务于环境保护、资源的合理开发利用、生态环境的建设，是人类实现可持续发展的科学基础。,四、全球变化科学研究的主要意义 1全球变化研究是人类社会实现可持续发展的新的科学举措 2有利于深化对地球系统的认识，促进地球科学、应用基础科学和社会科学的共同发展 3推动世界科学进步，促进世界和平,参考书目,全球变化，张兰生等气候系统变化与人类活动，秦大河等全球变化科学导论，徐诚等全球气候变化人类面临的挑战，国家气候变化协调小组办公室气候系统变化与人类活动，李爱贞等现代气候学研究进展，王绍武等,思 考 题,1,全球变化科学产生的背景,3,全球变化科学研究的意义是什么？,2,全球变化科学研究的主要内容和相关国际计划,Thank You!,