第一讲全球变化科学导论

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20×108 t以上， 城市居民垃圾2．2×108t，丢弃的旧汽车1000多万
辆，废轮胎上亿只。全球危险废物以每年5×108t
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。
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。
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）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。

对地观测系统
全球气候 观测系统
全球海洋 观测系统
全球陆地 观测系统
地面观测网
气象 水文 生态 海洋 地震
把地球放进实验室--地球系统模式
2. 全球变化科学的研究对象,目标和要 解决的主要科学问题
全球变化研究的对象---地球系统
由大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈和生 物圈(包括人类圈)所组成的作为整体的行 星地球。它是由一系列相互作用过程(包括 系统各圈层之间的相互作用，物理、化学 和生物三大基本过程的相互作用以及人与 地球的相互作用)联系起来的复杂的非线性 多重耦合系统。
全球变化
主讲人：金秉福 鲁东大学地理与规划学院
自地球诞生之日起，它的环境就在不断变 化。在人类出现之前，这种变化纯粹是受 自然推动力支配的。 自人类诞生之日起，人类就开始干预了地 球环境的演变过程。当然，在初始时期人 类对环境的干预是微不足道的。直到工业 革命以前，这种影响还只是局部的。
随着人类社会的发展，人类对环境的影响日益增 长。早在1972年，联合国召开了著名的“人类环 境大会”，号召各国政府关注环境问题。但是， 当时的注意力还仅限于一个国家和一个地区的问 题，其学科范围主要限于地球科学的各个分支。 90年代以来，人类对全球环境问题的严重性、 复杂性以及人类自身对环境影响程度的认识达到 了一个新的高度。全球环境问题已成为人类社会 持续发展所面临的重要而急迫的问题，全球变化 研究成为一个共同关注的“热点”。
全球变化研究的科学目标
描述和理解人类赖以生存的地球系统 运转的机制，它的变化规律以及人类活 动对地球环境的影响，从而提高未来环 境变化的预测能力，为全球环境问题的 宏观决策提供科学依据。
全球变化研究的主要内容
1 全球变化的过程和驱动力 全球变化都是通过一定的过程来实现的， 表现为地球系统中某些关键性过程的变异， 并通过这些过程的变异引起一系列的反馈 过程，最终导致全球环境偏离原有的平衡 状态，即发生全球变化。 全球变化总是由控制地球系统状态的某些 因素的变化引起的，这些驱动因素可能来 自于驱动地球系统运行的地球外力、地球 内力和人类活动，也可能来自于地球系统 内部各子系统的相互作用。

降水 20世纪北半球中高纬度大陆地区，每十年的降水量很可能增加了
0.5-1%。热带地区可能每十年增加了0.2-0.3%。而亚热带地区可能减 少了0.3%； 20世纪后半叶，北半球中高纬度地区，强降水天气可能增加了2-4%。
温室气体的含量与作用
温室气体
–包括CO2、CH4、N2O、CFCs（ 氟氯化碳）、O3，只 占大气组成的1%；还有H2O（约1%）
• 几万年来，它们是塔斯马尼亚岛的主要捕食动物。但是当 英国人在这个澳大利亚岛屿定居后，他们为了养羊而砍倒 了大片森林。袋狼捕食羊，牧场主就向它们开火。随着供 它们栖居的荒野变小，袋狼消失了。在世界各地，其他岛 屿上的捕食动物也遭到了类似的命运。
气候变化的影响
• 雪被和冰被
– 卫星资料显示，1960年代末以来，全球雪被面积很可能减小了 10%；
其他气候变化的结论
气温和海温
1950-1993年期间，陆地表面的日最低气温以每十年0.2℃的速度递 增，超过日最高气温递增速度的两倍。使中高纬度许多地区的无霜期 加长； 海平面温度的上升速度是陆地表面平均气温上升速度的一半；
对流层气温
20世纪50年代以来，地表以上8km的大气层平均每10年增温0.1℃。
生物多样性减少 Biodiversity loss
1 ) 物种多样性减少 Species diversity：世界物种 总数约 500 ～ 3000 万种（已被陈述 140 万 种），近百年兽类减少 150 种。
2 ) 生态系统多样性减少 Ecosystem diversity：森 林、草原、湿地、水生生境遭受破坏。
1.3 全球变化的影响
气候变化 气温 降水
海平面上 升
可能的影响
健康 天气原因的死亡现 象 传染病 农业 作物产量 灌溉用水的需求变 化 森林 群落结构 地理分布 健康和生产力

第一讲全球变化科学产生的背景及全球变化研究的主要问题1，全球变化科学产生的背景:1、从硬件上看, 科技的进步。

2．从社会需要角度来看，目前公认人类活动对全球变化主要产生以下十大环境问题的影响，急需国际合作共同解决,即,（1）大气污染,（2）温室效应：（3）臭氧层被破坏：（4）土地沙漠化：（5）水的污染：（6）海洋环境恶化：（7）森林锐减：（8）物种濒危：（9）垃圾成灾：（10）人口增加过快：,2，我国的能源资源储量情况：我国的能源资源非常有限，常规能源仅占世界总量的1/10；●以目前的能源消耗速度：①我国的石油资源将于30年后枯竭；②我国的天然气资源将于50年后枯竭；③我国的煤炭资源也将于150年后枯竭；●我国目前一半以上的石油资源依赖进口，50年后世界主要能源也将逐渐陷入枯竭，3，全球变化（Global Change）：PPT1-294，IGBP(国际地圈-生物圈计划,又称全球变化研究计划)，该计划的酝酿和执行是全球变化科学发展史上的重要里程碑。

IGBP的科学目标。

①分析作为地球系统动力学定义的物理、化学和生物交互过程；②分析在这些动力学过程中发生的变化；③分析人类活动在这些变化中的作用。

4，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。

全球变化科学的精髓是系统地球观。

全球变化科学强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究。

强调将大气圈、水圈、岩石圈和人类与生物圈之间的相互作用，将地球上物理的、化学的和生物的基本过程之间的相互作用，以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。

5，地球系统包括快变化系统和慢变化系统：快变化系统：如大气、陆面、上层海洋。

从气候角度看，这些是最活跃的研究内容，这个系统的变化时间尺度范围从几个月→几年→几百年。