中科院课件古气候学第1讲

年轮分析法：
1、年轮是怎样形成的？ 2、年轮是如何表示年份的？ 3、年轮是如何表示某年的气候状况的？
树木年轮的结构
水热贫乏期 水热充足期
水热充足地区，植物生长量大，生物循环加快
即时巩固
树木年轮是气候变化的历史证据。读某地树木年轮示意 图，回答1-3题。
1．图中反映该了地近百年气候的变化，下列说法正确的
长安回望绣成堆，山顶千门次第开。 一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。
唐朝年间，四川成都就有荔枝，唐代诗人张籍在他的《成都曲》 一诗中写道：“锦江近西烟水绿，新雨山头荔枝熟。”即证明了这一 点。而与张籍同时代的诗人白居易在任忠川刺史时，曾写有《种荔 枝》一诗，也可为证。只是到北宋以后，天气逐步转寒，而荔枝是 喜温暖的水果，故而其种植范围也在渐渐地缩小。到今时今日，我 国仅剩广东、广西、福建等地的南部地区和海南，才能种植荔枝
从自然带的角度看，该图反映的自然地理环境有什么特点？
恐龙到哪里去了？其直接的原因是什么？
第二节 全球气候变化对人类活动的影响
—如何分析古气候
荣 昌 中 学
王良安
课堂活动
小组活动： 什么是气候变化？我们如何知道历史 上的气候在发生怎样的变化的？
树
ห้องสมุดไป่ตู้
树木年轮—记录历史环境变化的“天书”
木
年
轮
分
析
法
是： B
A、寒冷—温暖—寒冷交替变化 B、温暖—寒冷—温暖交替变化 C、暖干—暖湿—暖干交替变化 D、湿冷—干冷—湿冷交替变化 2．引起其气候周期变化的因子
最可能是： C
A、人类不断大量排放二氧化碳 B、 黄赤交角的变化 C、太阳活动的周期变化D、人类不断破坏森林
C 3．在M时期，该地最可能出现的自然现象是：

PPT课件
68
Loess Section
PPT课件
Holocene Soil (11ka)
LGM Loess (21-11ka)
69
Relationship between Loess grain-size and the distance of the Loess Plateau to the deserts
Shorter distance
Desert expansion
Coarse loess grain-size
Longer distance
Desert retreat
PPT课件
Fine loess grain-size 70
Loess grain-size links to monsoon
Northward move of monsoon rainfall belt Northward retreat of desert margin
PPT课件
33
Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data
(Anders Moberg et al., NATURE, 2005, 433, 613-617)
200km
PPT课件
6
一、岩石圈变动与气候变迁
1、地球各圈层相互作用 2、岩石圈变动控制气候的基本过程 3、新生代(65Ma)以来一些全球性事件
PPT课件
7
地史时期板块 的裂解、漂移 、会聚、拼合 、碰撞及造山 、成盆等过程 不可逆地控制 了全球气候的 演变

古气候学复习一、概论1．水的三相平衡点：水有固气液三相，在三种共存的情况下是最稳定且唯一的；一个大气压下，水在气态处于饱和状态下时的温度为热力学温标的标准点。

2.气候学：研究气候的特征、形成和演变，及其与人类活动的相互关系的一门学科。

气候与天气的区别：天气是指在某一瞬间或一个较短时间大气的状态（温度，湿度，压强等）和大气现象（风，云，雾，降水）等的综合，天气是短暂的过程，天气变化快，变化周期短。

气候是指太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动在长期相互作用下，在某一段时间大量天气过程的综合，不仅包括该地多年来经常发生的天气状况，而且包括某些年份偶尔出现的极端天气。

3.古气候学：主要研究器测时期之前的气候变化历史、过程及原因的学科，其目的是为预测今后气候变化及解决有关资源、环境问题服务。

4.地球系统：指由大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核和生物圈组成的有机整体；地球系统科学指的是研究地球各个圈层之间相互作用、相互联系、变化机制和变化机理，为全球环境变化预测提供科学依据。

5.盖亚假说：地球是一个有机的生命体，岩石、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。

地球的各种生物有效的调节着大气的温度和化学成分；地球生物影响环境，环境反过来影响生物的进化；各种生物界之间主要由负反馈连接，保持生态的稳定性；大气能保持稳定不仅是取决于生物圈某种程度上也是为了生物圈；各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物最优化的生存条件。

6.气候系统：气候系统由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冰冻圈共同组成，气候是这些子系统相互作用的终极产物。

气候系统的最终能量来自太阳。

7.古气候变化的三个尺度：构造尺度—岩石圈构造变化驱动，不可逆；轨道尺度—日照季节、轨道配置变化驱动；亚轨道尺度—101-103太阳活动等驱动长尺度是短尺度的背景，短尺度是长尺度变化上叠加的扰动8. 末次盛冰期(LGM)21000年最大的变化是冰盖扩。

现代陆地冰雪覆盖的面积为1500万平方公里，LGM时期为4000万平方公里。

主要的科学问题——
1）控制全球大气化学组成的基本过程 生物过程在消耗和产生微量气体中的作用
2）海洋生物地球化学循环过程 控制海洋内部碳循环和相关生物过程的主要因子
3）海洋热力过程对气候的影响 全球海洋环流，海洋热通量和淡水通量及其与大气
的交换 4）地球系统的能量和水循环 植被在能量和水循环中的作用 5）海—陆相互作用 海岸带的物质输送和海平面上升
气候的变暖造成世界上许多的冰川消融,甚至消失, 全球海平面平均上升了15cm,其中一半估计是由于海水的 热力膨胀造成的,另一半是由于冰雪溶化造成的。
从卫星观测表明,北半球春季和夏季的雪盖面积,从 1987年以来已经减少了10%。这些间接的证据也都说明了 20世纪气候在变暖。
★气候变化研究发展的原因？
实质上，大气状态是随时间和空间变化的， 气象要素的平均状态能在一定程度上反映气候的 一定特征，但不能反映大气的整个状态或气候的 全貌。
气候不仅仅是天气的平均，例如两个地方的 平均气温或平均雨量基本相等，其气候特征可能 差异很大，不属于同一气候类型。
古典气候的定义有其局限性，没有完全反映气 候概念的本质。
气候系统 气候学研究的一个崭新阶段。
气候系统——指包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、 生物圈中，自身的及其相互影响的物理、化学、生物运动 变化过程。
每种过程具有不同的的空间尺度和时间尺度。
气候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。
大气过程，提出气候是天气的“总和” 或“综合”。 （天气气候学定义）
气候是大气众多状态的一个统计集合。（统计气候学 的定义）该定义既包括了气候的平均状态，也包括了气候 的变化情况和极端情况。

543
0
(A)
10
S1 L2
S2
20
L3
(B)
(C)
(D)
L2 (~0.2 Ma)
30
S3
S4
40
S5
50
60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260
S6 L7
S6'
S7 B
L8
M
S8 L9
• 生物只能在局部海底 热泉处存活。
• 大气-海洋之间物质 交换被切断，大陆没有化 学风化，海洋没有碳酸盐 岩沉淀。
• 海底火山和洋中脊仍 不断喷出CO2，在冰下积 累。
• 持续大约10 Ma的热 液和火山活动， CO2积 累到正常大气的1000倍 ，由于冰裂或构造-岩浆 活动CO2释放至大气，迅 速转变为极端“温室” 效应。
S5
S6 S7 S8 S9 S10 S12 S13 L15 S16
S20
S23 S24
S26
S27 S29
L32 S32
L33 Red Clay
(F)
(G)
270
280
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Jingbian
Jingbian
SUS (10-8m3.kg-1) Md (m)
0 40 80 120 120 80 40
Jingbian
Jingbian
Lingtai
Lingtai
Deep Sea
>63 m (%) >125 m (%)

2 .冰期、间冰期气候
第四纪的冰期有： 多脑冰期（距今约140～180万年） 群智冰期（距今约90～110万年） 民德冰期（距今约70～80万年） 里斯冰期（距今约20～30万年） 武木冰期（距今约1～10万年）
它们之间是间冰期。
Vostok Ice core record of temperture and CO2 concentration
( Bradley and Jones, 1995 )
42万年来的南极东方站冰芯纪录的温度、CO2 and CH4浓度变化
气候突变事件 仙女木事件（Drays)：13~15kaBP的突然变冷。 新仙女木事件(Younger Drays)：10～11ka BP冰 消期间持续约1.2ka的突然变冷,温度在40～50年里 突然变化5～7度。 哈因里希（Heinrich)事件：末次冰期（近50ka以 来)发生6次气温逐渐下降然后突然回升的事件。气 温下降到最低时，北大西洋沉积物中发现的冰漂流 碎屑突然显著增加——冰川崩塌融化过程。
民德冰期（70-80）
里斯冰期（20-30）
武木冰期（1-10）
Climatic optimum
中世纪暖期、小冰期
中世纪暖期: 小冰期: 公元13～14世纪到19世纪，
再次普遍出现了降温现象。这一趋 势在17世纪达到顶峰，被称为小冰 期。这是自全新世高温期以来最引 人注目的一次全球性气候恶化事件。
第九章、古代气候变化
1. 气候变化的时间尺度
Hale Waihona Puke 2 .冰期、间冰期气候 3 .全新世气候 4.中世纪暖期 5.小冰期
1. 气候变化时间尺度
目前的研究表明： 世界上的气候都经历着长 度为100-108年的各种尺度的时间变化。 目前为 世界科学界所公认的有： 大冰期气候与大间冰期气候： 约为 106-108年； （几万-几万万年） 亚冰期与亚间冰期气候：约为105年；（几十万） 副冰期与副间冰期气候：约为104年；（几万） 寒冷期与温暖期气候：约为102-103年； （几百- 几千年) 世纪及 世纪内的气候变化：约为100-102年； (几年-几十年）

水文与水资源工程专业 朱君君
绪论
第三节 气象学的内容和分支
一、气象学的研究任务
1、掌握观测、分析、调查的方法，说明气候现象特性 2、解释天气演变和气候形成的发展规律 3、应用规律，充分利用气候资源 4、为相关及后续课程奠定基础
水文与水资源工程专业 朱君君
绪论
第三节 气象学的内容和分支——分支
水文与水资源工程专业 朱君君
等等
水文与水资源工程专业 朱君君
准备知识——考核方式
平时成绩40% （1）期刊网的使用，提交综述，10%。9月24日 （2）自动气象站观测数据处理，10%。第7周 （3）课程论文提纲，10%。第10周 （4）课程论文及其PPT演示，10%。15周初稿、17周成稿 注：全班分10小组，6-7位同学一组；考勤算平时成绩 期末考试成绩60%，闭卷。19周
绪论
第四节 气象学与水文学的关系
大气圈水循环示意图
水文与水资源工程专业 朱君君
2012年“3.23”世界气象日-第52个
主题： 世界气象组织——天气、气象和水为未来增添动力 （宣传片）
水文与水资源工程专业 朱君君
第一章 大气的基本特征
第一节 大气的成分
基本概念： 干洁空气（干空气） 大气中固态、液态微粒（气溶胶粒子） 大气的污染物质：粉尘、CO, SO2, H2S, NO, NO2, 碳氢化合物 ，
时的那个温度，简称露点 符号：Td 单位：同气温
问题：已知100C时E＝12.3mb,180C时 E=20.6mb.某地第一天上午8时气温 T=230C,e=12.3mb;第二天8时 T=230C,e=20.6mb.求：1）两天8时的Td1和 Td2，以此说明Td高低直接与何因子有关？2）
哪一天的f较大？

古气候学
第一讲气候变化与古气候学
第一部分简介
一、古气候学（paleoclimatology)定义
古气候学主要研究“器测时期”之前的气候变化历史、过程及原因，其目的为预测今后气候变化及解决有关资源、环境问题服务。

二、气候系统的基本概念
气候系统由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冰冻圈共同组成，气候是这些子系统相互作用的终极产物。

气候系统运动的能量主要来自太阳。

响应时间
快速响应与慢速响应
气候系统及其外部驱动因子
气候系统内部的主要过程
大气在高低压之间的运动
地球的风系
夏季风模式
冬季风模式
全球二氧化碳循环
全球主要碳库
碳库间的交换速率
电磁波波长
地球与金星温室效应比较
水的大尺度循环
海洋表层流（风驱环流）
全球大洋传送带示意图（密度流）
北大西洋深层流
大西洋深部水团结构
水汽的正反馈作用
雪线高度随纬度的变化
冰盖的运动
植被－反射率的反馈作用
植被－降水的反馈作用
植物的光合作用与蒸发蒸腾作用
海洋的主要碳循环过程
大陆漂移示意图
来自地球深部碳的主要过程
三、气候系统的能量平衡
地球不同纬度对辐射强度的影响
不同纬度的辐射、反射强度
不同纬度在不同季节时的辐射强度
地表不同物质的反照率
第二部分重建古气候变化方法
1、研究材料的选择
2、重建古气候方法
3、时间序列构建
4、特征时期空间格局
一、记录和指示古气候变化的材料（直接指示、间接沉积记录）
（一）直接指示（地貌与沉积）
气候的水平与垂直地带性。

古气候学古气候学（paleoclimatology）古气候学是研究地质时期气候形成的原因、过程、分布及其变化规律的学科。

即根据物质成分、沉积岩结构特点和生物，按一定的理论和方法推断各地质时代的气候。

古气候学的研究与地质学、古生物学、地球化学、同位素化学、大气物理学和天文学等密切相关。

古气候学发展简史19世纪早期，古气候的研究材料主要来源于欧洲和北美。

由于当时北美前寒武纪晚期冰川沉积尚未发现，所以认为整个地质时期的气候都是温暖的，直到第三纪气候才开始变冷，到第四纪更新世出现冰川。

把高纬度地区指示温暖气候的沉积与化石，认为是热带或亚热带气候曾达到极地附近的证据。

19世纪后期至20世纪初期，在南大陆发现晚古生代冰碛物以后，地质学家不再把冰川看作是更新世特有的古气候现象。

于是对高纬度地区曾存在温暖气候的事实产生了另一种解释，即地质时期古地理面貌与现在不同，各大陆及相对的极地曾发生过大规模的位移。

这就是魏格纳大陆漂移说的基础之一。

与此同时，先后有不少论述古气候的论著，从而奠定了古气候学的基础。

20世纪50年代以后，利用现代大气物理学研究成果，古气候学在研究方法、测试技术、古气候成因研究以及应用上都有较大的发展。

还把地球的热平衡、辐射分布、大气环流、洋流、气候带等理论应用到古气候的研究中去。

此外，还对影响古气候的地内和地外原因进行深入探讨。

另一重要的进展是根据氧同位素对古气温的测定。

60年代以后，古代海洋和大陆温度定量恢复方法的发展，对第四纪大冰期陆、海、冰古地理的恢复，大气海洋一般环流模式及冰期气候的模拟，及地球轨道变化对气候的影响的研究等，使古气候学取得了很大发展。

古气候学基本内容按研究的侧重点不同，古气候学可以分为记述古气候学、成因古气候学、应用古气候学、历史古气候学四个学科。

记述古气候学，也称普通古气候学。

它研究古气候的各种生物、沉积标志，如化石或岩石代表在什么气候条件下生长或形成的，根据这些记录恢复某地区在一定时期的古气候。

竺可桢《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，《考古 学报》1972年第1期
中国近五千年来气温变化曲线图
（二）九个时段的划分
Байду номын сангаас
1、仰韶暖期：从仰韶文化时代到安阳殷墟时代。从物 候记录可以看出, 仰韶和殷墟时代是中国的温暖时期。
仰韶温暖期中国大地上的动植物景观： A.东北 以栎为主的阔叶林植物群落 B.华北 （1）北京西郊、燕山南麓泥炭层中发现了大量阔叶树种花粉带 （2）渤海湾西北岸的地下埋藏有大量喜温暖湿润的阔叶树种 （3）天津地区生长有今天见于淮河流域的水蕨
证据：（1）公元之初的东汉，首都洛阳在晚春还降雪，冻死了 很多人。
（2）《三国志•魏书•文帝纪》：“黄初六年（公元225年）十 月，行幸广陵故城（今淮安市淮阴区），临江观兵，戎卒十 余万，旌旗数百里，帝于马上为诗。是岁大寒冰。舟不得入 江，乃引还。”
（3）东晋咸和九年（334年）起，从昌黎到营口的渤海湾结冰 “连年冻者三矣”，冰上可往来车马及三四千人的军队。这 是目前已知的这一寒冷时期达到寒冷高峰的气候现象，估计 年平均温度比现在低2-4度。
（2）长江下游
❖ 1111年第一次记载太湖全面结冰，且坚实可以通车。
❖ 1153～1155年，金朝使臣到杭州时，苏州一带的运河 冬天常常封冻。 金·蔡珪《撞冰行》：“船头傅铁横 长锥，十十五五张黄旗。百夫袖手略无用，舟过理棹 徐徐归。吴侬笑向吾曹说：‘昔岁江行苦风雪，扬锤 启路夜撞冰，手皮半随冰皮裂。今年穷腊波溶溶，安 流东下闲篙工。江东贾客借余澜，贞元使者比春风。”
獐
竹鼠
貉
2、西周冷期：气候开始恶化, 属干冷时期。 证据： 喜温的动植物消失：相当于西周早期的河南淅川县下
王岗文化遗址中未见喜暖动物遗骸。 长江、汉水结冰：《竹书纪年》记载了周孝王时，长

二、东西干湿差异显著
我国降水的时间分配也不均匀。大多数地区的降水集中在 4 ～ 10 月，这期间的降水量一般占到全年降 水量的 80% 左右。在不同地区，雨季的长短差别很大。一般来说，南方雨季开始早，结束晚，雨季长；北方 雨季开始晚，结束早，雨季短（上图）。
二、东西干湿差异显著
我国降水的年际变化也很大（上图），这往往给生产和生活带来较大的影响。
我国降水最多和最少的地方
台湾岛东北部的火烧寮是我国降水最 多的地方，年平均降水量达6558毫米。 1912年更创下年降水量8409毫米的纪录。
我国降水最多和最少的地方
荫房外观 吐鲁番葡萄产区的荫房
荫房内部
吐鲁番盆地中的托克逊 是我国降水最少的地方，年 平均降水量仅5.9毫米，年 降水天数不足10天，有些年 份滴水不见。在吐鲁番，常 常见到一幢幢专门晾制葡萄 干的荫房。在干旱少雨的气 候下，葡萄挂在通风的室内 就可以自然风干。
二、东西干湿差异显著
二、东西干湿差异显著
二、东西干湿差异显著
了解我国降水特点对生产和生活的影
1. 一个地区的干湿状况会影响建筑、饮食、民俗、农业生产、植被等许多方面。下图中房顶的建筑形式有何不 同？这与当地的降水情况有什么关系？
甘肃夏河县的土墙平顶屋
浙江绍兴市的砖墙斜顶屋
两种不同特色的民居
了解我国降水特点对生产和生活的影 2. 不同的干湿地区，人们的生产和生活不同。阅读下面的资料，请你补充更多的事例。
二、东西干湿差异显著
一个地区年降水量和蒸发量 的对比关系，反映该地气候的干 湿状况。年降水量大于蒸发量， 气候湿润；年降水量小于蒸发量， 气候干燥。根据气候的干湿状况， 可以将我国划分为湿润、半湿润、 半干旱、干旱四类地区。我国东 南部以湿润、半湿润区为主，西 北部以干旱、半干旱区为主。