地球科学 全球气候变迁

全球气候变化（Climate change）是指在全球范围内，气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为30年或更长）的气候变动。气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。

7-1 气候暖化

• 热量循环和温度变化
  • 气候为长时间尺度，地圈，水圈，大气圈和生物圈交互作用的现象，世界气象组织定义其为30年之气象要素统计平均结果，这些气象要素包含气温，风，降雨，云
  • 过去气候通过文献资料（甲骨文，动物遗骸）和用现在的情况推算过去（例如观察气温改变造成的植物生长速度变化形成的年轮，海水温度变化影响珊瑚组成成分和成长变化，可反映百年到千年尺度内的气候变化。植物的生活习性表示该地区气候。大陆冰层的冰芯会因温度变化而呈现层次。沉积物也记录了气候的讯息）
  • 孤立系统中的物体可互相传热而趋近热平衡，达到热平衡时系统内的物体具有相同温度，
• 气候变迁的历史
  • 地球气候呈现冷暖交替变化，且冷暖间气温差异可达摄氏十几度，
  • 地球早期气候：由于大气的重大改变，早期冷暖交替变化更为严重， 46-25亿年前，温室气体含量高，无冰川 25亿年前首次出现冰川。 22-9亿年前之间，低日照，无冰川 9-6亿年前，至少出现三期的寒冷时代
  • 地质时代的地球气候：可分为数次温暖及寒冷的时期，但每次间隔时间并不相同，寒武纪有多次低温期，最近一次的低温期是约由三四千万年前新生代开始，那时地球温度逐渐下降，然后形成南极冰原，北极冰原约二百万年前才开始形成，
  • 近百万年的气温变化：地球气候变化是具时间尺度的特性，较长周期的时间变化下，也存在较短周期的变动，短周期的温度变化也受长周期作用因素的波动影响。大概前五十晚年气温较低，后五十万年气候较为温和，十几万年前是间冰期（大冰期中相对较暖的时期），最近一次冰期（地表大规模覆盖冰川的时期）鼎盛时期约发生于一万八千年前，而目前的气候则是脱离冰期之后较暖的时期。地球自上个冰期结束过后，气温明显上升，进入间冰期，但冷暖气候任交互出现，距今一万一千年前左右气候再度回冷，冰原扩大，海面下降，共经历约1000年，称为新仙女木事件。西元1400-1850年间也有较低温的现象出现，只不过比冰期还暖一些，经历时间也较短，称为小冰期。期间有温度较高的情形，如全新世大暖期，中世纪暖期
• 冰期现象及其对台湾地区的影响
  • 冰期出现后
    • 1，全球平均气温下降，地表在高纬度会有大范围的区域为冰川所覆盖，造成反照率上升。 2，温度下降使水循环变慢，气候变干燥，沙漠广大，森林面积减少，冰川增加，留在陆地的水增加，并且降温使海水体积减小，使海水面下降，海洋面积减少，原本浅海地区会变成陆地。 3，冰期发生时，低纬地区温度下降不大，比高危地区温度下降小，因此造成高低纬度温差增大，大气和海洋环流增强。
  • 一万八千年前末次最大冰期时
    • 估计全球海面约下降120公尺，因此台湾海峡露出水面，和中国大陆相连，形成生物走廊。 台湾岛高山耸立兼具热暖温寒垂直分布的多样性生物栖息带，于是称为中国大陆南下避寒，东移觅水的生物的迁徙场所，台湾因此聚集了大陆性及特有种的各类生物，由赤道地区携来温暖海水的黑潮暖流无法和如今一样入侵台湾南端的台湾海峡或北端的东海陆棚，因为这些地方均被由北而下的中国沿岸流占据，黑潮将东移，造成海面冬夏季温差高达9℃，远高于如今的5℃。
• 气候变迁的原因
  • 影响气候的因子：地球反照率和温室效应和板块运动（百万年以上气温变化）；火山运动和日地关系（百万年之内）
  • 地球反照率
    • 为地球反射太阳热量和太阳入射到地球的热量比，反照率越大，指反射越多，地球吸收热量就越少。其高低受云量，气溶胶体，冰雪，陆地植被，地貌，海陆分布等影响
    • 气溶胶体：为空气中固态或液态颗粒的集聚体，大小在0.1-10微米，能在大气中停留至少几个小时，气溶胶体可增加小云滴数量，使反照率增加，大气和地表因吸收的太阳辐射减少，气温下降
    • 冰雪：反照率高达90%融化成水后为10%当大块冰雪融化后，因反照率下降，使吸收热量大增，造成增温加速而更快融化
    • 温室效应：水汽，二氧化碳，甲烷等能吸收地表放出的长波辐射热，因而具有保温效果，在中生代地球大气的二氧化碳含量是现代的3-5倍，因此当时气候明显较现代暖。据估计温室效应和无温室效应比升高了34℃。（比较反射率地球得到的太阳辐射比金星多，但金星二氧化碳含量多，所以温度高。
    • 板块运动：改变地貌和海陆分布进而影响海流位置和流速，也会使大气流动改变，造成地球热量分布变化，进而影响气候。而板块碰撞形成山脉后，地表岩石风化，消耗大气中的二氧化碳影响二氧化碳循环，影响气候，
    • 火山活动：其释放出的火山灰和微粒增加地球的反照率，使地球短期降温，但火山放出的二氧化碳长期来讲造成升温效果，
    • 日地关系：米兰科维奇指出日地关系是冰期和间冰期交替出现的原因 1，地球公转轨道离心率改变：接近太阳时吸热较多 2，地球自转轴倾角变化：造成太阳直射地球的位置和范围改变，夏季地球吸收太阳辐射减少，不足以融化上一个冬季的冰雪，年年累计扩大冰雪覆盖区域逐年往低纬方向发展，形成冰期。若日地关系出现地球自转轴倾角变小及夏季地球位于远日点，则适合冰期发展；相反的若日地关系出现地球自转轴倾角变大及夏季地球位于近日点，高纬度夏季接受太阳辐射多，适合间冰期形成。 3，地球自转轴方向改变，造成地球在公转轨道上的四季位置改变。
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7-2 全球暖化