气候变化与持久性有机污染物全球循环

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对人类赖以生存的地球环境已经产生了不可磨灭的影响.其中,气候变暖如何影响污染物传播引起了科学家的广泛关注.持久性有机污染物(POPs)是可以进行全球传输的污染物.揭示气候变暖对POPs全球循环的影响机制对于准确理解POPs循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义.本文综述了此领域近十年来的主要研究工作,总结了气候变暖对POPs排放、迁移、储存、降解和毒性的影响,简述了相关模型的特点和主要应用,并指出目前研究中存在的问题以及未来研究的主要方向.在气候变暖条件下,POPs全球循环的变化主要体现在以下几个方面:(1)全球变暖直接促进了POPs的二次排放,升温将导致POPs从土壤和海洋中挥发出来,而冰川融化、冻土退化则可以将POPs二次释放进入淡水生态系统;(2)全球极端气候(干旱和洪水)通过剧烈的地表侵蚀过程,将土壤所负载的POPs重新释放进入环境,进而改变了POPs的全球分布;(3)气候变暖条件下大气与海洋环流的变化将显著改变全球POPs的迁移路径;(4)气候变暖改变了海洋生物生产力,进而改变了海洋对POPs的储存能力;(5)部分地区水生及陆地食物链结构在气候变暖的情景下发生了明显变化,这种变化可以导致POPs在生态系统中毒性的放大;(6)尽管气候变暖在促使POPs再挥发的同时也加速着其降解的过程,但是总体上气候变暖增加了环境中POPs的总量;(7)各种模型的耦合应用对未来气候变暖情景下POPs环境行为的反馈与响应进行了预测,这些工作有助于政策和法律制定者在POPs控制措施中全面考虑气候变暖对POPs环境载荷的影响.在未来,气候变暖与全球变化的其他表现协同影响POPs的循环将是下一步的研究重点,POPs与碳循环、水循环互相关联耦合,其相互作用机制将是生态系统对气候变化适应性研究的一个新方向.     

大气温度反馈的机理及其对全球增暖的贡献

大气和地表之间热辐射交换引起的地气温度耦合(即大气温度反馈)是影响地表能量收支平衡的重要因子.文章旨在阐述大气温度反馈机理,讨论影响其强度和空间分布的主要因子;并以全球变暖为例,论述大气温度反馈如何与外强迫和气候反馈过程耦合最终对全球增暖产生贡献.基于ERA-Interim再分析资料,利用地表反馈响应分析方法,计算大气温度反馈核,以此来阐述大气温度反馈的物理机制及其强度的空间分布与气候态温度、水汽和云水含量空间分布的关系,以及全球增暖加速期间大气温度反馈对全球平均表面温度增加的贡献.分析表明大气温度反馈过程主要通过与气候系统外强迫和内部过程的耦合作用,将各独立过程引起的地表能量收支异常信号放大.研究结果表明大气温度反馈显著放大了CO_2浓度升高、冰雪融化、水汽含量增加和海洋热量吸收减缓引起的地表增暖,削弱了云量增加引起的地表降温效应.同时,也放大了地表潜热通量增加造成的地表冷却效应.从全球平均结果来看,全球快速变暖前后,尽管外强迫和气候系统内部过程引起的全球平均总地面直接能量通量扰动为负,但大气温度反馈造成的全球平均总地面能量通量扰动却为正,且后者幅度远大于前者,这导致全球平均总地面净能量通量扰动正异常.由此可见,大气温度反馈对全球变暖起到了至关重要的作用.     

全球变暖魔咒

正极端天气的背后,其实是温室效应导致的全球变暖。全球变暖的后果,会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等,既危害自然生态系统的平衡,更威胁人类的食物供应和居住环境。现在多数人普遍认为,是全球变暖导致越来越频繁的极端天气。全球气候变暖是一种"自然现象"。人们焚烧化石矿物或砍伐森林并将其     

“人造火山喷发”为地球降温

人类向大气中排放越来越多的二氧化碳等温室气体,造成全球气候变暖。虽然人类早已经意识到这个问题,各国也在呼吁减少碳排放,但在全球经济发展的大浪潮中,“碳减排”似乎并没有立竿见影的效果。甚至有一种观点直接指出,如果靠牺牲经济发展来达到减少碳排放,那是根本行不通的。为了抑制全球气候变暖,除了减少碳排放,是否还有其他方法呢？     

全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响研究进展

全球变暖对湖泊生态系统的影响已经成为近年来湖沼学领域的研究热点。本文首先列举了目前研究全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响的常用方法：监测数据分析、时空转换、遥感信息提取、控制实验、模型预测和古湖沼学技术等。研究结果表明气候变暖导致的气温升高、湖泊热力分层提前破坏以及无冰期提前等因素可导致春季物候提前;在全球变暖大背景下浮游植物群落结构正朝着蓝藻占优的方向发展,但是不同地区以及不同物种对全球变暖的响应不一致。在营养盐充足的湖泊中,由于全球变暖延长了浮游植物生长季节等,从而能提高浮游植物初级生产力;但在贫营养湖泊中,浮游植物初级生产力与变暖趋势甚至可能呈负相关。由于生态系统往往是多因子的共同作用,这也使得全球变暖对浮游植物群落的影响效应复杂化,区分各因子的净影响份额是目前研究的一个难点;全球变暖引起的风场改变会促进浅水湖泊中营养盐从底泥的释放,同时也会增加水体中悬浮物的浓度而影响水下光场,因此开展气候变化对再悬浮及浮游植物群落结构的影响可能是将来研究的一个切入点。     

全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响研究进展

全球变暖对湖泊生态系统的影响已经成为近年来湖沼学领域的研究热点.本文首先列举了目前研究全球变暖对淡水湖泊浮游植物影响的常用方法:监测数据分析、时空转换、遥感信息提取、控制实验、模型预测和古湖沼学技术等.研究结果表明气候变暖导致的气温升高、湖泊热力分层提前破坏以及无冰期提前等因素可导致春季物候提前;在全球变暖大背景下浮游植物群落结构正朝着蓝藻占优的方向发展,但是不同地区以及不同物种对全球变暖的响应不一致.在营养盐充足的湖泊中,由于全球变暖延长了浮游植物生长季节等,从而能提高浮游植物初级生产力;但在贫营养湖泊中,浮游植物初级生产力与变暖趋势甚至可能呈负相关.由于生态系统往往是多因子的共同作用,这也使得全球变暖对浮游植物群落的影响效应复杂化,区分各因子的净影响份额是目前研究的一个难点;全球变暖引起的风场改变会促进浅水湖泊中营养盐从底泥的释放,同时也会增加水体中悬浮物的浓度而影响水下光场,因此开展气候变化对再悬浮及浮游植物群落结构的影响可能是将来研究的一个切入点.     

编者按

正全球变化,包括气候变化以及在地球内外多圈层交互作用下发生的其他环境变化.全球变化给人类和其他地球生命带来了机遇,有其积极的一面,但同时也带来了更多的挑战和负面影响.目前这种影响已经涉及地球系统的主要过程和人类活动的各个方面.例如森林的过度砍伐导致生物多样性下降,全球变暖已经导致海平面上升,同时也增加了极端气候事件和自然灾害发生的频率.全球变化在改变自然环境的同时对经济社会发展也产生了深刻影响,妥善应对全球变化的挑战是人类实现可持续发展的重要保障.为了应对以上挑战、加强国际合作、提高研究水平,20世纪80年代以来国际上先后发起了世界气候研究     

全球变暖、碳排放及不确定性

近年来人们对全球变化尤其是对气候变暖及其机制的争论达到了前所未有的程度.本文对气候变化研究的最新进展和国内外动态进行了梳理,得出如下观点和结论：（1）全球变暖是客观事实,但由于多种原因,全球升温多少存在不确定性;（2）人类活动和自然因素共同影响着气候变化,但其相对贡献量难以量化;（3）政府间气候变化专门委员会（IPCC）认为CO2等温室气体浓度的增加是全球变暖的主要因素,但学术界对此有异议,因为作用于温度变化的自然和人为机制并不十分明确,大气中CO2的来源也存在不确定性.因此,在得出准确结论之前,需要加大力度研究和明确这些不确定性.     

专题：遥感与全球变化研究——编者按

全球变化,包括气候变化以及在地球内外多圈层交互作用下发生的其他环境变化.全球变化给人类和其他地球生命带来了机遇,有其积极的一面,但同时也带来了更多的挑战和负面影响.目前这种影响已经涉及地球系统的主要过程和人类活动的各个方面.例如森林的过度砍伐导致生物多样性下降,全球变暖已经导致海平面上升,同时也增加了极端气候事件和自然灾害发生的频率.全球变化在改变自然环境的同时对经济社会发展也产生了深刻影响,妥善应对全球变化的挑战是人类实现可持续发展的重要保障.     

沙漠荒凉的真正原因不是缺水

研究人员发现,沙漠土壤中缺乏植物所必需的氮。而且,随着全球气候变暖的加剧,沙漠土壤中残存的可怜的一点氮肥也不断变成气体挥发到大气中。土壤中氮的不断流失,导致能够生存的植物也越来越少。沙漠的零星绿色将逐渐被气候变暖所扼杀。沙漠的未来令人担忧。     

全球气候变化中的云辐射反馈作用研究进展

云的形成过程及其类型复杂多样,在气候系统中发挥着重要作用.在当前气候背景下,云在大气顶的净辐射效应为负值,即对地气系统起着强烈的冷却作用.云反馈过程是当前气候变化研究中不确定性最大的因子之一,其强度会随时间、空间、云量、云高、云光学厚度等发生变化.目前,观测研究和气候模拟都表示全球平均云反馈为正值,以热带高云高度反馈和热带海洋低云量反馈两个正反馈为主,但是云反馈仍然存在较大的不确定性.在温室气体驱动的全球变暖下云如何对气候系统进行反馈至关重要,它直接影响气候敏感度的估算并决定着气候模式对未来全球变暖预估的准确性.因此,云反馈强度也会在很大程度上影响温室气体减排政策的制定.为此,本文回顾了云在气候系统中反馈作用的最新研究进展,指出了该研究领域当前面临的关键挑战,最后,对未来需要开展的研究进行了讨论与展望,以期为全球和东亚区域云辐射物理过程模拟、模式不确定性分析以及未来气候变化和全球变暖预估等方面的研究提供系统的科学参考.     

新思路解决气候变暖

为了应对全球气候变暖,人们己经提出和实施了许多方案,比如,大力支持太阳能和风能等绿色能源的利用、大力推广低能耗的家用电器等器具、广泛开展节能减排话动等,以减少大气保温气体的排放。但是不少人担心,这些个体或群体所采取的措施在遏制全球气候变暖方面是否真正能够很快见效？如果按照目前的思路走下击,我们仍不能很快控制全球气候变暖的势头,那么,我们是否需要另辟蹊径,走出另一条新路？     

人类活动，成为全球变暖的主因——访原国家气象局局长、中国科学院院士秦大河

近年来,由于全球变暖造成极端性天气气候事件和气候灾害日益频发,气候风险日益加剧,给人类的经济社会发展带来了严重影响。地球为何变暖速度加快？气候变化又将如何影响我们的生活？为此《地球》记者采访了原国家气象局局长、联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组的联合主席、中国科学院院士秦大河。     

全球变暖导致洪水风险增加——长江洪水前景分析

近期在很多地方洪水越来越频繁且破坏性更大.20世纪90年代以来全球大洪水造成社会经济财产巨大损失,30次大洪水每次总损失额均超过10×10⁸美元.1990-1998年的9a时间的大洪水爆发的次数比1950-1985年期间Ma大洪水次数还要多.近年来中国大陆也遭受了若干重大洪水灾害(包括1996和1998年两次大的财产损失).与气候变率和变化相关的洪水灾害和易爆发程度的显著增加,这是当前最紧迫的问题.随着气温升高大气中持水量也增加,因此大规模强度的降水的可能性也增大.己观测到高而集中的大降水事件而且这种趋势在未来气候变暖条件下可能增加,大降水事件的增加是洪灾增加的必然条件.当然也有一些其它的非气象因素加剧洪灾的发生,比如土地利用变化(森林砍伐、城市化)导致土壤持水能力下降,径流系数增加;此外,人类占据了洪泛区,可能导致洪水损失增大.另外物质财富在洪泛区的积聚也导致了洪灾损失增加.毫无疑问,由于人类活动和气候的共同作用,未来洪水风险在很多地方可能增加.洪水易爆发程度被认为是暴露系数和调节能力的函数,而且在许多地方所有这些变量都可能增加.而随着暴露系数比人类调节能力增加快,因此洪水易爆发程度增大.然而,要完全从径流变化中区分气候因素导致的强烈自然变率还是直接的人为环境变化是很困难的.由于使用不同的假定情景和不同的气候模型,得到的未来环境的预测结果差异也很大.IPCC第三次评估报告中广泛讨论了气候变化与洪水之间的关系.IPCC第三次评估报告警告说,在东亚季风区非常湿润的季风季节出现的可能性非常大,进而会导致相应地区洪水风险增加.本文总结了迄今为此可收集到的有关长江洪水的资料.利用一些案例来分析研究未来假定情景下气候对水文的影响,并对东亚地区的模拟结果进行了讨论.     

全球变暖背景下中国东部夏季三类雨型预测概念模型新建

在全球变暖的背景下,20世纪70年代末期全球气候发生了显著的年代际变化.厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)作为预测全球气候年际变率的最强信号,其与中国夏季降水之间的关系发生了显著地改变,对中国夏季降水的指示意义减弱,导致中国东部夏季三类雨型早期预测概念模型的准确率明显下降.本文通过分析全球显著变暖前(1951~1978年)、后(1979~2012年)两个阶段中国东部夏季三类雨型同期大气环流系统的配置、前冬海洋和大气环流及其相互作用的差异,结果发现:(1)影响中国夏季三类雨型的大气环流在不同年代际背景下具有一致性,但在全球显著变暖的后一阶段,西太副高偏强偏南,欧亚中高纬阻塞高压活动频繁,而极涡南扩,经向环流加强,这种环流背景有利于中国东部夏季Ⅱ,Ⅲ类雨型对应的环流频率增加,而Ⅰ类雨型对应的环流频率减少,导致中国夏季Ⅱ,Ⅲ类雨型偏多而Ⅰ类雨型偏少;(2)前一阶段,不同雨型对应的前冬海温场差异显著,同时ENSO对北太平洋涛动(NPO)的影响较强,NPO对夏季Ⅰ,Ⅱ类雨型有较好的判别能力,后一阶段此判别能力下降,而ENSO对太平洋/北美型(PNA)遥相关的影响加强,PNA对Ⅱ,Ⅲ类雨型的判别能力提升.基于新的年代际气候背景,利用前冬PNA和欧亚型(EU)遥相关指数,对中国东部夏季三类雨型预测概念模型进行了新建,其拟合效果较理想,实际预测准确率有待进一步检验.     

宁金岗桑冰芯不溶性微粒的岩石磁学性质及其环境意义

冰芯中所含不溶性微粒与大气粉尘沉降过程密切相关,是重建气候环境变化的良好载体.本文对宁金岗桑冰芯（56m,公元1864～2007年）样品中不溶性微粒进行了系统的岩石磁学研究.结果表明,不溶性微粒的载磁矿物以低矫顽力、准单畴颗粒的磁铁矿为主.在过去的144年中,磁性矿物的粒径无显著变化.但是其含量（饱和等温剩磁指标）变化以～1980年为界,之前变化稳定,之后显著增多.这一现象与青藏高原及北半球的气温变化在大的趋势上具有良好的相似性.我们认为磁性颗粒的增加与气候变暖有着一定的关系.其可能的机制是：在大的时间尺度上,气候变暖导致的冰川退缩和局地气候不稳定使得冰芯中含有磁性矿物的大颗粒物质增多,而与年降水变化相关的沙尘天气频率相关性较弱.因此,青藏高原冰芯不溶性微粒的饱和等温剩磁可能在趋势上反映了气候变暖,为研究该区大气粉尘的沉降过程提供新参数.     

太阳、气候、饥荒与民族大迁移

古气候研究表明 ,近 40 0 0a以来有 4个全球气候变冷时期 ,即在公元前2 0 0 0年、公元前 80 0年、公元 40 0年及公元 1 6 0 0年左右的几个世纪———这种准周期性与太阳活动的周期性变化有关 .全球温度变化影响了地区降水形式 :在气候变冷期 ,欧洲北部变得更潮湿 ,而中低纬度地区变得更干旱 .这两种变化形式都不利于农业生产 .历史记载表明 ,历史上民族大迁移是由于庄稼歉收和大面积饥荒 ,而不是逃离战争 ,公元 2和 3世纪的日尔曼部落的大迁移就是一个例子 .化石燃料的燃烧引起二氧化碳的加速排放 ,这终将会导致全球变暖 ,不过历史记载表明 ,总体来说 ,全球变暖对人类是一个福音 .反之 ,全球变冷会导致农业减产、饥荒和民族大迁移 .也许当前最重要的任务不是用计算机来模拟温室效应对全球气候的影响 ,而是进行水利和农业研究以确保不断增长的人口的食物供应 .     

核能家庭与低碳经济

煤炭、石油、天然气等化石能源把人类推向了工业社会,与此同时,温室气体排放急剧增加,全球气候变暖日益严重,“低碳经济”由此应运而生。新能源在低碳经济中发挥着主力军的作用。     

极端气候:影响人类生存的最大风险

正极端天气气候事件是指一定地区在一定时间内出现的历史上罕见的气象事件,其发生概率通常小于5%或10%。极端天气气候事件总体可以分为极端高温、极端低温、极端干旱、极端降水等几类,一般特点是发生概率小、社会影响大。随着全球气候变暖,极端天气气候事件的出现频率发生变化,呈现出增多增强的趋势。世界气象组织指出,2007年1月和4月的全球地表气温分别比历史同期平均值高出1.89℃和1.37℃,都超过了1998年     

盘点世界各地极端天气堪比“末日”

正随着全球气候变暖,近年来,极端天气气候事件的出现频率发生变化,呈现出增多增强的趋势。事实上,人类正处于极端天气的适应期,炎热的酷暑、狂暴的飓风、刺骨的严寒以及滔天的洪水近乎成了"常客",风调雨顺已被视为"奢侈品"。美国严寒天气堆起近8米冰山2013年1月,由加拿大而来的北极气团持续席卷大部分的美国地区,致使北方部分地区呈现出了2013年"冰河时代"的面貌。