温室气体与气候：过去变化对未来的启示

对20世纪气候变化原因存在的争议进行了综合分析,指出尽管气候变化的"温室气体理论"还存在许多来自冰芯和地质证据的冲击,然而大气温室气体含量增加对于气温的放大作用是肯定的。结合温室气体含量与气候变化这一论题,指出目前应重视的一些研究内容。同时简要分析了不同时间尺度气候变化的原因,认为太阳活动与地球气候系统之间关系研究将是一个活跃的领域。     

过去1 000 a大气中主要温室气体冰芯记录研究概述

对南北两极和中低纬度山地冰芯中开展的温室气体的相关研究进行了回顾.结果显示:在1000aBP到工业革命阶段,大气中CO2,CH4和N2O等温室气体的浓度及气体稳定同位素受各种自然来源影响显著,平均含量较低,浓度波动也较小;工业革命之后,随着人类工农业等活动对环境的影响的加剧,大气中3种温室气体的含量呈现出剧烈的上升趋势.2007年IPCC第四次评估报告显示,目前CO2、CH4和N2O气体浓度的全球大气平均含量分别达到379mL·m-3、1774μL·m-3和319μL·m-3.对影响工业革命前南极、格陵兰及青藏高原冰芯中温室气体的含量的因素总结发现,由于受不同的温度、杂质含量等条件的影响,温室气体含量区域差异较大.1800A.D.以前,格陵兰冰芯中CO2的含量较南极冰芯高出9mL·m-3,青藏高原达索普冰芯CH4平均含量较南极和格陵兰冰盖高出15%～20%,格陵兰冰芯中的N2O含量也明显高于南极冰芯.工业革命以后,冰芯中3种气体浓度表现出强烈的上升趋势,并均达到1000A.D.以来的最高值.     

温室气体浓度变化及其源与汇研究进展

对工业革命以来大气中主要温室气体浓度变化和增长趋势作了简介。概述了冰芯研究的最新成果:420 ka BP以来CO2浓度变化情况及其揭示的气候变化机制;全新世期间CH4浓度的波动;气候事件中N2O浓度的快速波动及工业化前的水平。总结了全球温室气体源与汇的研究现状,重点介绍了全球碳循环研究中的未知汇问题,列举了根据不同资料和模型估计的陆地碳汇位置和幅度以及影响因素对陆地碳汇的贡献等认识上的差异。简单介绍了国内有关温室气体源与汇研究,如稻田CH4排放、岩溶系统碳循环和黄土中温室气体组分特征等方面的研究成果和认识。     

浅析新生代气候变化与大气温室气体浓度的关系

摘要：根据国内外相关研究结果,对新生代气候变化与温室气体(特别是CO2)浓度在不同时间尺度上的可能关系进行初步归纳和探讨。在构造、轨道和千年时间尺度上,气候变化和温室气体浓度均有显著的相关性,表明温室气体无疑是影响地球气候系统的重要因素。同时,两者亦具有显著的“非耦合”特征,包括新近纪构造尺度上CO2相对稳定水平下的全球变冷和冰量扩张、轨道和千年尺度上CO2浓度变化滞后于气候变化、两半球气候的不对称演化等;两者变化的幅度、趋势和变率也常有不同。这些特征中的多数并不能用地球轨道参数的变化来直接解释,表明除太阳辐射和温室气体外,气候系统内部的其他一些因素或过程有时对过去的气候变化起到了决定性的作用。气候变化与温室气体浓度之间可能存在一种自调节功能,构成一个自调节系统而相互调控,而目前我们对这类过程与机理所知尚少。CO2、CH4等作为温室气体,在上述不同时间尺度的气候变化过程中,无疑对气温具正反馈效应。地质尺度上气候变化与温室气体浓度的关系与机理有助于理解当前全球增温的机制,但把过去与现在类比的同时,也要考虑其他边界条件的不同。加强气候模拟与记录对比的研究,对理解上述问题有望发挥重要作用。 关键词：新生代气候;温室气体;碳循环;人类活动     

过去2000年大气甲烷含量与气候变化的冰芯记录

温室气体与气候变化的关系是当前全球变化研究中的一个核心内容。目前关于大气温室气体含量变化只有几十年的实测资料, 而冰芯包裹气体中的CH4 不仅能反映过去大气CH4 含量随时间的变化, 而且能很好地揭示陆地CH 向大气中的释放随时间及空间的分布。近年来, 极地冰芯研究表明南极和北极过去大气层中的甲烷含 量差异很大, 北极大气层中甲烷含量远大于南极大气层。科学家们推测, 中低纬度地区是全球大气层甲烷含量变 化的驱动源。而对这一可能驱动源的甲烷含量变化, 很长时间人们一无所知。达索普冰芯记录揭示了中低纬度大 气CH4 含量与极地冰芯记录相同的变化趋势, 并明确显示工业革命以来大气CH4 含量的增长。高分辨率达索普 冰芯记录的工业革命以来大气CH4 含量变化最显著的特征是20 世纪两次世界大战期间人类活动CH4 排放的减缓 使大气CH4 含量呈负增长。中低纬度大气CH4 含量的恢复使我们有机会与极地冰芯记录进行定量对比研究。 0 ～1850A. D. 中低纬度大气CH4 的平均含量为782nmol /mol, 与格陵兰和南极大气CH4 平均含量差分别达66 nmol /mol和109nmol /mol, 并且其最大自然波动幅度超过200nmol /mol, 这是极地冰芯记录从未有过的。达索普冰芯 记录表明工业革命前中低纬度为全球大气重要的CH4 源区, 但最近1000a 来, 北半球中高纬度的排放有了显著的 加强; 过去2000a 来的自然变化时期, 气候变化的纬向差异对北半球不同纬度带CH4 排放格局有重要影响。     

减缓全球变暖与温室气体吸收汇研究进展

对减缓全球气候变化与温室气体“汇”的最新研究进展作了较为详尽的综述。针对目前温室气体汇研究中的主要前沿科学问题进行了深入分析：包括汇的定义、种类及方法学问题,土地利用变化和森林以及农业土壤汇的种类及计算中存在的一些问题,人类活动对自然生态系统源汇状况的影响等;对还估算各种温室气体源汇的不确定性作了分析总结;在列举了一些气候变化框架公约缔约国及发展中国家对《京都议定书》中引入温室气体“汇”的看法及态     

大气甲烷的冰芯记录

冰芯包裹气体的提取分析提供了历史时期大气CH₄含量变化最直接的信息.“三极(南极、格陵兰及青藏高原)”冰芯的大气甲烷记录的恢复,刻画了自然变化时期大气CH₄含量的详细变化情景及不同纬度间的变化差异,并以此可进一步分析大气CH₄含量变化与气候变化的关系以及陆地CH₄排放随时间的变化特征.冰芯研究揭示,工业革命以来大气CH₄含量的急剧增长及其现阶段的大气含量是过去几十万年来任何气候变化时期从未发生过的.     

中国地质源温室气体释放近十年研究概述

地质源温室气体是指固体地球通过各种地质作用向大气圈释放的温室气体,是固体地球与大气之间物质交换(地气交换)的重要形式,主要包括火山喷发和地热活动、断裂带构造运动、油气渗漏、天然气水合物分解、煤自燃、碳酸盐岩风化等多种地质作用过程所释放的二氧化碳、甲烷等气体.实际上,地气交换是重要的地质作用,是地球各圈层物质循环和能量交换的基本载体和重要动力学机制.全球气候变化和温室效应是人类面临的巨大挑战,地质源温室气体的类型与来源、释放机理与过程、释放通量与大气温室效应等的调查和研究已成为当今地球系统科学的研究热点和发展方向之一,对于应对全球变化和温室效应具有重要的科学意义.中国科学家积极参与和适时开展地质源温室气体调查研究,对中国大陆部分火山和地热区、地震断裂带、含油气区和泥火山等释放的温室气体进行了初步观测与调查,在地质源温室气体的地球化学组成、释放通量等方面取得了一些成果,这些工作为进一步的深入研究奠定了良好基础.     

东南极LGB69冰芯1712-2001年气温变化记录的初步研究

南极冰芯记录着过去气温、降水等气候环境参数以及影响其变化的太阳活动、火山作用等各种因子变化,是研究古气候、古环境变化及其影响机制的良好载体.东南极LGB69冰芯高分辨率的地球化学分析表明:①该冰芯的水当量年平均积累率高达259 mm/a,利用δ18O和Na+季节性变化和火山喷发标志层,通过数年层的方法确定其沉积时间为290 a(1712-2001年)±2 a;②该冰芯δ18O与邻近的戴维斯站气温距平5年滑动平均值(1968-2001年)之间具有良好的正相关关系,是有效的气温代用指标,1712-2001年该地区气温是一个波动变暖的过程,划分为4个阶段,小冰期结束于1914年,20世纪5年滑动平均气温距平年平均值较小冰期末次冷阶段升高0.30C;③Morlet小波分析表明,1712-2001年该冰芯δ18O(气温)和积累率(降水量)均存在约11年、约22年和约60年的共同周期,多重时间周期的嵌套表明其对气候变化非常敏感.上述研究结果为进一步重建南极气候冷暖、降水序列变化,以及研究太阳活动、火山作用等因子对气候变化影响的内在规律奠定了基础.     

全球早白垩世大规模岩浆活动、铁矿床形成及与气候变化的可能耦合关系

地球系统科学是当今地球科学的研究前缘,早白垩时期全球气候经历了巨大的变化,前人为此做了大量的研究工作,但就铁矿形成与环境变化方面的研究还鲜见人提及。本文针对早白垩世大规模岩浆活动、铁矿成因、温室气体的释放及对气候变化的可能耦合关系做探索性的研究工作。本文主要通过大数据统计、整理分析、制图对比等科学手段,论证早白垩世各重要地质事件之间的耦合关系。发现早白垩世的大规模岩浆活动和铁矿爆发巅峰期、陆相红层的出现有着非常吻合的时间一致性。推测早白垩世时期大规模岩浆活动以及铁矿床的形成释放大量CO_2温室气体。大气中CO_2温室气体含量急剧增加导致大气环境温度升高,Fe~(2+)变成Fe~(3+)导致了大陆红层的形成;大气中CO_2温室气体含量急剧增加也导致了大气中氧气含量变低,致使后生生物为了适应这种极端环境气候个体趋向于小型化。因此,铁矿床爆发式成矿作用间接地导致了当时气候环境变化和生物演化方向。在当今面临的全球变暖的大环境下,我们更要加深了解和我们当代很相似的晚中生代时期,以便更加主动的应对以后的气候环境变化和生物发展。     

青藏高原冰芯研究进展

青藏高原习研究是恢复该地区古气候、环境变化的有力手段,近年来取得了显著的成就。对青藏高原冰芯研究在稳定氧同位素、冰川积累量、冰芯的断代以及冰芯记录的环境指标等四个方面的研究进展进行了详细的评述,总结了冰芯记录所恢复的气候、环境变化研究成果,并对当前青藏高原冰芯研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了探讨。     

离子色谱法测定冰川雪冰样品中阴离子含量不确定度评定

雪冰内化学成分的记录为全球变化的各个方面,如气候变化、生物地球化学循环、人类活动、地质和宇宙事件等诸多科学命题的研究提供了直接或间接依据,这些化学成分记录主要包括雪冰内的稳定氢氧同位素、重金属、微粒、气溶胶、黑炭、离子等.雪冰内的离子化学成分的研究在冰川雪冰化学研究中具有重要的地位.为了更为准确地反映冰川雪冰内的记录信...     

雪冰中生物质燃烧记录研究进展

生物质燃烧释放的大量温室气体和烟尘气溶胶能够显著改变大气化学组成、扰动大气环流和水文过程、影响地表辐射平衡,是地球气候和环境过程的主要影响因素之一。生物质燃烧产生的烟尘颗粒等能够随大气环流过程进行迁移输送,在重力作用下或随降水过程沉降到地球表面,成为沉积物地球化学的重要组成部分。雪冰中诸如黑碳、钾离子、左旋葡聚糖等特征标志物记录能够较好地反映区域乃全球尺度的生物质燃烧信息。利用雪冰开展生物质燃烧现代过程和历史记录的研究对系统认识地球气候环境演变过程具有重要意义。从雪冰中可用于开展生物质燃烧记录研究的特征指标、不同地区的研究现状以及生物质燃烧的影响因素等方面综述了近20年来国内外的主要研究成果。并对当前在青藏高原地区利用雪冰开展生物质燃烧记录研究存在的主要问题以及未来研究工作的重点进行了探讨。     

Another look at An Inconvenient Truth

The portrayal of the science of climate change in An Inconvenient Truth is largely correct. Some aspects of the film, such as the discussion of Hurricane Katrina, oversimplify the complex factors involved, while others conflate global warming with other environmental changes that may not be related. However it is not in question that continuing emissions of greenhouse gases by human activities will cause greater climate change in the future, and that the impacts of such change are likely to be negative. The chief message of the film—that this fact places important moral and ethical choices before society—is therefore an accurate one.     

千百年尺度气候快速变化及其数值模拟研究进展

千百年尺度全球气候快速变化是古气候研究中的一个重要内容。研究发现，末次冰期和全新世都存在着千年、百年尺度的快速气候变化，其变化幅度可以达到典型的地质变化或天文因子所造成的冰期/间冰期的气候振荡幅度，同时这些古气候事件具有全球性。对冰期和全新世气候变化的数值模拟揭示了气候系统对地球轨道参数变化的响应以及海洋、植被、冰盖、温室气体等反馈因子的重要性,其中大洋温盐环流对北大西洋淡水注入的敏感性与末次冰期和全新世气候快速变化密切相联。利用中等复杂程度的气候模式（EMIC）CLIMBER 2模拟了末次冰期典型时段（60~20 ka BP）D/O和Heinrich事件以及东亚气候的响应过程。模拟研究揭示了全新世青藏高原冰雪环境对亚洲—非洲季风气候的显著影响。今后的古气候模拟研究将在改进模式分辨率、结合古气候代用资料确定更加符合历史时期边界条件以进一步改善气候模式的基础上,更加注重气候突变机制的研究以及加强全球变化背景下的区域气候的长期变化研究。     

全球变化科学的进展

全球变化科学对揭示和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、变化规律及人类活动对地球表层环境系统的影响具有重要的意义。从深海氧同位素曲线的建立与米兰科维奇理论的发展、高分辨率冰芯记录的研究、短周期气候变化、突变事件的发现、南北半球古气候对比的研究以及我国学者对过去全球变化研究的贡献等角度论述了地球环境变化历史的研究进展；并在对温室效应和全球气候变暖、臭氧洞、土地利用和土地覆盖的变化以及水资源等研究和现代观测资料分析的基础上，阐述了人类活动对地球环境的影响；提出了当前全球变化科学研究的发展趋势以及在新世纪全球变化科学所面临的挑战。     

格陵兰冰芯记录的大气环流变化及其与南极冰芯的比较(英)

The GISP2, central Greealand, glaciochemical series (sodium, potassium, ammonium,calcium, magnesium, sulfate, nitrate and chloride) provides a unique view of the chemistry of the atmosphere and the history of atmospheric circulation over much of the Northern Hemisphere. Interpretation of this record reveals the controls on both high and low frequency climate events of the last 110 000 years.Changes in insolation on the order of the major orbital cycles control the long-term behavior of atmospheric circulation patterns through changes in ice volume (sea level) and related positive feedbacks.Events such as the Heinrich events (massive discharges of icebergs first identified in the marine record)are found to operate on a 6 100 year cycle due largely to the lagged response of ice sheets to changes in insolation and consequent glacier dynamics Rapid climate change events (massive reorganizations of atmospheric circulation) are demonstrated to operate on 1 450 year cycle possibly in response to internal oscillations in the ocean-atmosphere system or due to changes in solar output. Changes in insolation and associated positive feedbacks related to ice sheets assist in explaining favorable time periods and controls on the amplitude of these massive rapid climate change events.Comparison of the GISP2 glaciochemical series with an ice record from Taylor Dome in Antarctica indicates considerable similarity suggesting that both polar regions experience marked changes in climate. While preliminary evidence points to similar phasing of several major climate events in the two polar regions exact phasing cannot as yet be determined, because dating of Antarctic ice core records is not as well-established as the dating for Greenland ice cores.