后天思考

由影片《明日后天》推想由于温室气体的大量排放导致全球气候变暖，北极冰层融化，从而可能导致一系列的可怕的灾难，人们应该增加环境忧息意识，减少温室气体的排放。     

气候变暖成因研究的历史、现状和不确定性

简要回顾了关于气候变暖成因研究的历史和现状,重点评述了当前气候学界对全球和中国气候变暖原因的认识及其仍存在的不确定性。气候学者对气候变暖与大气中温室气体浓度关系的认识,目前比过去任何时候似乎都更加清晰,但他们眼前仍然弥漫着重重迷雾。引起观测到的气候变暖的因子十分复杂,相关问题的研究仍存在大量不确定性。未来气候变化科学的进步依赖于对这些尚存不确定性的认识水平和削减程度。     

温室气体排放对全球变暖的相对贡献

在过去几年,许多研究者注意到大量的痕量气体的浓度增加对气候的联合效应可能赶上甚至超过浓度日益增加的二氧化碳的效应。这些痕量气体主要是甲烷、一氧化二氮和含氯氟烃类,在浓度上比二氧化碳低2～6个数量级,然而它们每个分子吸收红外辐射的能力比二氧化碳强得多。实际上,一项最新研究表明,痕量气体是1980—1990年辐射作用项增加43％的主要原因。需要一个比较各种“温室”气体排放对全球变暖相对贡献的指数,以便确定限制这种变暖的有效对策。在特殊时期内,对附加温室作用项贡献的估计完全没有考虑重要的温室气体在大气中驻留时间上的差异。这里,我们通过提出甲烷、一氧化碳、一氧化二氮和含氯氟烃类相对于二氧化碳的全球变暖潜力指数,将目前的工作扩展到卤化碳的领域。例如,我们发现每摩尔甲烷的全球变暖潜力为二氧化碳的3.7倍。据此,与80年代辐射作用增加57％相对应,现在的温室气体排放引起的全球变暖的80％是二氧化碳的排放造成的。     

全球变化条件下的平流层大气长期变化趋势

两个因素将对21世纪平流层气候变化产生重要作用。一个是温室气体增加,另一个是平流层臭氧的可能恢复。温室气体增加的辐射效应一方面造成地面和对流层变暖,另一方面却导致平流层变冷,而臭氧层恢复的辐射效应则导致平流层变暖。在温室气体增加和臭氧恢复这两种相反因素作用下的平流层温度如何变化是所关心的主要问题。为了预估平流层温度在21世纪的变化,使用了辐射—对流模式进行了敏感性实验,另外,也对他人进行的化学—气候耦合模式（CCM）模拟结果进行了分析。这些模拟结果表明,在21世纪平流层中上层（60～1 hPa）将变冷,而下层（150～60 hPa）变暖。这说明在平流层中上层温室气体的冷却效应将起主导作用,而臭氧恢复的加热效应在平流层下层相对更为重要。CCM的模拟结果表明,臭氧恢复最显著的区域在平流层上层（3 hPa附近）,与最大降温区一致,说明温室气体增加将有利于平流层上层臭氧恢复。CCM的模拟结果还表明,平流层两极地区在冬半年存在变暖的现象。根据已有的研究结果,极区变暖与平流层行星波活动增强有关,动力、热力和化学之间的正反馈作用也有可能对极区变暖有重要的贡献。     

中国瓦里关和上甸子大气温室气体浓度变化特征

研究典型区域大气温室气体的变化有助于有效应对气候变化、减缓全球变暖和减少极端气候事件.选取1997-2018年瓦里关和2009-2015年上甸子温室气体月值数据,应用线性趋势分析法和Mann-Kendall突变检验法分析两站温室气体的时间序列特征、季节变化趋势,构建HYSPLIT后向轨迹模型分析季风运输和大气边界层条件对温室气体的潜在影响.瓦里关和上甸子温室气体均逐年增长,具有明显的季节变化特征.两站CO₂均在8月达到最低值,CH₄则在8月达到峰值,SF₆四季差异不大.瓦里关N₂O在12月达到最高,6月降到最低;而上甸子N₂O在7月达到峰值,9月降至最低.瓦里关和上甸子大气温室气体均受到局地生物源和非生物源、季风远距离运输、大气边界层条件和光化学过程等多种因素的共同作用.      

铊同位素揭示二叠纪末生物大灭绝开始时短暂的海洋氧化事件

作为地球历史记录中最大的生物危机,二叠纪末的生物大灭绝(EPME)事件是西伯利亚大火成岩省释放的挥发物造成的环境扰动结果,造成了约90％的海洋生物灭绝.确定这一重大生物危机背后的环境条件和机制,无疑对理解在这一事件中运行的地球系统反馈机制具有重要的作用.最近的研究表明,在EPME期间全球温度的波动会导致不同时间尺度的各种环境响应,尤其以火山作用导致温室气体驱动的气候变暖最为显著;而气候变暖引发的海洋缺氧扩张可能是导致这次海洋生物大灭绝的原因.     

“深时环境、气候与生命”主题专辑目次

<正>当前由于全球变暖趋势不断加剧,逐渐升高的大气CO_2浓度使地球向更温暖的气候状态发展,可能在未来百年尺度内达到"温室气候"。这种气候恰好不属于人类演化过程中和当前所处的"冰室"气候状态。因此,国际科学界面临的重大科学命题就是,地球如何从冷变暖进入"温室气候"状态?变暖过程中地表环境-气候-生物体系的变化及其相互关系如何?为了深入理解这种变化,以探究"深时(Deep     

天然气水合物气候效应研究进展

天然气水合物富含温室气体甲烷,且资源量巨大,对气候变化又十分敏感,在全球变暖的背景下其气候效应倍受关注,近年来的研究工作又取得了一些新进展.首先,天然气水合物资源量的估算进一步精确,海洋中天然气水合物资源量的最新估算值仅为原先的1/5,从根本上限制了其气候效应的显著性;其次,大气中来自天然气水合物的甲烷通量被重新评估,...     

地球气候将平衡于又一次跳跃?

地球气候将平衡于又一次跳跃？当前，人们对地球大气中温室气体增加的可能气候影响十分关注。大气环流模式（ＧＣＭ）的计算机模拟结果表明，现今的气候系统可以被很好地了解、并将缓慢变暖。但是，过去１０万年的气候记录揭示出温度变化的极不相同的型式，温度不是按米兰...     

温室气体浓度增加情景下大西洋温盐环流的演变

温室气体浓度增加(以CO2为主)引起的温盐环流演变在未来气候系统中扮演非常重要的角色.在最新的温室气体排放情景下,利用基于德国马普气象研究所为IPCC第四次评估报告而最新发展的气候模式(ECHAM5/MPIOM),对3种不同的温室气体排放假设(B1,A1B,A2)进行了可靠的数值模拟.在此基础上,就大西洋温盐环流和北大西洋深层水形成的变化,以及北大西洋不同海区的温盐环流对温室气体浓度增加的响应,对模拟结果进行了分析.研究揭示,到21世纪末,在3种CO2排放情景下,温盐环流强度分别减弱了4Sv(1Sv=106m3/s)、5.1Sv、5.2Sv,大体相当于减弱了20%、25%、25.1%.由于全球变暖引起副极地海区表层海水变暖变淡,拉不拉多海(LabradorSea)和丹麦海峡(DenmarkStrait)以南区域的深层对流有所减弱.而在格陵兰-冰岛-挪威海(GINSea)的情况相反,由于北大西洋暖流的增强,通过法鲁海峡(Faro-BankChannel)进入GIN海域的高盐水增加,导致GIN海域上层盐度(密度)增加,进而深层对流加强.在A1B情景下,由于全球变暖北大西洋的深层水生成率从16.2Sv降到了12.9Sv.     

1985年国际评价CO2问题专门会议声明

1985年10月9日至15日,在奥地利Villach,由联合国环境署(UNEP)、世界气象组织(WMO)、国家科学联盟理事会(ICSU)联合召开会议。与会的科学家来自29个发达国家和发展中国家,目的是评价不断增加的二氧化碳和大气中具有辐射作用的其它成分(温室气体)对气候变化和由此而引起的其它影响。二氧化碳和其它温室气体浓度的增长,将对下世纪上半期发生重大影响,导致气候变暖,使全     

人类活动引起的我国西北地区21世纪温度和降水变化情景分析

使用IPCCWG1第三次科学评估报告中给出的7个全球气候系统模式的模拟预测结果,分析了人类活动对中国西北地区气候变化的影响.模拟结果表明,由于温室气体增加(GG)或温室气体与硫化物气溶胶(GS)增加,21世纪西北地区气温将可能平均变暖42～60℃·100a^-1.降水的变化较为复杂,由于温室气体的影响,未来西北地区降水将增加;考虑温室气体和硫化物气溶胶的共同影响,则略有增加.模式平均结果表明,未来西北地区降水将可能增加15～39mm·100a^-1.     

大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究现状

由于工业活动的影响,对流层气溶胶含量明显增加。他们通过直接吸收和反射太阳辐射以及改变其它辐射强迫因子（云、臭氧）的大小间接影响地气系统的能量收支。近年来研究表明：人类活动产生的气溶胶具有与CO₂温室气体大小相当、符号相反的辐射强迫效应。他们在全球或区域范围内削弱温室气体的变暖趋势,对气候变化造成很大的影响。文章就人为气溶胶辐射强迫及气候效应近年来的研究状况做了介绍。     

应当限制哪些温室气体的排放

如果通过限制温室气体排放量来减缓全球变化的速度和规模,那么进一步就要确定应限制哪些温室气体。选择限制对象的基本原则是:(1)这种气体在温室效应的增强上起着主要作用;(2)这种气体的排放部份或全部是人类活动造成的;(3)对其进行控制是可行的。不同温室气体引起全球变暖的能力是不同的,这种能力决定于它们吸收远红外辐射的能力、在大气层中的平均寿命及其排放量。人们最关心的是今后100年内的全球气候变化。大气层中短寿命的气体即使吸收远红外辐射的能力很强,在以世纪为单位的长时间内的累积影响仍然较小。综合吸收能力与寿命两种因素可以计算出各种温室气体对全球变暖的潜在能     

IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点

2013年9月27日, 在瑞典首都斯德哥尔摩, 联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告《Climate Change 2013: The Physical Science Basis》决策者摘要(Summary for Policymakers, SPM)发布, 随后于9月30日公布了报告全文. 报告指出, 全球气候系统变暖的事实是毋庸置疑的, 自1950年以来, 气候系统观测到的许多变化是过去几十年甚至近千年以来史无前例的. 全球几乎所有地区都经历了升温过程, 变暖体现在地球表面气温和海洋温度的上升、 海平面的上升、 格陵兰和南极冰盖消融和冰川退缩、 极端气候事件频率的增加等方面. 全球地表持续升温, 1880-2012年全球平均温度已升高0.85 ℃[0.65～1.06 ℃]; 过去30 a, 每10 a地表温度的增暖幅度高于1850年以来的任何时期. 在北半球, 1983—2012年可能是最近1 400 a来气温最高的30 a. 特别是1971-2010年间海洋变暖所吸收热量占地球气候系统热能储量的90%以上, 海洋上层(0～700 m)已经变暖. 与此同时, 1979-2012年北极海冰面积每10 a以3.5%～4.1%的速度减少; 自20世纪80年代初以来, 大多数地区多年冻土层的温度已升高. 全球气候变化是由自然影响因素和人为影响因素共同作用形成的, 但对于1950年以来观测到的变化, 人为因素极有可能是显著和主要的影响因素. 目前, 大气中温室气体浓度持续显著上升, CO₂、 CH₄和N₂O等温室气体的浓度已上升到过去800 ka来的最高水平, 人类使用化石燃料和土地利用变化是温室气体浓度上升的主要原因. 在人为影响因素中, 向大气排放CO₂的长期积累是主要因素, 但非CO₂温室气体的贡献也十分显著. 控制全球升温的目标与控制温室气体排放的目标有关, 但由此推断的长期排放目标和排放空间数值在科学上存在着很大的不确定性.     

全球变暖“停滞”现象辨识与机理研究

观测表明全球温室气体浓度持续快速增加,但21世纪以来全球表面平均温度升高有减缓趋势,呈现变暖"停滞"现象,这对已有的全球变暖认识带来挑战。围绕"变暖‘停滞’机理及其可预测性"这一国际前沿科学问题,国家重点研发计划"全球变暖‘停滞’现象辨识与机理研究"主要研究内容有:1辨识变暖"停滞"的时空特征,阐明外部强迫和内部自然变率的相对贡献;2阐明全球变暖停滞背景下,大气在气候系统能量热量再分配过程中的作用及机理;3阐明全球变暖"停滞"背景下,海洋动力热力过程对能量热量再分配的调制机理;4探讨全球变暖"停滞"现象的可预测性,对其未来变化及重要区域气候影响进行预测预估。以期通过变暖"停滞"研究回答人们所关心的目前变暖停滞现象未来发展及其对我国及周边的"一带一路"核心区和南北极重要区域的影响,为我国未来气候政策的制定提供参考依据,为国家参与全球气候治理及国际气候谈判提供科学支撑。     

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。     

中国大陆新生代典型火山区温室气体释放的规模及其成因

火山活动能够将地球深部的碳输送到大气圈,是地质碳排放和深部碳循环的重要形式.火山作用不仅在喷发期能够释放大量温室气体,而且在休眠期也能释放巨量的温室气体.在全球变暖的背景下,定量化地研究火山活动对大气圈温室气体含量增加的贡献具有至关重要的意义.本文利用密闭气室法等该领域国际先进的测试技术,测量并计算了长白山、腾冲、五大连池及青藏高原南部的羊八井等典型火山区的温室气体释放规模.结果显示,我国大陆新生代典型火山区向大气圈输送的温室气体总通量约为8.13×10⁶t·a^-1,接近10⁷t·a^-1级别,相当于全球火山活动导致的温室气体(主要为CO₂)释放总量的6%左右.太平洋构造域火山区的温室气体在释放通量与总量方面均低于特提斯构造域,并且太平洋构造域火山气体的地壳混染程度较低,显示出大洋俯冲带与大陆俯冲带火山区温室气体释放的成因差异.     

中国CO2地质埋存条件分析及有关建议

化石燃料燃烧产生的温室气体导致全球气候变暖是人类共同面临的重大环境问题.本文提出减排大气CO2含量最为现实和有效的对策是采取CO2地质埋存技术.在总结国际CO2地质埋存研究成果的基础上,全面分析了中国适宜CO2埋存的地质条件和潜在的埋存区域.初步估算,中国CO2地下贮存总容量约为14548×108t.建议近期加强中国CO2埋存地质条件调查和相关重大科技问题的研究.     

气候变化对寒区水循环的影响研究进展

随着全球气候变暖,气候的变异性变得越来越极端,极端天气事件的频率和强度也在不断地上升.气候变化改变了水文循环,其变化趋势对世界水资源的管理提出了严峻的考验.气候变化对寒区水循环的影响包括对降水、蒸散发、径流、降雪与积雪面积、冰川和冻土等方面的影响: 近百年来,全球降水在波动中略有增加;在北半球水面蒸发量呈逐步减少的趋势,径流量及其时空分布发生了巨大变化;全球以积雪形式的降水越来越少,且积雪面积越来越小; 冰川出现加速退缩的现象.随着全球变暖,多年冻土融化,导致活动层厚度有明显增大趋势.所有现存的模型都表明了一个更暖的未来世界.为降低地球各圈层系统对气候变化的脆弱性,需要控制温室气体的排放,建立更精确的气候预测模型,提高水资源管理者的技术水平等手段来提高系统的适应能力,以解决人类的水资源需求问题.