地热能是影响地球年均气温的重要因素

从地热能浅层分布情况、地表上下温度变化规律、地球平均气温与太阳辐射强度的关系等几方面分析,得出地热能是全球年均气温变化的重要影响因素的结论,并讨论了地热能影响地球年均气温的方式及地球年均气温的变化趋势。     

天文古气候理论及其进展—从米兰柯维奇到贝尔杰

扼要介绍了天文古气候学的创立和发展简史。太阳是地球大气运动的第一驱动力，地球气候的长期演变在很大程度上受到入射太阳辐射变化的影响。入射太阳辐的变化主要和三个地球轨道参数有关，即地球绕太阳运行的椭圆轨道偏心率，地球自转轴倾角及岁差。太阳辐射的长期振荡主要集中在与这三个参数有关的频率上，这些频率通常被称为米兰柯维奇频率，数值模拟和地学记录都证实地质时间尺度的古气候的演化大多位于米兰柯维奇频率带上。     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

全球变化下地表反照率研究进展

地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力,决定着地表与大气之间辐射能量的分配过程,是影响地球气候系统的关键变量。在全球变化日益突出的今天,地表反照率与全球变化的相互影响机制已经成为地球科学研究领域的热点问题之一。地表反照率的细微变化,会影响到地气系统的能量收支平衡,进而引起区域以至全球气候变化。详细介绍地表反照率影响...     

过去2000年东亚夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

利用地球系统模式CESM过去2 000年气候模拟试验结果,探讨了在百年尺度上东亚夏季风降水的时空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、区分外强迫因子对东亚季风的影响有着重要的科学意义。研究表明:1东亚夏季风降水与温度基本同相变化,降水存在准100年、准150年和准200年周期。2降水标准化EOF第一模态为由北向南"负—正—负—正"的条带状空间分布,而EOF第二模态基本为全区一致的分布型态。3东亚夏季风降水准100年周期主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的共同影响;准150年周期主要受太阳辐射的影响;准200年周期主要受太阳辐射和火山活动的影响。东亚夏季风降水在温带地区主要受温室气体和土地利用/覆盖的影响;在副热带地区主要受太阳辐射和火山活动的影响;在热带地区主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的影响。     

用GMS-5气象卫星遥测地面太阳总辐射

由GMS-5静止气象卫星测量的可见先通道的行星反照率。根据地球-大气系统的物理模式反演得到了地面的太阳辐射，该模式以平均气候模式和晴天的气溶胶光学厚度计算晴天的大气吸收、分子和气溶胶散射，其它情况下的散射由行星反照率和晴天的地表反照率推算而得。模式中考虑了水汽和气溶胶的变化对地表太阳辐射的影响。卫星反演的地表太阳辐射与地面观测结果的相关系数高达95%以上。日平均方差约为10％。从比较的结果来看。卫星反演的每时次地面太阳辐射的精度较已有的结果有所提高。     

地球接受太阳辐射能量变化对板块构造影响的估算

板块构造理论可以被认为是构造地质学研究的基本模型和框架。传统板块构造理论认为岩石圈板块在软流圈上方随软流圈对流发生运动,软流圈对流所需要的能量则完全由地球内部能量,如重力势能和放射性衰变产生的热能提供。但是近年来的一些研究证明了气候变化会对板块构造活动,如造山带活动产生直接影响。对传统的板块构造所需能量全部由地球内部提供这一观点做出了补充和更新。本文主要从两个方面对外动力作用可能影响板块构造做出分析,一是利用傅里叶分析证明了太阳辐射变化在构造活动,如洋中脊两侧地貌和火山沉积物中均能够留下记录;二是建立了一个简单的平面力学模型,探究洋流同大陆的力学作用会如何影响大陆运动特征。虽然这一模型忽略了很多因素,定量计算的结果本身并不具有很严格的数据绝对意义。但是这一模型的结果可以证明地球所有板块构造活动中释放的能量低于地球系统每年从太阳辐射中接收的能量,而且模型得到的大陆运动特征同现今实际观测下的运动特征存在一致性,洋流向大陆岩石圈传递的能量同地震活动释放的能量处于同一量级,从侧面可以证明洋流可能对板块构造产生了较大的影响。     

水的温室效应导致线性的地球向外长波辐射

正地球的气候受控于太阳辐射和向外(outgoing)长波辐射的平衡。在较大的温度范围内(60 K),卫星测量和辐射计算显示地球的向外长波辐射与地表温度呈现线性函数关系。线性函数关系暗示辐射强度对更加温暖或更加寒冷的气候有着一定影响,因此对于理解过去和未来气候变化至关重要。尽管线性关系的证据50年前就被提出来了,但是为什么出现这种线性关系以及何时会消失,目前还不是很清楚。华盛顿大学的科学家提出一个简单的模型来解释地球线性向外长波辐射,     

沙尘气溶胶与气候变化

沙尘气溶胶通过吸收和散射太阳辐射与长波辐射影响地球辐射收支和能量平衡,从而影响气候变化。另一方面,气候变化,土地利用、沙漠化和城市化等人类活动都是可能导致大气中矿物沙尘气溶胶的改变。沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用。     

深海记录中的热带过程及其周期性

地球运行轨道参数包括偏心率、斜率和岁差, 在地质时期分别具有413ka和100ka、41ka、23ka和19ka的周期, 它决定地表太阳辐射在不同纬度和季节的周期性变化.太阳辐射变化中, 岁差周期最为明显, 斜率周期在中高纬度比较明显, 而偏心率周期本身作用微弱, 主要通过调控岁差周期的变幅影响气候.传统的地球轨道驱动理论认为, 北半球高纬的太阳辐射决定全球冰量和地表的气候变化, 轨道周期可能线性地反映到气候变化的周期中去.实际的深海记录反映的情况并非如此, 尤其在热带海区, 气候替代性指标的周期性与太阳辐射的周期性既存在相似性, 也存在较大区别.相似性在于, 热带海区的气候替代性指标均表现出较强的岁差和斜率周期, 而且通常情况下岁差周期的强度要高于斜率周期的强度, 说明热带海区的气候变化受控于岁差调控的太阳辐射的变化; 区别性在于, 热带海区气候替代性指标通常表现出较强的不容忽视的100ka、413ka的偏心率周期和10ka左右的半岁差周期, 而且100ka、413ka的偏心率周期还是季风系统的典型周期, 说明热带海区的气候变化并不是简单的线性响应太阳辐射的变化, 也不完全受北半球高纬的控制, 而是具有自身的特性.      

地球工程国际研究发展态势及现状——以冰川保护为例

地球工程作为应对气候变化的潜在备选方案,旨在控制全球变暖速率,抵消人为因素对气候变化的影响。本文基于文献计量学,从发文量、国际合作、高频词等角度系统分析了国际地球工程领域科技前沿的发展态势。近年来,地球工程领域的科学研究整体呈增长趋势,中美英等国在该领域处于世界领先地位,具有较强的科研水平。现阶段的地球工程研究主要停留在模型模拟及评估阶段,大部分研究缺乏实测和分析数据,且地球工程方法技术可能对自然环境和社会存在威胁。太阳辐射管理技术会对全球和区域气候模式存在潜在威胁,而二氧化碳移除技术的问题主要是其可能的意外环境后果,以及对地球气候系统长期影响的不确定性。此外,冰川地球工程正逐渐成为冰冻圈学科和全球变化领域新兴的研究方向,已借助地球工程原理,在极地冰盖和少数山地冰川开展应用研究,但大多是数值模拟和方案设计,少数进行了实地试验。在未来,地球工程研究重点依赖于针对实验工作的资金技术支持,以期改进建模和为技术分析提供实测和理论基础数据,促使地球工程脱离现有的模型模拟阶段,开展大规模商业化示范。地球工程发展需要伦理道德规范,结合我国能源转型战略,有可能基于国际跨学科合作开发和部署以保护环境和改...     

过去2000年全球典型暖期特征与机制的模拟研究

本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)的通用地球系统模式(Community Earth System Model,简称CESM)的低分辨率版本(CESM1.0.3,T31_g37)在国际国内率先进行了多组过去2000年瞬变积分模拟试验,在与历史重建资料和观测资料进行对比验证的基础上,对过去2000年中的典型暖期(中世纪暖期与现代暖期)的特征和成因机制进行了初步探讨,结果表明:中世纪暖期太阳辐射加强是导致其“暖化”的主要原因之一,而温室气体浓度的激增是现代全球变暖的最主要原因;在中世纪暖期,自然因子(包括太阳辐射和火山活动)对降水量的影响之和比温室气体的影响高一个数量级;而在现代暖期,温室气体对降水量的影响比自然因子(包括太阳辐射和火山活动)对降水量的影响之和高一个数量级;在不同外强迫条件下的海表温度变化在热带太平洋区域截然不同,即自然因子影响下为类-拉尼娜态,而温室气体影响下为类-厄尔尼诺态;无论在中世纪暖期还是现代暖期,相对于1000～1850年的平均情况,沃克(Walker)环流均处于增强状态.     

多年冻土地区公路路基纵向裂缝与路基走向关系的探讨

纵向裂缝是在多年冻土地区公路的主要病害之一,严重影响了所在路段的行车安全和正常运营.以前我国多年冻土区公路路基普遍不高,纵向裂缝病害较少且危害较小,公路设计和科研对其关注较少.目前,对纵向裂缝的形成机理与分布规律研究较少,对其发生、发展的机制、过程和影响因素缺乏深入的认识,工程和科研人员对其仍未形成统一的认识,给工程整治措施选择和处治方案制定造成很大困难.热状况是影响和控制多年冻土路基,特别是高温高含冰量冻土路基病害发生的关键因素;太阳辐射是影响多年冻土地区地表热状况的主要因素,公路路基抬高后,路基两侧接受太阳辐射的差异变大,冻土路基表面热状况和太阳辐射对路基病害的发生和发展影响变大.结合青藏公路多年冻土区路段纵向裂缝调查结果,分析了路基纵向裂缝在路基横断面上的分布规律,研究了不同走向路基表面太阳辐射的分布,探讨了多年冻土区公路路基纵向裂缝与路基走向的关系,以及太阳辐射对公路纵向裂缝形成的影响     

地球节律的成因

地球节律主要受地球内部能量间歇性的释放所控制。旋转系统有不同于非旋转系统的位能、热能和旋转能的相互转换方式。在重力分异和热对流过程中，地核不仅有巨量热能，而且有巨量的旋转能和放射性蜕变能。这是地球能量释放的内因。天文因素使地球内核周期性地南北振动，使地球轨道、体积，形状、自转速度、公转速度和差异旋转状态周期性地变化。这是地球能量间歇性释放的外因。对作差异旋转的内核而言，万有引力常数Ｇ的变化可以改变太阳辐射量和太阳系体积，影响核幔的角动量交换和地壳地幔容积，造成热幔柱的形成与喷发，控制了核幔边界的能量交换过程。这是天文周期与地质旋回一一对应的原因，也是地球节律产生的根本原因。这使人们可以从天文周期预测地质变动。     

早新生代温室气候及冰期气候转型的模拟研究

早新生代是地质史上最后一个温室气候期,随后南极冰盖形成,地球进入到晚新生代冰期。温室气候的成因和冰期气候转型的机制一直是国际相关学界关注的问题。评述国际上对此开展的古气候模拟,反映了早新生代温室气候受到了海洋和大陆的地理位置、暖海洋温盐环流和海洋热输送、太阳辐射和大气CO2浓度变化的作用和影响。古气候模拟还反映了早新生代温室气候转向冰期气候,受到了大洋通道改变和高原构造隆起、大气成分变化以及海陆生态系相互的作用和反馈。这些古气候模拟试验锁定在气候变化的关键时段和重要驱动因子,对测试地球内外驱动力和地球各圈层反馈作用提供了重要的科学依据;温室气候以及趋向冰期气候的模拟研究对探讨气候变化内在机制、预测未来气候具有重要意义。      

地球系统动力学纲要

与地球系统科学和全球变化密切相关的地球系统动力学研究地球系统多层块耦合作用的结构、过程、机理和效应,是地球动力学、岩石圈动力学、大陆动力学、海洋动力学、大气动力学的高度综合。本文采用分尺度、分层块、分阶段的思路研究复杂的地球系统,将地球系统动力学按空间、时间和物质分为地球内部系统动力学、地球表层系统动力学、地球外部系统动力学,历史地球系统动力学、现代地球系统动力学、未来地球系统动力学,气体地球系统动力学、液体地球系统动力学、固体地球系统动力学,分析了地球系统的耦合特征、耦合类型和耦合方式,初步探讨地球内部系统与地球外部系统耦合作用的耦合边界、物质运动、动力来源和耦合机制。最终将地球系统相互作用的各层块作为一个有机的整体进行综合,认为地球内部放射性衰变生热和地球外部太阳辐射生热是驱动地球复杂开放系统层块耦合的主要动力源。     

柴达木盆地自然伽玛曲线记录的古气候变化对太阳辐射响应关系的对比研究

采用柴达木盆地达参1井自然伽玛(GR)曲线,建立了2 85MaBP以来的轨道调谐时标.对GR曲线、深海记录和黄土记录与太阳辐射曲线时频域的多维谱分析及奇异谱分析结果表明:达参1井GR曲线相对于太阳辐射的滞后时间短于深海及黄土记录3～4ka,GR曲线记录的岁差周期成分更为显著,且与太阳辐射在岁差周期上显示了更强的相关性.表明盆地古气候演化受到太阳辐射岁差周期强烈影响,具有低纬陆地记录的特征,而与深海记录和黄土记录受轨道倾斜周期和全球冰量变化的重要影响有别.     

深部碳循环的环境气候效应SCIEI北大核心CSCD

地球表层温度主要由接收的太阳辐射能量及大气温室气体的保温能力共同控制。CO_(2)等温室气体通过对大气温度的调节影响着全球环境气候变化,工业革命以来全球CO_(2)排放量的增加被认为是全球变暖的重要原因,地质历史时期大气CO_(2)浓度的波动与温室和冰室气候的交替出现相对应。地球超过90%的碳赋存于深部,因此地球深部过程的些许波动便会影响到地表碳含量,进而深刻影响着地球的环境气候变化。以往的研究注重地表碳循环对环境气候的影响,对深部碳的贡献考虑不足。最近十余年全球开展了详细的深部碳循环研究,基于已经取得的重要成果,本文从大火成岩省、裂谷和俯冲带的视角对深部碳循环驱动的环境气候效应进行了系统回顾。认为未来的研究需要对地球深部碳循环通量和碳同位素组成进行更精确的定量,这是我们认识深部碳循环对地表环境气候影响的基础;除了碳元素本身我们还需要关注其他挥发性元素和有害金属元素的综合效应;俯冲带作为全球壳-幔相互作用和物质交换循环最重要的场所,应该是进行深部碳循环观察和环境气候效应研究的重点。     

石笋初始234 U/238 U值的冰量周期特征及其环境意义 ——以湖北三宝洞为例

石笋氧同位素记录具有明显的2万年周期,其他记录中广泛存在的10万年周期是否在石笋中有所表现目前还鲜有报道。通过对湖北三宝洞20支石笋的铀同位素数据的分析研究发现,石笋初始234U/238U值在序列连续性较好的640.3~299.6 ka B.P.时间段有强烈的10万年周期特征。在间冰期和冰期时,初始234U/238U值分别呈增大和减小状态。初始234U/238U值的10万年周期与全球冰量、黄土磁化率、黄土平均粒度和大气CO₂变化有良好的对应关系。这些对应关系表明全球冰量、大气CO₂对喀斯特区地球化学元素富集和迁移作用有重要影响。石笋氧同位素的显著岁差周期独立于石笋微量元素、高纬冰量和全球温室气体变化,暗示了太阳辐射变化对中低纬水汽环流的直接影响。石笋初始234U/238U与氧同位素、太阳辐射在冰消期时的对应变化支持北半球太阳辐射能量变化对冰期-间冰期旋回的调控作用。     

导航卫星太阳辐射压模型研究进展

由于难以精确模制,太阳辐射压摄动已经成为导航卫星精密定轨的主要误差源。因此,为了提高导航卫星的定轨精度,必须对太阳辐射压进行精确建模。随着我国北斗卫星导航系统的稳定运行,开发适用于北斗卫星的太阳辐射压模型已经成为一个研究热点。通过回顾国内外近几十年的太阳辐射压模型研究成果,详细介绍了几种常用的太阳辐射压模型,对其建模原理以及模型的优缺点进行了分析,并介绍了北斗卫星太阳辐射压建模的研究现状,为我国北斗卫星导航系统的太阳辐射压建模提供借鉴。