气候变化、变化地球

地球生命是如何应对气候变化的？人类活动造成的二氧化碳含量每年以数十亿吨的增加,进而导致全球温度的上升。人类在感受温度上升是如何改变地球气候的同时,也逐渐开始了解气候变化对动植物、农业以及人类自身的影响,包括2100年的地球将会是一个什么模样,以及气候变化又是如何改变地球上的生物的。本文中,加拿大皇后大学水生态学家、环境变化首席科学家约翰·P·斯莫尔（John P.Smol）分别从北极浅水塘沉积物分析、积雪融化、动植物迁徙等因温室气体引发的气候变化对环境造成的影响作了深入浅出的分析。     

人类土地利用的历史变化对气候的影响

通过MPM-2——一个中等复杂程度的地球系统模式(EMIC), 对近1000 a来土地利用对气候的影响进行了模拟, 主要评估人类土地利用造成的陆面覆盖变化的生物地球物理作用. 以耕地面积的变化来近似森林砍伐的动态过程, 近300 a来大面积的森林砍伐使全球变冷了0.09~0.16℃, 而北半球年均温降低了0.14~0.22℃, 尤其在春季更为显著. 为了将人类土地利用和其他强迫进行比较, 还模拟了气候系统对温室气体浓度变化的响应. 目前, 植树造林正逐渐成为陆地碳“捕获”以及调节区域气候状况的重要手段, 表明在进行气候变化研究时, 人类土地利用造成的陆面覆盖变化的生物地球物理机制是不可被忽略的.     

黄土高原土地利用变化的生态环境效应

黄土高原是典型的生态脆弱区,随着我国退耕还林还草等一系列生态恢复和治理工程的开展,土地利用发生巨大变化.格局-过程-服务综合研究方法为理解土地利用变化的生态环境效应、科学指导生态恢复实践提供了途径.相关研究系统阐明了黄土高原土地利用格局对土壤水分、养分和土壤侵蚀过程的影响;揭示了植被恢复过程中固碳与产水服务的权衡关系及其时空变异规律,发现目前植被恢复已接近区域水资源承载力阈值;研发了区域生态系统服务综合评估与优化模型系统,提出了土地利用优化配置方案.上述成果推动自然地理学从定性结构分析向定量过程研究发展,引领生态系统服务研究深入到过程机制和综合集成,为黄土高原生态恢复提供了关键科学依据.     

1000年以来巴丹吉林沙漠地下水补给与气候变化的包气带地球化学记录

氯平衡原理在降雨极其稀少的干旱区研究地下水补给具有较强的适用性, 与氢、氧稳定同位素及含水量在包气带垂向的变化相结合, 能够准确地计算地下水的多年平均补给率, 并记录水文气候变化信息. 巴丹吉林沙漠南缘的两个钻孔剖面分别记录了过去574年(B1)和812年(B2)以来的补给量变化过程及其所反映的气候波动特征. 在该地区, 多年降雨量为89 mm, 而补给量平均仅为1.3 mm. 800 aBP气候划分为4个干期和3个湿期. 1500 ~ 1530年干旱区气候突变, 18世纪末至19世纪初是气候环境演化的又一个十分重要的时间界限, 自此以后干旱化进程进一步加剧.     

纵向岭谷区土地利用时空变化与岭谷格局及通道效应的关系研究

以中国西南纵向岭谷区整体为研究对象,基于研究区1980和2001年两个时期的遥感影像与土地利用解译数据以及该区1:50000DEM数据,通过GIS地图代数手段,分析土地利用和海拔因子与水系因子之间的相互关系,以及人为干扰的空间格局,将人为干扰与纵向岭谷区通道的空间分布相结合,进行综合分析得出如下结论:(1)在低海拔、水资源丰富的河谷内,各种土地利用类型的空间格局和时间动态具有以河流为中心规律性分布的特点,土地系统的活跃程度具有一定的空间递变性;(2)以海拔因子为基础,从土地利用动态和人为干扰强度变化的角度,将纵向岭谷区分为4个海拔层,不同海拔层内,土地利用和人为干扰作用存在差异;(3)纵向岭谷区人为干扰空间分布不均匀,会对河谷的通道效应产生阻隔作用,形成4个具有阻隔作用的潜在区段．     

中国北方土地利用/覆盖变化的情景模拟与预测

以北方13省(市)为研究区, 借助系统动力学(SD: System Dynamics)、人工神经网络(ANN: Artificial Neural Network)和元胞自动机(CA: Cellular Automata)模型建立了 “自上而下“和“自下而上”相结合, 数量变化与空间分布相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化时空演变规律的动态模拟模型, 并对研究区多种土地利用/覆盖类型变化的时空特征进行模拟. 模型充分发挥了各子模型的特点和优势, 综合了土地利用/覆盖变化的宏观驱动因素与微观格局演化特征, 较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子, 并引入CA模型中, 利用BP神经网络简化了CA模型模拟过程中参量权重确定问题, 提高了参量权值确定的精度和模拟结果的可靠性, 模拟精度约74%, 在一定程度上反映了大区域土地利用/覆盖变化的空间格局演变特征, 对脆弱生态区土地利用/覆盖变化的复杂性和生态环境响应研究具有一定参考价值. 模拟结果表明, 未来30 a中城建用地、林地、水体将明显增加, 耕地和未利用地将不断减少, 草地的数量则在波动变化中相对保持稳定; 空间上, 农牧交错带和东-南部地区变化最为显著.     

未来气候变化情景下中国冰冻圈变化影响区域的脆弱性评价

基于IPCC的脆弱性定义,本文遴选了冰川覆盖率、冻土深度年变化率、积雪覆盖年变化率、地表径流年变化率、地温年变化率、植被生长年变化率以及人类发展指数年变化率7个指标,开展2001~2020年以及2001~2050年两个时段A1(高排放)和B1(低排放)情景下冰冻圈变化的脆弱性定量评价.评价结果显示,未来中国冰冻圈变化影响区域的脆弱性自东向西呈逐渐增加的分布特征,中东部地区主要为微度和轻度脆弱区,强度脆弱区和极强度脆弱区主要分布在西藏的部分地区.对1981~2000年、2001~2020年以及2001~2050年的脆弱性比较表明,上述3个时期脆弱性最强的是1981~2000年,其次为2001~2020年,脆弱性最小的是2001~2050年.从1981~2000年到2001~2050年,微度脆弱区面积逐渐增加,轻度脆弱区面积逐渐减小,强度脆弱区和极强度脆弱区则先增加再减小.未来气候变化情景下冰冻圈变化影响区域脆弱性减小是由于暴露度、敏感性减小,适应性增加所致.     

利用ISCCP D2资料分析近20年全球不同云类云量的变化及其对气候可能的影响

利用ISCCP最新的D2云气候资料集, 给出总云量及高、中、低云在全球的分布特征; 用趋势分析方法分析了近20年来全球不同云类云量的变化趋势. 结果表明: 这期间全球平均总云量总的变化趋势为减少, 但在1987年以前总云量稍有增加, 此后转为减少, 减少量约占全球平均云量的4%. 其中, 低云和高云云量呈减少态势, 而中云量稍有增加. 从云量变化趋势在全球的分布看, 存在较大的区域差异, 不同云量变化趋势具有显著的区域性. 初步分析指出, 在全球增温的气候背景下, 云量的变化对当前气候可能是一个正反馈过程, 即近年来云量的减少可能促使全球气候更加趋于变暖.     

青藏高原北部太阳辐射影响的晚全新世温度变化

近年来,小冰期(约公元1400～1850年)的气候变化已经得到了较为详尽的研究.但是,在中世纪暖期(约公元800～1400年)温度是否比近50年温度高这个问题上,仍存在很多争论.有气候模型表明,包括青藏高原北部在内的中亚地区在中世纪暖期的温度仍然低于现代温度.然而,这一区域包含中世纪暖期的高分辨温度记录非常有限,通过气候建模得出来的结论     

全球气候模式中气候变化预测预估的不确定性

人类活动造成的以全球变暖为主要特征的气候变化对生态系统和人类社会造成严重的影响。全球气候模式正日益成为研究当前气候特征和现象、了解过去气候演变规律及预估未来气侯变化不可替代的、最具潜力的工具。气候模式已被广泛运用于全球和区域未来气候变化的研究中。未来情景的不确定性、气候系统内部的自然变率的不确定性和表征气候过程的不确定性是造成气候预测预估不确定性的主要来源,而概率分布是一个很好地表示气候变化预测不确定性的方式。介绍了贝叶斯多模式推断方法来描述气候变化预估不确定性的理论框架,并以中国区域为例,利用IPCC-AR5的气候模式数据,通过贝叶斯多模式推理方法预估未来中国区域的南北方两个典型流域(海河和珠江流域)未来气候变化情况。结果表明:中国区域都将呈现出变暖的趋势,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,温度变化趋势分别为0.91±0.30°C/100a、2.41±0.77°C/100a、6.08±1.01°C/100a;降水也呈现出增加的趋势,三种情景下的趋势分别为(5.58±2.96)%/100a、(10.30±4.30)%/100a和(15.90±6.68)%/100a;中国海河流域的年降水量在2020s和2040s都将出现增加的趋势,珠江流域则在2020s略有降低,2040s开始增加。并且在2020s和2040s发生干旱和极端暴雨等极端降水事件的概率同时增加。     

气候变化对中国洪涝灾害风险的影响

洪涝灾害是中国最严重的自然灾害之一。它不仅分布广、发生频率高, 而且造成巨大的经济损失,是制约经济社会可持续发展的重要因素之一。研究表明: 中国洪涝有明显的高频期、低频期的阶段性年代际特征。近30年来,南方典型洪涝风险区和中小流域极端洪涝事件的频次和强度总体呈现增加、增强态势,大城市和特大型城市暴雨内涝事件也呈增加趋势。在全球气候变暖、城镇化快速发展的背景下,未来中国部分地区强降水、洪涝等极端事件有可能增加、增强,从而加大洪 灾风险和防汛调度指挥难度,并对经济社会可持续发展带来不利的影响。     

近期气候变化研究的一些最新进展

气候变化是当前国际上的热点问题之一,尤其是IPCC-AR4以来的全球气候及其影响如何变化更为引人瞩目.本文综述了近年在Science和Nature等国际杂志上刊登的涉及全球气候变化研究如辐射强迫、温室气体、气溶胶、海水和海平面、温度和降水、南北极地区等的最新研究成果和研究动态,对全球变化及其相关学科的研究以及即将发布的IPCC第五次评估报告具有重要的参考价值.     

Global pattern for the effect of climate and land cover on water yield

<正>With the support by the National Natural Science Foundation of China,Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(CAS)and Chinese Ecosystem Research Network,Prof.Zhou Guoyi from the South China Institute of Botany,CAS and his cooperators reported the global pattern for     

中国典型山地土地利用变化与资源生态效应

山区是土地分布最为复杂的区域,同时也是重要的生态屏障。山区土地利用的空间格局及动态变化都将影响山区生态功能的发挥,因此明晰山区土地的空间异质性特征及其相应的资源生态效应是山区可持续发展的关键。基于中国太行山区、横断山区以及黔桂喀斯特山区等三个典型山区,明确了其土地在垂直及水平方向的空间异质性特征,评估了典型山区产水量、土壤保持、碳储量以及生境质量等生态系统服务,并以中国山地为对象,分析了近30年来植被的变化趋势及其影响因子。     

Climate change:Economic benefits from climate mitigation efforts

正With the support by the National Natural Science Foundation of China,the research team led by Prof.Wei YiMing(魏一鸣)from the Center for Energy and Environmental Policy Research,Beijing Institute of Technology(CEEP-BIT)proposed a global cooperation strategy for approaching global warming targets in     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

中国过去2000年气候变化与社会发展

     在前人研究的基础上,系统梳理了中国过去2000年气候变化与社会的自然、经济、人文三大亚系统发展状况间的对应关系,从数百年至数十年的时间尺度上揭示了气候变化的过程在实质上也是社会结构重新构建的过程。具体有以下结论：①尽管并非所有的暖期社会都是繁荣昌盛的,但总体上说来,“冷抑暖扬”的文明韵律十分清晰;②气候变化对社会发展的影响,通过自然-经济-人文亚系统的各个环节而逐级传导,进而产生了五个层次的气候冲击与适应;③在过去2000年气候恶化阶段,与生态环境脆弱性密切相关的贫困人群生存问题是诱发社会动乱的重要原因;④气候只是社会发展的外部条件,人对生产关系的变革才是推动古代社会发展进程的根本动力;⑤随着科学技术的不断发展, 气候变化对古代社会发展的不利影响在总体上渐趋减轻。     

Emergingrole of wetland methane emissions in driving 21~(st) century climate change

正With the support by the National Natural Science Foundation of China,a collaborative study led by Dr.Zhang Zhen(张臻)from the Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences demonstrates that wetland methane(CH_4)emissions caused by global warming will have significant feedbacks to climate change during the 21~(st) century,which was published in PNAS(2017,114     

气候变化对中国东部季风区水循环及水资源影响与适应对策

中国东部季风区水循环及水资源变化复杂,水旱灾害频繁,其中既有强烈的季风区自然变化影响,又有气候变化中二氧化碳排放导致的人为强迫的影响。近些年作者团队的研究表明：中国陆地水循环主要变化是由温室气体排放的影响叠加在东部季风区显著的自然变率背景下共同作用形成的,其中自然变率对降水影响的贡献约占70%,人为强迫的贡献占30%;随着未来二氧化碳排放的贡献率逐步增大,中国极端水旱灾害有进一步增加的态势,气温每升高1°C,华北农业耗水约增加4%总用水量;气候变化对中国东部季风区长江、黄河、淮河、海河以及珠江等八大流域的水循环以及南水北调(中线)重大调水工程有突出的影响与风险,需针对水资源脆弱性变化与水安全问题,采取适应性的对策与措施。