气候变化与CO_2浓度的相关性问题

在过去的80万年(从晚更新世到接下来的全新世),地球的气候经历了许多次"冷-暖-冷-暖"的变化.变化背后的原因可以归结为:(1)由地球轨道参数决定的太阳辐射输     

植物拯救了地球

地球气候的历史，就是寒冷期（冰期）和温暖期（间冰朝）互相交替的历史。在1万年前的上一个冰期里，冰川覆盖了地表的大部分地区．是什么原因使这个星球最终逃过了被完全冻结的厄运？这对于气候学家来说是个谜．因为他们认为，在过去的2400万年里，气候的变化应该会造成大气中二氧化碳含量的急降，使地球越来越冷，最后变成一个大“冰球”。     

地球气候与太阳辐射

气候的形成主要取决于太阳辐射。气候的变迁与到达地表的太阳辐射能的变化关系至为密切。引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。气候变迁,冰期、间冰期循环的根本原因,被认为是地球轨道和地球自转轴的倾斜度变动使地球上受到的太阳辐射发生改变所致。     

太阳活动对地球气候的影响

太阳辐射是地球系统的能量来源,是气候形成和演变的根本驱动力。在千年以上的长时间尺度上,达到地球的太阳辐射变化与地球气候有密切的关系。但在百年和百年以下的时间尺度上,人们尚不清楚太阳活动对气候是否有明显的影响。太阳活动可能通过多种路径影响地球气候,过程极为复杂。气候系统对太阳外强迫的响应又具有非线性特征,造成了太阳活动变化对气候的影响存在很大的不确定性。文章梳理和归纳总结了太阳活动影响地球气候的最近研究工作,在年际和年代际尺度上讨论了太阳活动变化对地球气候影响的关键因子和可能途径,以及气候系统对太阳活动变化响应的敏感地区和关键环节。     

晚上新世赤道太平洋气候转型和北极冰盖扩张的轨道驱动

赤道太平洋气候在晚上新世进入一个重大转型期. 具体表现为全球海表温度(SST)开始变冷, 东西太平洋SST梯度开始形成并逐渐加大. 不仅如此, 这一变化几乎与北半球高纬冰盖扩张同步发生. 探讨太阳辐射、高纬和低纬气候变化之间的相互关系是揭示这一气候转型机制的关键. 通过一系列数理统计方法对赤道太平洋的SST和全球冰量变化中的轨道周期成分进行分析发现, 北半球高纬的太阳累积辐射量是此次气候转型的主要外部驱动力; 在轨道尺度上, 东西赤道太平洋的SST在转型之后表现出基本同步而非“跷跷板”式的变化规律; 通过分析对比认为晚上新世气候转型起源于地球轨道参数的转变, 而大气CO₂浓度变化产生的反馈效应使得全球气候自早新生代以来进一步变冷.     

触发和驱动第四纪冰期的机制是什么?

晚新生代地球环境演化的重要事件包括冰期气候和人类起源等,其中,冰期及其旋回问题受到广泛关注,但迄今没有被广泛接受的理论解释.地球构造活动诱发的地表风化强度和大洋环流变化,改变了大气CO_2含量和地表热量传输过程,其与地球运动轨道变化调制的太阳辐射量变化周期,包括地球轨道偏心率、黄赤夹角和岁差等,共同驱动了第四纪大冰期降临及旋回变化.其中,太阳辐射量变化起主导作用.在包括海陆配置、大气CO_2、洋流变化、岩石风化等达到临界点的背景下,太阳辐射量变化驱动着第四纪冰期气候旋回变化.在晚上新世,由于地表化学风化加强、深海沉积埋藏碳增多,使得大气中CO_2含量减少,温室气体效应减弱;加上高纬地区接受太阳辐射量降到临界值,高纬地区冰川发育并形成强大的反馈机制,北半球冰期来临并在之后发生了中更新世冰期气候转型.在上新世-更新世的古气候变化中,存在~400,100,41和23ka等周期,这是太阳辐射量变化驱动的结果;其中,大气CO_2和冰冻圈反馈起到重要的放大作用.近200年以来,人类急剧向大气中排放CO_2气体,增强了温室气体效应,可能改变冰期气候的趋向.     

近千年来南北半球气候变化模拟比较

依据全球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分的模拟结果, 对南、北半球气温及降水变化的相似性和差异性进行了分析, 并探讨了造成南、北半球气候变化异同性的可能原因. 结果表明: (1) 南、北半球平均气温在年际、年代际、百年际尺度上变化位相基本一致; 但从气候阶段转变的时间来看, 北半球年平均温度正负距平的转变明显提前于南半球; 从距平的振幅变化来看, 北半球明显大于南半球. (2) 对降水而言, 年代际及百年际尺度上的变化南、北半球基本同相, 而在年际尺度上的变化两者反相, 且年际及年代际的正相关主要体现在中、高纬地区, 年际负相关主要体现在低纬地区. (3) 中世纪暖期南、北半球的增暖幅度相差不大, 而现代暖期北半球的增暖幅度明显大于南半球; 现代暖期北半球高纬地区气温大幅上升, 而南半球高纬地区气温有所下降, 呈现出明显的反相变化特征, 这是中世纪暖期温室气体浓度保持在较低水平时所不具有的一个气候特征. 其机理有待进一步研究.     

休闲时光

宇宙尘埃可能对地球气候产生重大影响美国加州理工学院的科学家认为,最近几百万年来地球气候在冰河期和温暖期之间交替转换地周期性变化,可能是受到了来自太空的细小宇宙尘埃粒子的影响。通过对葡萄牙亚速尔群岛附近海床以下宇宙尘埃粒子的研究,科学家发现,在25.3万年前至45.8万前之间,宇宙尘埃沉积数量的增减,     

中更新世气候转型:特征、机制和展望

中更新世转型(mid-Pleistocene transition,MPT)的特征、机理及其影响一直是古气候研究的热点问题之一.通过综合分析全球代表性的地质记录,揭示出海洋和陆地气候变化在中更新世(距今~1.2至~0.7 Ma)多表现为从准4万年到准10万年的主导周期转型,但低纬地区水文气候的周期变化不显著.数值模拟研究表明,地球轨道参数变动引起的太阳辐射变化可能是冰期-间冰期气候旋回的根本驱动,而下垫面和大气CO2浓度变化的反馈机制则触发了中更新世气候周期转型并放大冰期-间冰期的波动.因此,MPT是地球气候系统内外部多个因素共同作用的结果.未来研究一方面应加强中低纬地区水文循环变化研究,关注中更新世气候转型影响的区域差异;另一方面通过整合气候重建和模拟结果,辨析区域气候变化响应差异的主要诱因.     

贵州七星洞全新世石笋的氧同位素记录及其指示的季风气侯变化

对贵州七星洞的石笋进行了TIMS铀系测年和氧同位素组分分析,建立了最近7.7ka石笋δ^18O值的变化序列。重建了贵州地区7.7kaBP以来的季风气候变化：7.7-5.8kaBP,适宜期内的夏季风强盛期;5.8-3.8kaBP,夏季风的稳定减弱期;3.8-0.15kaBP,减弱的夏季风及 气候大幅波动期。并指出7.7kaBP以来石笋δ^18O值增加趋势既反映了北半球夏季太阳辐射减少引起的夏季风减弱,也反映了西南季风降雨对该地区的贡献相对减少,这与模拟结果所表明的西南季风强度变化相一致;δ^18O值大幅度的波动变化则可能表明与降雨量变化相联系的不同季风降水云团对该地区降雨贡献的剧烈变化。     

末次盛冰期东亚气候的模拟和诊断初探

采用“国际球古气候模拟对比计划”对２１ｋｂＢＰ的边界的共同设置,包括地球轨道控制下太阳辐射变化、北半球第四纪冰盖、海洋表面温度（ＳＳＴ）和大气ＣＯ２浓度,并尝试采用东亚地区２１ｋａ海陆界面和植被状况进行古气候模拟,报道所运行的全球大气环流模型对２１ｋａ的模拟结果,与地质资料的对比表明,该气候模拟与东亚气侯空间格局基本一致,植被敏感性试验反映２１ｋａ植被改变对地面温度和降水均有较大作用,特别是青藏高     

如何设计、修建恐龙栖息地?

我们往往将恐龙看作是一个动物族群,但实际不是.恐龙时代经历了从侏罗纪(2亿年前至1.45亿年前)到白垩纪后期(1亿年前至6600万年前)的漫长历史时期,先是有了像梁龙这样的大型食草类恐龙徜徉在地球上,后来又有雷克斯暴龙和迅猛龙这样的肉食性恐龙称霸地球.所以毫不奇怪,它们的栖息地环境也是变化多样的.但总的来说,它们都需要一个温暖湿润的气候环境,需要大量针叶林和蕨类植物等自然资源.     

地球反对称构造与气候变化的关系

仅靠太阳辐射量的变化难以解释地球气候的巨大波动 ,构造运动形成的陆海分布以及大陆漂移、内核偏离地球质心及其振动、海底热幔柱喷发形成的海洋锅炉效应、日月引潮力产生的地球形变及臭氧洞漏能效应 ,都对地球气候变化产生强烈的影响     

我国气候变迁的初步探讨

气候是人类生产和生活的一个重要自然条件。根据气候记录、史料和考古材料分析,世界(包括我国)的气候都经历着长度为10~0—10~8年的各种时间尺度的变化。目前,引起全世界气象学家关注的,是从本世纪四十年代开始的南北半球高纬度地区的气候变冷(这一趋势在我国     

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质[CD*2]生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为：太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。     

菲利普岛的童话之旅

2009年10月底。在飞行了14个小时后，我终于来到了距离北京万里之遥的澳大利亚南部城市墨尔本。从北半球寒冷的深秋过渡到南半球温暖的仲春．也从此开始了一次令我难忘终生的自然之旅。     

过去千年3 个特征期气候的FGOALS 耦合模式模拟

利用一个气候系统模式, 对过去千年气候演变的3 个特征期——中世纪暖期、小冰期和20 世纪增暖期, 进行了系列平衡态模拟和瞬变强迫模拟试验, 比较了3 个特征期气候的异同点.结果表明: 中世纪暖期的暖信号在除北太平洋中纬度以外的全球大部分地区普遍存在, 但自然增暖的幅度整体上较20 世纪要弱; 北半球中高纬地区的增温幅度大于南半球. 小冰期变冷近乎是全球性的, 在欧亚大陆及高纬地区尤为显著, 变冷极大值位于北极地区的表层. 中世纪暖期和 20 世纪温度变化的垂直结构表现出类似特征, 最强增温都出现在热带对流层中上层的200~300 hPa. 与暖期不同, 小冰期的变冷主要表现为极地强化. 模拟结果与重建资料的比较表明, 模式对暖期温度变化的模拟能力强于冷期, 对中低纬地区温度变化的模拟能力强于高纬地区. 东亚夏季风的年际变率特征受背景气候态的影响不大, 不同特征期年际变率的降水距平型近乎相同, 但是主导周期变化显著, 东亚夏季风的准两年振荡现象在暖期更容易出现, 在冷期则不明显. 在百年尺度上, 有效太阳辐射外强迫变化驱动的季风变化外部模态由大尺度海陆热力对比的变化决定, 在110°E 以东降水呈现出“南北同号”的特征, 这与伴随耦合系统内部变率出现的“南北反号”的降水距平型不同.     

地轴迁摆造就撒哈拉大沙漠

地轴倾角的细微颤动会引发一系列异常情况,以致将古代伊甸园转变为撒哈拉大沙漠可能吗？ １９９９年７月１５日一期《地球物理研究通讯》刊载的一份报告确认了这种可能性。 德国波茨坦气候影响研究所以马丁·克劳森（Ｍａｒｔｉｎ　Ｃｌａｕｓｓｅｎ）为首的研究小组提出,地球时常变更的地轴倾角引起撒哈拉地区地表水迅速干枯。地轴变迁原理如同一只顶点微微颤动旋转的陀螺一样,９０００年来地球倾角已从２４．１４度下降到２３．４５度,从而导致北半球夏季变得较为凉爽。当克劳森将北半球凉爽夏季资料输入计算机以求模拟地球大气层、海…     

过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响

通过对中国不同地区气候序列重建与暖期气候特征、气候驱动因子变化分析与典型暖期成因机制模拟诊断、暖期气候对中国社会经济的影响与人类适应、北半球温度变化及典型暖期协同特征等问题的研究,发现:(1)20世纪气候增暖在过去2000年中并非空前,但20世纪气候增暖在北半球几乎同步,而中世纪增暖在空间上则存在幅度和位相差异;这主要是因为20世纪全球增暖主要受温室气体增加驱动的"大气稳定机制"、而中世纪增暖主要受太阳短波辐射变化驱动的"海洋恒温机制"所致.(2)与2008年初中国南方"雨雪冰冻"相似的极端寒冷事件可能对温度年代际变化有早期预警意义,当前的"增暖停滞"可能是自然变率导致的气候由暖转冷的一个早期信号.(3)中国历史上的社会经济波动与气候变化之间存在"冷抑暖扬"的对应特征;但与暖期相伴的社会经济发展与人口膨胀也增加了对资源与环境的压力,使得在出现温度下降、降水减少等重大气候转折时,容易导致人地关系失衡、甚至触发社会危机.这些结果增进了对年代至百年尺度气候变化特征与机制的理解,也对我国适应未来气候变化具有参考价值.     

第四纪冰期循环40 ka周期的一种解释以及模拟尝试

越来越多的资料证实, 从第四纪和第三纪晚期到大约900 ka前的中更新世转变前(MPT, mid-Pleistocene transition), 北半球冰期变化周期为40 ka, MPT之后转变为100 ka. 一般作为外强迫来解释冰期间冰期循环的北半球中高纬度夏季太阳辐射变化是由地球轨道进动控制的, 但其主要周期是 20 ka, 这和实际的冰期间冰期循环的周期不相符. 定义了一个能量指标C和响应阈值Ct, 前者表示外部辐射能量的供给大小, 后者代表了气候系统的整体响应. C与Ct的大小关系决定冰原融化或者积累, 控制间冰期的开始和结束的时间, 并决定冰期循环的周期. 基于能量阈值假设, 从一个概念模式出发对冰期循环周期和控制因子进行了模拟试验. 结果显示, 能量指标C和阈值Ct不仅能够解释中更新世转变之前冰期的40 ka周期变化, 也能够部分地解释MPT之后冰期的准100 ka周期变化, 其中40 ka是冰期循环的基本周期, 从而揭示了MPT前后气候系统变化和周期演变的内在连续性.