气候变化概况及成因
--------------《大气环境学》专题报告
曾华 化学化工学院 151130004
摘要：工业革命以来，人类活动对自然的影响越来越大，随着温室气体的不断排放，全球气候变暖问题已经日渐突出，由自然活动正常调配的气温，逐渐受人类活动的影响越来越大，20世纪暖期可能成为千年来最强的暖期，与此同时其他气候要素，如降雨等，都受到或大或小的影响，全球气候变化极大的影响了地球环境，不得不引起我们的重视。
1. 概况
工业革命以来，全球气温随逐年有波动，但总体呈上升趋势，导致后期的冷年相对于之前的暖期，平均气温也有提升，冰川消融加快，等温线向高纬度高海拔地区位移，植物开花期提前等都从一定程度佐证了气候变暖的事实。降雨量虽无明显的提升，但降雨的时空间分布已有较大改变，与此同时，统计数据显示，虽然有些地区的降雨量有下降趋势，但全球总体降雨量仍呈现上升的趋势，其它气候状况也有改变，如厄尔尼洛现象异常增加，热浪增加等等都是气候变化的表现。全球气温升高，降雨增加，已经成为气候变化的主要表现。其成因复杂多变，但人类活动的影响无疑是其中重要的一环，各种温室气体的含量从工业革命以来大量增加则是这一现象背后极为影响深远的一个因素。
2. 气温升高
2.1气温升高的表现
气温的下降、回收和波动本是自然的正常过程，在近千年的气温变化中有着明显的由暖到冷再回暖的过程，在近百年的尺度中也有着类似的过程，而从20世纪末到现在似乎正处在这样一个气温回收的阶段，我们无法肯定这样的过程究竟是自然起主导作用还是人类活动引导着这一过程的发生，但我们了解到这一过程似乎有着更为显著的特征，以至于我们认为这一次回暖或许是近千年来最强的，包括：
1. 根据仪器观测，全球平均气温20世纪上升了0.6℃，21 世纪初的5 a 又上升了0.1℃。
2. 对1700种生物的研究发现，在20世纪后半叶，每10 a 向极区扩展6 km ，向高山抬升6 m ，为1950-1995 年地面等温线扩展速度的2 倍。如果只分析最近30 a（1975-2005年），等温线扩展的速度达到40 km/10 a。
3.2003年8月11日，瑞士格罗诺镇录得41.5℃，破139年来的记录。
同年，8月10日，英国伦敦的温度达到38.1℃，破了1990年的记录。 同期，巴黎南部晚上测得最低温度为25.5℃，破了1873年以来的记录。 8月7日夜间，德国也打破了百年最高气温记录。
在2003年夏天，台北、上海、杭州、武汉、福州都破了当地高温记录，而中国浙江省更快速地屡破高温记录，67个气象站中40个都刷新记录。 2004年7月，广州的罕见高温打破了53年来的记录。
2005年7月，美国有两百个城市都创下历史性高温记录
我们还可以从地表各个地理环境的温度变化窥视这一过程的客观存在： 如图一（该图为原图的一部分，从1850年到2000年的数据，每一大格代表50年）我们可以看到：
图一
150年来，陆表温度，海表温度，海洋气温，对流层温度等都有明显升高，表明这次气候变暖不仅是上面所说为千年最强而且也是全球性的普遍升温。
2.2 气候变暖的原因
气候变暖的原因主要来自两个方面：自然因素和人类活动。
其中自然因素是长期调控地球气温的主要因素。我们知道地球之所以能够长时期保持在现在这样一个适宜的温度条件下，最主要的就是太阳辐射的持续不断的能量供给，但是由于地球的公转轨道并不是完全的圆形而是一个椭圆的轨道，因此一个公转周期内，地球距离太阳的距离有所变化，因此四季也随着公转不断轮换，可见太阳辐射对于地球的影响之大，同时由于太阳活动也不是十分稳定的，因此在长时期的尺度下，地球往往会不断冷暖期的交替。同时地球本身的活动也会影响气温，我们知道，地球早期剧烈的火山活动也对地表温度的提升有极大的贡献，同时火山喷发带来的二氧化碳的气体在大气层中也有对地球地表温度的贡献。以上太阳活动和火山喷发是影响气温的主要因素，另外植被等等也是调控气温的重要因素。但在这百年尺度的气候变暖过程中，似乎也不能完全将气温升高归结于自然演化，因为人类活动的影响在这一时期的贡献已经越来越大。
在IPCC
的报告中将对气温的变化产生影响的因素定义为辐射强迫，辐射强
迫即为当地面和对流层温度保持不变时, 平流层温度重新调整到辐射平衡后对流层顶净辐射通量的变化。一般来说，地球从太阳吸收的辐射主要集中在地球表面，然后这种能量又通过大气和海洋环流重新分布，并且以长波方式辐射回太空。如果把地球作为一个整体的角度来考察的话，进入的太阳辐射能量和出去的太阳辐射大致平衡。任何改变、接受、失去太阳辐射到太空的因子，或改变大气、陆地与海洋中能量重新分配的因子，都会影响气候。这里全球范围内的地球——大气系统可获得的净辐射能量即为辐射强迫。
20 世纪的升温中, 人类活动使温室气体增加，温室气体的强迫贡献已超过了气候的自然变化。
工业革命以来，大气中主要温室气体的变化非常显著，下面是一些温室气体在这段时期的变化：
1. CO2 的增加主要是人类使用化石燃料所致, 而CH4 和NO 的增加主要是由于人类的农
业生产活动.
2. CO2 浓度从工业化前的约0.280 ml L 增加到2005 年的0.379 mL/L。
3. CH4 浓度值从工业化前的约7.15 ×104 mL/L 增加到2005 年的1.774 × 10-3mL/L 。
4.N2O 浓度从工业化前的约2.70 ×10-4mL/L , 增加到2005 年的3.19 ×10-4mL/L。
与自然因素的辐射强迫贡献做对比，可以得到下面的图（图二）
图二
从图中我们可以看到，总人为辐射强度的相对于1750年已经有了很大的增加，而自然辐射强度的改变量则显得小得多了。这里我们可以相信，
造成近百年
来气候变暖的主要原因是人类活动排放的温室气体而不是自然的过程。
另外，由于人类活动对自然环境的改变，也加剧了这一过程。如城市化，工业革命以来，城市化的面积不断地增加，一方面城市的扩大使得城市热岛效应越来越突出，对于全球平均气温的提升贡献已经不能忽视，且城市的温室气体排放显然高于其他地域，另一方面城市化的发展也意味着森林面积的减少，森林吸收二氧化碳的能力减弱，使得排放的二氧化碳更难被植物吸收，影响了碳平衡的进程。
这些变化都对气候变暖有着不可忽略的贡献。
3. 降雨的变化
降雨，作为地球水循环的重要一环，我们知道，能量是驱动这一过程的重要因素，在全球气候变暖的背景下，降雨不能不收到影响，只不过它由于地形等的影响，并没有像气温一样有着明显的全球性的一致变化，它的变化显得更加复杂。
由世界上许多国家中数以百计科学家组成的“政府间气候变化委员会”(IPCC)先后于1991 年、1996 年、2001 年对全球气候变化状况进行了评估, 得出若干重要结论:
北半球大陆大多数中、高纬度地区在20 世纪降水量每10 年增加0.5 %～ 1 %, 热带(北纬10°到南纬10°) 陆地雨量每10 年增加0.2 %～ 0.3 %, 北半球亚热带(北纬10°到北纬30°) 大部分陆地, 在20 世纪降水量每10 年约减少0.3 %。
北半球中、高纬度地区在20 世纪下半叶, 大雨的频率增加了2 %～ 4 %。 这是总的平均数据，从这些数据中我们可以看到，全球的降水量在全球尺度还是符合“气温升高，降水增加”的趋势。
但在各个国家和地区的尺度来看，很多地区，强降雨发生频率有所增加，而有些地区干旱的发生频率却也增加。
图三
图三表示一些国家超过阈值的雨日增减的百分数。由图可知：
美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、挪威、日本北部、中国东南部、南非、比利时等国(地区), 雨日有增加的趋势; 而日本南部、中国东北部、
埃塞俄比亚、
赤道东非和泰国则显示雨日有减少的趋势 。这可能是空间上降雨量的变化。
另外，大雨在夏季常发，而到秋冬季又降雨量减少，这可能是降雨量在一年中分布的改变。
原因将在下一点中略加讨论。
4. 在全球变暖背景下极端天气的发生
极端天气气候事件是在特定地区和时间发生的罕见的气象事件，当某地的天气气候状态严重偏离其气候平均态时，就可以认为发生了极端事件。在统计意义上，认为极端事件是小概率事件。
全球气候变暖似乎使夏季变得更热，冬季变得温和，并伴随着热浪频率和强度的增加，霜冻日数减少更明显，冷极端事件减少，夜晚更明显。与此同时，近50 年占全球陆地面积一半以上的区域发生强降水的频率呈现增加趋势。强降水事件在美国、中国、澳大利亚、加拿大、挪威和墨西哥、波兰和前苏联均有所增加。受温度升高和区域性降水减少的影响，干旱的强度更强、持续时间更长。
以我国为例，下图是我国近年来极端天气的变化情况：
图四
由图可知：自20 世纪70 年代以来，我国极端天气气候事件变化特征呈现出明显的差异，异常冷事件霜冻、寒潮等显著减少，异常暖事件高温热浪部分开始增加，极端降水事件变化趋势表现出较大的空间差异性，大风、热带气旋、冰雹、雾和霾、沙尘暴等表现为减小的趋势。
与温度降低有关的极端天气减少，而与气温升高有关的极端天气却增加了，但就温度这一影响因素来说，这是符合全球气候变暖这一趋势的。
探究其发生原因，可能有以下几点：
1. 地面温度的升高会使地表蒸发加剧，使得大气保持水分的能力增强，大气水分含量增加。地面蒸发能力增强，将使干旱更易发生，同时为了与蒸发相平衡，降水也将增长，易于发生洪涝灾害。而往往这一过程并不是在同一地区形成，导致了洪涝和干旱的发生。
2. 全球平均温度升高1 K ，极强降水量( 90 % ～100 %最强强度的降水量) 约增加94.2 %，而30 %～ 60 %百分位降水量约减少20 % ; 全球平均降水强度随温度的增加幅度明显大于大气含水能力的变化幅度。由全球平均降水强度随温度的增加幅度明显大于大气含水能力的变化幅度。
3. 由于冷空气活动的减弱，蒙古气旋频数减少、强度减弱，中国平均大风日数和极大风速呈减弱趋势，对应中国沙尘暴频率的减少。
其他极端气候事件也或多或少源于气候变暖这一问题。
5. 结语
气候变暖对于地球及地球上的人类和各种生物的影响无疑是深远的，与我们的生产生活息息相关，面对这一变化，我们在理性了解它的同时，更要想法设法减轻或解决它对于我们的负面影响，保护我们的生态环境。
参考文献：
1. IPCC 第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论_秦大河
2. 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_沈永平
3. 近千年全球温度变化特征及成因的模拟分析_高建慧
4. 近千年全球温度变化研究的新进展_王绍武
5. 气候变暖背景下的极端天气气候事件与防灾减灾_翟盘茂
6. 全球平均温度在21世纪将怎样变化_钱维宏
7. 全球气候变化及其影响_雷Wen
8. 全球气候变暖的成因与影响_傅桦
气候变化概况及成因
--------------《大气环境学》专题报告
曾华 化学化工学院 151130004
摘要：工业革命以来，人类活动对自然的影响越来越大，随着温室气体的不断排放，全球气候变暖问题已经日渐突出，由自然活动正常调配的气温，逐渐受人类活动的影响越来越大，20世纪暖期可能成为千年来最强的暖期，与此同时其他气候要素，如降雨等，都受到或大或小的影响，全球气候变化极大的影响了地球环境，不得不引起我们的重视。
1. 概况
工业革命以来，全球气温随逐年有波动，但总体呈上升趋势，导致后期的冷年相对于之前的暖期，平均气温也有提升，冰川消融加快，等温线向高纬度高海拔地区位移，植物开花期提前等都从一定程度佐证了气候变暖的事实。降雨量虽无明显的提升，但降雨的时空间分布已有较大改变，与此同时，统计数据显示，虽然有些地区的降雨量有下降趋势，但全球总体降雨量仍呈现上升的趋势，其它气候状况也有改变，如厄尔尼洛现象异常增加，热浪增加等等都是气候变化的表现。全球气温升高，降雨增加，已经成为气候变化的主要表现。其成因复杂多变，但人类活动的影响无疑是其中重要的一环，各种温室气体的含量从工业革命以来大量增加则是这一现象背后极为影响深远的一个因素。
2. 气温升高
2.1气温升高的表现
气温的下降、回收和波动本是自然的正常过程，在近千年的气温变化中有着明显的由暖到冷再回暖的过程，在近百年的尺度中也有着类似的过程，而从20世纪末到现在似乎正处在这样一个气温回收的阶段，我们无法肯定这样的过程究竟是自然起主导作用还是人类活动引导着这一过程的发生，但我们了解到这一过程似乎有着更为显著的特征，以至于我们认为这一次回暖或许是近千年来最强的，包括：
1. 根据仪器观测，全球平均气温20世纪上升了0.6℃，21 世纪初的5 a 又上升了0.1℃。
2. 对1700种生物的研究发现，在20世纪后半叶，每10 a 向极区扩展6 km ，向高山抬升6 m ，为1950-1995 年地面等温线扩展速度的2 倍。如果只分析最近30 a（1975-2005年），等温线扩展的速度达到40 km/10 a。
3.2003年8月11日，瑞士格罗诺镇录得41.5℃，破139年来的记录。
同年，8月10日，英国伦敦的温度达到38.1℃，破了1990年的记录。 同期，巴黎南部晚上测得最低温度为25.5℃，破了1873年以来的记录。 8月7日夜间，德国也打破了百年最高气温记录。
在2003年夏天，台北、上海、杭州、武汉、福州都破了当地高温记录，而中国浙江省更快速地屡破高温记录，67个气象站中40个都刷新记录。 2004年7月，广州的罕见高温打破了53年来的记录。
2005年7月，美国有两百个城市都创下历史性高温记录
我们还可以从地表各个地理环境的温度变化窥视这一过程的客观存在： 如图一（该图为原图的一部分，从1850年到2000年的数据，每一大格代表50年）我们可以看到：
图一
150年来，陆表温度，海表温度，海洋气温，对流层温度等都有明显升高，表明这次气候变暖不仅是上面所说为千年最强而且也是全球性的普遍升温。
2.2 气候变暖的原因
气候变暖的原因主要来自两个方面：自然因素和人类活动。
其中自然因素是长期调控地球气温的主要因素。我们知道地球之所以能够长时期保持在现在这样一个适宜的温度条件下，最主要的就是太阳辐射的持续不断的能量供给，但是由于地球的公转轨道并不是完全的圆形而是一个椭圆的轨道，因此一个公转周期内，地球距离太阳的距离有所变化，因此四季也随着公转不断轮换，可见太阳辐射对于地球的影响之大，同时由于太阳活动也不是十分稳定的，因此在长时期的尺度下，地球往往会不断冷暖期的交替。同时地球本身的活动也会影响气温，我们知道，地球早期剧烈的火山活动也对地表温度的提升有极大的贡献，同时火山喷发带来的二氧化碳的气体在大气层中也有对地球地表温度的贡献。以上太阳活动和火山喷发是影响气温的主要因素，另外植被等等也是调控气温的重要因素。但在这百年尺度的气候变暖过程中，似乎也不能完全将气温升高归结于自然演化，因为人类活动的影响在这一时期的贡献已经越来越大。
在IPCC
的报告中将对气温的变化产生影响的因素定义为辐射强迫，辐射强
迫即为当地面和对流层温度保持不变时, 平流层温度重新调整到辐射平衡后对流层顶净辐射通量的变化。一般来说，地球从太阳吸收的辐射主要集中在地球表面，然后这种能量又通过大气和海洋环流重新分布，并且以长波方式辐射回太空。如果把地球作为一个整体的角度来考察的话，进入的太阳辐射能量和出去的太阳辐射大致平衡。任何改变、接受、失去太阳辐射到太空的因子，或改变大气、陆地与海洋中能量重新分配的因子，都会影响气候。这里全球范围内的地球——大气系统可获得的净辐射能量即为辐射强迫。
20 世纪的升温中, 人类活动使温室气体增加，温室气体的强迫贡献已超过了气候的自然变化。
工业革命以来，大气中主要温室气体的变化非常显著，下面是一些温室气体在这段时期的变化：
1. CO2 的增加主要是人类使用化石燃料所致, 而CH4 和NO 的增加主要是由于人类的农
业生产活动.
2. CO2 浓度从工业化前的约0.280 ml L 增加到2005 年的0.379 mL/L。
3. CH4 浓度值从工业化前的约7.15 ×104 mL/L 增加到2005 年的1.774 × 10-3mL/L 。
4.N2O 浓度从工业化前的约2.70 ×10-4mL/L , 增加到2005 年的3.19 ×10-4mL/L。
与自然因素的辐射强迫贡献做对比，可以得到下面的图（图二）
图二
从图中我们可以看到，总人为辐射强度的相对于1750年已经有了很大的增加，而自然辐射强度的改变量则显得小得多了。这里我们可以相信，
造成近百年
来气候变暖的主要原因是人类活动排放的温室气体而不是自然的过程。
另外，由于人类活动对自然环境的改变，也加剧了这一过程。如城市化，工业革命以来，城市化的面积不断地增加，一方面城市的扩大使得城市热岛效应越来越突出，对于全球平均气温的提升贡献已经不能忽视，且城市的温室气体排放显然高于其他地域，另一方面城市化的发展也意味着森林面积的减少，森林吸收二氧化碳的能力减弱，使得排放的二氧化碳更难被植物吸收，影响了碳平衡的进程。
这些变化都对气候变暖有着不可忽略的贡献。
3. 降雨的变化
降雨，作为地球水循环的重要一环，我们知道，能量是驱动这一过程的重要因素，在全球气候变暖的背景下，降雨不能不收到影响，只不过它由于地形等的影响，并没有像气温一样有着明显的全球性的一致变化，它的变化显得更加复杂。
由世界上许多国家中数以百计科学家组成的“政府间气候变化委员会”(IPCC)先后于1991 年、1996 年、2001 年对全球气候变化状况进行了评估, 得出若干重要结论:
北半球大陆大多数中、高纬度地区在20 世纪降水量每10 年增加0.5 %～ 1 %, 热带(北纬10°到南纬10°) 陆地雨量每10 年增加0.2 %～ 0.3 %, 北半球亚热带(北纬10°到北纬30°) 大部分陆地, 在20 世纪降水量每10 年约减少0.3 %。
北半球中、高纬度地区在20 世纪下半叶, 大雨的频率增加了2 %～ 4 %。 这是总的平均数据，从这些数据中我们可以看到，全球的降水量在全球尺度还是符合“气温升高，降水增加”的趋势。
但在各个国家和地区的尺度来看，很多地区，强降雨发生频率有所增加，而有些地区干旱的发生频率却也增加。
图三
图三表示一些国家超过阈值的雨日增减的百分数。由图可知：
美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、挪威、日本北部、中国东南部、南非、比利时等国(地区), 雨日有增加的趋势; 而日本南部、中国东北部、
埃塞俄比亚、
赤道东非和泰国则显示雨日有减少的趋势 。这可能是空间上降雨量的变化。
另外，大雨在夏季常发，而到秋冬季又降雨量减少，这可能是降雨量在一年中分布的改变。
原因将在下一点中略加讨论。
4. 在全球变暖背景下极端天气的发生
极端天气气候事件是在特定地区和时间发生的罕见的气象事件，当某地的天气气候状态严重偏离其气候平均态时，就可以认为发生了极端事件。在统计意义上，认为极端事件是小概率事件。
全球气候变暖似乎使夏季变得更热，冬季变得温和，并伴随着热浪频率和强度的增加，霜冻日数减少更明显，冷极端事件减少，夜晚更明显。与此同时，近50 年占全球陆地面积一半以上的区域发生强降水的频率呈现增加趋势。强降水事件在美国、中国、澳大利亚、加拿大、挪威和墨西哥、波兰和前苏联均有所增加。受温度升高和区域性降水减少的影响，干旱的强度更强、持续时间更长。
以我国为例，下图是我国近年来极端天气的变化情况：
图四
由图可知：自20 世纪70 年代以来，我国极端天气气候事件变化特征呈现出明显的差异，异常冷事件霜冻、寒潮等显著减少，异常暖事件高温热浪部分开始增加，极端降水事件变化趋势表现出较大的空间差异性，大风、热带气旋、冰雹、雾和霾、沙尘暴等表现为减小的趋势。
与温度降低有关的极端天气减少，而与气温升高有关的极端天气却增加了，但就温度这一影响因素来说，这是符合全球气候变暖这一趋势的。
探究其发生原因，可能有以下几点：
1. 地面温度的升高会使地表蒸发加剧，使得大气保持水分的能力增强，大气水分含量增加。地面蒸发能力增强，将使干旱更易发生，同时为了与蒸发相平衡，降水也将增长，易于发生洪涝灾害。而往往这一过程并不是在同一地区形成，导致了洪涝和干旱的发生。
2. 全球平均温度升高1 K ，极强降水量( 90 % ～100 %最强强度的降水量) 约增加94.2 %，而30 %～ 60 %百分位降水量约减少20 % ; 全球平均降水强度随温度的增加幅度明显大于大气含水能力的变化幅度。由全球平均降水强度随温度的增加幅度明显大于大气含水能力的变化幅度。
3. 由于冷空气活动的减弱，蒙古气旋频数减少、强度减弱，中国平均大风日数和极大风速呈减弱趋势，对应中国沙尘暴频率的减少。
其他极端气候事件也或多或少源于气候变暖这一问题。
5. 结语
气候变暖对于地球及地球上的人类和各种生物的影响无疑是深远的，与我们的生产生活息息相关，面对这一变化，我们在理性了解它的同时，更要想法设法减轻或解决它对于我们的负面影响，保护我们的生态环境。
参考文献：
1. IPCC 第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论_秦大河
2. 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_沈永平
3. 近千年全球温度变化特征及成因的模拟分析_高建慧
4. 近千年全球温度变化研究的新进展_王绍武
5. 气候变暖背景下的极端天气气候事件与防灾减灾_翟盘茂
6. 全球平均温度在21世纪将怎样变化_钱维宏
7. 全球气候变化及其影响_雷Wen
8. 全球气候变暖的成因与影响_傅桦