《全球变化科学导论》要点总结
第一篇全球变化研究的基本问题
第一章 全球变化科学产生的背景及其研究内容及意义
1、 什么是全球变化？其产生背景？
答：全球变化作为一个科学术语和一门交叉学科，是随着全球环境问题的出现和人类对其认识程度的不断深化而提出并发展起来的。全球变化科学的精髓是系统地球观，强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用和地球上的物理的、化学的和生物的基本过程之间的相互作用，以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运行机制、变化规律和控制变化的机理（自然的和人为的），并预测其未来变化的科学。它研究的首先是一个行星尺度的问题——将大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地球内部作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三种驱动机制。发生在该系统中的全球变化是在上述驱动力的推动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。
全球变化科学是在时代发展、科学进步、人类活动的强烈影响和社会需要的背景下产生的，主要表现在以下几个方面：
（1） 硬件条件。在20世纪末，全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000个高空站、10000个气象站、3000个飞行器、7000艘充气船、500个浮标、长期立体动态信息库，还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。
（2） 由于强烈的人类活动和社会经济的飞速发展，目前在全球范围内产生以下十大环境问题，急需国际社会合作共同解决。主要有大气污染、温室气体排放和气候变暖、臭氧层破坏、土地退化、水资源匮乏和水体污染、海洋环境恶化、森林锐减、物种濒危、垃圾成灾、人口增长过快。
（3） 从人类社会文明发展看，全球变化科学的产生是历史进程的必然。
（4） 从历史发展角度看，全球变化研究有其科学思想的代表。亚里士多德第一次提出支持生命的物理系统；加兰第一次提出地球系统科学的概念；弗里德曼第一次提出“全球变化”概念，从此人类开始从交叉学科角度将地球作为全球系统开展研究。马隆是他第一个将全球变化研究付诸实施。
2、 全球变化研究的主要内容和相关国际计划
答：全球变化研究的主要内容：
（1） 研究地球系统复杂的多重相互作用的机制，是目前全球变化最主要的研究内容。
（2） 分析地球系统各种尺度的变化规律和控制这些变化的主要因素。
（3） 建立地球系统变化的预测理论及方法。
（4） 提出全球资源和环境科学管理的建议。
相关国际计划有以研究物理气候过程为主要内容的“世界气候研究计划”（WCRP）、以研究地球系统中生物地球化学过程为主要内容的“国际地圈-生物圈计划”（IGBP）、以研究人类与地球环境变化相互关系为主要内容的“国际全球环境变化人文因素研究计划”（IHDP）、以地球上生物多样性问题为主要内容的“生物多样性计划”（DIVERSITAS）。
3、 什么是地球系统？
答：大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈之间存在能量转换，且受太阳能及地核热能影响，是具有一系列相互作用过程的耦合：一是各圈层之间的相互作用；二是物理、化学和生物三大基本过程和作用；三是人与地球的相互作用。由这三大相互作用过程耦合的复杂关系称为地球系统。地球系统包括快变化系统和慢变化系统。快变化系统，如大气、陆面、上层海洋等。从气候角度看，这些都是最活跃的系统，变化时间尺度范围从秒、分、时到日、月、年，甚至几百年。慢变化系统，如深层海洋、冰川冰盖、内地圈等。这些系统主要与地球固体气候发展史有关，其变化时间尺度一般在千年以上。
4、 全球变化科学研究的意义？
答：（1）全球变化研究是人类社会实现可持续发展的新科学举措。当今人类正面临着有史以来最为严重的危机，这种危机不仅是人口爆炸、资源短缺、环境污染，更为严重的是地球整体功能的失调、紊乱，是人类赖以生存的全球环境的变化。全球变化问题的根源在于地球有限的生命支持系统与爆炸式增长的人口数量和消费需求之间的矛盾。由于人类活动的影响，全球变化的趋势在未来相当长的时间内将继续下去。可持续发展必须以适应全球变化为基础。因此，开展全球变化研究是人类社会接受目前环境问题的挑战，实现可持续发展的新科学举措。
（2）有利于深化对地球系统的认识，促进自然科学和社会科学的共同发展。全球变化科学的研究有助于人类对资源、自然灾害等概念认识的深化。同时全球变化科学也关注全球变化的环境影响、社会影响，以及对策和政策评估研究，这些研究会促进有关决策科学和应用基础与社会科学的共同发展，提高人类应对全球变化的能力。
（3）推动世界科学进步，促进世界和平。全球变化科学确定的对全球系统研究的整体观，使得各国科学家不像从前那样仅从单个角度去研究地球的局部现象，而更多地从全球和国际合作角度去研究人类的生存环境问题，它促进了国际性交叉学科队伍的形成，它以世界前沿学科生命力强和交叉学科多生长点的优势促进了国际科学界的交流与合作，也促进了世界的和平与发展。
第二章 全球变化科学的最新进展
5、国际全球变化研究的主要进展体现在哪些方面？
答：（1）多学科交叉研究的深度和广度在加强，如描述物理、化学、生物等多个过程的耦合模式的发展。同时，诸多研究计划的切实开展都取得了众多高质量的研究数据，并发现了一些新的现象和知识。
（2）全球变化区域响应研究取得广泛进展，全球问题与区域问题的结合更加明确，并达成共识：全球性问题的研究需要由区域研究来完成；区域性研究必须体现全球性问题。
（3）提出了地球系统中的几个关键性问题，如全球碳循环、水循环、食物系统等，将全球变化研究推进到集成研究阶段。
（4）TOGA（热带海洋和全球大气计划）的成功，推动了GOOS（全球海洋观测系统）的建立。特别是在赤道太平洋地区建立了比较完整的El Nio监测系统，建立和发展了提前半年至一年预报El Ni
o发生的数值模式。
（5）PAGES（过去的全球变化（Past Global Changes））在认识气候的自然变率、工业化前的全球大气成分、全球温室气体的自然变化及其与气候的关系、陆地生态系统对过去气候变化的响应、过去气候系统的突发性变化等方面作出了重要贡献。大量观测结果和证据表明：word/media/image2.gif地球正在变暖并伴随气候系统的其他变化，20世纪全球平均表面温度增加了0.6℃左右；
word/media/image3.gif 20世纪是过去千年最暖的一个世纪，20世纪90年代是过去千年最暖的一个时期，而1998年是过去千年最暖的一年；
word/media/image4.gif人类活动产生的温室气体和气溶胶改变了大气状况并进而影响气候，过去50年大多数观测到的变暖事实主要由人类活动产生。这些研究揭示出许多人类先前所未知的事实，被国际社会公认为自然科学的重要进步。
（6）人们在不断深化对地球系统自然规律认识的同时，也越来越多地认识到人类活动已成为推动地球系统变化的另一强迫力，这种强迫力在十到百年尺度上产生的影响已和自然力的作用相当或过之。近年来，科学界就人类活动对地球系统的作用和两者关系提出了一系列新概念，如“人类圈”和“可持续性发展”等。
第三章 全球变化的主要特征与过程
6、简述全球变化的时空尺度及其联系
答：全球变化是地球表层系统多种因素相互作用的结果。地球表层系统作为一个开放体系，太阳辐射、大气成分、大气过程、海陆关系、海洋环流、冰盖、陆地地形、地表组成物质和人类活动等的相互作用，在一个时间序列当中可表现为多层次驱动、响应、反馈、放大等十分复杂的关系。因为全球变化既会表现出某种周期性变化，又会表现为一些渐变和突变。
从时间尺度看，全球变化可划分为5个特征时间尺度。word/media/image2.gif几百万年至几十亿年。这一时间尺度的事件发生在地质历史时期，它们受地球行星演化规律与进程的控制。
word/media/image3.gif几千年至几十万年。这一时间尺度的变化同样发生在整个地球历史中，不过在最近的一个地质时期——第四纪晚期以来，它们的变化记录保存的最好，被辨识和研究的程度最高。其主要受到地球轨道参数，如偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差等变化的影响。
word/media/image4.gif几年至几百年。这一时间尺度的事件发生在年际、年代际到世纪际，主要驱动因子包括太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、厄尔尼诺-南方涛动等自然因子和大气温室效应的增强等人为因子。
word/media/image5.gif几天至几个季度。这一时间尺度的事件发生在数天至一年之内，其本质特征是季节的更替，主要驱动因子是太阳辐射量输入的年循环。
word/media/image6.gif几秒至几小时。这一时间尺度的时间发生在数秒至一天之内，其中日变化是它的本质特征，其周期性十分规则，而其他更短时间尺度的事件大多是日变化的一种瞬时表现。太阳辐射量输入的日周期是构成这种变化的主要驱动因子。
上述几百万年至几十亿年及几千年至几十万年这两种称为长时间尺度，主要是地质学、地球物理学、地理学和地球化学研究的时间尺度；几天至几个季度和几秒至几小时这两种主要是大气科学、海洋科学和生物科学研究的尺度；几年至几百年则是全球变化研究最为关注的、最复杂的变化尺度。
从空间的延展方面，全球变化大致可以划分为4个特征空间尺度。word/media/image2.gif全球尺度。空间范围在20000km以上，大约相当于半球至全球尺度。特征事件有太阳辐射能的分布，大气环流和洋流，温室效应加剧与全球气候变化，臭氧层的破坏，地球和生命的起源等。这些事件发生在一个相当宽的时间谱之内（一年至几十亿年），并且不同时间尺度的过程是互相影响的。
word/media/image3.gif空间范围在100~2000km，相应的地域单元有大陆、大洋、陆地上的自然地带和自然地区以及海区等。特征事件有季风和大型天气过程（台风、气旋、反气旋、锋面）、海流、厄尔尼诺-南方涛动、岩石圈板块构造运动与造山运动、冰期-间冰期交替、气候带与地带性植被——土壤的形成等。这些事件也发生在一个相当宽的时间谱之内（一年至十几亿年），并且不同时空尺度的事件之间相互作用显著。
word/media/image4.gif地方尺度。空间范围在10~100km，特征事件有地震、流域的水土流失、中尺度天气系统（如中气旋、雷暴等）、植物物候期的水平变化、城市气候与大气污染、河流与水域的污染、成矿作用等。这些事件的时间谱可以从小于一天到百万年，幅度略小于全球和区域尺度。各事件发生的原因通常限于当地，使彼此间的联系性减弱，个体性增强，事件的影响往往也限于当地。
word/media/image5.gif局地尺度。空间范围在10km以下，特征事件有火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统（如龙卷风、山谷风等）、植物物候期随地形的变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、点源和线源污染事件等。这些事件发生的时间谱很小，大多局限于几秒到一年之内，其空间特质性非常明显。
全球系统中各种事件和过程的时间与空间尺度是相关联的。一般来说，较大空间尺度的事件和过程，其时间尺度的范围也较大；而较小空间尺度的事件和过程，其时间尺度范围也较小。如全球气候变化的空间尺度可达20000km以上，相应的时间尺度为几十年到百年，而植被冠层微气象变化的空间尺度仅为数厘米到数米，相应的时间尺度是几秒到几分钟。
7、太阳活动如何驱动全球变化？
答：太阳活动是太阳表面上一切扰动现象的总称，主要包括：发生在光球表面的黑子、光斑，发生在色球层的谱斑、耀斑，以及日珥、日冕等。一般用黑子活动代表太阳活动，黑子越多，太阳活动越强，其他太阳活动都和黑子活动呈同步变化，太阳常数的短期变化也与黑子的变化一致。
太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。太阳辐射的变化改变了到达大气顶层的能量，并通过影响物理气候系统的能量收支平衡导致气候变化，进而引起全球变化。太阳活动增强时太阳辐射增强。通过分析过去的气候变化与太阳活动的关系发现，太阳黑子活动弱时气温偏低，历史上太阳活动极小期是冷期，如太阳黑子活动出现特低值的蒙德尔极小期，太阳常数可能比现代低1%，对应于17世纪的小冰期。
8、驱动全球变化的内力因素有哪些？它们在全球变化中如何起作用？
答：地球内力对全球变化的驱动主要表现在板块运动所造成的海陆分布形式的变化、海底地形与陆地地形的变化、火山活动等，均能引发进一步的变化过程，导致全球变化。
（1） 海陆分布变化。板块运动引起的大陆漂移和海底扩张以及与此相关的海面升降，造成海陆分布格局及海洋和陆地面积对比的变化，陆地的位置和组合关系不同，对全球的温度和降水格局均会产生深刻的影响。
（2） 山地和高原的隆起。海陆分布格局的变化及其影响通常发生在106-107年尺度上，而在104-105年尺度上对全球变化影响最大的板块运动事件是以垂直运动为主的巨地形变化。高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供了大范围场所，这些冰雪通过反射的反馈作用成为温度升降变化的放大器，增强气候变化的不稳定性，从而对全球变化产生与极地冰盖性质相近的作用。
（3） 火山活动。火山喷发能够把大量气体和火山灰抛向高空，火山尘幕中的固体粒子直径在0.5~2μm，甚至更小，它们可在平流层大气中停留1年以上，并通过对平流层化学及动力学的影响而介入全球变化过程。它们可以改变平流层的化学成分并造成化学过程异常，从而对大气中的CO2和O3等的平衡产生影响，而受火山活动影响最大的，可能是平流层中气溶胶及其化学性质的变化所造成的太阳辐射收支的变化。强火山爆发能在平流层下部形成一个持久的含有硫酸盐粒子的气溶胶层，它们存留在平流层中增加了大气的反射率，因而减少了到达地面的直接太阳辐射，进而导致温度下降，这个影响被称为“阳伞效应”。
9、简要描述一下全球变化中的人为因素。
答：人类从自然环境中逐步分离，最终独立于自然系统，成为地球系统的一个重要组成部分，同时也成为影响自然过程、导致自然环境变化的一个重要营力。人类活动所引起的地球系统状态和功能的改变，在工业化以来的200多年里急剧加速，在几十至几百年的时间尺度上，人类活动对全球变化的影响与全球变化对人类的影响均极为显著，人类生态系统过程已成为全球变化过程一个不可忽视的组成部分。
word/media/image2.gif人类活动产生的CO2、CH4、N2O、SO42-和PO43-等使得大气化学过程、土壤化学过程、海洋化学过程发生变化。
word/media/image3.gif人类生态系统的建立和维持所造成的自然环境破坏与污染使得地球表层系统中的一些成分相对增加，甚至出现一些在自然状态下不存在的成分，另一些成分相对减少甚至消失，从而造成各个组成成分的构成和性质的显著变化。
word/media/image4.gif人类向大气中排放CO2、CH4等使温室气体含量增加且出现新的温室气体成分，排放到大气中的氟氯昂等氟氯烃类物质和氮氧化合物正在导致臭氧层破坏，酸性气体排放导致酸雨的发生。
word/media/image5.gif在生物界，人类驯化的作物替代了森林和草原，野生动物被驯化动物所取代或被排斥到生态边缘而灭绝或濒临灭绝，人类生态系统替代自然生态系统不仅减少了系统的生物量，而且减少了物种的多样性，进一步加速了生物灭绝过程。
word/media/image6.gif排入到江河中的各种有机和无机污染物导致水体污染，各种人工合成材料的出现也改变了固体地球物质的组成。
土地覆盖的变化、地球系统组成成分的变化最终会导致自然系统功能的失调和变化，并通过累积性变化或系统性变化两种方式导致全球变化。在人类的干预下，许多自然过程的功能正在发生显著变化，一些功能得到强化，另一些功能遭到削弱甚至丧失，自然系统的平衡因此破坏，进而发生全球变化。
%%%%%%%%以上7、8、9为全球变化的驱动力，分别为外部因素、内部因素和人为因素~~~~~~~~~~
10、简述全球变化的三大循环过程（下面11-13将对重点循环过程一一叙述）
答：三大循环过程包括生物循环、能量循环和水循环。
（1）生物循环包括：word/media/image2.gif陆地和海洋生物参与的C、N、P、S元素的循环；
word/media/image3.gif上述循环进一步在大气作用下发生的循环；
word/media/image4.gif地球表面生物的地球化学循环。
（2）能量循环。地球的能量循环主要是太阳辐射与地气系统相互作用的结果。如果把地表和对流层大气看作一个整体，在这个系统中，收入部分是由地表和大气吸收的太阳辐射所组成，而支出部分则是辐射到宇宙空间去的地面和大气长波辐射，地气系统的辐射差额则是随纬度增高而由正值转变为负值。辐射差额的这种分布，正是引起高低纬度之间大气环流和洋流产生的基本原因。
（3）水循环。全球水分循环主要是通过地表径流、蒸发、水汽输送和降水等作用实现的。
11、试述全球碳循环过程及其机制及特点
答：自然界碳的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体。在无机环境中，碳主要以CO2或者碳酸盐的形式存在。地球系统中的碳绝大部分以有机化合物和碳酸盐形式埋藏在沉积岩中，溶解在海洋中的无机碳是近地表最大的碳源，是地球系统中除岩石圈外最大的碳库。土壤是陆地上最大的碳源，而大气中碳的含量比全球植物活体中碳含量的总和还多。
生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、呼吸和分解过程进行的。在较长的时间尺度上，地质因素对于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳（煤、石油和天然气等）是生态系统在过去年代中所固定的，它们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环。在全球碳循环中，大气中的CO2与陆地植被和海洋之间交换的通量最大。通过大气环流的作用，海洋与陆地二者上空大气中的CO2含量大体一致。在陆地的碳循环过程中，大气中的CO2被植被所固定，大部分通过生物的呼吸和分解作用从植物、动物或土壤释放到周围环境中去，有些贮存在有机体中被长期埋藏。在海洋的碳循环过程中，海洋生物利用海洋中溶解的CO2进行光合固碳作用，其中一部分生物残体分解释放出CO2，另一部分形成生物碳酸盐沉积，与无机碳酸盐一起固定在岩石圈中，直到受地质作用被抬升到地表经风化作用而重新释放出CO2。除上述过程外，火山活动所释放的CO2、自然火灾、化石燃料燃烧和森林破坏等对大气中的CO2的含量及碳循环过程亦有重要影响。
在海水中，碳主要沿两种途径循环流动，一种是在海流驱动下的物理运动；另一种是通过浮游植物的光合作用，海洋中动、植物的呼吸作用。以及沿食物链的生物化学传递。在温跃层上下，碳的浓度是不同的，在上层暖水带和下层冷水带之间的溶解碳相互交换，并发生漩涡导致混合作用，从而使10%~20%的微粒物质沉入洋低。在那里大约15%的碳酸钙被结合成为深海沉积物，归入缓慢的碳循环过程。
陆地环境中也存在碳的慢循环和快循环两种过程。动、植物残体，土壤腐殖质，新生泥炭和大的植物茎干与根属于，慢循环碳库；而植物的叶片和动植物活体等则属于快循环碳库。
大气中CO2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对CO2的调节能力是有限的。可以设想，如果人类继续增加化石燃料的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将被耗尽，那时，更大部分的CO2将被保留在大气圈中，必然导致更为显著的温室效应加剧、全球变暖和海面上升等一系列人类生存环境的变化。
12、简述全球氮循环过程及特点
答：大气圈是氮的主要贮存库，其中氮气的体积含量为78%，居所有大气成分的首位。生物圈是氮的另一个主要贮存库，大部分氮的固定是通过生物过程实现的，称为生物固氮。此外，闪电、宇宙射线、陨星和火山活动等能把少量的气态氮转变成氮化物，称为高能固氮；随着石油化学工业的发展，以气体和液体燃料为原料生产合成氨已经成为开发自然界氮的一种重要途径，称为工业固氮。在生物固氮过程中，进入生物体的氮以氨或铵盐的形式被固定后，经过硝化作用形成亚硝酸盐或硝酸盐。一部分硝酸盐还可以在缺氧和有葡萄糖的条件下被真菌和假单细胞菌还原，经反硝化作用生成气态氮，使氮离开生物体，重新回到大气圈中，从而完成氮的循环。
人类活动对氮循环的干预主要体现在两个方面，首先是工业固氮作用，包括氮肥的生产和在农业生态系统中的使用。据估计，被作物实际同化的氮肥只有施入土壤中氮肥的1/3左右，大部分氮肥从农田中流失进入湖泊、河流和近海等水体，它与水中高含量的磷酸盐相结合，常常引起水域的富营养化，使藻类和其他浮游生物迅速繁殖，不断消耗水中的溶解氧，并产生硫化氢等有毒气体，造成水质恶化、鱼类和其他水生生物的大量死亡。在陆地水域中，这种现象称为水华，在海洋中则称为赤潮。工业固氮使得自然界固氮与反硝化去氮之间的自稳定平衡状态被打破。其次是工厂和汽车等交通工具燃料的燃烧过程将大量氮氧化物排入大气圈，导致大气中硝酸的含量增加，再加上燃煤工业的二氧化硫排放使大气中硫酸含量增加，二者结合往往造成酸沉降，湿性的酸沉降称为酸雨，它使陆地水体和土壤酸化，植被死亡，对生态系统的破坏性极大。
13、全球水循环的特点和作用是什么？
答：全球水分循环主要是通过地表径流、蒸发、水汽输送和降水等作用实现的。
特点：word/media/image2.gif全球约97%的水在海洋，84%的水是海洋蒸发的，大气从海洋上空携带水汽输往陆地，以降水形式落下，以冰雪形式堆积在陆地表面的2.76×107km3水量超过了地下水水量；
word/media/image3.gif陆地水分通过植物蒸腾和地表蒸发回到大气，有些还存在于土壤表面；
word/media/image4.gif植物在水循环中通过截流、根部吸收和以蒸腾方式把水分送回大气，由于植物种类不一样，对水分循环作用也不一样，因此植物本身也使得全球水循环不均。
作用：word/media/image2.gif水是地球表面吸收太阳辐射的主要介质；
word/media/image3.gif水汽是一种主要的温室气体，它吸收地表长波辐射，加强了大气的温室效应；
word/media/image4.gif水的相变——凝结和蒸发在天气和气候变化中扮演重要角色；
word/media/image5.gif水是C、N、P、S等元素生物地球化学循环过程的主要载体；
word/media/image6.gif水是地球表面各类物质输送和土壤岩石风化侵蚀作用的主要做功者；
word/media/image10.gif水是生命诞生、延续、生长发育的基本条件；
word/media/image11.gif水是人类生存和发展的基本条件。
14、简述“大地女神说”的含义
答：利用天体物理理论，在假设地球、金星和火星都是“正常的”太阳系行星，它们的大气形成过程在遵循同样规律的情况下，根据金星和火星大气组成推断出来的行星地球大气组成却与实际地球大气组成差别异常显著。为解释上述现象，英国生物化学家拉夫洛克（James Lovelock）提出了盖娅假说，其基本观点为：对于地球的特定属性，只根据物理学和化学的规律是很难解释的，必须同时考虑生物学规律。地球上的生物圈和它的环境构成一个有机的整体（称为大地女神Gaia），地球大气的组成、气温、海水温度、海水PH等都是生物圈积极调节的，是生物圈通过自己的影响使地球的气候环境长期保存在适合自己生存的“稳态”上。这种通过生物圈并且为了生物圈的地表调节作用从最早出现广泛传播的生命开始便开始一直存在，因此，在很大程度上，是生命自己创造了它的生存环境。
15、冰期与间冰期的概念
答：冰期指由于气温显著降低，冰川规模扩大和增厚的时期。在冰期里，高纬度地区的冰盖扩张，向中纬度推进，高山地区的山岳冰川向低地伸展，海面降低，气候和土壤生物带向赤道方向迁移。在各个大陆以夏季风降水为主的地区，冰期时气候寒冷干燥，植被退化，某些内陆干旱地区沙漠扩张、湖面缩小。
间冰期指两次冰期之间由于气候回暖，冰川缩小和消融的时期。在间冰期里，冰川退缩，海面回升，气候和生物带向两极方向迁移。以夏季风降水为主的地区，间冰期时气候温暖湿润，湖面扩张，生物繁荣，内陆干旱地区流沙固定，黄土地表会有土壤发育。以冬季风降水为主的内陆干旱地区的气候温暖干燥，湖泊收缩或者干涸，沙漠扩张。
（1）108~107年尺度。具有此尺度的气候变动称为大冰期和大间冰期。
（2）105年尺度。具有此尺度的气候变动称为冰期和间冰期。
（3）104年尺度。具有此尺度的气候变动称为副冰期和副间冰期，又称冰阶和间冰阶。
（4）103~102年尺度。具有此尺度的气候变动称为小冰期和小间冰期，仅用于冰后期和晚冰期。
16、试述米兰柯维奇理论。这一理论如何解释第四纪冰期-间冰期的变化？它还有哪些不足之处？
答：米兰柯维奇理论：米兰柯维奇认为偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差这些地球的轨道参数都是随时间变化的，它们的变化均会导致地球接受太阳辐射的季节和地区分布的变化。地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨道的偏心率。偏心率越大，地球在近日点和远日点时的日照量差异越大。黄赤交角倾斜率影响地球上不同纬度和不同季节的气候差异程度的大小，黄赤交角倾斜率越大，冬季和夏季的差异越大。黄赤交角倾斜率变化对极区影响最大，若黄赤交角倾斜率减小，极地地区变暖，反之，极地地区更为寒冷。岁差导致地球近日点时间的变化，现在地球在1月位于近日点，全球1月日射率稍大于7月，从而使北半球冬季稍暖，夏季稍凉，而南半球冬季更冷，夏季更暖。当近日点出现在7月时，情况将相反。
米兰柯维奇认为偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差的周期变化改变地表的日照量，足以导致冰盖的大规模进退，是形成第四纪冰期和间冰期更替的主要原因。
米兰柯维奇理论为第四纪冰期-间冰期气候波动提供了一个逻辑一致的解释，但仍存在不少问题。首先它不能解释冰期建立的机制；其次，地球轨道参数变化本身引起的气候变化比地球上实际发生的全球变化的幅度小得多；最后该理论难以解释为什么主导周期会发生变化，也难以解释地球在第四纪以前各大间冰期中虽受偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差影响，但并未出现冰期-间冰期周期性变化的原因。
第四章 史前时代与工业革命以来全球环境的比较
17、简述工业革命以来全球环境的变化
答：工业革命之前，主要是人类适应环境的过程；工业革命以后，科学技术突飞猛进、人口急剧增加，在短短几百年的时间里，人类对环境的改变已经远远超过了自然作用本身，出现了一系列的环境问题。
（1） 大气环境。温室气体排放增加、大气污染、平均大气水汽含量增加、臭氧洞导致人类相关疾病发病概率增加，同时对农作物也有众多的负面效应。
（2） 气候变化。气候变暖导致海水体积增大，也会促进极地冰体融化。某些区域因气候趋于极度干旱水资源短缺。
（3） 水环境变化。由于现代工农业发展、人口激增和城市化进程加快，人类对水资源的耗费急剧增长，同时排放出大量的污染物进入水体，水污染日趋严重。
（4） 生物多样性变化。生物多样性锐减和消亡。
（5） 土地利用和土地覆盖变化。全球土地利用包括各种形式的土地耕作、放牧、居住、建筑、自然保护区及林木用地。这些利用形式逐渐改变了全球土地覆盖，继而改变了当地的、区域的甚至全球的环境，包括大气层的组成成分、生物多样性、土壤状况以及水体和水体沉积状况。
第二篇全球变化研究的主要方法
第五章 过去全球变化的重建
18、反应过去全球变化的记录有哪些？如何运用各类代用指标恢复古环境？
答：word/media/image2.gif古生物学记录，包括孢粉分析、硅藻分析、有孔虫指标，植物大化石，其中孢粉分析被用来建立第四纪地层单元和重建区域植被的变化，其重建古环境的理论基础是依据植被在地理分布上随气候差异呈现的地带性规律变化，硅藻分析被用于研究湖泊水位变动、海平面重建、水化学变化以及人类活动对湖泊生态系统影响，有孔虫是第四纪地层划分、古海洋学和古气候学重建非常重要而有效的研究对象之一；
word/media/image3.gif黄土堆积与古土壤信息载体；
word/media/image4.gif深海沉积物氧同位素记录；
word/media/image5.gif冰岩芯记录；
word/media/image6.gif石笋记录
比较成熟的气候代用指标有粒度、磁化率、CaCO3、总有机碳（TOC）和全氧化铁含量等。黄土剖面粒度大小与冬季风的强弱直接相关；黄土剖面磁化率变化可以作为衡量东亚夏季风演变的重要指标，磁化率高时气候湿热；黄土中的CaCO3作为易溶盐类可以当作探索大气降水或湿润程度的指标；总有机碳（TOC）可以作为气候变化的指标，有机碳含量峰值与古土壤层对应良好，古土壤形成于温暖湿润、生物繁茂的时期。
19、黄土-古土壤记录如何反映过去的全球变化？
答：当风尘堆积作用大于成土作用时形成黄土层；反之，形成古土壤层。黄土沉淀与寒冷的冰期相对应，古土壤则对应于相对温暖的间冰期。作为一种以风尘组分为主的堆积，我国境内的黄土堆积主要与冬季风环流的搬运密切相关。粒度是用来反映黄土粗细程度的指标，粒度的大小差别反映了风力搬运强度的差别。另外黄土—古土壤序列中可提取磁化率指标。磁化率值的变化与气候变化尤其是降水量的变化有一定的关系。黄土—古土壤序列中磁化率的变化被作为夏季风变化的指标，黄土层和古土壤层之间磁化率的差别反映了夏季风强度的差别。
第六章遥感与地理信息系统在全球变化研究中的应用
20、简述遥感在全球变化中的应用
答：遥感作为对地观测综合技术，是获取地球数据及其变化信息的重要技术手段。运用遥感数据，通过遥感图像解译、专题提取、空间建模与制图，能够帮助科学家理解和预测地球系统的外部变量及其时空过程，包括大气环流过程、地表水文过程、生物地球化学过程、地球物理过程等。现代遥感技术具有周期短、时空分辨率高、覆盖面积大、获取数据便捷等特点，具备全球观测能力，是全球变化研究中重要的、无可替代的技术手段。
21、简述地理信息系统在全球变化中的应用
答：GIS是数据存储、信息管理、空间分析、地理建模、可视化表达、专题制图以及决策支持的技术平台，其主要技术包括电子地图、空间数据库、空间分析模型、DEM等内容。在全球变化研究中，依托各种尺度的对地观测数据，地理信息系统可以发挥三个方面的作用：一是自然模拟；二是人地关系研究；三是预测预报，以推动全球变化研究和地球信息科学的发展。
第七章全球变化的综合研究方法
22、什么是影响评估？脆弱性评估？全球环境变化的脆弱性？
答：影响评估是选择一个特别关注的环境胁迫因子（如气候变化），并试图辨识其对各种社会或生态系统属性的最重要的影响。
脆弱性评估则会选择一个特别关注的群体或单元（如没有土地的农民、北方森林生态系统、海岸群落等），并试图确定该单元在面对各种胁迫时出现特定不利结果的风险，同时辨识出那些可能会降低对风险的响应能力和适应性的各种因子。
全球环境变化的脆弱性可以表述为受体或暴露单元（人群、生态系统和群落）在面对气候、其他环境变量和社会环境的有关变化时产生不利结果的风险。脆弱性正日益表现为一个多维概念——至少包括暴露性、敏感性和可恢复性。暴露性指人群或生态系统同特定胁迫的接触程度；敏感性指暴露单元受暴露胁迫的影响程度；可恢复性指暴露单元在受多重胁迫联合作用损害时的抵抗力和恢复力。
第三篇以自然为主的环境演变
第八章自然环境突变事件
23、什么是D-O旋回？
答：末次冰期期间包含多次短期变暖的间冰期气候条件时期，在约120ka以来形成一系列高频率的气候波动。这一系列的快速气候波动即D-O旋回。
24、什么是Heinrich事件？%%%%%%重要！！！！！！~~
答：地质学家哈特穆特·亨里奇发现北大西洋末次冰期的沉积物中，普遍存在6次大的冰漂碎屑含量高，而有孔虫含量较低的层位，相应的这些层位形成时海洋表面温度和盐度下降、劳伦泰冰盖东部边界产生大量冰山流，反映了6次较大的冰山崩塌融化过程，因此这6次事件被命名为Heinrich事件。
25、什么是新仙女木事件（Younger Dryas,YD）？
答：13kaB.P.前后出现了升温幅度高达4℃的以上的突然增暖，此后约2ka有持续的冷暖振荡，至约11kaB.P.后的数百年内温度突然下降6℃，气候环境再次回到了冰期状态。此次强变冷事件被称为新仙女木事件。
第九章全球冰雪圈变化
26、为什么说冰冻圈变动是全球变化的结果又是全球变化的驱动力？
答：冰冻圈是全球变化的驱动力表现在：
（1）冰雪覆盖与气温。冰雪覆盖是大气的冷源，它不仅使冰雪覆盖地区的气温降低，而且通过大气环流的作用，可使远方的气温下降。其制冷机制如下：word/media/image2.gif冰雪表面对太阳辐射的反射率较大，导致地表损失大量的短波辐射；
word/media/image3.gif地面对长波辐射多为灰体，而雪盖则几乎与黑体相似，其长波辐射能力很强，这就使得雪盖表面由于反射率加大而产生的净辐射亏损进一步加大，增强反射率造成的正反馈作用，使雪面更冷。
word/media/image4.gif冰雪对太阳辐射的透射率和导热率都很小，使得冰雪表面与大气间的能量交换能力很微弱。当冰雪厚度达到50cm时，地表与大气之间的热量交换基本上被切断。
（2）冰雪覆盖使气温降低，在冰雪未完全融化之前，附近下垫面的气温都不可能显著高于冰点温度。因此冰雪在一定程度上起了使寒冷气候在春夏继续维持稳定的作用。作为冷源，它又影响大气环流和降水。
（3）冰雪覆盖面积和厚度的变化还影响海平面的高低。在寒冷时期，降雪多而融化少，这样大陆就把水分以冰雪的形式留在大陆上，不能通过河川径流等水分外循环形式如数还给海洋，导致海洋支出的水分多，收入的水分少，海水就会变少，海平面就会下降。相反，在温暖时期，大陆上的积雪就会融化，这时海洋收入的水分多于支出的水分，引起海水增多和海平面上升。
27、冰川冰中的气泡有何意义？为什么？
答：冰川冰中的气泡中的微尘以及气泡中封存的古代的“大气化石”是研究古环境的非常宝贵的资料。例如，深埋在南极和格陵兰冰层里的古老气泡的化学分析告诉我们，过去几十万以来地球大气中CO2、CH4等温室气体的含量是不断在变化的。
第十章全球海面变化
28、什么是平均海面？大地水准面？相对海面变化？绝对海面变化？
答：平均海面是某一统计时段内特定区域海面的平均位置，它是一个假想的平面，是大地测量的基准面。平均海面是度量海面变化的基础。
海平面实际上是相当复杂的一个面，外形也是高低不平的，全球海面的最大高差可达200m。这个受地球重力场控制的三维起伏表面被称作“大地水准面”，它的外观形态非常接近于一个“旋转椭球面”。大地水准面是地球重力场的等位面，因此海面的“地形起伏”本质上是受重力控制的。
海面变化指的是海面的垂直升降。度量这一升降量有两种坐标系，一种是大地高程坐标系，是以设立在陆地上的标尺（验潮站的标尺）来测量海洋水位的升降，所测得的是海洋相对于地面的升降变化，称之为相对海面变化。另一种是地心坐标系，在地心坐标系中可以度量海面与地心之间距离的变化，这种变化称之为绝对海面变化。
29、简述海面变化的基本机制
答：绝对海面变化的基本机制可分为三大类型——海水体积变化、洋盆容积变化和大地水准面变化。其中海水体积变化包括海洋水量的变化和水量不变的情况下海水温度变化引起的热膨胀等而引起的水位变化。前两种机制引起的海面变化是全球一致的，而大地水准面变化机制（如地球自转速度变化等）所引起的海面变化则属于全球不一致的海面变化。在对未来全球变暖可能造成的海面上升幅度的预测研究中，全球冰雪消融是首先要考虑的机制，而海洋表层海水的热膨胀则是排在第二位的重要因素。
对相对海面变化机制的考虑需要在绝对海面变化机制基础上，再加上海岸地带的各种地面升降运动机制。其中除了较长时间尺度的地壳运动机制以外，还包括多种涉及基岩以上松散沉积层变化和多种人类活动等较短时间尺度的原因机制。
30、海平面变化趋势预测的意义和依据
答：可以肯定在104~102a量级甚至10a量级的时间尺度上，海面变化与气候变化都是高度相关的。全球平均气温上升则全球海面随之上升，气温降低则海面随之降低。因此，未来全世界海面上升使人口和经济高度密集的世界沿海地区遭受严重影响将是人类在21世纪可能遭遇的重大挑战之一。基于这种认识，在关心温室效应和气候变暖问题的同时，未来海平面上升趋势的预测具有重要意义。
依据：冰雪消融和海洋热膨胀是导致近百年和未来海面上升的两个基本因素。大地水准面变化因素会影响洋面的形状，因而在地区性的相对海面变化趋势预测中有重要意义。在进行地区性相对海面变化预测时还必须充分考虑多种机制引起的地区性地面升降因素。
31、未来海面上升有哪些影响？
答：（1）海岸湿地与低地的淹没。海岸湿地分布在高潮位与平均海平面之间，当海面上升速率大于湿地堆积速率时，将导致湿地的损失。
（2）海岸侵蚀加剧。海面上升不仅直接导致土地淹没，还可以通过侵蚀作用引起陆地损失。
（3）风暴潮灾加剧。风暴潮是海岸带的主要灾害。风暴潮增水使潮位抬高，波浪能量增强，破坏海堤造成重大损失。
（4）洪涝灾害加剧。海面上升使感潮河道的高低潮位相应抬高，潮流顶托作用加强，致使低洼地向外排水的能力下降，加剧洪涝灾害。
（5）盐水入侵。海面上升可增大河口盐水向上游入侵的距离，同样也会使地下水的咸淡水界面向陆地方向移动。
研究未来海面上升影响的根本目的是准备预先采取措施，减少海面上升可能造成的经济损失。
32、方案预测的概念有何科学意义和实际意义？
答：海面预测研究存在很大的不确定性，但是在存在很大的不确定性的情况下进行预测，显然不能用常规预测预报的思路。21世纪气候-海面变化预测所采用的是一种“方案预测”的概念。方案预测又可称为“情景预演”，它需要对一系列难以精估其变化趋势的不确定性因素制定若干种假定方案，以便大致框定它们的可能变化范围，然后再采用建立在“有限确定性”基础之上的各种预测模型，具体描绘出每一种假定方案下未来变化的可能情景。
33、为什么说海面上升是一种现实灾害？
答：海面上升灾害是海面与陆地地面和陆地水位相对位置的灾害性变化。海面与陆地地面和水位之间的正常关系应该是海面低于地面和陆地地表水位。海面与陆地地面相对位置的灾害性变化可引起海岸线向陆地推进，使海滨地带丧失大片土地。海面与陆地水位相对位置的灾害性变化可引起地表水或地下水咸水/淡水界面向陆地推进，使沿海地区丧失宝贵的淡水资源。
第十一章ENSO与温盐环流
34、什么是沿岸涌升？
答：地球自转以及由陆地吹向海洋的盛行风，吹动沿岸的海水远离陆地，向着开阔的海洋移动，结果使大量深层冷的海水上升补充到表层，该过程被称为“沿岸涌升”。沿岸附近深层海流的涌升现象，通常发生在南北半球大陆的西岸（唯一的例外是，非洲东北索马里海岸也存在海水涌升现象）。沿岸涌升从深层带上来的冷水，不利于其上空的大气产生降水，所以沿岸涌升区域附近的海岸地带一般多沙漠。海洋中存在涌升现象的地方，也是生物资源最为丰富的地区。
35、厄尔尼诺现象和厄尔尼诺事件？
答：厄尔尼诺现象是指在厄瓜多尔和秘鲁以西水平尺度为几千公里的赤道东太平洋海水温度异常增暖的特殊现象。
厄尔尼诺事件是指为了区别正常年份的厄尔尼诺现象，科学家们把每隔若干年（没有固定周期）厄尔尼诺现象急剧发展，海表水体增暖现象遍及整个中、东太平洋海域，从西经160°到南美沿岸地区赤道南、北纬4°之间表面水温正距平至少持续三个季以上，且至少有一个季以上距平值超过0.5℃，同时南方涛动指数（SOI）在此期间必须保持为负值，且小于-1.0，并往往酿成全球灾难性气候变化的现象，叫做厄尔尼诺事件。
36、简述南方涛动现象与南方涛动指数的关系
答：沃克发现东南太平洋（塔希提岛以东）和印度洋（澳大利亚的达尔文站以西）气压之间有一种跷跷板式的关系：当其中一个地区气压偏高，另一个地区气压就偏低。沃克将这种跷跷板式的气压型定义为南方涛动（SO）。SO表现为以3~4年的周期交替出现的东、西赤道海洋海面气压互为高低现象，赤道海洋海面气压这种互为高低现象与赤道东太平洋的海表温度的变化有密切的联系。
以塔希提岛站和达尔文站的海面气压差值作为南方涛动指数（SOI），以此来定量表示SO的强弱。当SOI取负值并达到极低值时，表示东太平洋气压低于印度洋气压，赤道太平洋东部海水表层温度正距平异常明显，这就是平常所说的厄尔尼诺现象；与此相反，SOI为正数时表示东太平洋气压高于印度洋，此海域表面温度出现较强负距平，发生反厄尔尼诺现象，即拉尼娜。SOI充分体现了厄尔尼诺和南方涛动的基本特征。这样厄尔尼诺对应SOI负位相；反之，拉尼娜对应SOI正位相。
37、结合图示简述厄尔尼诺的发生过程
答：根据海表温度异常升高的起始时间和位置，存在不同类型的厄尔尼诺事件，这些厄尔尼诺事件的发展历程大致相同，都要经过从开始到消亡这一生命周期。澳大利亚气象学家内维尔.尼科尔斯将厄尔尼诺的发展过程分为4个阶段：酝酿阶段、发生阶段、发展与成熟阶段、消亡阶段。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/69983682900ef12d2af90242a8956bec0975a5c6.html
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