全球变化-第三章.ppt

第四章 全球变化研究的主要途径 内容提要 第一节 过去全球变化的重建 1.1基本假设 1.2环境属性信息 1.3空间和时间位置信息 1.4重建过去全球变化的主要步骤 第二节 全球变化的动态监测 2.1观测的主要内容 2.2观测的技术手段 第三节 全球变化的模拟 第一节 过去全球变化的重建 ？为什么要重建： 由于地球系统中的许多过程具有很长的时间尺度，在现代的观测记录中无法观测得到，也不可能通过实验的方法进行印证。因此，通过观测所获得的全球变化信息是有限的。 现代环境中的许多现象是过去不同时间、不同环境状态下多形成的产物的残留物的集合，其中的一些现象对现代环境特征起制约作用，认识现代所发生的过程需要对所经历的历史有必要的了解。 对过去全球变化的研究可以揭示各种过程之间不断变化着的平衡关系。 1.1基本假设 ？怎样重建 找证据 对证据进行标定与校核 复原 依据的基本假设： 均一性假设 协同性假设 全息假设 1.2环境属性信息 根据来源和属性的不同，过去全球变化信息可分为三种类型。 观测记录 记录规范，精度高，但时间尺度短 考古和历史文献记录 记录欠规范，时间尺度不长，对重大事件研究意义较大 古环境感应体 待用指标丰富客观性强但干扰作用大。 1.2环境属性信息 a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录 b黄土与古土壤 c孢粉和植物硅酸体 d冰芯——同位素、甲烷气等 e树木年轮——轮宽、密度、同位素等 f湖芯——年代学、物理、化学、生物指标 g石笋——微层厚度、同位素、微量元素 h珊瑚——微量元素、同位素等 i考古和历史文献记录 a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录 b黄土与古土壤 原理：黄土和古土壤层的交互出现是风尘堆积作用和成土作用 两种对立的过程彼此消长的结果。 风尘堆积作用成土作用 形成黄土层 成土作用风尘堆积作用 形成古土壤层 黄土与古土壤层的交替变化是第四季冰期—间冰期环境周期变化的反应，与深海氧同位素记录有良好的对应关系。 b黄土与古土壤 两大重要指标： 粒度：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。 磁化率：物质被磁化程度难易的一种量度。磁化率值的变化与气候变化尤其是降水量的变化有一定关系。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（An, Z.S.） c孢粉和植物硅酸体 原理： 一个地区的孢粉雨的组成能够反映所在地区的植被组成，是所在地区的植被的函数。 孢粉具有耐氧化、耐高温、耐溶解的质地坚硬的外壁，因此能够在沉积地层中长期保存下来。根据孢粉的组成及其随时间的变化，可以推断植被在时间和空间上的演化过程及环境的变化。 植物硅酸体忠实地记录了生产它的植物细胞的形态 d冰芯 极地冰盖和中纬度高山冰川地区，冰雪终年不化，每年积累的雪最终转换成冰，形成一个年层。从这些地区取得的冰芯中获得的主要记录之一是氧同位素比率δ18O。 陆地水体中水的18O/16O均小于标准大洋水中的18O/16O。蒸发和凝结作用均与温度有关，δ18O与温度之间存在一定的关系 分析测试表明温度每降低1℃，δ18O在格陵兰地区降低0.70‰在南极地区降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根据这个关系，可以由冰芯中的δ18O推断温度变化。 d冰芯 重要指标： 冰川的净累积率可以作为降水量变化的指标； 在由雪转换成冰的过程中包裹在冰中的气泡里，记录着气泡生成时的大气成分（CH4）； 冰芯中的化学成分和微量含量，记录了过去大气气溶胶的状况，以及地球沙漠化和大气环流强度的状况等。 冰芯中保存的有机物质记录了当时的生物地球化学循环过程 冰心中的火山灰和强酸信号记录了火山活动的历史 冰心中的10Be等放射性同位素含量的变化反映了宇宙射线强度、太阳活动和地磁场强度变化的历史 e树木年轮 树木年轮是树木形成层周期性生长的结果。在季节差异明显的地区，温暖或湿润的生长季树木生长快，细胞大而细胞壁薄，形成较宽的浅色早材；寒冷或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小而细胞壁厚，形成较窄的暗色晚材；早材和晚材合起来为一个年轮。 树木年轮可提供时间分辨率为年或季的变化信息，是重建几十到几百年尺度全球变化的最重要的信息源之一。 在树木横断面上的年轮的宽度可以反映树木生长量的状况。每年年轮宽度的大小，与树木的年龄、前期生长状况和环境等多方面因素密切相关。环境变化所引起的树木年轮宽度变化反映的是对树木生长限制最大的环境（气候）因子的变化 基于年轮细胞的大小、壁厚和数量多少形成的木材的密度差别分析，反映较年轮宽度更为丰富的信息。年轮中碳、氢、氧同位素比值的变化可以反映环境的变化。