书城科普读物探索神秘的大自然:奇妙的天气
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第27章 气候变化知多少

气候变化日益成为人们关注的焦点,但这一问题涉及诸多复杂的科学原理和知识,因为气候系统本身是一个巨大而复杂的系统。我们在关注气候问题时,有必要了解一些科学的常识。

气候系统包括5个物理组成部分:大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈,5个部分是一个相互联系、相互作用的整体,5个部分都对气候产生影响。了解气候变化,就要先认识这5个部分是如何在气候调节上各司其职的。

(1)大气圈:大气圈也叫大气层,是气候系统中的主角,也是最容易变化的部分。例如,当外界热量输入(主要是太阳辐射)发生变化后,通过各种热量输送和交换过程能在1个月的时间内,调整对流层温度的分布。

(2)水圈:海洋占地球表面面积的71%左右,它能吸收到达地表的大部分太阳辐射能,海水又具有很大的热容量,所以它是气候系统中一个巨大的能量贮存库。洋流通过热量输送,调节全球热量平衡。

(3)岩石圈:岩石圈处在不停的运动中。海底扩张、大陆漂移、山地在隆起,这些变化,都会影响气候。比如,某些地区高原隆升,季风环流就会加强,气候的季节差异就会增大。

(4)冰冻圈:冰雪覆盖层包括大陆冰原、高山冰川、海冰和地面雪被等。冰川和冰原的体积变化与海平面的变化有密切的联系。冰雪具有很大的反射率,在气候系统中,它是一个致冷因素。

(5)生物圈:生物圈指的是陆地上和海洋中的植物以及生存在大气、海洋和陆地的动物。比如,植物可以改变地面反射率和粗糙度,影响水分的蒸发、蒸腾以及地下水循环。动物需要得到适当的食物和栖息地,因而动物群体的变化也反映了气候的改变。

温室原理

太阳辐射主要是短波辐射,地面辐射和大气辐射则为长波辐射。大气对长波辐射的吸收力较强,对短波辐射的吸收力比较弱。

温室效应示意图

白天,太阳光照射到地球时,部分能量被大气吸收,部分被反射回宇宙,大约47%的能量被地球表面吸收。

夜晚,地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的能量,大部分被大气吸收。

结果,大气层就如同覆盖着玻璃的温室一样,可以保存一定的热量,使地球不至于像月球一样,被太阳照射时温度急剧升高,不见日光时温度急剧下降。

那么,该怎样去认识温室效应呢?想象一下,如果没有温室效应,地球将会冷得不适合人类居住。据估计,如果没有大气层,地球表面温度会是-18℃。正是有了温室效应,才使地球温度维持在15℃。我们所熟知的月球,由于没有大气层,白天在阳光垂直照射的地方温度可达127℃,而夜晚温度却能降到-183℃。

导致温室效应的一大主因就是温室气体排放。温室气体的增加,加强了温室效应,而二氧化碳是数量最多的温室气体。如今,地表(因燃烧产生的二氧化碳)向外放出的长波热辐,远远超过了过去的水平。另一方面,由于对森林乱砍滥伐,大量农田建成城市和工厂,破坏了植被,减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小,降水量大大降低,减少了吸收溶解二氧化碳的条件,破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡,使得大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长,使得地球气温发生了改变。

冰冻圈的消逝与气候变化

冰冻圈(分为陆地冰冻圈、海洋冰冻圈)是气候系统的重要组成部分,冰冻圈的扩展或萎缩会导致参与局地、区域或全球能水循环的能量和水量减少或增加,并伴随着能水平衡的改变使其与气候、水文、环境和生态等之间产生一系列相互作用过程。

(1)陆地冰冻圈。包括积雪、湖冰、河冰、冰川覆盖、季节冻土、多年冻土。它通过影响地球表面水循环过程,调节气候。比如陆地上的雪冰作为水循环过程中水的储备形式,影响径流(主要在冻土地带)等。

(2)海洋冰冻圈。海冰约占全球海洋表面的10%,影响着海洋与大气之间的物质、能量交换过程。海冰冻结会析出卤水使得海洋表面混合层加厚,反之,海冰融化产生含盐度较小的水体使混合层进一步分层。通过这些过程,海冰在全球热量平衡、全球热盐环流等方面起着重要作用。

雪盖是冰冻圈的最大组成部分,覆盖地球陆地表面的33%的面积。约98%的季节性积雪分布于北半球。

过去100年间,海平面上升了10~26厘米,其中海洋热膨胀引起2~7厘米的上升量,其余主要归因于陆地冰的融化。影响全球海平面变化的诸因子中,最大的不确定因子是南北极冰盖。山地冰川目前多数处于退缩状态,因此也对海平面上升起很大作用。

气候变暖与生物圈变化有什么关系呢?最新研究认为,人为造成的全球气候变暖对世界生命体系影响巨大,表现为七大洲冰河的大量消耗,永久冻结带融化,北半球部分生物向纬度较高的地区迁徙,欧洲、北美和澳洲的鸟类移居别的地域,海洋浮游动物以及鱼群生存海域的改变。在生物生存体系里,90%的变化与气候变暖有着密切的联系。

海平面升高,人类居住环境将受到何种影响

海平面如果升高,将引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失,海岸侵蚀,海水入侵沿海地下淡水层,沿海土地盐渍化等,从而造成海岸、河口、海湾自然生态环境失衡,给海岸带生态系统带来灾难。

气候变暖,将如何影响生物多样性呢?英国科学家最近公布了一项惊人的研究成果:全球变暖将会导致地球上的动植物大量灭绝。尽管人类可能最终逃过这一劫,但地球上有1/2的物种将会消亡。英国约克大学和利兹大学的科学家对过去5.2亿年气候与生物多样性之间的关系进行了深入研究,研究范围几乎覆盖了所有的化石记录,第一次揭示了气候与生物多样性两者之间的关系。研究发现,当地球的温度处于“温室”气候阶段时,物种的灭绝率相对较高;与之相反,在较冷的“冰室”状况下,生物多样性会增加。

肯尼亚野生动物保护局日前说,受气候变化等因素的影响,如果按目前的趋势发展下去,肯尼亚境内的狮子将在20年后完全消失。报告称,过去几年来,肯尼亚的狮子一直在以平均每年100头的速度减少,已从2002年的约2749头减少到2010年的2000头左右。造成狮子种群规模缩减的原因包括人兽冲突、狮群栖息地的生态遭破坏、气候变化、疾病以及人口增长等。知识点水圈水圈是地球外圈中作用最为活跃的一个圈层,也是一个连续不规则的圈层。它与大气圈、生物圈和地球内部圈层的相互作用,直接关系到人类活动的表层系统的演化。水圈也是外力地质作用的主要介质,是塑造地球表面形态最重要的角色之一。