气候变化科学复习题

第一章：全球变化Summary人类影响气候的方式/全球环境问题：1.温室气体排放增长的温室气体浓度，包括二氧化碳（C02）、甲烷（CH4）、亚硝酸氧化物（N20）和氯氟碳化合物（CFC5）可归因于人类活动。这些气体预计将温暖地球的气候。在过去的一个世纪里，气温上升了大约0.8摄氏度。有争议，温室气体增多造成or气候系统自然波动。2.CFC的排放，臭氧层空洞 盖娅假说在某种程度上是正确的：生物体在地球系统的整体功能中起着重要作用，地球体系的某种形式的自我调节必须存在使地球的长期气候保持稳定。3.人类砍伐森林，增加二氧化碳，减少生物多样性过去气候系统的变化指引未来气候系统对全球变化的响应1. 过去冰芯记录CO2和温度变化关系全球变暖2. 生物大灭绝人类砍伐造成的生物多样性减少3. 地球对太阳明亮度变化的响应模型研究气候系统如何在外界因素变化下保持稳定Key words:Ipcc: 联合国政府间气候变化专门委员会潜热：相的变化引起的吸收或放出的热量K-T 界线（K-T boundary），是介于白垩纪和第三纪之间的界线，大约出现在六千五百万年前。这段期间发生大规模的绝种，包括恐龙和其他的动物族群，都遭受灭绝的命运。Questions:1.地球体系的四个组成部分：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈2.地球现在的二氧化碳浓度为400ppm，比1800年增加100ppm以上，温度增加0.8摄氏度，最早的气象站在150年前。3.氢同位素是如何推断极性温度的记录？股东分红主要通过重力分流作用。冰期时，海水大量结冰，大陆冰盖贫18O，海水富集18O ；暖期时，冰盖大量融化，海水富集160，冰盖富集180。4. 太阳光度在过去46亿年是如何变化的？当太阳46亿年前首次形成时，它本来应该比现在少30%。太阳的光度先缓慢增加，然后迅速增加。当太阳结束它的生命时，（从现在开始大约5Br），与今天相比，它的亮度将被提高2到3倍。5. 长时间尺度的全球变化？冰期间冰期、生物大灭绝、太阳明亮度变化6. 气溶胶的作用？阳伞作用、成云致雨的凝结核7全球变暖与温室效应的区别现象和原因的区别。第二章：雏菊世界summary:1.系统的组成部分（物质、能量、属性、子系统）间可以相互作用，这些组成部分是通过耦合联系在一起的，耦合可以是正的也可以是负的。当耦合被布置串联，形成反馈循环回路，反馈可以是正反馈也可以是负反馈。正反馈会放大外界的扰动，负反馈会减小。负反馈导致建立稳定的平衡态，面对轻微扰动可恢复。正反馈建立不稳定的平衡态，轻微的扰动将系统带进一个新系统。2.雏菊世界可以抵挡由于太阳明亮度增加而带来的变暖趋势。这种能力是负反馈的结果。温度升高，雏菊覆盖度上升，反照率增加，温度下降。3. Daisyworld具有两个平衡态，但仅有一个是稳定的。4.温度对太阳光明度增加的响应可以看作是从一个稳定平衡态到另一个稳定平衡态的过程。这种响应是没有反馈机制时的响应加上反馈效果本身。在DaiSyWord的情况下，温度 没有反馈的变化大于从一个平衡状态到下一个平衡状态：反馈效果是负面的，减缓了变暖。Key words:Perturbation:摄动，长期影响Forcing：强制，短期影响正反馈循环：放大外界扰动负反馈循环：缩小外界扰动第三章：全球能量平衡Summary：地球表面温度依赖于：入射的太阳能、行星反照率（云、地表等）、温室效应1. 地球发射的大部分红外线辐射被大气气体吸收和再发射。结果是温室效应使表面变暖大约33C，没有这个自然温室效果，地球太冷无法支撑生命。2. 云影响大气辐射收支底层的厚云反射入射的太阳辐射，冷却地表 高层的薄云对温室效应做贡献，加热地表3. 调节气候的重要反馈循环负反馈：地表温度升高输出的红外辐射通量增加温度下降正反馈：温度大气水汽温室效应（短时间尺度，在当代全球变暖中扮演重要作用），温度冰雪覆盖地表反照率云对气候的反馈尚不清楚。Key terms:黑体：在所有波长范围内吸收和辐射能量效率是一样的100%水汽旋转带：因入射波频率在水汽分子旋转频率之间时产生吸收，对某一频率（12微米以上）的红外辐射可以吸收CO2吸收带：因CO2振荡频率与波的频率相同时吸收强烈，对15微米的辐射可以吸收传导：直接接触产生的热量传输 对流：由于液态物质流动引起的热量传输通量：单位时间在单位面积上垂直通过的能量斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）： 一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量（称为物体的辐射度或能量通量密度）j* 与黑体本身的热力学温度T （又称绝对温度）的四次方成正比。维恩定律：在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长 的乘积为一常数。温度升高，辐射本领最大值对应的波长向短波方向移动。解释太阳的主光区在0.5微米，地表在10微米。光子：光量子，简称光子，是传递电磁相互作用的基本粒子，在1905年由爱因斯坦提出。Questions：地球的反照率的主要贡献者是谁？云大气中最丰富的三种气体?氮气，氧气，二氧化碳第四章大气环流Summary：1.大气环流驱动力：全球能量分布 太阳照射地球的角度问题太阳辐射的纬度差异纬向温度梯度密度差异引起气压梯度空气从高压向低压运动产生全球风带风带被科里奥利力调整 注：长时间尺度上的动力源：太阳辐射、海洋深层环流、地球内部能量2大气环流对全球温度模式有重要的控制作用： 热量传输，热量再分配（负反馈） 水汽传输，降水的重分配：气流上升区降水增加、气流下降区降水受抑降水也受到距离海洋远近和大陆性的影响海陆分布影响地表温度的分布和变化：温度变化性随距海洋距离增大变大环流、温度、降水分布被太阳辐射角度所引起的入射太阳能季节变化所调整。3.降水通常随温度降低而降低，因为温度降低，水汽的饱和蒸汽压降低，环境压强高于饱和蒸汽压不产生降雨。4.中高纬度的降水多发生在沿着极锋区的温带风暴系统中，极锋区是位于温度梯度最大的纬度。Key words波义尔定律（等温）：温度和气体量不变，气体压强与体积成反比。查理定律（等压）：气体量和压强不变，气体体积与热力学温度成正比。盖吕萨克定律（等体积）：体积和气体量不变，气体压强与温度成正比。哈德里环流：三圈环流的低纬度环流热带辐合带（ITCZ）：它是南、北半球两个副热带高压之间气压最低、气流汇合的地带，也是热带地区主要的、持久的大尺度天气系统，有时甚至可以环绕地球一圈。Questions：1.为何加热空气会导致空气上升？加热气体，密度降低，气体变轻上升。2.为什么哈德里环流会季节性变化？太阳直射点的季节移动，赤道辐合带的季节移动，哈德里环流在夏半球偏弱，冬半球偏强。3.降水发生的方式不同密度气团的混合、对流运动、地形机械降水第五章：大洋环流1.与大气一样，海洋环流的驱动力是全球能量的分布。海洋环流不是直接由温度差异驱动的，而是由大气环流驱动的。由于摩擦，吹过海洋表面的风拖拽水面形成洋流。表面洋流的模式被科里奥利力和地球上的海陆分布调整。2.深海温盐环流是由海水温度和盐度变化引起的，海水的温度和盐度控制着海水的密度。在北大西洋和南极洲威德尔海形成冷而咸的海水。低温和高盐度的结合的稠密的海水沉到海底，作为底层水流动在世界海洋。底层水最终在上升流区域会上升到表层，随着表面流回到高纬度源区，完成一次海洋输送带。3.海洋环流的净效应是能量在高低纬度间的再分配，温盐传输带及与上升流下沉流的配合对气候和海洋营养分布有重要影响。Key words:1.厄尔尼诺南方涛动：厄尔尼诺现象：热带太平洋海温异常增暖的一种气候现象，会引发全球性气候变化。可能原因：信风减弱向东表面暖流减弱西太平洋的温度降低西太平洋大气环流减弱（气流下沉干旱）东太平洋气流上升易雨另向东表面流减弱南美秘鲁上升流停止渔业减产2.Antarctic Bottom Water (AABW)南极底层水3.埃克曼螺旋：海洋表面附近的海流因为风和科氏力的作用造成海流方向旋转的结构，又称为埃克曼螺线。4.埃克曼运输：是指由于科里奥利效应，在表面风驱动的方向上发生与之垂直90的流体表面层的净输运。5.盐跃层、温跃层6.涡度（速度场的旋度）、绝对涡度（绝对速度的涡度）、相对涡度地球大气流体元在垂直方向上的绝对涡度等于垂直相对涡度与垂直方向上地转涡度分量之和。7.地转流：在忽略湍流摩擦力作用的较深的理想海洋里，由海水密度分布不均匀所产生的水平压强梯度力与水平地转偏向力平衡时的海流。理想化的海流。Questions：1. 东西方边界海流的不同特点：东部边界流较浅、宽阔、流动缓慢。从较高纬度向较低纬度输送冷水，沿海上升流常常将营养丰富的水带到东部边界海流区，使之成为海洋的生产区域。西部边界流是温暖的，深的，窄的，流动快速的，把热带地区的暖水带到高纬度地区。例如墨西哥湾流。2. 埃克曼运输含义，由于海水受到科里奥利力影响在表面产生与风向90度垂直的海水净输运。在赤道地区是分离区，分离区水浅，深水上翻，提供营养物质，生物繁盛。第六章：冰冻圈Summary:冰冻圈代表了地球系统中的冰冻的部分。它包括陆地上的冰川和冰盖，冰冻的湖泊和河流，海洋上的海冰，以及冻土。南极洲和格陵兰冰盖是全球最大的淡水来源。冰冻圈是地球系统的一个动态部分，冰川和海冰在不断地移动中。冰川的移动：在底部冰川上滑动，在冰面坡度上流动。海冰的移动：在海面上被风和洋流搬运。海冰、积雪和大陆冰盖在确定高纬度的能量平衡中起重要作用，主要通过冰反照率反馈，这一反馈对高纬度气候系统的响应起支配作用。因此，全球变暖的明显效果最先在高纬度出现，在过去的10年我们已经看到海冰范围的变化和格陵兰冰帽的融化。Key words:消融区：冰川或冰盖的低海拔地区，由于风吹雪、升华、蒸发等消融过程存在冰的净损失积聚区：雪线之上的区域，积雪累积量超过损失量。活性层：夏季融化，冬季冻结的顶层冻土。永久冻土：持续多年冻结的土石层剪切应力和法向应力：物体由于外力产生变形，垂直于截面的应力称法向应力，相切于截面的应力称为剪切应力。雪晶：大气中水汽凝结成的固态六角形结晶冰晶：0、水汽在冰核上凝华增长的固态水合物Questions:1. 积雪如何影响上覆空气温度？温度升高积雪覆盖降低反照率降低温度上升2. 积雪对下覆土壤的温度影响？新雪中气体空间多，热传导性弱，可以防止热量散失，对下覆土壤起到保温作用。积雪时间长了，雪的密度增加，降低雪的反照率和绝缘性。3. 冻土融化对未来气候？；4. 0温度上升冻土融化释放甲烷温室效应温度升高5. 雪是如何变成冰川冰的？通过压实作用：冰晶大小形状的差异+积雪中的温度梯度蒸汽压局部差异部分冰晶升华部分冰晶融化增加积雪密度积雪厚度增加，进一步压紧冰晶融合表面融化，融水通过包裹渗透并重新冻结加速冰川冰的形成6. 冰川的移动：通过重力作用在坡面上流动，在底部冰川上滑行。7. 海冰影响气候的两个途径：温度冰面积反照率；温度厚度从海洋向大气的热量传输影响海冰分布的因素：气候的冷暖，风，大洋环流的影响第八章：全球变暖Summary:1.气候在过去的10000年（全新世）保持相对稳定，但有变化。中全新世（5000-6000年前）温暖，中世纪暖期（1150-1300），小冰期（1600-1850）非同寻常地冷。小冰期后温度一直在增加。2.小冰期寒冷的可能原因：太阳明度的减少，火山爆发频率高：火山爆发形成的二氧化硫进入大气形成硫酸液滴，反射太阳辐射并吸收对流层的长波辐射，结果是大喷发后1-2年内地表温度低于正常年份温度。3.观测到的大气二氧化碳浓度升高，主要是由化石燃料燃烧和森林破坏造成的。人为排放的二氧化碳远小于自然呼吸和腐败所排放的二氧化碳但是比火山排放的速率高。因此人为排放的碳代表了对碳循环的一个实质性扰动。4.人类产生的二氧化碳的去除机制：1）光合作用 最快的2）溶于海洋 吸收受限于与深海的混合速率和海水的化学缓冲能力3）海底碳酸盐和陆地上碳酸岩的溶解 时间尺度是几百年到几千年4）硅酸盐风化 时间尺度最长，为一百万年5.计算机模型预测如果不限制排放，全球二氧化碳在接下来的50-100年翻倍，在几个世纪内达到2000ppm。全球温度到下个世纪上升几个摄氏度，长期看增加10-15摄氏度。全球变暖分布不均，极地增暖最多，赤道地区最少。6.气候变化对大洋环流的影响：由于增加的雨水和格陵兰岛冰盖