气象学温室效应

气象学温室效应第1页，课件共92页，创作于2023年2月GlobalWarming第2页，课件共92页，创作于2023年2月第3页，课件共92页，创作于2023年2月Temperatureoverthepast1000years第4页，课件共92页，创作于2023年2月“到2020年，欧洲沿海城市将被上升的海平面所淹没，英国气候将像西伯利亚一样寒冷干燥。核战、大旱、饥饿和暴乱等问题将困扰全球各国。”“中国南部地区在2010年前后将发生持续整整10年的特大干旱。中国北方将水患不断，南方一片干旱……”“今后20年全球气候变化对人类构成的威胁要超过恐怖主义。”——“NowthePentagonTellsBush:

ClimateChangeWillDestroyUs”，PublishedonSunday,February22,2004bytheObserver/UK气候问题不仅仅是一个科学问题…/cn/

第5页，课件共92页，创作于2023年2月一些关键词(IntergovernmentalPanelonClimateChange(IPCC)

——政府间气候变化专门委员会(IPCC)是由世界气象组织(WMO)和联合国环境署(UNEP)在1988年共同建立的，包括三个工作组：第一工作组为科学工作组，负责评估可获得的气候变化的科学信息；第二工作组为影响工作组，负责评估气候变化产生的环境和社会经济影响；第三工作组为响应对策工作组，负责制订有关处理气候变化问题的响应策略。这三个工作组在IPCC的指导下分头进行工作，其主要目的旨在获取气候变化及其影响以及减缓和适应气候变化措施方面的科学和社会经济信息，以综合、客观、开放和透明的方式进行科学评估，并根据需求为联合国气候变化框架公约(UNFCCC)成员国会议(COP)提供科学、技术和社会经济建议。IPCC是一个政府间科学技术机构，所有联合国成员国和世界气象组织会员的国家都是IPCC的成员，可以参加IPCC及其各工作组的活动和会议。

第6页，课件共92页，创作于2023年2月一些关键词京都协议——《联合国气候变化框架公约》，1997年12月在日本京都达成的协议。目前，已有141个国家批准了该项协议，中国是其中之一（目前中国二氧化碳排放量已位居世界第二）。2005年2月16日开始正式生效。——2005年11月28日，为期10天的《联合国气候变化框架公约》第11次缔约方大会在加拿大蒙特利尔市举行。来自190多个国家和地区的8000多名代表出席此次会议，使它成为自1997年产生《京都议定书》的京都大会后全球最大和最重要的一次有关气候变化的会议。——美国人口仅占全球人口的3％至4％，排放的二氧化碳却占全球排放量的25％以上，是全球温室气体排放量最大的国家。令人遗憾的是，美国对签署《京都议定书》却一直持消极态度。迫于国际社会的压力，克林顿政府曾于1998年11月签署了《京都议定书》。布什政府上台后，于2001年宣布退出《京都议定书》，令世界为之震惊。第7页，课件共92页，创作于2023年2月温室效应和温室气体传统意义上的温室效应示意图Greenhouseeffect第8页，课件共92页，创作于2023年2月大气温室效应示意图

地球大气对太阳短波辐射吸收很少使得太阳辐射可以顺利通过到达地面，而由于地球大气中温室气体的存在，很大程度上吸收了地面向外发射的长波辐射，使地-气系统温度升高的现象，便是所谓的“温室效应”目前“温室效应”的主要含义是指由于人类活动的影响使得大气中温室气体浓度的增加，从而造成全球变暖的现象。第9页，课件共92页，创作于2023年2月TheGreenhouseEffectThegreenhouseeffectistheriseintemperaturethattheEarthexperiencesbecausecertaingasesintheatmosphere(watervapor,carbondioxide,nitrousoxide,andmethane,forexample)trapenergyfromthesun.Withoutthesegases,heatwouldescapebackintospaceandEarth’saveragetemperaturewouldbeabout60ºFcolder.Becauseofhowtheywarmourworld,thesegasesarereferredtoasgreenhousegases第10页，课件共92页，创作于2023年2月

Averagecompositionoftheatmosphereuptoanaltitudeof25kmGasNameChemicalFormulaPercentVolumeNitrogen(氮)N278.08%Oxygen(氧)O220.95%*Water(水汽)H2O0to4%Argon(氩)Ar0.93%*CarbonDioxide(二氧化碳)CO20.0360%Neon(氖)Ne0.0018%Helium(氦)He0.0005%*Methane(甲烷)CH40.00017%Hydrogen(氢)H20.00005%*NitrousOxide(一氧化氮)N2O0.00003%*Ozone(臭氧)O30.000004%*

variablegases第11页，课件共92页，创作于2023年2月GreenhouseGases&TheGreenhouseEffectRadiativelyactivegasesareatmosphericgases,suchascarbondioxide(CO2),methane(CH4),nitrousoxide(N2O),chlorofluorocarbons(CFCs),andwatervapor,thatabsorbandradiateinfraredwavelengths.第12页，课件共92页，创作于2023年2月第13页，课件共92页，创作于2023年2月温室气体水汽、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氯氟烃类化合物（CFCs）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）等等。第14页，课件共92页，创作于2023年2月ContributionofGreenhouseGasestoWarmingCarbonDioxide,CO2Contributes60%ofwarmingTraceGases(100–1000timesless)Contribute40%ofwarmingMethane,CH4NitrogenOxides,NOxChlorofluorocarbons,CFCsO3第15页，课件共92页，创作于2023年2月年19601970198019902000310320330340350300浓度CO2(ppmv)360370夏威夷MaunaLoa观象台测量的大气CO2浓度变化现已达到368ppmv（百万分之一体积）。全球气候变化的基本事实

——（据IPCC第三次评估报告）大气中的温室气体——二氧化碳CO2第16页，课件共92页，创作于2023年2月中国青海省瓦里关山大气本底站的大气CO2浓度测量结果199019911992199319941995199619971998199920002001345350355360365370375浓度CO2(ppmv)年第17页，课件共92页，创作于2023年2月工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。年100012001400160018002000280300320340360浓度(ppmv)CO2南极LawDome冰芯资料显示的近1000年大气CO2浓度第18页，课件共92页，创作于2023年2月CarbonDioxideandAtmosphericTemperatureHistoricalRecord–CorrelationofCO2andTemp第19页，课件共92页，创作于2023年2月中国西部中国东部温度距平（℃）年与全球增温趋势基本一致。20－40年代和80年代以后出现了明显增暖。近百年中国气候变化的事实

——（据西部环境演变评估报告）第20页，课件共92页，创作于2023年2月近50年增温速率中国东北、西北和华北地区气候变暖最为明显。第21页，课件共92页，创作于2023年2月第22页，课件共92页，创作于2023年2月CarbonBudgetSourcesBurningFossilFuelsDeforestationNaturalOxidationSinksPhotosynthesisOceansAtmosphereSoilCurrentEmissions6GigatonsofC/yr第23页，课件共92页，创作于2023年2月/globalwarming/kids/global_warming_version2.html(movie)第24页，课件共92页，创作于2023年2月大气中的温室气体——甲烷(CH4)

CH4在大气层中的增长速度已在近十年减少下来，尤其在1991至1992年间有明显的下降，但在1993年后期亦有些增长。1980至1990的平均增长速度是每年13ppbv(十亿份之一体积)。

第25页，课件共92页，创作于2023年2月Methane

Level:1.7ppmSources(anerobicdegradationofcarbon)WetlandsRicePaddiesCattleOil&GasEmissionsLifetime(7-10yrs)Projections(10-20ppbperyearincrease)第26页，课件共92页，创作于2023年2月大气中的温室气体——一氧化二氮(N2O)

从过往40年间，N2O的平均升幅是每年0.25%。现时在对流层的N2O浓度在312到314ppbv左右。第27页，课件共92页，创作于2023年2月NitrogenOxides(up15%)Level:0.31ppmSourcesHiTempCombustionAgricultureLifetime(120yrs)Projections(30%increaseinnext70to90yrs)第28页，课件共92页，创作于2023年2月大气中的温室气体——氯氟碳化合物(CFCs)

在各种氯氟碳化合物中,以CFC-11及CFC-12较为重要，因为其浓度比较高与及它们对平流层内的O3有很大影响。在多种人造的氯氟碳化合物中，以CFC-11及CFC-12的浓度最高，分别约为0.27及0.55ppbv(量度于冒纳罗亚观象台,1997,见下图)。第29页，课件共92页，创作于2023年2月Chlorofluorocarbons-CFCsLevel:0.71ppbSource:Refrigerants,Propellants,FoamBlowing,CleaningSinks:NotropospheresinkLifetime:50to1000years第30页，课件共92页，创作于2023年2月几种主要温室气体的特性温室气体源汇对气候的影响二氧化碳(CO2)1)燃料2)改变土地的使用（砍伐森林）1)被海洋吸收2)植物的光合作用吸收红外线辐射，影响大气平流层中O3的浓度甲烷(CH4)1)生物体的燃烧2)肠道发酵作用3)水稻1)和OH起化学作用2)被土壤内的微生物吸取吸收红外线辐射，影响对流层中O3及OH的浓度，影响平流层中O3和H2O的浓度，产生CO2

一氧化二氮(N2O)1)生物体的燃烧2)燃料3)化肥1)被土壤吸取2)在大气平流层中被光线分解与及和O起化学作用吸收红外线辐射，影响大气平流层中O3的浓度臭氧(O3)光线令O2产生光化作用与NOx，ClOx及HOx等化合物的催化反应。吸收紫外光及红外线辐射一氧化碳(CO)1)植物排放2)人工排放（交通运输和工业）1)被土壤吸取2)和OH起化学作用影响平流层中O3和OH的循环，产生CO2

氯氟碳化合物(CFCs)工业生产在对流层中不易被分解，但在平流层中会被光线分解和跟O产生化学作用吸收红外线辐射，影响平流层中O3的浓度二氧化硫(SO2)1)火山活动2)煤及生物体的燃烧1)干和湿沉降2)与OH产生化学作用形成悬浮粒子而散射太阳辐射第31页，课件共92页，创作于2023年2月AnImportantPointSteadyState(equilibrium)IfgreenhousegasesfromNaturalSources,RateofGeneration=RateofConsumptionTherefore,averagelevelwillremainConstant!But,Ifweaddgreenhousegases(anthropogenicsource),RateofGenerationIncreasesRateofGeneration>RateofConsumptionTherefore,averagelevelwillIncrease!第32页，课件共92页，创作于2023年2月ConclusionTherefore,willanincreaseinInfrared-trappinggases(greenhousegases)raisethetemperatureoftheatmosphere?Theanswerisyes!Thequestionishowmuchand….howfast?第33页，课件共92页，创作于2023年2月温室效应对气候变化的影响一、气候变化的预测方法简介二、温室气体与全球气候变化三、温室气体与我国气候变化四、气候预测中的不确定因素第34页，课件共92页，创作于2023年2月一、气候变化的预测方法简介周期分析影响因子统计分析GCM第35页，课件共92页，创作于2023年2月周期分析譬如，天文周期的运用：天文学家米兰柯维奇指出，地球气候变化存在着三个天文周期：每隔2万年，地球的自转轴倾角变化一个周期（称为岁差）；每隔4万年，地球黄道与赤道的交角变化一个周期；每隔10万年，地球公转轨道的偏心率变化一个周期。太阳黑子活动的11年周期……等等第36页，课件共92页，创作于2023年2月香港短期气候预测流程示意图影响因子统计分析第37页，课件共92页，创作于2023年2月GlobalClimateModel(GCM)全球气候模式(GCM)是目前国际上公认的预测全球未来变化唯一有效的工具什么是GCM？第38页，课件共92页，创作于2023年2月GlobalClimateModels(GCMs)ThermodynamicEquationEquationsofMotionSaltEquation

TurbulenceParameterizationSeaIceOceanThermodynamicEquationHydrologicEquationVegetationLandIceLandThermodynamicEquationEquationsofMotionWaterConservationEquation

RadiationTurbulenceParameterizationCloudParameterizationAtmosphereSens.HeatRadiationWindStressEvap.Precip.Sens.HeatRadiationEvap.Precip.Runoff第39页，课件共92页，创作于2023年2月如何在GCM中考虑人类活动对气候变化的影响

——社会经济情景的构建http://www.grida.no/climate/ipcc/emission/

所谓情景就是在对一系列重要内在关系和驱动因子所做的协调、一致和合理假设的基础上，为世界或地区提供未来发展的可能状态。2000年IPCC出版的《排放情景特别报告(SpecialReportsonEmissionScenarios,SRES)》中，为未来世界设计出四种可能的社会经济发展的情景：

——SRESA1——SRESA2——SRESB1——SRESB2第40页，课件共92页，创作于2023年2月SRESA1:afutureworldofveryrapideconomicgrowth,lowpopulationgrowthandrapidintroductionofnewandmoreefficienttechnology.Majorunderlyingthemesareeconomicandculturalconvergenceandcapacitybuilding,withasubstantialreductioninregionaldifferencesinpercapitaincome.Inthisworld,peoplepursuepersonalwealthratherthanenvironmentalquality.TheA1scenariofamilydevelopsintothreegroupsthatdescribealternativedirectionsoftechnologicalchangeintheenergysystem.ThethreeA1groupsaredistinguishedbytheirtechnologicalemphasis:fossilintensive(A1FI),non-fossilenergysources(A1T),orabalanceacrossallsources(A1B).SRESA2:averyheterogeneousworld.Theunderlyingthemeisthatofstrengtheningregionalculturalidentities,withanemphasisonfamilyvaluesandlocaltraditions,highpopulationgrowth,andlessconcernforrapideconomicdevelopment.第41页，课件共92页，创作于2023年2月SRESB1:aconvergentworldwithrapidchangeineconomicstructures,"dematerialization"andintroductionofcleantechnologies.Theemphasisisonglobalsolutionstoenvironmentalandsocialsustainability,includingconcertedeffortsforrapidtechnologydevelopment,dematerializationoftheeconomy,andimprovingequity.SRESB2:aworldinwhichtheemphasisisonlocalsolutionstoeconomic,social,andenvironmentalsustainability.Itisagainaheterogeneousworldwithlessrapid,andmorediversetechnologicalchangebutastrongemphasisoncommunityinitiativeandsocialinnovationtofindlocal,ratherthanglobalsolutions.第42页，课件共92页，创作于2023年2月排放情景特别报告（SRES）中的排放情景

A1.——A1框架和情景系列描述的是一个这样的未来世界，即经济快速增长，全球人口峰值出现在21世纪中叶、随后开始减少，新的和更高效的技术迅速出现。其基本内容是强调地区间的趋同发展、能力建设、不断增强的文化和社会的相互作用、地区间人均收入差距的持续减少。A1情景系列划分为3个群组，分别描述了能源系统技术变化的不同发展方向，以技术重点来区分这三个A1情景组：化石密集（A1F1）、非化石能源（A1T）、各种能源资源均衡（此处的均衡定义为，在假设各种能源供应和利用技术发展速度相当的条件下，不过分依赖于某一特定的能源资源）。（全球性&不注重环保）A2——A2框架和情景系列描述的是一个极其非均衡发展的世界。其基本点是自给自足和地方保护主义，地区间的人口出生率很不协调，导致持续的人口增长，经济发展主要以区域经济为主，人均经济增长与技术变化越来越分离，低于其它框架的发展速度。（区域性&不注重环保）第43页，课件共92页，创作于2023年2月B1——B1框架和情景系列描述的是一个均衡发展的世界，与A1描述具有相同的人口，人口峰值出现在世纪中叶，随后开始减少。不同的是，经济结构向服务和信息经济方向快速调整，材料密度降低，引入清洁、能源效率高的技术。其基本点是在不采取气候行动计划的条件下，更加公平地在全球范围实现经济、社会和环境的可持续发展。（全球性&注重环保）B2——B2框架和情景系列描述的世界强调区域性的经济、社会和环境的可持续发展。全球人口以低于A2的增长率持续增长，经济发展处于中等水平，技术变化速率与A1、B1相比趋缓、发展方向多样。同时，该情景所描述的世界也朝着环境保护和社会公平的方向发展，但所考虑的重点仅仅局限于地方和区域一级。（区域性&注重环保）第44页，课件共92页，创作于2023年2月SRES示例性情景A1B，A2，B1和B2，A1FI和A1T中，CO2，CH4，N2O和二氧化硫的人为排放量。为了对比，还给出了IS92a情景的结果。第45页，课件共92页，创作于2023年2月不同的社会经济情景不同的GHG排放GCM中的辐射过程不同的未来气候情景SRES对未来气候变化影响示意图第46页，课件共92页，创作于2023年2月二、温室气体和全球气候变化已经发生的气候变化事实模式对未来气候情景的预估第47页，课件共92页，创作于2023年2月已经发生的气候变化事实第48页，课件共92页，创作于2023年2月Humanactivitieshavechangedthecompositionoftheatmospheresincethepre-industrialera第49页，课件共92页，创作于2023年2月TheLandandOceanshavewarmed第50页，课件共92页，创作于2023年2月Precipitationpatternshavechanged第51页，课件共92页，创作于2023年2月TheEl-NinophenomenaleadstofloodsanddroughtsthroughoutthetropicsandsubtropicsElNiñoyearsLaNiñayearsThefrequency,persistenceandmagnitudeofEl-Ninoeventshaveincreasedinthelast20years第52页，课件共92页，创作于2023年2月SeaLevelshaverisen

第53页，课件共92页，创作于2023年2月Weather-relatedeconomicdamageshaveincreased第54页，课件共92页，创作于2023年2月Globalmeansurfacetemperatureshaveincreased第55页，课件共92页，创作于2023年2月Mostoftheobservedwarminginthepast50yearsisattributabletohumanactivities第56页，课件共92页，创作于2023年2月模式对未来气候情景的预估第57页，课件共92页，创作于2023年2月Globalmeansurfacetemperatureisprojectedtoincreaseduringthe21stcentury第58页，课件共92页，创作于2023年2月LandareasareprojectedtowarmmorethantheoceanswiththegreatestwarmingathighlatitudesAnnualmeantemperaturechange,2071to2100relativeto1990:GlobalAveragein2085=3.1oC第59页，课件共92页，创作于2023年2月Someareasareprojectedtobecomewetter,othersdrierwithanoverallincreaseprojectedAnnualmeanprecipitationchange:2071to2100Relativeto1990第60页，课件共92页，创作于2023年2月Meansealevelisprojectedtoriseby0.09to0.88mby2100,butwithsignificantregionalvariations

第61页，课件共92页，创作于2023年2月ExtremeWeatherEventsareProjectedtoIncreaseHighermaximumtemperatures;morehotdaysandheatwaves

overnearlyalllandareas(verylikely)

Higherminimumtemperatures;fewercolddays

frostdaysandcoldspellsovernearlyalllandareas(verylikely)moreintenseprecipitationeventsovermanyareas(verylikely)increasedsummerdryingovermostmid-latitudecontinentalinteriorsandassociatedriskofdrought(likely)increaseintropicalcyclonepeakwindintensity,meanandpeakprecipitationintensities(likely)IncreasedmortalityinoldpeopleinurbanareasDamagetocropsHeatstressonlivestockExtendedrangeofpestsanddiseasesLossofsomecrop/fruitLandslides,mudslides,damagetopropertyandincreasedinsurancecostsReducedrangelandproductivity,increasedwildfires,decreasedhydropowerDamagetovariousecologicalandsocioeconomicsystemsProjectedchangesduringthe21stcenturyExamplesofimpacts第62页，课件共92页，创作于2023年2月Moreadversethanbeneficialimpactsonbiologicalandsocioeconomicsystemsareprojected第63页，课件共92页，创作于2023年2月Increasedwateravailabilityinsomewater-scarceregions,anddecreasedwateravailabilityinmanywaterscarceregions第64页，课件共92页，创作于2023年2月2020s2050s2080sInitiallyincreasedagriculturalproductivityinsomemid-latituderegions&reductioninthetropicsandsub-tropicsevenwithwarmingofafewdegrees第65页，课件共92页，创作于2023年2月Significantdisruptionsofecosystemsfromdisturbancessuchasfire,drought,pestinfestationandinvasionofspecies

Changesintheproductivityandcompositionofecologicalsystems,withcoralreefsandborealforestsbeingmostvulnerable第66页，课件共92页，创作于2023年2月BranchingcoralBraincoralcoralbleachingeventsareexpectedtoincrease

第67页，课件共92页，创作于2023年2月Ecologicalsystemshavemanyinteractingnon-linearprocessesandarethussubjecttoabruptchangesandthresholdeffectsarisingfromrelativelysmallchangesindrivingvariables,suchasclimate.

Forexample:

Temperatureincreasebeyondathreshold,whichvariesbycropandvariety,canaffectkeydevelopmentstagesofsomecropsandresultinseverelossesincropyields.

第68页，课件共92页，创作于2023年2月Increasedriskoffloods,potentiallydisplacingtensofmillionsofpeople,duetosealevelriseandheavyrainfallevents,especiallyinSmallIslandStatesandlow-lyingdeltaicareas.

Bangladeshisprojectedtoloseabout17%ofitslandareawithasealevelriseofonemeter-verydifficulttoadaptduetolackofadaptivecapacityprojectedpresent第69页，课件共92页，创作于2023年2月

Effectonhumanhealth…

Reducedwintermortalityinmid-andhigh-latitudes

Increasedincidenceofheatstressmortality,andthenumberofpeopleexposedtovector-bornediseases,suchasmalariaanddengueandwater-bornediseasessuchascholera,especiallyinthetropicsandsub-tropics

第70页，课件共92页，创作于2023年2月以下是国内科学家的模拟结果第71页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的A2情景下2011-2040年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）大多数地区增温10C左右北极圈增温2-30C第72页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的B2情景下2011-2040年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）和A2的情形相似北半球高纬度地区升温情况更为严重第73页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的A2情景下2041-2070年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）陆地比海洋升温严重北半球中高纬度升温可达60C以上第74页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的B2情景下2041-2070年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）和A2情形相似北半球中高纬度升温有所削弱第75页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的A2情景下2071-2100年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）太可怕了！但愿不是真的！第76页，课件共92页，创作于2023年2月全球模式模拟的B2情景下2071-2100年全球年平均温度变化（单位：℃）（相对于1961-1990年）增温与A2相比有所减弱，但是北半球的增温情况依然十分严重。第77页，课件共92页，创作于2023年2月三、温室气体与我国