第3章全球環境變化的主要特征與過程重點及難點：（1）全球環境變化的時空尺度及其聯系（2）全球環境變化的驅動力（3）全球碳氮循環與水循環地球表層系統作為一個開放體系，太陽輻射、大氣成分、大氣過程、海陸關系、海洋環流、冰蓋、陸地地形、地表組成物質和人類活動等的相互作用，在一個時間序列當中可表現為多層次驅動、響應、反饋、放大等十分復雜的關系。因此，全球環境變化既會表現出某種周期性變化，又會表現為一些漸變和突變?！?.1全球環境變化的時空譜特征

（Space-timeSpectrum

characteristics

globalenvironmentalchange）全球環境變化的時空尺度一、時間尺度全球環境變化可劃分為5個時間特征（陳效逑,2001)幾百萬年至幾十億年（地質歷史時期）

全球變化事件受地球行星演化規律與進程的控制，如巖石圈板塊的運動導致地球上滄海桑田的演變，陸地上的造山運動和造陸運動形成山脈、高原等大的地形單元，大氣圈和水圈的形成與演變，以及生命起源與原始人類出現。（不可逆事件）幾千年至幾十萬年（最近的地質歷史時期）

第四紀冰期-間冰期的交替，海面的升降，伴隨冷暖、干濕變化的大氣成分改變，如塵埃含量的變化、古土壤層的發育、生物種的分布、遷移和滅絕，人類文明的誕生與發展。（可逆事件）幾年至幾百年（年際、年代際-世紀際）典型事件包括全球氣溫的趨勢性上升，氣溫、海溫、降水量、徑流量、地表侵蝕、植物物候期及生長季節等的準周期性波動和突變，植物種群結構的變化和植被帶的可能移動。

驅動力：太陽活動、火山活動、大氣環流的長期變化，厄爾尼諾-南方濤動等自然因子和大氣溫室效應的增強等人為因子。幾天至幾個季度典型事件：大氣環流的季節震蕩，氣溫、降水和地表經歷的季節波動，植物群落季相與農事季節的更替，土壤-植物-大氣之間生物地球化學循環的年際變化。驅動力：太陽輻射量輸入的年循環。幾秒至幾小時：典型事件：氣候要素的日變化，幾分鐘到幾小時的天氣現象，植物與土壤的溫度日變化，土壤-植物-大氣之間的物質與能量傳遞。驅動力：太陽輻射能量輸入的日周期。全球環境變化的時間尺度全球尺度：空間范圍>20000km，大約相當于半球至全球尺度。特征事件太陽輻射能分布、大氣環流和洋流、溫室效應與全球氣候變化、臭氧層破壞等。（1a~幾十億a)區域尺度：空間范圍100~20000km，地域單元有大陸、大洋陸地上的自然地帶以及海區。特征事件季風和大型天氣過程、海流、厄爾尼諾一南方濤動、巖石圍板塊構造運動與造山運動、冰期一間冰期交替、氣候帶與地帶性植被一土壤的形成等。(1a~十幾億a）二、空間尺度地方尺度：空間范圍10~100km。特征事件地震、流域的水土流失、中尺度天氣系統(如中氣旋、雷暴等)、植物物候期的水平變化、城市氣候與大氣污染、河流與水域的污染、成礦作用等。(1d~百萬a）局地尺度：空間范圍<10km。特征事件事件有火山爆發、小流域地表侵蝕、小尺度天氣系統(如龍卷風、山谷風、海陸風)、植物物候期隨地形的變化、植被冠層的微氣象、土壤的養分循環、點源和線源污染事件等。(幾s~1a）全球系統中各種事件和過程的時間尺度與空間尺度是相關聯的。一般說來，較大空間尺度的事件和過程，其時間尺度的范圍也較大；較小空間尺度的事件和過程，其時間尺度的范圍也較小。全球氣候變化的空間尺度可達20000km以上，相應的時間尺度為幾十年到百年，而植被冠層微氣象變化的空間尺度僅為數厘米到數米，相應的時間尺度是幾秒到幾分鐘。三、時空尺度的聯系性太陽輻射太陽活動：黑子和光斑，譜斑、耀斑，日珥等?！?.2全球環境變化的驅動力

（Drivingforceofglobalenvironmentalchange）一、外部因素板塊運動造成的系列變化：海陸分布變化、山地和高原的隆起、火山活動（降溫作用→“陽傘效應”）、地球內部物質分布導致的地極漂移。二、地球內部因素陽傘效應：

強火山爆發能在平流層下部形成一個持久的含有硫酸鹽粒子的氣溶膠層，它們存留在平流層中增加了大氣的反射率，因而減少了到達地面的直接太陽輻射，進而導致溫度下降，這個影響被稱為“陽傘效應”。如1963年3月印度尼西亞巴厘島的阿貢火山爆發約3個月后，澳大利亞墨爾本的直接太陽輻射減少23%，散射輻射增加1倍，但散射輻射的絕對值小，所以總輻射減少達6％。一般認為，一次較大火山爆發后一兩年，半球或全球平均溫度下降0.3℃左右，以后逐漸回升，四五年后恢復正常。北半球的火山噴發往往使全球溫度在3個月后產生最大降溫，并可影響南半球的氣溫，但影響時間短。而南半球的火山噴發要在19~20個月之后才產生最大降溫、但影響時間長，對北半球影響不大。人類活動所引起的地球系統的狀態和功能的改變，在工業化以來的200多年里急劇加速，在幾十至幾百年的時間尺度上，人類活動對全球變化的影響與全球變化對人類的影響均極為顯著，人類生態系統過程已成為全球變化過程的一個不可忽視的組成部分。而人類生態系統、土地覆蓋變化、污染物排放影響全球生物地球化學循環過程、地球表層系統組成→自然系統功能失調和變化，并通過累積性變化或系統性變化導致全球環境變化。（如全球最高溫記錄不斷打破）三、人為因素全球環境變化在太陽輻射與活動、地球內部因素與人類活動下，由地球系統中一系列復雜的作用與反饋過程來實現的。三、地球系統內部的反饋作用生物循環包括§3.3全球環境變化的三大循環過程

（Threecycleprocessofglobalenvironmentalchange）一、生物循環陸地與海洋的C、N、P、S元素的循環大氣作用下的C、N、P、S元素的循環地球表層生物的地球化學循環土壤1580Gt植被610Gt1、碳循環全球碳循環（全球碳庫總量,3800~4188Gt）全球有機碳與無機碳循環人類活動對碳循環的影響(p48):化石燃料燃燒、森林砍伐造成碳排放逐年增加(p48圖3-8），超過海洋對CO2的容納極限，導致溫室效應、全球變暖、海面上升。2、氮循環全球氮循環大氣圈、生物圈是氮的主要貯存庫。生物固氮：固氮微生物將大氣中的氮還原為氨的過程。這些固氮微生物是與豆科植物有關具有共生關系的細菌與根瘤菌、自由生活的需氧細菌、藍綠藻。高能固氮：閃電、宇宙射線、隕星和火山活動等能把少量的氣態氮轉變成氮化合物的過程。工業固氮：以氣體和液體燃料為原料生產合成氨的過程。人類對氮循環的干擾：①工業固氮：氮肥生產和在農業生態系統中的使用，盈余氮素進入水體，與磷酸鹽結合，水體富營養化，形成水華或赤潮。②工廠、汽車等燃料燃燒排放NOx進入大氣圈，導致大氣中硝酸含量增加，與燃煤工業排放的SO2形成的硫酸結合，形成形成“溫室效應”，以及酸沉降。美國弗洛里達州水華深圳大梅沙赤潮3、磷循環全球磷循環磷循環是一非閉合的循環：大時間尺度內，磷素不斷從生態系統流失，隨動、植物殘體長期沉積海底，脫離循環，重新返回到生物圈的磷不足以補償損失，使生物圈磷日益缺乏。人類活動對磷循環的影響導致水體富營養化。也叫大地假說，基本觀點：地球是由生物因子與非生物因子共同交互作用，所緊密構成的恒定體系。地球上的生物圈和它的環境構成一個有機整體，地球大氣的組成、氣溫、海水溫度、海水pH等都是由生物圈積極調節，是生物圈通過自己的影響使地球的氣候環境長期保持在適合自己生存的“穩態”。4、蓋婭假說(GaiaHypothesis)P95二、能量循環地球能量循環過程主要是太陽輻射與地氣系統相互作用的結果。全球輻射差額地球能量循環來源物質是能量的載體，沿著食物鏈（網）流動；能量是物質循環的動力，使物質能不斷地在生物群落與無機環境見循環往返。能量循環是單向的，在流經生態系統各級營養級時逐級遞減。人類活動對能量循環的影響：化石燃料燃燒釋放溫室氣體增加，溫室效應增強；人為燃料燃燒釋放的熱量改變局部熱量平衡；大氣塵埃增加，反射越多，地表接受的熱量越少，即大氣塵埃增加引起的陽傘效應；土地利用方式的改變影響下墊面性質，導致能量循環改變。三、水循環(P246-252)

水循環是自然界的水在水圈、大氣圈、巖石圈（含土壤圈）、生物圈中通過各個環節連續運動的過程。包括：海陸大循環、內陸大循環、海上循環（小循環）。水循環類型循環過程及環節特點水循環的意義海陸循環①蒸發②水汽輸送③降水④地表徑流⑤下滲⑥地下徑流最重要的水循環類型，使陸地水得到補充，水資源得以再生①維持了全球水的動態平衡，使全球各種水體處于不斷更新狀態海上循環①蒸發②降水攜帶水量最大的水循環，是海陸間大循環的近十倍②使地表各圈層之間，海陸之間實現物質遷移和能量交換陸地循環①蒸發②植物蒸騰③降水補充陸地水體的少量為數很少③影響全球的氣候和生態④塑造者地表形態水循環類型

水循環的主要作用表現在：①水是所有營養物質的介質，營養物質的循環和水循環不可分割地聯系在一起；②水對物質是很好的溶劑，在生態系統中起著能量傳遞和利用的作用；③水是地質變化的動因之一，一個地方礦質元素的流失，而另一個地方礦質元素的沉積往往要通過水循環來完成。

水循環的地理意義：①維持全球水體動態平衡、促進水資源不斷得以更新；②促使自然界的物質循環和能量流動；③造成侵蝕、搬運、堆積等外力作用，不斷