CH7 全球氣候變遷
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7-1 古氣候變遷
氣候變化紀錄
氣候
天氣狀況的長期平均狀態
描述氣候狀況的因子:地表氣溫.降水量.風速.風向等
重要氣候指標:氣候(最直接影響人類日常生活)
氣候變化紀錄
自然(地質)紀錄
冰層(冰芯).沉積物->由下往上堆積 底層較老
樹輪.珊瑚->由內向外長 內層較老
人為(近代)紀錄:歷史文獻.古代繪畫
溫室氣體
水氣:最主要
二氧化碳(其次)
冰芯研究顯示 地表氣溫變化與二氧化碳濃度 有極大關聯
氣溫高時 大氣二氧化碳濃度較高 反之則較低
其他(含量較低):甲烷.臭氧.氟氯碳化物
含量變化
減少 : 岩石風化會消耗大氣二氧化碳 降低其濃度
增加 : 人為空氣污染.火山的釋氣作用 進一步造成全球暖化
長期氣候變化
溫室氣候:比現今溫暖(地球形成至今大致處於溫室氣候)
冰室氣候:有大規模的冰雪堆積(少數時段處於冰室氣候)
控制因素
外部:太陽輻射能->太陽輻射越強 地表溫度就越高
內部
溫室氣體濃度->顯著增加 可能造成全球增溫
海陸分布變化
大尺度而言 是造成長期氣候變化的主因
板塊運動使海陸位置不斷改變 影響地球表面熱能的傳輸和分布
海峽的開通和關閉 改變洋涼的路徑 近而影響地球熱量.水氣傳輸
地表反照率
影響因素:陸地表面的植被分布.冰雪多寡.海陸分布
沙漠.冰雪反照率高 / 森林.海洋反照率低
長期氣候變化史
地球早期~顯生元(46~6億年前)
氣候溫暖
沉積岩證據得知 此時地球不曾被封凍
火山作用釋放大量溫室氣體 造成溫室效應較強 溫度高
氣候轉涼
溫室氣體含量大幅降低
水氣移除 凝結形成海洋 海洋發生除碳作用
氣候寒冷
二氧化碳含量.溫室效應降低 氣後全面轉寒(8~6億年前)
冰河遍佈全球
古生代~早新生代(6億~4000多萬年前
古生代末(3億年前)
冰室氣候
岡瓦那大陸向南漂移 3億年前緩慢漂移經過南極
陸地廣布高緯 大陸冰原形成 冰雪反射陽光 反照率高 造成冰期
中生代
逐漸回暖
岡瓦那大陸解體 大部分大陸北移 解除冰河狀態
大陸中心部位 氣候變得炎熱乾燥
早新生代至今(4000多萬年前至今)
4000多萬年前
印度撞上歐亞大陸 青藏高原.喜馬拉雅山形成 造成氣候改變
旺盛岩石風化作用 消耗大氣二氧化碳 溫室效應減弱 溫度下降
3500萬年前
南極大陸中心冰雪堆積 之後整個南極冰封
全球反照率提高 造山運動持續 全球氣候更趨寒冷 進入冰室氣候
200多萬年前
北極地區開始出現冰雪
南北半球都戴上白色冰帽
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7-2 氣候遽變
短期氣候變化
冰期-間冰期
冰期:氣候寒冷.冰源擴張的時期
間冰期:兩個冰期之間 溫度回升的期間
目前人類所處間冰期 只持續一萬年左右
上次的間冰期是發生在12.5萬年前
外部控制因素
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地球接收到太陽輻射量的變化
地球繞日公轉軌道形狀改變
時而接近圓形 時而接近橢圓
偏心率越大(地球距離太陽越遠) 年輻射量越小
週期:十萬年 / 現況:偏橢圓
地球自轉軸傾角改變
緩緩在21.5~24.5度之間變動
影響太陽直/斜射 使回歸線.極圈緯度改變 影響四季差異
傾角越小 夏季高緯接收輻射量少 溫度低 四季越不明顯
週期:4.1萬年/現況:23.5度
進動(歲差)
地球自轉軸指向改變
自轉軸以順時針繞圈晃動(似圓錐運動) 指向不停變動
影響太陽直射.斜射位置 改變地球季節
週期:2.6萬年/現況:自轉軸北端指向北極星
影響
冰期:自轉軸偏角小 南北半球冰源擴張
間冰期:自轉軸傾角偏大 南北半球冰原縮小
內部控制因素
外部因素的週期性變化引起內部因素的變動
季風
夏輻射量週期性增加 擴大陸地夏季升溫幅度->夏季季風週期性增強
冬輻射量週期性減弱 使陸地在冬季更寒冷->冬季季風週期性增強
地球反照率
當高緯地帶 太陽輻射量降低
冬季積雪夏季不易融化 冰原擴大
冰雪反照率高 使地表吸收太陽輻射能減少
對冰雪累積有利 不斷增強地球冷化趨勢
溫室氣體濃度
溫室氣體濃度和地表氣溫正相關
溫室氣體濃度和全球冰川體積負相關
短期氣候變化史
上次間冰期~末次冰期鼎盛期
時間:12.5~2萬年前
氣候長期處在較寒冷的冰期狀態
此寒冷時期 曾快速轉暖或轉冷(數十年)
南北半球氣候迥異:北乾冷時南濕熱
末次冰盛期
時間:2萬年前
冰原體積達最大 溫度降到低點
全球海水面下降(較現代低120公尺)
大陸棚海域->陸地.淺灘(如:台灣海峽)
高低緯之間溫差大 大氣/海洋環流活躍
西風強勁 揚沙漠沙塵 堆積黃土高原/海底
全球反照率增加 溫度降水氣少 沙漠擴大 森林面積少
末次冰盛期~新仙女木事件
新仙女木事件
時間:1.3萬年前
回冷事件:逐漸變暖過程中 突然轉冷
可能原因:北美冰原大崩解 大西洋深層水停止形成 溫鹽環流減弱
新仙女木事件以來
1萬年前 進入間冰期 逐漸回暖 有利人類文明發展
短期氣候遽變
中世紀暖期:9~14世紀
小冰期:15~19世紀
8世紀 馬雅文明滅亡->乾旱
歐亞草原夏季乾熱 冬季嚴寒 游牧民族不斷遷徙
氣候+社會現況 影響文明興衰
16世紀 北歐維京人撤離格陵蘭島
暖化趨勢與衝擊
7-3 全球暖化
現象
地表溫度持續上升 達到千年以來的高點
暖化速率為過去冰期復暖速率的10倍
雪線移向高緯度.高海拔 極區.高山冰層融化
負面衝擊
海平線上升:工業革命以來 海平面升高將近20公分
極區增溫後 凍原所含甲烷冰融化 將甲烷釋放到大氣 增強暖化
天氣與氣候的劇烈變化 使人類對水資源管理更加困難
影響陸地與海洋生態
影響公共衛生 暖化使傳染病誘發頻繁
正面影響
世界新穀倉產生: 暖化可能讓中高緯度土地更適合耕種
過去北極海石油常被海冰封凍 現在海冰減少 石油易開採
北極海航運開通
原因
科技進步 人類大量開發資源 製造強效溫室氣體(甲烷.氟氯碳化物)
工業革命後全球溫度變化=人為溫室效應+天文/地球內部氣後機制
未來氣候
7-4 未來氣候
高濃度溫室氣體 非全球暖化關切重點
原因
沒有溫室氣體 地表均溫為攝氏-18度 生物難存
地球歷史上有些時期二氧化碳濃度比現在高數倍 依然有豐富生態
須注意氣候變化速度(遽變)
原因
若暖化過於快速 人類和生態系統可能來不及調適
預測與趨勢
21世紀末:地表均溫高2~4度
21世紀末 海平面會上升60~90公分
增溫因素確定是 溫室氣體的排放