美国

伊恩·科林·普伦蒂斯

马克斯-普朗克生物地球化学研究所邮箱:德国耶拿100164 07701

多伦多大学物理系安大略省多伦多M5S 1A7加拿大

James F. russting，地球科学系，戴克443号

宾夕法尼亚州立大学帕克分校，PA 16802

美国、

杜普莱西

气候和环境科学实验室混合CE A-CNRS Parc du CNRS 91198 Gif sur Yvettecedex法国

琼Jouzel

气候与环境科学实验室UMR CEA- cnrs 1572 CEA Saclay

91198 Gif sur Yvette cedex法国

将Steflen

IGBP秘书处

瑞典皇家科学院，瑞典斯德哥尔摩50005 104 05

哈特穆特·格拉斯马普研究所

德国汉堡气象局。55 20146

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前言

关于“岩石圈生物圈“相互作用与气候”会议于1998年raybet雷竞技最新11月9日至13日在宗座科学院举行。研究会议的目的是审查的作用生物地球化学循环和气候，raybet雷竞技最新确定这一研究领域的关键科学问题，并概述一个长期的科学战略。

生物地球化学循环在影响地球气候的方式中起着关键作用，同时也受到与地层圈和生物圈相互作用的影响。raybet雷竞技最新可以毫不夸张地说，阐明自然界的生物地球化学循环是我们这个时代最大的科学挑战之一。

温室气体——二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等等——和气溶胶微粒一起，尽管浓度很小，但在决定地球气候方面起着至关重要的作用。raybet雷竞技最新它们的浓度是由陆地和海洋生物圈以及海洋中的物理、化学和生物过程以及大气内部的化学相互作用决定的。因此，要发现大气微量气体的组成是如何被调节的，就需要理解维持地球上生命的复杂的相互作用系统，在面对外部(例如，轨道的变化以及太阳辐射的变化)和人类活动，如化石燃料的燃烧、森林砍伐和农业活动。

近几十年的研究表明raybet雷竞技最新地球气候，与发生在大气和生物圈内的化学过程相互作用，构成了一个复杂的交织和集成系统。这种系统中某个部分的变化可能会影响到整个系统，从而通过各种反馈过程的作用放大初始扰动。例如，大气中温室气体浓度的变化与各种地球物理因素一起影响了从冰川期到间冰期的过渡，进而导致植被的大规模变化和对生物过程的相关影响。今天，这些自然过程进一步受到人为影响，现在已经达到了这样的规模，一些自然的生物地球化学循环正在发挥次要作用。

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大气中的温室气体浓度现在可能达到了过去100万年以来的最高水平，而且它的增长速度比过去自然过程的增长速度快了数百倍。

在研究会议上讨论的议题中，第一个是人为问题。在过去的二、三十年中，人类活动对地球的影响是显而易见的大气的化学成分．仅在过去30年里，温室气体造成的气候强迫总量增加了约25%;raybet雷竞技最新只有一半来自二氧化碳，其余来自甲烷、一氧化二氮和氯氟烃*在某些低温条件下，氯氟烃还具有破坏平流层臭氧的额外特性，每年春天在南极洲上空都能明显地证明这一点。这种情况是否会在北半球更普遍地发生，这是一个非常令人关切的问题，特别是因为根据过去20年的卫星数据，有明显的迹象表明，平流层的温度正在下降，大约每十年下降0.5“C。自20世纪50年代以来的无线电探空仪观测表明，平流层温度的下降持续了更长的时间，但观测结果可能会受到批评。如果我们看看其他一些化学活性更强、在大气中停留时间更短的气体，如NOx和SO^，我们注意到，这些气体的人为排放已经高于自然排放，特别是在发展中国家有增加的趋势雷竞技手机版app辐射平衡影响大气和气候，这些气体也影响着生物圈，从而影响着整个地球系统raybet雷竞技最新。

气候系统raybet雷竞技最新是高度复杂的，由一系列相互交织的反馈过程调节。由于缺乏相关的数据，人们对它还不完全了解，许多重要的过程还没有很好地理解。这意味着人类活动对气候的影响永远无法准确预测，人类必须为突发事件做好准备。raybet雷竞技最新保罗·克鲁岑教授在本书第一章中对臭氧空洞的描述就是这样一个例子。

研究会议上讨论的第二个重要主题是EartlTs系统的建模。气候系统的建模，包括过去的气候，raybet雷竞技最新近年来已经取得了很大的进展，人们正在努力改善系统的各个组成部分——大气，海洋、陆地表面等等，并将各个部分耦合起来。特别具有挑战性的是处理突发性事件，例如在热盐环流的不同阶段之间出现的快速转变。

研究会议期间讨论的第三个广泛主题是探索过去气候的信息，从而更全面地了解地球系统。raybet雷竞技最新

基于植物和动物数据的重建表明，曾经有一段时期高纬度地区某些数据虽然难以解释，但表明这些温暖的气候与高浓度的二氧化碳有关，可能是目前浓度的10倍。raybet雷竞技最新

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通过对从格陵兰岛和南极洲获得的冰芯进行同位素分析，确定了过去20万年左右温室气体浓度的波动。二氧化碳浓度明显变化，从最密集冰川期的约180 ppm到间冰期的约300 ppm。今天没有人严肃地认为——正如阿伦尼乌斯最初提出的那样——温室气体的时间变化是最近冰期旋回的原因，现在认为这是由轨道变化引起的外部作用力引起的。相反，温室气体的作用是放大这种力量。但这种反应绝不简单，而且还没有得到充分的解释，因为二氧化碳和甲烷与海洋和生物圈的相互作用完全不同。

格陵兰岛的冰芯测量和北大西洋的沉积物研究也表明了这一点气候突变raybet雷竞技最新发生的时间尺度从几十年到几百年不等，可能与北大西洋热盐环流的变化有关。大尺度大气环流与陆地表面过程相互作用时的变化在多大程度上可能影响这些事件，有待进一步研究。

研究会议的最后一个议题是讨论科学界应对气候变化挑战的总体研究战略和方式。raybet雷竞技最新

现代生物地球化学循环和气候研究的目标可以用一系列科学问题来表达，例如:raybet雷竞技最新

地球COj循环对气温和降水变化的响应是什么世界上不同的地方？哪里会有正面和负面的反馈?这会有什么影响氮循环？N^O和NO的排放量是增加还是减少?可能的人为影响是什么?

海洋将如何二氧化碳的循环应对气候变化?raybet雷竞技最新这方面的关键过程是什么?

我们如何估计由火山爆发或厄尔尼诺事件引起的轻微气候变化对CO2和CH^变化的影响?

由于人为和其他影响，生物圈，特别是热带地区的生物圈发生了怎样的变化?这将对对流层臭氧——大气中天然的“化学清洁剂”OH——以及云凝结核的发展和分布，从而对云分布和气候产生什么后果?raybet雷竞技最新

我们如何解释大气中每年的波动微量气体浓度？海洋和大气在这方面的相对作用是什么?我们能从古记录中揭示的，在任何人为排放之前的自然变化中得出什么结论?

根据所有可获得的信息，大气化学的变化对轨道驱动的太阳照射强迫增加了明显的正反馈。当天气寒冷时，所有温室气体的浓度都很低，大气中气溶胶(土壤粉尘)的负荷也很高，从而增加了行星的反照率。大气化学变化背后的机制是什么气溶胶加载，这个反馈的强度是什么?

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在很长一段时间里，大约10亿到100万年前，太阳的辐射增加了25%左右。在同一时期，大气和地球表面发生了显著的冷却。这种情况是由于地球引力和气候之间的相互作用，二氧化碳浓度发挥了特殊的控制功能吗?raybet雷竞技最新从这个时间角度来看，生物圈的角色是什么?

古记录(如中新世、始新世和白垩纪)有明确的证据表明气候发生了变化raybet雷竞技最新每个地方都不一样在中高纬度地区。亚极地和亚热带气候变化之间存在差异，这些差异不能用气候变化来解释raybet雷竞技最新天文学迫使由轨道变化引起的。在这些时间尺度上，生物圈在控制地球气候方面发挥了什么作用?特别是大气、海洋和生物圈之间碳交换的上限和下限是raybet雷竞技最新什么?大气中二氧化碳可能的最大和最小浓度是多少?我们能先验地排除气候变化“失控”的可能性吗?raybet雷竞技最新确实有很多问题。这些问题很难回答，但它们有助于勾勒出我们任务的跨学科特征，

Lennart Bengtsson和Claus Hammer

迈普万(Maiepwan)

简介

人类对全球环境的影响在本世纪大大增加。在19世纪初，出现了严重的局部环境问题，主要是在人口密集地区，但对全球环境的影响几乎不明显。本世纪末的形势发生了巨大变化。人类活动对大气整体成分的影响已经在一定程度上主导着自然过程。在平流层臭氧层的破坏氟氯化碳和其他人造化学成分的污染以及温室气体排放增加导致的气候变暖是人类目前面临的问题。raybet雷竞技最新可以预见的是，由于人口的增加和先进工业化将覆盖整个世界的可能性，环境问题在未来将会更加严重。

环境问题本质上是复杂的，因为它们通常包括一系列复杂的反馈过程。因此，它们无法准确预测，必须预料到环境对人为和其他影响的反应方式会出现重大意外。一个需要更多科学关注的领域是生物圈、岩石圈和气候之间的相互作用。raybet雷竞技最新这种重大的相互作用的发生在古记录中得到了充分的记录，这些记录表明，地球过去的气候与今天的气候非常不同。raybet雷竞技最新

为了解决这些问题，1998年11月9日至13日，教皇科学院在梵蒂冈城的科学院总部组织了“地球圈-生物圈相互作用和气候”研究会议。raybet雷竞技最新一个由大约25名科学家组成的小组，他们是这些问题领域不同方面的专家，被邀请确定我们的科学知识的现状，并概述未来研究的长期战略，以及社会可以根据我们现在所知道的采取的可能行动路线。序言中描述了会议指导个人贡献的具体目标。

本书收录了“地球圈-”研究会议18篇论文的修订本生物圈的相互作用和气候/raybet雷竞技最新1这些报告将该专题广泛地细分为五个主要部分，首先审查人类活动对气候和全球环境的影响日益增加的问题，其次审查气候变化的具体人类观点。接下来是对

继续阅读:生物圈与平流层相互作用

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