全球古气候变化的调查

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图3 - 7(上)变化的冰筏碎片(IRD)在过去的60肯塔基州在609年北大西洋的网站,显示准周期性的脉冲称为“海因里希事件,”H1-H5的标签。温度变化伴随的海因里希事件以记录广告,S180和n厚皮(见第二章)。

n的厚皮(见2.3.2节)。之前我们看到每个H-event SST相对较冷,和每个H-event之后有一个快速增长、在海温之后有电场下锯齿型多下降较慢,直到下一个的出现H-event(所谓的债券周期)。叠加在这些变化的Dansgaard-Oeschger振荡。这些现象将进一步的讨论,从观测和理论观点,在第十六章。

3.5 (20 ka)最后的冰河时代

伴随的全球环境变化振荡所示图1 - 4是巨大的。例如,只有20肯塔基州前,在最后的巅峰大冰期冰盖(Wurm-Wisconsin冰川),达到深度超过3公里覆盖大部分北美、欧洲和亚洲。估计这冰覆盖图3 - 8所示,这是庆祝的照片地球表面20 ka的状态在一个典型的8月,由CLIMAP集团(1976),但它已经被修改,特别是关于减少海洋表面温度的值在低纬度地区。这天气重建是基于许多在第二章讨论的证据;海表面温度和冰覆盖,特别是,是基于动物物种组合的详细分析(和他们的氧同位素属性)在一个广泛的海洋沉积物获得网络。这是唯一冰川最大,延长约我,地质证据已经足够好了,可以尝试这样的reconstruction-but甚至在这种情况下,有很多争议的厚度、体积,冰盖的位置(珀尔帖效应、1994和引用)。作为一个例子,主要的存在架子上西伯利亚冰原,在西藏仍在争论中。

我们可以看到的主要中心冰的积累不对称地分布在世界各地。在南半球,我们找到一个比今天更冻结成冰的南极洲,扩大领域的海冰延长多达10°纬度朝赤道方向的平均位置。冻结成冰的区域也被发现在山区的南非,澳大利亚,南美洲。然而,最具戏剧性的增加冰川作用在北半球。这里一个巨大的冰盖北美(Laurentide)出现时,合并与格陵兰岛冰原仍然存在,以及北欧冰原,席卷大西洋北环的冰川和海冰扩张。大量的海水被关在冰川冰,海水平是减少超过100,露出大片的岩石圈现在低于海平面(例如,东南亚和澳大利亚,以及亚洲和北美)之间的大陆桥。其他功能的状态由大陆推断出最后的冰河时代的传说中描述的阴影模式图3 - 8。同样值得注意的是:伴随这冷,最大冰状态是极端的干旱和多风的条件,就是明证尘埃层在冰芯和积累被风吹的碎片(黄土);见2.2.2节和2.5.3。

平等感兴趣的这个大陆图片推断海洋表面温度的模式。相比之下,目前的分布,尘封的意思是海-冰边缘在两个半球(在边缘附近的温度是固定的273 k),有一个位移的等温线向热带地区,哪里有相对较小的冷却从目前的水平。因此我们发现明显的“挤压”等温线(即。在中纬度地区,一个大的温度梯度)。这是重要的在确定的位置主要的洋流和环流(见第11章)和大气风暴,往往形成“额”区。总的来说,海洋的平均表面温度20 ka估计大约3 k冷却器比现在高。更多细节关于这些海洋特性和功能可以在大陆CLIMAP项目成员(1976)报告。

3.6冰河期的变化:过去20肯塔基州

在无花果。3 - 9和3-4c d我们展示详细冰的变化和温度自上次尘封最大,揭示冰层的融化和改善气候导致我们的现状并没有一个统一的过程。raybet雷竞技最新特别是,图3 - 9从海平面变化的分析表明,暗示了珊瑚礁生长在巴巴多斯(费尔班克斯,1989年),记录的融化冰盖发生在14.5和11.5 ka附近的两个主要的脉冲。这些脉冲由一个区间,在大约12 ka,被称为新仙女木期,在此期间有一个明显的回到欧洲和其他地方更冷的气候条件,伴随着一些冰川的再生,尤其是在苏格兰和北欧。这个新仙女木事件(码)集,它之前是温暖的事件称为Allerod-Bolling (a - b),也反映在温度代理曲线在图3-7b。也在图3-4c振幅越小,频率更高Dansgaard-Oeschger (d o)波动。

经过一段时间的快速变暖,北美和欧亚大陆的最后冰原消失大约10 ka,标记的开始全新世间冰期时代。持续温度上升在这个时代达到一个峰值约为5 - 6 ka,比地球更大的温暖的曾经又有经验。这就是所谓的气候适宜期或hypsothermal。的推断全球降雨量异常的这段时间,而现在,图3 - 10所示(凯洛格,1978),感兴趣的,因为他们随时可能代表条件极端的全球温暖,比如我们可能很快体验如果理论预测下面讨论的人为二氧化碳增加的后果是正确的。注意,例如,now-arid地区的降雨更丰富的北非和中东地区。

这hypsothermal状态之后,一段时间的温度下降,达到一个最低约为公元前500年,高山冰川的相当大的进步。另一个增加的温度之后,大约在公元1000年的“二次”气候适宜期,其特征是一个温暖的、相对干燥,storm-free北大西洋。在这段时间里,海盗能够使他们不朽的探险冰岛,格陵兰岛,在格陵兰岛和拉布拉多,导致农业定居点。然而,这种气候状态也被证明是短暂的,接下来的摇摆向较冷的温度,与向南推进海冰导致热最低在公元1400 - 1800年期间,集中在公元1700年,被称为“小冰河时代”(LIA)。

3.7过去100年

这给我们带来了一次当气象仪器进入使用精确的测量许多气象变量开始被记录下来。在图3-11我们记录显示,100年全球平均气温从全局数据推断,一段由人为强烈影响迫使以及自然变化(联合国政府间气候变化专门委员会,1996)。主要特点是变暖的趋势在20世纪初,第一部分之后,大约在1940年,通过一个简短的温度下降,随后由温度持续上升。这些全球气温变化都伴随着高山冰川的变化程度在过去的一个世纪里(例如,拉杜里,1971),以及最近的极地海冰的减少(Vinnikov et al ., 1999;Johannessen et al ., 1999;Rothrock et al ., 1999)。近年来包括越多

图3 - 8海表面温度(摄氏度),冰,冰和海拔高度(米),在最后一个冰河时代的顶峰,18000年前,随着重建古气候的证据。白色区域表示区域覆盖雪和冰。概述了基于大陆估计有120米海平面降低,相对于现值。CLIMAP后项目成员(1976)。

图3 - 9冰川融化的速度,决定从分析巴巴多斯岛的珊瑚礁海平面的一项指标。在费尔班克斯(1989)。

图3 - 9冰川融化的速度,决定从分析巴巴多斯岛的珊瑚礁海平面的一项指标。在费尔班克斯(1989)。

全球的增长高空观测和看起来不仅成为可能在温度波动,但也伴随全球大气的变化风循环和其他气象变量。所有这些特性感兴趣的增加,最直接的例子“全球变化”,这对人类的重要性是不言而喻的,特别是如果一个考虑了更多的戏剧性的可能性所代表的“冰河时代”。

明显的共变的二氧化碳和温度在此期间,延长回晚更新世(图3 - 6),图3 - 12所示;从其他结合理论和观测证据将在第十二章讨论看来,这个共变拥有完整的显生宙。

3.8气候变化的广义谱

鉴于气候变化的证据提出了在上面的部分中,我们总结的主要变化方差谱的形式。尝试代表这样一个频谱已经由米切尔(1976),Kutzbach(1976),和沙克尔顿Imbrie (1990)。在图1 - 2显示一个高度理想化版本的频谱示意图可能适用于在中间纬度点multimillion-year表面温度的记录。我们注意到,上面的红噪背景方差增加的时期,有四个主要的最大值对应的分别,小规模动荡(分钟),天气气候变化(天),尘封的变化(10 - 100肯塔基州),和超长周期波动(mil -“构造”

图3 - 10的示意图表示全球夏季降水条件相对于目前Altither-mal期间,4 - 8卡。在凯洛格(1978)。

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图3-11估计自1860年以来,全球平均气温的变化。

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图3-11估计自1860年以来,全球平均气温的变化。

狮子的年)。在下一章我们将进一步参考光谱,数量和e和S底部(图1 - 2)所示,为基础解决完整的古气候问题为可管理组件。

与时间序列谱描述描述在这一章里,我们接近这本书的主题,即气候的一个理论的发展,我们希望占过去所发生的巨大变化和预测该地区的变化。raybet雷竞技最新之前的定量方面的问题,然而,一些总论为了关于气候变化的可能原因我们已经讨论了。

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图3 - 12温度和二氧化碳的变化在过去的160000年,(a)表面冰的温度变化在南极洲(Barnola et al ., 1987)。(b)全球年平均地表温度(琼斯et al ., 1986)。(c)二氧化碳的变化专门分析(Barnola et al ., 1987)。佩尔曼(d)二氧化碳的变化从专门分析等,1986)。(e)现代南极二氧化碳观测(Bacastow倾覆,1981;Komhyr et al ., 1985)。佩尔曼后(1988年)。

44 3 3.9全球古气候变化的调查定性讨论的原因

说明的一些因果机制通常调用解释气候变化,我们再考虑平均温度发生了变化,近年来(图3-11)。目前,最受欢迎的解释全球温度上升20世纪早期的部分是水平的上升在大气中二氧化碳(CO2)在此期间由于燃烧ios版雷竞技官网入口 如煤和石油。因为二氧化碳是一个很好的吸收和发射器的长波辐射,越来越多的成分导致了所谓的温室效应增加,辐射热量被困在大气层。也增加了灰尘和颗粒物(如硫酸大气中气溶胶),一个原因是火山活动,但工业活动发挥着越来越重要的作用。相信散射对太阳辐射的反射,这个全球灰尘导致的减少二氧化碳的影响。原油定量估计表明,这两种影响可能占平均温度变化所示图3-11。注意,在这两种情况下,人类进入照片不仅是旁观者的影响,但也尽可能的因果代理。

之前我们接受这些解释太容易,然而,它将是明智的福勒对因果关系的可能性,气候变化,所有时间尺度上,基于我们的讨论。raybet雷竞技最新在图1 - 1,我们分类的各种元素气候系统的影响问题。raybet雷竞技最新最大的构造(图1 - 1)代表内部气候系统,其中有代表性的海洋大气分离表示和biolithosphere构造代表边界层,这是人类的主要气候环境。大气结构包括所有的基本变量、统计数据(包括方差)构成的气候的描述:风V,温度,降水P,朦胧C、f和化学和颗粒组成,(例如,这两个因素,二氧化碳和大气气溶胶,我们刚刚提到中发挥突出的作用提出解释最近的温度趋势)。raybet雷竞技最新

如果我们希望讨论的这些大气气候变量波动的时间自由大气边界层,我们很快发现我们必须把其他变量考虑进去。因此考虑海洋国家和地球陆地表面的物理和生物状态(包括现有的冰雪覆盖,等因素的土壤和植被),这两个组织是高度加上通过通量穿过边界层大气气候。raybet雷竞技最新

除了这些最后一组变量,这不仅影响大气气候基本变量,但也受到了他们的影响(因此构成内部反馈系统的一部分),有许多真正的外部强迫的因素第1章中讨论,会导致所有的气候变量的变化,但本身是完全独立的气候。raybet雷竞技最新这些包括两大类因素:纯粹的天体物理性质涉及太阳辐射输出,地球的相对位置太阳,地球与行星际物质碰撞的可能性;和那些涉及固体地球构造过程大陆漂移和海洋等形成,造山运动(即。、造山运动)和火山活动,热量和物质注入到大气中。作为一个特殊的类别,我们可能会增加人类活动,包括项目,如改变空气成分和温度,改变地球表面的性质,工业、农业、城市活动。

几乎所有的提议的过去和未来气候变化理论涉及一个或多个变量或因素包含在图1 - 1。一般几个点。甚至从定性和半定量的角度来看,几乎所有的因素包括,因此每一个因素的组合,似乎能够导致一些气候变化的观察。给一些例子,似是而非的论点提出了大陆漂移的作用和造山运动占长期气候振荡,以及所扮演的角色地球轨道的变化作为一个的原因更新世尘封变化,人为二氧化碳的作用迫使和火山活动的原因最近全球温度的波动。这些都是解释由一个外部迫使,通过流程的影响包括在上部和下部构造图1 - 1所示。

除了这些可能性也有气候会发生振荡的可能性,即使有绝对没有变化的外部强迫,完全由内部振荡涉及所有的反馈raybet雷竞技最新地球的组件空海系统包括在主要的内部构造。即有可能波动的气候是一个稳定的结果迫使天生的一个不稳定的系统,没有达到真正的平衡。raybet雷竞技最新

一个简单的例子之间的区别一个外部强迫变化和结果从内部不稳定很容易被发现在更高频率的气象光谱包含现象我们都熟悉。特别是,一年一度的季节性变化的气候是一个明显的例子天文强加的外部强迫变化变化的几何地球相对于太阳。raybet雷竞技最新一样在大多数的气候变化理论由于外部原因,涉及到一个简单的线性因果关系,相同频率的响应被强迫。然而,我们知道还有其他环境变量的显著变化,这个基本年度迫使或没有直接关系,对于这个问题,昼夜强迫。这些都是不规则的波动,有频率的几天到一周,与风暴movements-i.e相关联。,通过天气地图的高点和低点。在一天之内,通过强烈的天气”方面,“温度可以改变在一个点的平均温度变化在夏季和冬季之间。这种变化的结果是固有的不稳定大气中,导致反应不同的频率比强迫。结果是动荡在全球范围内的一种形式。几乎以相同的方式,在第1章提到的,可能是我们所观察的长期记录温度的本质是几千年来“气候动荡。”The record of temperature and ice change shown in Fig. 1-4, for example, may indeed be viewed as a response to the external forcing of the system, but it may bear little similarity in phase, frequency, or amplitude to this forcing. It should be clear, considering all of the factors involved, that the task of accounting for and predicting the climate is bound to be very difficult. What we do know is that the sys tem we are treating is too complicated to allow us to say anything meaningful at the qualitative level of our present discussion. Words and simple thought processes alone, however strongly based on physical arguments, will not suffice to achieve the kinds of deductions (explanations and predictions) that we seek. Rather, we strive to develop quantitative theory of climate in which all relevant forcings, feedbacks, and competitive physical factors are taken into account simultaneously. That is, we consider the explanation of variations in the climatic system as a problem in mathematical physics, in which the basic conservation laws for mass, momentum, and energy are expressed in symbolic forms so that the power of mathematical deductive logic can be used to extract quantitative relationships. As we shall see, due to the indeterminacies of our statements of these conservation laws, and the special difficulties and the statistical nature of climate, we shall have to proceed with a more phenomenological approach, including "stochastic" considerations. To begin, in Chapter 4 we shall set down the relevant mathematical statements of the conservation laws, and discuss a framework for attacking the many difficulties inherent in the problem. With this as our backlog, we will be in a position, in Chapters 5 and 6, to provide the foundations for a dynamical theory, the development of which is our ultimate objective.