【正文】 地給出過去的氣候變化在多大程度上是由人類活動(dòng)引起的，自然變化在其中起了多大作用。對(duì)溫室氣體，尤其是對(duì)云和氣溶膠的氣候效應(yīng)也不十分清楚。由于影響氣候變化的自然因素很多，加之大氣—海洋—陸地—冰雪等系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用和反饋，構(gòu)成情景設(shè)定的不確定性。因而綜合分析各種影響因素及聯(lián)合使用各種影響機(jī)制對(duì)氣候變化進(jìn)行分析具有重要的意義。內(nèi)部因子是指氣候系統(tǒng)內(nèi)的熱力、動(dòng)力和下墊面諸因子及其相互作用。具體來說全球氣候變化的影響因素主要有大氣上界輻射變化、溫室氣體變化、氣溶膠、地震潮汐和火山活動(dòng)、北極海冰、構(gòu)造抬升、下墊面物理景觀變化及世界人口等人為因素【4】。從地氣系統(tǒng)輻射平衡原理出發(fā)，外部強(qiáng)迫機(jī)制主要是由于地球軌道參數(shù)變化和太陽活動(dòng)引起的大氣上界輻射及其分布的變化、大氣溫室氣體的變化、氣溶膠變化與火山活動(dòng)、下墊面物理景觀變化等，這些變化通過影響地—?dú)庀到y(tǒng)輻射和熱量、水分平衡而驅(qū)動(dòng)全球長期氣候變化【4】。地球氣候系統(tǒng)的變化，實(shí)際上是能量平衡改變的結(jié)果，而大氣運(yùn)動(dòng)的最根本能量來自于太陽輻射，地氣系統(tǒng)本身又向外發(fā)射紅外輻射，長期平均而言，入射和出射輻射達(dá)到某種平衡。為了表征地氣系統(tǒng)諸因子如人射太陽輻射、大氣成分及行星表面特性等的改變對(duì)全球能量平衡所施加的影響，引人了“輻射強(qiáng)迫”的概念。 太陽對(duì)地球加熱，在極地和赤道之間形成輻射差，通過氣壓梯度和克里奧利力的作用，成為大氣系統(tǒng)的源動(dòng)力。大氣上界太陽輻射變化主要取決于地球軌道參數(shù)的變化和太陽活動(dòng)的影響。當(dāng)傾角增大時(shí)，高緯夏季接收輻射增加，冬季則減少，因而高緯的季節(jié)溫度變幅加大。為橢圓形，這種晃動(dòng)影響著二分點(diǎn)和二分點(diǎn)相對(duì)日地極值的距離的時(shí)間。太陽活動(dòng)是影響太陽發(fā)出輻射的主要因素，具有較明顯的周期性變化。盡管因太陽活動(dòng)引起的太陽常數(shù)變化不足1%，但許多學(xué)者從氣候記錄中鑒別出太陽活動(dòng)的11年和22年周期，并與樹木年輪再現(xiàn)的氣候數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。此外，太陽活動(dòng)與溫、壓、濕等其它氣候要素的變化也有一定聯(lián)系。1980年以來，衛(wèi)星用于太陽輻射測定，從數(shù)日至數(shù)年的尺度上看，太陽輻射是隨太陽黑子數(shù)而變化的，這是太陽活動(dòng)對(duì)輻射和氣候影響的有力證據(jù)之一【6】。下面以銀川市來舉例說明【7】。通常認(rèn)為，熱量是光能轉(zhuǎn)化的直接產(chǎn)物。分析銀川市總輻射和年平均氣溫的關(guān)系(圖1)可以看出，氣溫和總輻射呈負(fù)相關(guān)，達(dá)極顯著水平(p)。對(duì)直線求一次導(dǎo)數(shù)可知，總輻射減少100MJ/(m2造成這種現(xiàn)象的原因可能有兩方面，一是對(duì)80年代以來全球氣候變暖的響應(yīng)，二是由于銀川市近10年來城市發(fā)展迅速，排放到空氣中的人為熱量和污染物質(zhì)增多，削弱了太陽輻射，增強(qiáng)了城市熱島效應(yīng)?？傒椛渑c降水量的關(guān)系可表示為直線關(guān)系，方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=，達(dá)顯著水平(p)。從銀川市總輻射與蒸發(fā)量(1968~1972年缺測)的變化曲線圖（圖2）來看，蒸發(fā)量與總輻射呈正相關(guān)，達(dá)顯著水平(p)。a)，蒸發(fā)量將會(huì)減少18 mm。它們有透過太陽輻射、吸收或阻擋地面長波輻射的屬性，因而使對(duì)流層和地表溫度保持到一定水平上?！皽厥覛怏w”排放對(duì)氣候的最重要影響是引起全球變暖、平流層臭氧耗損、酸雨及降水分布變化和沙塵暴等災(zāi)害性氣候日益嚴(yán)重等問題。 當(dāng)前對(duì)溫室效應(yīng)的評(píng)估主要有三種指標(biāo):地表溫度變化、輻射強(qiáng)迫和全球增溫潛能(orobalwarmingPotentiaGWp)。但是，從制定方針、政策的觀點(diǎn)來看，估價(jià)某種溫室氣休的進(jìn)一步排放所產(chǎn)生的潛在影響顯得更為重要。其定義為：瞬態(tài)釋放1kg的某種溫室氣體，其輻射強(qiáng)迫的時(shí)間積分量與瞬態(tài)釋放1kg二氧化碳所產(chǎn)生的相應(yīng)量之比值。與地表平均溫度的變化相比，更加準(zhǔn)確可靠；與輻射強(qiáng)迫相比，它包含了溫室氣休對(duì)氣候影響的時(shí)間積分效應(yīng)，暗示了溫室氣休的壽命長短對(duì)氣候變化的作用和氣候變化的長期性。模式共包括了3種溫室氣體、86個(gè)化學(xué)動(dòng)力方程和93個(gè)光解反應(yīng)。由此模式，計(jì)算了溫室氣休的廓線和大氣壽命。最后計(jì)算出這31種溫室氣體在未來20年、100年和500年時(shí)間跨度的Gw。以前應(yīng)用最多的是全球環(huán)流模式(GCM)，但由于計(jì)算條件的限制，GCM模式分辨率一般較粗，導(dǎo)致其對(duì)區(qū)域氣候及其變化的模擬產(chǎn)生較大偏差。其工作原理是將大氣環(huán)流模式模擬的結(jié)果或大尺度氣象分析場作為初始和邊界條件，提供給區(qū)域模式，再用它來進(jìn)行選定區(qū)域的氣候模擬，以揭示大尺度背景場下區(qū)域氣候更準(zhǔn)確、更詳細(xì)的特征?，F(xiàn)在使用較多的是NCAR/RegCMZ區(qū)域氣候模式。輻射量和地面熱量狀況的變化會(huì)引起水蒸氣活動(dòng)規(guī)律的改變。另外IPCC提供了5個(gè)全球海氣耦合模式(ECHAM4，HADCM2，GFDL，CGCM1，CSIRO)來分析CO2的影響（見表1）【10】。對(duì)亞馬遜河陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究表明其總體上具有降低大氣CO2濃度，調(diào)節(jié)溫室效應(yīng)的作用。其最大和最小中心位置隨季節(jié)的變化而有明顯的南北擺動(dòng)。但當(dāng)降水量超過一定量時(shí)，CO2凈通量便不再明顯的隨降水量增加而增加，表明熱帶雨林陸地生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫室效應(yīng)的能力不會(huì)隨降水增加而持續(xù)增強(qiáng)【11】。而新生代全球大氣CO2濃度的逐漸減少，已得到南極和北極冰川在逐漸擴(kuò)大和宜寒極地植物發(fā)育這些事實(shí)的支持。目前看來，大氣CO2溫室氣體效應(yīng)強(qiáng)烈地影響著全球氣候變化，大氣CO2濃度下降應(yīng)是導(dǎo)致全球新生代氣候變冷的主要因素。上述兩個(gè)過程所涉及的化學(xué)反應(yīng)，可簡化為當(dāng)有化學(xué)風(fēng)化CO2輸出時(shí)可發(fā)生反應(yīng)：CaSiO3+CO2(大氣)—CaCO3+SiO2 當(dāng)有變質(zhì)作用CO2輸入時(shí)可發(fā)生反應(yīng)：CaCO3+SiO2 —CaSiO3+CO2式中，CaSiO3是泛指地表硅酸鹽巖石。從上述反映過程出發(fā)，圍繞大氣CO2濃度和氣候變化，人們主要提出了兩種模型，一是最早由Walker等提出，后又為BLAG發(fā)展完善“構(gòu)造輸入”模型(BLAG為Berner，Lasaga和Garrels三位作者姓名首寫字母的縮寫)；一是Raymo等提出的“抬升氣候”模型。他們認(rèn)為沿著俯沖帶和洋中脊發(fā)生的火山作用和變質(zhì)作用釋放的CO2是大氣CO2水平的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并受到全球平均海底擴(kuò)張和俯沖速度的控制，釋放的CO2通量與海底擴(kuò)張與俯沖速率成線性相關(guān)。通過計(jì)算機(jī)模擬，BLAG成功地模擬出了白堊紀(jì)時(shí)全球較高的溫度，但是卻未能正確推算出全球新生代氣候發(fā)生變冷的時(shí)間。與此相反，Raymo等人提出的抬升氣候模型則是強(qiáng)調(diào)由地表硅酸鹽巖石的化學(xué)風(fēng)化所造成的大氣CO2消耗才是引起全球大氣CO2水平下降的主要因素。在90年代，人們利用GCMs模型進(jìn)行了大量的計(jì)算機(jī)模擬，并同時(shí)進(jìn)行了許多野外實(shí)驗(yàn)研究，從而使該模型得到了進(jìn)一步的完善和發(fā)展，并開始得到了人們的普遍承認(rèn)。另外，該學(xué)說還得到了地質(zhì)演化事實(shí)的支持，因?yàn)樵诘刭|(zhì)歷史中，曾于700~600 Ma前出現(xiàn)的泛非事件形成的泛大陸和320~240 Ma形成的Pangea聯(lián)合古陸，均曾有過大規(guī)模的大陸碰撞和廣泛的高原山脈抬升，而這期間又無一例外的同時(shí)伴有大規(guī)模的冰川發(fā)育【12】。大氣臭氧層的變化直接制約著平流層的溫度結(jié)構(gòu)和環(huán)流形勢。由于臭氧的加熱率通常遠(yuǎn)高于冷卻率，因而其凈效應(yīng)是導(dǎo)致平流層增溫，進(jìn)而影響平流層的環(huán)流形勢以及全球氣候變化。它們都會(huì)引起溫度的升高。CO2濃度倍增后，隨著溫度和降水量的變化，干燥度也將發(fā)生變化（整體呈現(xiàn)下降的趨勢）。對(duì)干燥度求溫度的導(dǎo)數(shù)就可以獲得增溫對(duì)氣候的影響分析。 氣溶膠大氣氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系。氣溶膠粒子濃度增大可減少太陽直接輻射強(qiáng)度，增加散射輻射和大氣長波逆輻射，從而可能破壞地—?dú)庀到y(tǒng)的輻射平衡。它對(duì)氣候的影響主要表現(xiàn)在使地表降溫。對(duì)氣溶膠的影響我們采用二維模式的研究方法。在此基礎(chǔ)上，用一個(gè)兩維能量平衡模式估算了全球地區(qū)的溫度響應(yīng)，主要結(jié)論為:存在相同光學(xué)厚度的平流層火山氣溶膠的情況下，地表反射率越大，輻射強(qiáng)迫越小，反之亦然。對(duì)流層氣溶膠是人類活動(dòng)影響氣候的主要因子之一，而平流層氣溶膠則主要來自于火山爆發(fā)等自然原因。由于氣溶膠在對(duì)流層中的短命性，其影響的區(qū)域性很強(qiáng)，而平流層中氣溶膠影響區(qū)域較大。氣溶膠主要來源于人類活動(dòng)和火山噴發(fā)【5】?！俺毕{(diào)溫說”和“深海巨震降溫說”是一種合理的解釋。強(qiáng)潮汐把海洋深處的冷水帶到海面，使全球氣候變冷。當(dāng)日、地、月排成一線且相互距離最小時(shí)，日月引潮力相互加強(qiáng)而變?yōu)樽畲?，地球海洋潮汐?guī)模也最大，這時(shí)就有更多來自海洋深處的冷水被帶到海面。當(dāng)日、地連成的直線與月、地連成的直線相互垂直時(shí)， 太陽潮汐減弱月球潮汐， 使地球海洋潮汐變小，這時(shí)海洋深處的冷水很難被帶到海面，世界就變得暖和。這個(gè)周期是過去一萬年氣候變遷的主要?jiǎng)恿Α９鼋ǖ摹吧詈＞拚鸾禍卣f”是一種合理的解釋: 海洋及其周邊地區(qū)的強(qiáng)震產(chǎn)生海嘯，可使海洋深處冷水遷到海面， 使水面降溫，冷水吸收較多的二氧化碳，從而使地球降溫【14】。停留在地質(zhì)火山爆發(fā)和全新世氣候在逐個(gè)點(diǎn)遙相關(guān)研究上難以從宏觀機(jī)制上加以認(rèn)識(shí)?；鹕街叨仁枪烙?jì)地質(zhì)時(shí)期火山爆發(fā)對(duì)氣候影響時(shí)空范圍的一個(gè)重要參數(shù)，需要通過火山地質(zhì)的重建和模擬例如岡底斯新生代火山研究證明山柱達(dá)到平流層頂部作為用于氣候模擬的邊界強(qiáng)迫來探討長期氣候變化?；鹕奖l(fā)影響氣候變化的評(píng)估。地面溫度對(duì)火山爆發(fā)的響應(yīng)存在某種滯后。皮納圖博火山在噴發(fā)后的前3個(gè)月，地面降溫幅度比較小，降溫主要發(fā)生在響應(yīng)比較快的中高緯度大陸上；至噴發(fā)后的一年半左右降溫最大，最大的降溫區(qū)位于歐亞大陸和北美地區(qū)；此后，降溫幅度開始減小，降溫的緯向差異和海陸差異較小【14】。由于海冰的融化和凍結(jié)所吸收和釋放的熱量強(qiáng)烈影響大氣的能量收支。北極海冰對(duì)極渦的位置和強(qiáng)度均有顯著的影響。東西半球春冬季極冰對(duì)夏季西北太平洋副熱帶高壓的作用各不相同，西半球極冰面積與7月太平洋副熱帶高壓呈負(fù)相關(guān)，東半球極冰面積與6月太平洋副熱帶高壓呈正相關(guān)。這些研究主要依據(jù)是相關(guān)分析，研究整個(gè)北極海冰或把北極海冰分為四個(gè)區(qū)域，分別研究海冰面積變化與大氣環(huán)流變化的相關(guān)關(guān)系。 構(gòu)造抬升 高原和山脈隆升對(duì)氣候的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是直接的物理影響，即通過對(duì)大氣和海洋循環(huán)的影響來對(duì)氣候變化產(chǎn)生作用；另一方面是通過對(duì)地表硅酸鹽巖石的化學(xué)風(fēng)化造成大氣CO2變化和全球溫度的改變，從而對(duì)氣候變化產(chǎn)生間接的生物化學(xué)效應(yīng)（圖7）。在冬季，由于受地表反射溫度反饋的影響，冰雪覆蓋又進(jìn)一步加強(qiáng)了這種效應(yīng)。③提高了山岳降雨濕度。⑤構(gòu)造抬升還造成了中緯度地區(qū)內(nèi)陸大規(guī)模的區(qū)域變干。生物化學(xué)效應(yīng):新生代構(gòu)造抬升對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生間接的生物化學(xué)效應(yīng)的理論基礎(chǔ)是大氣中的痕量元素濃度變化可以引起全球氣候的改變【16】。山脈和高原隆升能夠提高地表化學(xué)風(fēng)化能力，是與山脈和高原地區(qū)存在的幾種作用密切相關(guān)的。②在抬升的高原和山脈地區(qū)邊緣形成的強(qiáng)烈季風(fēng)雨季和其它的山岳降雨。③抬升的高原和山脈邊緣斜坡坡度較陡，有利于將機(jī)械風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物及時(shí)帶走，從而使新鮮巖石不斷地暴露于地表接受風(fēng)化。因此，構(gòu)造活動(dòng)及其所造成的地形起伏將