外强迫因子对东亚气候变化的影响研究综述存

外强迫因子对东亚气候变化的影响研究综述

2008级大气科学学院大气科学2班 王宇 20081301061

摘要：在综述中国气候变化研究成果的基础上，总结了太阳活动、火山活动、硫酸盐气溶胶、温室气体等外强迫因子在气候变化中所起的作用：近千年中国地区温度存在暖—冷—暖三个典型的气候特征时期，而20世纪是近千年来最暖的一个世纪，相比温度的变化，降水的变化较为复杂，值得注意的是，20世纪暖期的温度和降水距平都是近千年中最显著的；太阳活动和火山活动是过去千年影响中国气候变化的主要外强迫因子，然而近百年来温室气体和硫酸盐气溶胶的作用更为突出。

关键词 气候变化 太阳活动 火山活动 硫酸盐气溶胶 温室气体 外强迫

引言

全球气候正在发生变化，这已是不争的事实。没有人知道气候变化的影响在多大程度上才能算是“安全”，但我们却清楚地知道气候变化正在给人类带来许多灾难：冰川消融、海平面上升、极端天气、旱涝灾害增加等等。现在，这些改变不再是耸人听闻的末日预言，从两极到赤道，全球人类都为气候变化带来的灾难所威胁。

研究历史气候的变化，对于了解现代以及预测未来的气候具有重要的借鉴意义。了解影响气候变化的各种因素，对于在人力所及的范围内积极引导气候的良性变化也至关重要。目前，为了研究全球气候变化，已经有多个研究机构在发展全球气候模式[1][2]3，研究者们也在全球不同区域运用不同的方法456，成功模拟出近千年来的气候变化，对于中国地区近千年来气候变化的研究、各种外部因子对于气候变化的影响研究也已取得了许多成果78。

除了自然因子以外，在人类活动对于气候的影响日益显著的当下，研究人为因素导致的外强迫因子的变化所对应的气候响应，也是非常必要的。

本文对众多研究者有关中国气候变化的研究成果进行了综述，同时对太阳活动、火山活动和硫酸盐气溶胶、温室气体等外强迫因子对于气候变化的影响也进行了总结。

1 中国过去千年的气候变化

1.1温度

最近20年在对过去2000年中国的温度重建方面取得了重要进展，重建的温度序列尤其是中国东部与北半球最近1000年来温度变化在低频变化趋势上具有较好的一致性。一般认为，中国过去千年的温度变化与全球一致，都是体现为三个典型的气候特征时期，即中世纪暖期、小冰期和20世纪暖期。尽管用不同方法得到的各特征时期的起止时间与重建资料存在一定差异，但基本的趋势都是相同的，而且，几乎所有的研究（刘健等[17]、王绍武等[18]）都表明，20世纪是近千年来最暖的世纪，也是温度距平最显著的一个世纪。

竺可祯[19]认为，中国隋唐时代(公元589-907年)气候温暖，宋朝(公元960-1279年)气候转凉，说明中国没有与欧洲时间一致的中世纪暖期。葛全盛[20]等重建的中国东部地区过去2000年冬半年温度序列显示，930-1310年为中国东部中世纪暖期。王绍武等[21]重建的中国东西部近千年的温度序列认为，中国东部在9-13世纪期间存在中世纪暖期，而中国西部无明显的中世纪暖期。另外，中国东部的中世纪暖期并不是一个稳定不变的暖期，中间的12世纪气温较低。由此可见，对于中国中世纪暖期的存在与否，众多研究者的观点还存在一定的分歧。

也有研究[22]表明，近千年来中国地面气温变化史上可能确存在“中世纪温暖期”和“小冰期”等特征性气候阶段, 但“中世纪温暖期”的温暖程度似乎没有过去认为的那样明显。从全国范围看, 11世纪末和13世纪中的温暖程度可能均超过了20世纪30～40年代暖期, 20世纪的增暖可能并非史无前例。

1.2降水

相比温度，降水的变化特征比较复杂。王红丽等[23]利用全球海气耦合模式ECHO-G对中国东部气候进行近千年积分模拟试验发现,近千年来,中国东部夏季气候变化较为复杂,冷湿、暖干、暖湿和冷湿的气候过程皆有发生,占主导地位的气候变化过程暖湿（中世纪暖期）-冷干（小冰期）-暖湿（20世纪暖期）相交替。降水变化在两个暖期变幅较小冰期明显，暖期降水多冷期降水少,降水的峰谷变化滞后于温度。其研究结果与Zheng等人[24]的研究在降水变化的出现时期上基本一致。

另外，中国东部地区降水体现出明显的年代际特征。王绍武等[25] 指出长江中下游地区降水呈现出周期不等的旱涝交替变化。张庆云等[26]进一步指出,20 世纪60～70 年代长江流域降水处于年代际变化的少雨阶段, 1959、1963、1964、1967、1972、1976、1978 年都发生了严重的干旱; 20 世纪80 年代以来, 长江流域降水处于年代际变化的多雨阶段, 1980、1983、1993、1996、1998年出现了严重洪涝。也就是说，20世纪80年代，中国东部降水发生了一次由少到多的突变。近期有研究发现，长江中下游地区降水在20世纪末再次发生突变，之后该地的夏季降水将表现出持续性减少特征[27]。

2 外强迫因子对中国气候变化的影响

2.1外强迫因子对温度变化的影响

高建慧和刘健[28]通过对太阳辐射常数、火山活动指数、CO2和CH4浓度序列的拟合分析发现,太阳辐射和火山活动是控制全球温度变化的主控因子,在现代暖期之前，火山活动对极端低温的出现有重要的影响。而在最近百年尺度上,温室气体( CO2和CH4 )浓度含量的变化对温度变化起着更为重要的作用。IPCC公布的第四次评估报告指出, 过去50a观测到的地球平均温度升高很可能(90%以上)是由人类活动引起的,其中主要是人类活动引起的温室气体排放的增加。然而有另一部分学者[29]认为，虽然温室效应加剧可能是全球变暖的主要

原因。但是,太阳活动、火山活动等对全球变暖在年代际及年际尺度上其影响甚至有时可能超过人类活动的作用。蒋样明[30]等人进一步指出，高精度的卫星数据分析结果显示,30a来全球气温呈振荡变化,除受厄尔尼诺、火山活动等重大自然现象影响外,并未出现异常增温现象,仍处在正常波动范围内；加勒比海地区的历史资料显示,近几千年来海平面以几乎恒定的速率上升,与大气温度无明显关系；从冰芯中获取的信息表明,CO2浓度与气温升高没有必然联系。因此,自然驱动是全球气候变化的主要原因,人类对全球气候变化的作用很小。

20世纪的中国气候变暖，与北半球的情况大致相似，但在具体的变化过程和幅度上又与全球变化存在明显差异。首先，我国温度出现最高的时期是在40年代，而不是80年代以后；其次，我国的西南地区自50年代以来一直在降温，增暖主要出现在东北、华北和西北西部地区；另外，近百年来中国温度变化出现两次突变，一次在1919年，一次在1952年。周天军，赵宗慈[31]考虑不同排放情景和各种强迫因子分别组合3组试验，对试验结果采取多模式集合，并将其与20世纪中国年平均气温距平变化与观测序列作对比，结果表明，20世纪早期的中国气温变化，有受到自然强迫变化的迹象，考虑太阳常数和火山气溶胶变化的模式，大多能够成功再现20世纪上半叶中国气温变化的主要特征，但近50a来，单独考虑人类活动排放温室气体和硫酸盐气溶胶的不同情景，即可较好地模拟出气候的变暖。吴涧[32]等人的研究表明，硫酸盐气溶胶的直接辐射效应和间接辐射效应总体上都会使地面气温降低，吴蓬萍和韩志挺的对硫酸盐间接辐射效应的研究[33]支持了这一观点，周天军，李立娟基于大气环流模式特别是区域气候模式所做的的数值试验表明[34]，夏季在中国东南部区域硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应，从而对变冷产生贡献。王喜红[35]的模拟结果表明,硫酸盐气溶胶的直接效应引起中国东部及南部大陆地区明显降温, 幅度超过-0.1摄氏度。值得注意的是，上述研究均没有20世纪20年代的增暖做出成功的模拟，说明仅靠这些外强迫因子不足以对20世纪中国气候变暖做出全部的解释。

2.2外强迫因子对降水变化的影响

潘静等[36]指出，中国东部夏季降水与太阳活动有明显的关系。强(弱)太阳活动年,华北平原和东北南部地区少(多)雨,西北地区却多(少)雨,而江淮地区的夏季降水量也偏多(少)；太阳活动与夏季的梅雨量存在着既显著又复杂的相关关系,而且它们间的相关关系还随时间有年代际变化。魏凤英[37]利用三次样条函数方法对1905-2000年了长江中下游夏季降水量与各强迫因子之间的相关进行研究,结果表明,太阳黑子对长江中下游夏季降水的年代际变化有显著贡献。

Xu等[38]通过分析观测数据, 推测出硫酸盐气溶胶增多引起了长江流域夏季降水1970 年末开始转折。Gu等[39]认为,南涝北旱是中国区域包括硫酸盐在内的各种气溶胶综合作用的结果。国内的很多研究者也对硫酸盐气溶胶的气候效应进行了研究。吴伟等[40]使用全球气候模式( GFDL-AM2) ,对硫酸盐直接气候效应进行了模拟。结果表明,硫酸盐气溶胶增长引起的降水年代际变化与观测到的降水转型有很好的时空一致性,硫酸盐气溶胶增多对长江中下游降水年代际转型有重要贡献。

火山喷发后降水量虽然有增加的趋势,但这个关系在统计上是不够显著的[41]。有关火山活动对降水的影响目前又有了一些新的研究,但由于降水序列中火山信号较弱,同时还有许多其他因子的影响,客观地分辨出火山的影响较复杂,目前尚无一致结论，总的来说，火山对降水的影响远小于气温。

随着温室气体浓度的持续增加 ,降水量总的趋势也是增加的。温室气体对降水量变化趋势的影响与地面气温相似。此外,降水量变化百分率显示出明显的季节变化,在夏、秋季较小而在冬、春季较大[42]。

3 总结与展望

过去千年以来，太阳活动、火山活动、硫酸盐气溶胶、温室气体等外强迫因子对于气候变化的贡献在不同时期所占的比重不同。对20世纪以来的中国气候变化来说，这四种因子当中受人类活动影响较大的硫酸盐气溶胶与温室气体的研究应该收到更广泛的关注与重视。不仅是因为各种研究证明的其对气候的影响越来越大，也是因为这是人类目前能够控制与改变的少数几个影响气候的因素。尽管由于研究资料的不足、研究方法的缺陷等客观原因，将这两种外强迫因子影响气候的机制彻底研究清楚、使其对气候的影响得以定论都是相当大的难题，但是面对全球气候让人不安的各种变化，对于气象研究者来说，这些无疑是需要积极承担的的责任。

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