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如何做古气候研究
1. 第一步选择一个问题
2. 第二步取得研究材料
3. 第三步对沉积物定年从地质记录中提取气候变化信息（代用指标）
4. 第四步建立气候变化时间序列
5. 第五步分析（描述）气候变化历史：变化周期(periodicity)变化幅度(amplitude)变化速率(changing rates)变化趋势(tendency)特殊事件(events)相位关系(phasing)区域与全球对比（correlation)等
6. 第六步空间上变化特点（在重建时间序列的基础上完成）
7. 第七步探讨气候变化原因与机制:动力因素动力过程（数值模拟是重要手段）
8. 第八步预测气候变化趋势时间序列（空间格局、动力机制、变化趋势）
总述（第一堂课）一、 历史环境变化研究的意义、内容、学科发展过程
意义：环境变化研究是人类社会实现可持续发展和科学基础（从过去的变化历史认识产生变化的机理，了解系统。从过去的变化历史看人类的适应能力。用过去的变化历史验证模型）。环境变化研究是地理学研究的重要组成部分。深化对地球系统时空演变过程的综合认识，促进地理科学的发展
内容：历史时期环境变化的历史史实重建；历史时期环境变化的成因与机制研究；历史时期环境变化对人类社会发展的影响及人类活动对环境变化的作用（人类与环境变化相互作用）研究；历史时期环境变化模拟。
发展过程：与地学同步，产生于19世纪。莱伊尔(CharlesLyell，1797—1875)所发展完善的均变论(Uniformitariansim, Principle of Uniformity)为过去环境变化研究提供了最基本的原则。这一思想被后人概括为“现在是过去的钥匙(The present is the key to the past)。”Gressly的相(facies)概念(1838)和Walther的相对比定律(Walther Law)(1893-1894)首先在环境状态与状态的产物之间建立起科学联系。古脊椎动物学的奠基人居维叶(Georges C.L.P.Cuvier，1769-1832)于1812年提出的“部分相关法则”为根据残存的环境信息复原环境提供了理论依据。居维叶在环境变化的方式上持突变的观点，与以莱伊尔、达尔文等为代表的渐变论相对立。但早期的研究主要关注一些敏感环境要素（如气候、冰川、河湖等等）的演变。1957年国际地球物理年萌发“地球系统”概念以后，环境变化研究成为地学中的一个重要研究领域。不但研究环境要素的变化，而且更关注这些变化的内在联系，以及驱动原因与机理。大洋钻探计划，冰芯。20世纪70年代末至80年代初，地球系统的概念、思想正式诞生。环境变化研究也正式发展成为一门学科。
中国环境研究的几个过程：中国环境变化研究与地学发展同步，即产生于20世纪初。发展大致经过了3个阶段。第一阶段（1920’s-1960’s）：开创阶段 特点：构建框架，拓展领域，探索方法，零星研究。第二阶段（1970’s-1980’s中期）：快速发展阶段，特点：手段多样，快速发展，研究较系统全面，但欠深入。第三阶段（1980’s中期-1990’s后期）：稳定发展阶段。特点：相对稳定，深入研究，注意理论，综合分析。第四阶段（1990’s后期以来）深入研究阶段。目标：物理意义明确，高分辨率，统一（尽量向史实逼近）手段：数据挖掘（data mining）, 多学科集成（interdisciplinary synthesis）, 对比分析(comparison, verification and calibration)
历史时期的定义：现代地理学词典认为：历史时期是指人类文明出现以后至现代科学仪器观测体系建立之前的一段时期，其时间的上下界限因地区而异。上限决定于该地区人文文明出现的早晚，下限决定于现代科学仪器观测体系建立时间的早晚。在中国概指从仰韶文化至19世纪后期的5000年。在欧洲、埃及等地指4000BC至18世纪。全球变化研究计划（全球变化科学）中对历史时期的定义IGBP（国际地圈生物圈研究计划）的核心研究计划PAGES所确定的主要时间尺度有2个时间段（Temporal Streams）：一是过去2000年（Stream I：last 2000 years）；二是包括数个冰期/间冰期循环（Stream II：the last few glacial-interglacial cycles）的时段，一般指过去25万年以来。目前，中国学术界一般认为：第一个时间段（Stream I）为历史时期（地理学所关注的重点时段）；第二个时间段（Stream II）为地质时期（地质学等所关注的重点时段）。
二、 历史环境变化的时空间尺度
三、 历史环境变化研究与其它学科的关系
所有地学的交叉学科。气候学：气候因子是所有自然环境因中最活跃的一个。地理学：环境变化的结果留在了地理环境中。
四、 研究的基本假设、原理、手段与方法概述
基本假设：第一，均一性假设，它是指在方法论含义上的均变论，是环境变化研究的最基本原理。它包括两个基本假设：①自然法则在任何时间和空间上具有不变性；②如果所研究的结果能够用现代可观察的过程来解释，就假设其不存在未知过程。从以上假设出发，就可以根据现代环境过程所遵从的基本原理、基本关系等重建过去的环境，即“将今论古”(the present is the key to the past)；当然也可以根据过去环境变化的规律来解释现代的环境状况，且预测未来。即“以古论今”。第二，协同性假设。首先是指环境过程与其产物之间的协调统一。环境过程决定其所形成的产物，产物反过来可指示其生成环境，因此残留下来的过去环境过程的产物(古环境感应体)，或对产物的文字记录(如历史记载)均可以作为代用资料用来重建其形成时期的环境。其次，同一环境状态下所形成的不同类型的产物之间存在协同关系，可以彼此参校、替代，共同指示其生成环境。再次，地区之间的协同性。同一时期形成的自然地理现象，其空间分布是有序的，遵从地理区域分异规律；不同地区的现象可以参校对比，指示其共同的环境背景。最后，时间上的协调性。具有生成联系的地球系统过程，在发生时间上是先后有序的，这种次序性在与各过程相联系的各产物的形成时间上亦有充分体现。第三。全息假设。根据部分可以反映整体的全息学基本观点，环境可以由其可识别的全息源来反映。不同类型的全息源可以互相替代，在某一空间点上获取的环境信息可以代表一定的空间范围，某一时段的环境状态可由在此时间区间内的环境信息来表征。这三个假设告诉人们如何寻找识别环境演变的信息，如何从残缺不全的信息推断当时的环境，以及如何由已知的部分去解释、推测未知的部分。在讨论环境演变问题前，就必须首先检验你所假设的前提是否成立，只有在假设成立的情况下，结论才有可能正确。
五、 气候系统概念
气候系统是大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈组成的整体。这个整体可以近似地看作与外界只有能量交换的封闭系统。若每个圈层看作为气候系统的一个子系统，则子系统是与其外界有能量和物质交换的开放系统。
气候系统能量的收支平衡：到达地球的太阳辐射能：太阳辐射强度和地球轨道要素。地球行星反射率：云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地植被地貌形态，以及海陆分布格局。进入到地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间：温室气体：水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷和氯氟烃等吸收长波辐射，反复加热地球。
气候系统中的反馈过程：水汽反馈：温暖的大气会使更多的水汽从海洋和陆面上蒸发，较暖的大气有较高的含水量，增强大气温室效应。云辐射反馈：短波辐射的反射体和红外辐射的良好吸收体;低云以反射作用为主，导致降温;高云以被毯效应为主，使系统增暖。冰雪圈反馈：冰雪圈是气候系统的低温层，高反射率和溶解是热汇。反射率正反馈：温度降低（升高）→冰雪覆盖增大（减小）→地表反射率增大（减小）→吸收太阳辐射减小（增多）→温度降低（升高）。海冰具有阻碍大气和海洋之间的水汽和动量交换的作用；结冰和冰川融化分别释放和消耗热量，减缓地球变冷或变暖过程。海洋的反馈：影响地球大气系统的热力平衡：控制地球温度；输送热量，影响水汽循环：水汽源地调节大气运动：缓慢性和持续性降低气候系统的敏感性，调节温室效应：水汽的源和二氧化碳的汇。
一些名词 气候变化：Climate change：指气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两者一起出现了统计意义上的显著变化。离差值增大，表明气候状态不稳定性增加，气候变化敏感性也增大。气候变化是由气候系统的变化引起的，气候系统包括大气圈、冰雪圈、生物圈、水圈、岩石圈（陆地）。气候变率（可变性）：Climate variability：在统计时段内各个年份之间的差异。气候突变：Abrupt climate change：气候从一种状态急剧向另一种状态变化，它表现为气候在时空上从一个统计特征到另一个统计特征的急剧变化。根据气候突变的情况，我们可以把气候突变分为三种类型，即均值突变、变率突变和趋势突变(转折突变)。Climatic trend：气候趋势指平滑且单调上升或下降的变化。Climatic fluctuation：气候变动表示除趋势或气候不连续变化（突变）以外的所有有规则或不规则的气候变化，它指的是任何形式的气候不稳定性。但规定在记录开始变化终止之间至少有两个极大（小）和一个极小（大）值；Climatic oscillation：气候振动（振荡，涛动）指气候变动中一种在相连续的极大和极小值之间渐进而平滑的变化；Climatic vacillation：气候波动指气候以规则或不规则的时间间隔在2个以上平均值之间交替地移动的气候变动；Climatic rhythm：气候韵律指气候的振动或波动，其极大值或极小值的时间间隔几乎是一定的，也称气候的准周期性；Climatic periodicity：气候周期性指相邻的极大和极小值之间的时间间隔是固定的或是几乎是固定的；Climatic discontinuity：气候不连续变化指气候从某一平均值向另一平均值突然而持续的变化，也称气候均值突变（abrupt change）。Climatic variation：气候变迁是气候变动（fluctuation）的同义词，但其时间尺度更长。 |
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发表于 2008-2-19 15:29:43
发表于 2008-2-20 17:13:17