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第九章 氣候變化

第九章 氣候變化. 章節目錄. 9-1 氣候與氣候變遷 9-1.1 氣候變化的定義 9-1.2 氣候變遷因素 9-1.3 地表能量收支系統. 9-2 從地球歷史看氣候變遷及其影響 9-2.1 如何探測氣候變化 9-2.2 古氣候變化 9-2.3 米蘭科維奇定理 9-2.4 氣候變化的影響. 9-3 短期氣候變化與未來氣候變遷 9-3.1 聖嬰現象與短期氣候變化 9-3.2 未來的氣候變化與氣候預報. 9-1 氣候與氣候變遷 9-1.1 氣候變化的定義. 黃帝內經：「五日謂之候，三候謂之氣，六氣謂之時，四時謂之歲， … 」（所以有二十四節氣）

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第九章 氣候變化

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  1. 第九章氣候變化

  2. 章節目錄 9-1氣候與氣候變遷 9-1.1氣候變化的定義 9-1.2氣候變遷因素 9-1.3地表能量收支系統 • 9-2 從地球歷史看氣候變遷及其影響 • 9-2.1 如何探測氣候變化 • 9-2.2 古氣候變化 • 9-2.3 米蘭科維奇定理 • 9-2.4 氣候變化的影響 • 9-3短期氣候變化與未來氣候變遷 • 9-3.1 聖嬰現象與短期氣候變化 • 9-3.2未來的氣候變化與氣候預報

  3. 9-1 氣候與氣候變遷9-1.1 氣候變化的定義 • 黃帝內經：「五日謂之候，三候謂之氣，六氣謂之時，四時謂之歲，…」（所以有二十四節氣） • 氣候平均的定義為：以 30 年平均，且每隔 10 年要更新一次氣候平均值 • 正常的氣候變化 vs. 氣候異常

  4. 9-1.2 氣候變遷因素 • 基本的氣候（天氣） 變數包括：日照、輻射、 溫度、降水、溼度、風、氣壓、…等。 • 「氣候系統」包括太陽、大氣、地表狀態、生物形態及人類活動等部分。分為大氣圈、水文圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈等五大圈。 • 冰雪圈與水文圈中水的成分雖然相同，但對地球能量的影響卻有很大的差別（如反照率的影響），因此造成冰期與間冰期氣候的巨大差異。 百寶箱 9-1

  5. 影響氣候系統的外在因素及內在因素 百寶箱 9-2 • 外在因素有太陽輻射強度的變化、隕石及星球間引力的作用，例如潮汐和攝動等 • 內在因素包括大氣成分的改變、海洋成分改變、地表風化作用、植被改變、火山爆發、板塊運動、造山運動及人類活動等。 • 這些變化有些是地球本身自然的交互作用，有些是人為因素所造成的影響，其影響的時間尺度各不相同。

  6. 氣候系統的四大圈 大氣圈（atmosphere）、水文圈（ hydrosphere ） 、岩石圈（ lithosphere ）和生物圈（ biosphere ）

  7. 9-1.3 地表能量收支系統 • 氣候系統所吸收的總能量，與輻射到外太空的總能量要相等，也就是總能量的收支達平衡。 • 但是當大氣中溫室氣體濃度增加時，其吸收的長波輻射也會增加，進而增加空氣與地表的溫度。 • 若是進來的能量比散發出去的能量多，能量在氣候系統中累積，地球的溫度就會上升，也就是全球暖化的現象。 • 反之則會降溫，持續的降溫就會造成所謂的冰期，冰期與冰期之間的溫暖時期，稱為間冰期。 • 最後氣候系統的總能量收支還是會達到平衡，只是會平衡在地表溫度較高（或較低）的狀態下。 動動腦 9-1

  8. 地球與大氣的總能量平衡

  9. 二氧化碳與地表溫度變化 百寶箱 9-3

  10. 二氧化碳與地表溫度變化 • 自工業革命後，人類大量使用石油等化石燃料，造成全球二氧化碳不斷地增加，目前已經到達380ppmv，遠高於地球過去四十萬年的最高值280ppmv。

  11. 二氧化碳與地表溫度變化 • 全球溫度不斷攀升，「全球暖化」現象已經相當明顯，地球氣候也逐漸受到影響。

  12. 9-2 從地球歷史看氣候變遷及其影響9-2.1 如何探測氣候變化 • 分為地質時代、歷史時代 • 文獻記載 • 樹木年輪、冰河鑽探 • 花粉、飛沙分布 • 湖、海的沉積物鑽探 • 岩石探勘…等等的 岩層 珊瑚 冰芯

  13. 鑽取冰心

  14. 鑽取岩心

  15. 9-2.2 古氣候的變化 • 前寒武紀出現過三次冰期，其與海洋生物突然繁盛，去除溫室氣體(例如二氧化碳)有關。 • 古生代出現過兩次冰期，期與巨大盤古大陸形成，並位居高緯度寒冷地區有關。 • 中生代時期，其大氣中二氧化碳濃度是現在的十倍，形成強烈的溫室效應，全球溫度比現在約高8度。 百寶箱 9-4

  16. 古氣候的變化 • 新生代時期的五千萬到三百萬年前，地球溫度下降，南極冰原形成﹔而約二百多萬年前，北極也開始逐漸成形。 南極

  17. 八億年來的氣候冷暖變化 八億年來的氣候冷暖變化，箭頭所指為主要冰期

  18. 過去九十萬年的氣溫變化 過去九十萬年的氣溫變化

  19. 地球二萬年前至今的海平面變化圖 百寶箱 9-5

  20. 地球一萬一千年前至今的氣溫變化曲線 • 全新世（溫度）最大期，距今約 4000～7500 年前。為人類歷史中，溫度最高時期。（推測可能跟后羿射太陽的神話故事有關？） • 小冰期：西元 1400～1850 年

  21. 最近 1000 年的北半球溫度相對於1961～1990 年平均值的變化 十九世紀末開始有溫度計的觀測（紅色曲線），之前為經由年輪、珊瑚礁、冰心等採樣所推測出來的溫度（藍色曲線），灰色區域為 95% 的信心範圍。

  22. 9-2.3 米蘭科維奇定理 米蘭科維奇定理（Milankovich Theory） A.橢圓變近圓形 B.傾角 23.5 °變接近 0 °C.近∕遠日點調換

  23. 橢圓與近圓形軌道，來回變換（十萬年週期）

  24. 傾角 23.5 度變接近 0 度（四萬一千年週期）

  25. 近∕遠日點，來回變換（二萬三千年週期）

  26. 9-2.4 氣候變化的影響 • 全球氣候變遷速率急遽的增快，包括： • 1.全球暖化 • 2.極端天氣出現頻率增加 • 3.高山冰川及極區冰原快速融解 • 4.全球二氧化碳每年以0.5%的速率不斷攀升 • 5.綠地快速衰減 • 6.物種滅絕加速

  27. 9-2.4 氣候變化的影響 • 近百年來全球平均海平面每年上升1.4 公釐，且近十年的上升幅度更比過去的一百年高出二倍。 • 造成海岸線後退原因： • 1.全球暖化，海平面上升 • 2.水庫、攔沙壩，減少沙石流出河口 • 3.濱海工業區、漁港、消波塊 • 4.超抽地下水，使地層下陷

  28. 最近十年全球平均海平面高度變化趨勢圖

  29. 最近十年全球各地平均海平面高度變化圖 海平面上升各地均不相同

  30. 9-3 短期氣候變化與未來氣候變遷9-3.1 聖嬰現象與短期氣候變化 • 聖嬰現象的成因、影響與監測 • 南方振盪、沃克環流、全球氣候變化。 • 氣候的季節變化、年際變化與十年際變化－多重尺度變化。 • 氣候變化對全球社會、經濟、政治、文化等的影響。

  31. 聖嬰的影響 聖嬰年 正常年 百寶箱 9-7

  32. 圖 9-19 氣壓值 南方振盪指數（SOI）：南太平洋大溪地島與澳洲達爾文港的海平面氣壓的差值。 百寶箱 9-6

  33. 9-3.2 未來的氣候變化與氣候預報 • 預報未來氣候的方法： • 類比法或統計法 • 數值模擬法 • IPCC的報告，有一系列的模擬結果 • 全球暖化，海平面上升 • 水庫、攔砂壩，減少砂石流出河口 • 濱海工業區、漁港，抽取海沙 • 超抽地下水，使地層下陷 動動腦 9-2

  34. 圖 9-20 西元 1000 年至 2100 年的二氧化碳濃度變化值 二氧化碳濃度

  35. 圖 9-21 西元 1000 年至 2100 年的全球平均地表氣溫變化圖 全球平均地表氣溫

  36. 熱浪致死：全球暖化後會更嚴重 • 印度每年平均約有 3000 人被熱死。 • 2003 年八月上旬法國破記錄的高溫達兩星期。「法國衛生部表示﹐大約有 14800 人在八月的法國熱浪中死去。」 • 從 1979 年到 1999 年，美國地區由於高溫天氣導致的直接死亡人數達 8015 人。在這期間，美國死於熱浪的人數比死於颶風、雷電、龍捲風、洪水和地震人數的總和還要多。僅在 2001 年就有 300 人死於熱浪的襲擊。

  37. 參考文獻 1. 魏國彥、許晃雄編著（1997），全球環境變遷導論（Global change an introduction），臺北市，教育部出版。 2. Van Andel, T. H., 1994: New Views On An Old Planet: A History of Global Change. Cambridge University Press, Cambridge, 439pp. 3. Climate Change (1990), The IPCC Scientific Assessment. J.T. Houghton, G.J. Jenkins, and J.J.Ephraums (Eds.), Cambridge University Press, New York, 364pp. 4. Climate Change 2001 (IPCC Third Assessment Report), The Scientific Basis. Cambridge University Press, New York, 882pp. ISBN 0521 80767 0 (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/index.htm)

  38. 附錄：網路資源 • 中央大學大氣科學系網站（虛擬教室及相關連結）：http://www.atm.ncu.edu.tw/ • 2.中央氣象局網站：http://www.cwb.gov.tw/V4/index.htm • 3.海面高度變化： http://sealevel.colorado.edu • 4.聖嬰及南方振盪： • 南方振盪：http://www.cgd.ucar.edu/cas/catalog/climind/soi.html • 氣候及海溫預報（美國海洋大氣總署之氣候預報中心）NOAA/NCEP Climate Prediction Center：http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/

  39. 附錄：網路資源 5.古氣候變遷：http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/paleo.html 6.人口統計電子報：http://mychannel.pchome.com.tw/channels/f/r/fr_123/content.htm 7.Google 查詢網站：http://www.google.com/intl/zh-TW/ 8.IPCC 報告網站：http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/index.htm

  40. 附錄：網路資源 • 9. 全球變遷相關網站： • UNEP - United Nations Environment Programme (http://www.unep.org/) • WMO - the World Meteorological Organization (http://www.wmo.ch) • ESSP - The Earth System Science Partnership (http://www.essp.org/) • DIVERSITAS – an integrated programme of biodiversity science (http://www.diversitas-international.org/) • IGBP – International Geosphere-Biosphere Programme (http://www.igbp.kva.se/cgi-bin/php/frameset.php) • IHDP – International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change (http://www.ihdp.uni-bonn.de/)

  41. 附錄：網路資源 • 9. 全球變遷相關網站： • WCRP–World Climate Research Programme （http://www.wmo.ch/web/wcrp/wcrp -home.html） • START - the Global Change System for Analysis, Research and Training (http://www.start.org/) • APN - the Asia-Pacific Network for Global Change Research (http://www.apn-gcr.org/en/indexe.html) • IAI - the Inter-American Institute for Global Change Research (http://www.iai.int/) • 東南亞區域全球變遷研究委員會（SARCS，Southeast Asia Regional Committee for START）（http://www.start.or.th/） • 國際全球變遷聯合基金會（IGFA）the International Group of Funding Agencies for Global Change Research (http://www.igfagcr.org/)

  42. 第九章 結束

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