Transcript 影響氣候的因子
影響氣候的因子 太陽黑子週期與氣候 科學家尋找準確預報途徑 太陽黑子確實有週期性 但能準確預報氣候嗎？ 太陽黑子與三小冰河期 黑子少恰逢三小冰河期 可能的原因： 1.太陽黑子較少 2.太陽較不活躍 3.太陽能量較小 太陽黑子與中國古代旱災 中國學者竺藕舫解讀數據 晉朝：旱災41:黑子17 南宋：旱災58:黑子16 竺氏「個人」得出結論： 黑子多則旱災頻傳 氣候特別冷 太陽黑子是如何形成的? 黑子本身並不黑， 之所以為黑色是因 為比太陽的光球層 表面溫度要低一、 二千度，在更加明 亮的光球襯托下， 看上去像一些深暗 色的斑點。 本影區，約3000-4500k(絕對溫度) 半影區，約5500k 因太陽旋轉時，赤道的轉速相較 於兩極區的轉速來的快，因此太 陽的磁力線就會逐步被拉長並環 繞太陽， 經多次纏繞之後緯向磁 場愈來愈強，磁場強度與磁力線 的密度成正比，磁力線之間互相 有斥力，磁場加強時斥力愈來愈 強，磁壓變高。 當磁壓越來越強超過氣壓時， 磁力線連帶物質會冒 出太陽表面。在磁力線集中穿過對流層頂部進入光球 時，會干擾到太陽表面和內部的熱對流使得該區域溫 度降低，形成黑子。在磁力線集中和穿入的部位形成 的黑子分別為N極性和S極。 氣候學家不斷的在尋找具週期性或準週期 性的氣候變化，如果氣候變化具有週期性， 人類就可輕而易舉的預報未來的氣候。如 果，與太陽活動相關的週期性變化對地球 氣候有所影響，我們只須監測太陽的活動 即可預測氣候，科學家很自然的就聯想到 太陽黑子。 過去三百年太陽黑子數的變化。 13世紀開始，太陽黑子數的低 值期1282-1342 , 1450-1534， 以及1645-1715。 上述三個低值期恰好發生於小冰 河期，而且太陽黑子數少代表太 陽比較不活躍，釋放出的能量減 少。有些科學家因此認為地球氣 候的冷暖與太陽黑子活躍與否有 關。 從學理上，科學家仍舊無法理解太陽黑子如何影響 氣候。太陽黑子活躍時，太陽輻射增強的部分都屬 於極短的波段，如紫外線、X及α 射線，因此所增加 的能量不多。這些輻射一進入大氣時，立即為高層 大氣(大約一百公里高)的氣體吸收，實際到達地面 的輻射量不大，因此對地表氣候影響甚小。即使， 高層大氣結構有了變化，目前也無任何理論可以解 釋高層大氣溫度的變化會影響到地表附近的氣候。 我們並不知道Maunder minimum 時期太陽輻射量比 目前少了多少。它減少的量是否大到足以影響氣候， 仍是待解之謎。整體而言目前並無充份證據證實太 陽黑子數與氣候變化的直接關條。 板塊構造學說 11 大陸漂移： 起源： 早在1620年，英國的法蘭西斯．培根 提出非洲與南美洲的陸緣可以彼此銜接。 1912年魏格納(Wegener)發表了「大陸與海 洋的起源」一文，不過因當時證據不足， 所以不受人所重視，一直到1960年初英國 的Edward Bullard爵士才證明了此一學說。 12 Edward Bullard的大陸漂移證據： 大陸拼圖： 13 圖片來源：http://www.scarborough.k12.me.us/wis/teachers/dtewhey/webquest/nature/pangea.htm 化石紀錄、岩石序列與山脈之吻合： 圖片來源http://teacher2.smithtown.k12.ny.us/sgessler/geohistory.htm 14 中龍 圖片來源http://teacher2.smithtown.k12.ny.us/sgessler/geohistory.htm 16 冰川與其他有關氣候的證據： 17 圖片來源http://www.ce.tku.edu.tw/~yang/geology/plate.html 海底擴張： 起源：1962年普林斯頓大學海斯(Harry Hess)發表「海洋盆地的歷史」。 理論：地函內的岩漿因對流作用，沿中洋 脊裂谷上升到海底，在中洋脊頂部造成新 的海洋地殼，並迫使原來在裂谷兩側老的 海洋地殼遠離，向中洋脊左右不斷推移擴 張。 18 軟流圈 冷 湧升 熱 外核 地函 內核 海底擴張示意圖 19 圖片取自：http://www.hudong.com/wiki/%E6%B5%B7%E5%BA%95%E7%83%AD%E6%B5%81 海斯的海底擴張證據： 海底地形證據： 20 圖片來源：http://www.bamboo.hc.edu.tw/~sts/course-2003/course/textbook/text05/ch14/ 磁極反轉： 21 熱點形成之島嶼島鏈： 夏 威 夷 島 鏈 22 圖片來源：http://www.sciencetimes.com.cn/m/user_content.aspx?id=271944 海桌山： 海桌山形成示意圖 23 圖片來源：http://meda.ntou.edu.tw/mpedia/?t=1&i=0022 板塊構造學說： 於1965年由威爾遜(J‧T Wilson)提出，大意 為：地表由許多版塊構成，或以大陸地殼 為主，或以海洋地殼為主，或由兩者合成， 並結合了其下部緊鄰之部分較硬地函，再 其下為具流動性質的軟流圈。板塊邊緣定 義了主要的地震與火山帶。 24 全球主要板塊示意圖，全球主要有7大板塊，分別為： 太平洋板塊、歐亞板塊、非洲板塊、澳洲板塊、 北美洲板塊、南美洲板塊、南極洲板塊。 25 圖片來源：http://163.21.2.79/oblog4/u/geminilin/2468.html 板塊邊緣： 3種不同類型板塊邊緣示意圖 圖片來源：http://140.122.162.57/works/summer/7/%E5%AD%B8%E7%94%9F.files/%E6%9D%BF%E5%A1%8A%E5%AD%B8%E8%AA%AA.htm 26 分離板塊邊緣： 分 離 板 塊 邊 緣 形 成 示 意 圖 27 圖片來源：http://gis.geo.ncu.edu.tw/921/teach/%E6%B5%B7%E5%BA%95%E6%93%B4%E5%BC%B5%E5%AD%B8%E8%AA%AA.htm 聚合板塊邊緣： 甲：海洋地殼對大陸地殼 乙：海洋地殼對海洋地殼 丙：大陸地殼對大陸地殼 圖片來源：http://gis.geo.ncu.edu.tw/921/teach/%E8%81%9A%E5%90%88%E6%9D%BF%E5%A1%8A%E9%82%8A%E7%B7%A3.htm 28 存留(轉形)板塊邊緣： 北 美 聖 安 地 斯 山 脈 板 塊 構 造 圖 29 圖片來源：http://www.uwsp.edu/geo/faculty/hefferan/geol320/strikeslip.html 圖片來源：Google 30 Earth 地形變化對氣候的影響 海陸分布及地形高低對氣候有很大的影響。比如， 季風主要導因於海陸分布產生的加熱不均勻。陸 地在冬季時的降溫以及夏季時的升溫比海洋快和 明顯，造成溫度上的差異。當空氣受熱膨脹，密 度便會降低，因而向上升；反之亦然，所以在夏 季時陸地的氣壓會比海洋低，冬季時相反。 美國西部高地及青藏高原形成之後，美國 西部、東北非、西亞及青藏高原西側及北 側變得比較乾燥;高緯度地區則變得比較冷 板塊漂移不斷的改變海陸分布狀態。以目 前的氣候而言，大部份陸地集中在北半球， 尤其在北緯30度到60度之間，因此北半球 中緯度冬季氣溫比南半球的氣溫低，而且 年溫差大了許多。如果將目前海陸分布作 一番重新調整，比如，將陸地集中在赤道 地區，則北半球中緯地區的年溫差勢必降 低，而且溫度可能升高。 海陸分布也影響海洋環流，間接影響氣候。比如， 有些科學家認為，原來相連的南美洲與南極洲大約 在三千萬年前分開，兩者之間於是形成了繞南極的 洋流，原本來自熱帶的洋流被截斷，無法繼續將由 熱帶地區帶來的熱能傳送至南極大陸附近海域。由 於缺乏海洋調節氣候的功能，南極大陸氣溫因此下 降，冰河逐漸形成。 但有些科學家認為，繞南極洋流的出現尚不足以讓 北半球進入冷期，而是亞洲南部高地(青藏高原)， 的隆起，才使得北半球在約五百萬年前，開始有大 量冰河的出現。 (d)火山爆發 火山噴出的二氧化硫進入平流層，逐漸轉化成含硫 的懸浮微粒 火山爆發後幾個月後，懸浮微粒雲(aerosol cloud)的 影響達到最高點 懸浮微粒反射太陽輻射，也同時吸收地球的長波輻 射。由於吸收紅外線的效率極高，因此含懸浮微粒 的平流層(20km-25km)溫度會升高。 懸浮微粒對對流層氣候的影響較複雜。 小顆粒(半徑<1μm)反射太陽輻射較強，因此 產生冷卻作用。 大顆粒(半徑>2μm)則吸收地球長波輻射較強， 因此有增溫作用。 大顆粒受地心引力影響，幾個月後，幾乎全 部掉落至地表。因此 火山爆發後數月，只 剩下小的懸浮微粒流在平流層。 這些懸浮微粒可能停留在平流層達數年之久， 不斷的將太陽輻射散射回太空，淨效應為冷 卻作用，使地表溫度下降。 圖7-8:百年來較大的火山爆發與北半球 平均溫度關係，顯示火山爆發可能影響 氣候，但並不是每一次火山爆發都會如 此。火山爆發對氣候影響的程度決定於 留在平流層的懸浮微粒含量。一般而言， 停留在平流層中的懸浮微粒會因重力牽 引逐漸沉降至對流層而後消失。他停留 在大氣的時間頂多2-3年。因此，單一火 山爆發對氣候的影響只是短短幾年。 雖然單一火山爆發的影響極為短暫，如果年年有 大型火山爆發，噴出含硫量極高的火山灰，對較 長時期的氣候變化是否有影響呢?科學家分析格陵 蘭冰蕊的酸鹼度發現它不但記錄了歷史上已知的 火山爆發事件。而且還可能記錄了許多不曾為人 知的火山爆發事件。近年來的衛星觀測也發現了 許多發生在偏遠地區而不為人知的火山爆發事件。 冰蕊酸度(acidity)的變化，與北半球溫度的變化呈 現高度的一致性，酸度高(低)則溫度低(高)。 科學家認為酸度的變化主要是受到含硫火山灰在 極區的沉降量的影響，意及酸度越高表示火山爆 發頻率越高。此一詮釋指出連續的火山爆發仍可 能影響較為長期的氣候變化。 (a) 大氣氣體成分的變化 • • 溫室氣體的存在使地球成為適於生物生存的環境。 但是自從工業革命以來，人造溫室氣體 ( 如 CO2、 CH4、CFCS、 HCFCS、 N2O 等 ) 的快速增加，大 大的提昇了大氣進一步暖化的可能性。 其影響 (b) 地表狀態的變化 地表狀態變化會影響地表吸收的太陽輻射量、大 氣/陸地之間交換的潛熱及可感熱通量。 沙漠及冰雪覆蓋區比綠地反射較多的太陽輻射， 因此吸收較少的太陽輻射。 • 地表狀態與氣候的相互關係表現最明顯的 是在沙漠邊緣地區，如撒哈拉沙漠南緣的 Sahel。 • 熱帶雨林的砍伐也會造成類似的結果。 圖7-9)。 降水減少勢必進一步影響當地植被 及生態環境。另外，砍伐熱帶雨林，也會減 少森林的二氧化碳吸收量，大氣中二氧化碳 含量因此 累積的更快，間接加強全球暖化 的程度。 海洋 海洋是大氣中水氣的主要來源 同時也是水循環的主要驅動者和大氣的主 要能量來源 因為洋流而調節了氣候，也降低了高緯度 地區的溫差變化 從(聖嬰現象---南方震盪)中，可看出海洋對 區域環境的短期影響、甚至長期影響 雲 同時具有反射太陽輻射和吸收地球輻射的 功能，前者讓地球冷卻、後者為地球加溫 雲可以反射20%的太陽輻射回太空 大體而言：高雲吸收地球輻射能力較強； 低雲反射太陽輻射較強（其中的關係十分 複雜） 因此較多的高雲會提高地球溫度；較多的 低雲則降低地球溫度 全球平均來說，雲造成了17Wm-2的輻射冷 卻效果（Wm-2輻射單位） 雲量改變的10%冷卻效應相當於工業革命至 今所產生的二氧化碳增溫量 而二氧化碳的增加會使大氣中的水氣增加 所以雲量也增加 但是增加的雲量是以高雲為主或低雲為主， 則影響了整體地表溫度是提升或下降 大氣的內部動力 大氣非一線性流體，大氣學家Lorenz單研究 一只含三個變數的非線性動力系統，發現 只要輕微改變及可能形成另一個不同的氣 候 在這種系統下，氣候變化的過程中發生任 何擾動都可能使變化結果完全大逆轉（蝴 蝶效應） 因此若地球大氣真屬於此類型，則推斷準 確氣候對人類而言是不可能的 新仙女木期 是指距今12800年至11500年的一段持續1300年左右的冰 期。在此之前地球一直處在溫度逐漸升高的間冰期中，由 於突然發生了新仙女木事件而導致全球氣溫驟降，北極冰 川南侵。這一時期的得名來自於歐洲北部仙女木屬的一種 植物，該物種本生活在寒帶地區，而對格陵蘭冰川的研究 卻發現，新仙女木期時在低緯度地區都能發現該物種的花 粉，從而表明當時氣候寒冷，該物種大肆南侵。[1]在新仙 女木期之前還有老仙女木與中仙女木期。 新仙女木期 開始及結束 據推測，新仙女木時期全球變冷的原因是溫鹽環流被破壞，大洋 環流會將熱帶及溫帶地區的溫暖水流運送至高緯度的寒帶地區， 從而提升這些地區的溫度。至於溫鹽環流混亂的成因，換句話 說也就是新仙女木事件的成因並不確定。比較流行的假說是一 顆彗星撞擊到了北美地區，從而導致冰川消融，冰川融水通過 密西西比河流入墨西哥灣從而影響了環流。[2]另一種理論則強 調消融的冰川增加了北大西洋上的降水，進而影響環流。這些 理論都將重點放在了為何北美地區最先出現降溫之上。[3]在此 後數十年的時間中，北美等地的氣溫就經歷了巨大的變化。[4] 同它的開始一樣，新仙女木期的結束同樣極為迅速。在不到一 個世代的時間內格陵蘭地區的平均溫度就升高了15攝氏度之多， 格陵蘭的升溫可大致分為兩個階段，每個階段差不多花費十年 時間將溫度升高7、8攝氏度。 新仙女木期 影響 在新仙女木時期中，北美格林蘭地區氣溫驟降20攝氏度左右，英國南 部地區的溫度也降低了8攝氏度以上。[6]最初人們以為新仙女木期只 發生在北美及歐洲地區，但隨著研究的深入，新仙女木期在世界上的 其他地方也發現了溫度降低的證據。例如，中國南海生物矽沉積[7]、 青藏高原冰川中的O18同位素[8]等地也發現了新仙女木期氣候異常變冷 的證據，從而表明這是一段大範圍的冰期。[9]新仙女木時期的嚴寒可 能導致了北美克洛維斯文化的消失，許多不適應寒冷氣候的物種也受 到了影響。有些觀點認為，由於新仙女木冰期中地中海東部的累范特 地區氣候變得乾燥、炎熱，動植物數量減少進而減少了該地區的環境 承載力，使得人類因此而開發出了農業。[10]實際是許多動物和農作物 的馴化都是在新仙女木冰期前後所發生的，當然這一切也可能僅僅是 巧合，目前對於兩者的關係並無定論。[11]在電影《明天之後》中，主 創人員設計出了冰川消融從而阻斷溫鹽環流，導致全球變冷的情節。 這一過程同新仙女木事件類似，不過影片中的氣候變化速度快的多。 結語 • • • • 不同的狀況下會導致不同的氣候變化，即使是同一 個事件也可能有不同的影響 EX:火山爆發使早期的地球大氣不會因太陽輻射不足 而使地球過冷，但火山爆發的懸浮微粒使高低雲量 產生變化，也可能因此使地球降溫 對地球的年代尺規之整體氣候而言，人類的活動所 改變的氣候或許微不足到，但是對生命的尺規而言， 人為影響是否已經造成了非自然的氣候變遷？甚至 改變了未來的氣候？ 從這章我們可以得知，人類對整體氣候變遷的過程 和其因素還一知半解，因而更凸顯出了全球變遷一 題的重要性！ 報告完畢