全球变暖与生态积累效应.doc

精品论文大集合全球变暖与生态积累效应苏梅琳 1，周延召 2，王文华 11 中国矿业大学环境与测绘学院，徐州(221008）2 中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州（221008）e-mail: 摘要：全球的变暖所引起的生态问题已逐渐显著，它对生态系统的破坏已经引起全世界人们的关注，来自不同领域的专家学者已开始对全球变暖所引起的生态效应进行研究，并且已 经取得了很多研究成果。本文从生态积累效应的角度，深入研究全球变暖的问题，并运用生 态积累的理念来分析前人的研究成果，且对前人研究成果进行归纳总结，并提出全球生态积 累效应模式，以及全球变暖形成机制循环模式。 关键字：全球变暖；生态系统；生态积累效应1. 引言随着全球的变暖,人们不断的研究由全球的变暖所引起的地球环境系统的改变1-4。从研 究气温的变化、冰川的消融、冻土的变化、海平面的上升等等来证实全球温度的变化,到研 究全球温度变化所引起的一些生态环境问题，并寻找解决这些问题的方法。这篇文章在总结 前人研究成果的基础上，用生态积累的理念诠释全球变暖对地球环境系统的影响。并在此基 础上提出一些建议。2. 基本概念2.1 生态系统生态系统（ecosystem）是英国生态学家 tansley 于 1935 年首先提上来的，指在一定的 空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生 态学功能单位。它把生物及其非生物环境看成是互相影响、彼此依存的统一整体5。2.2 积累效应积累效应发生是因为环境系统的改变在空间和时间上的积累6,是因为随着时间连续而 交互的作用在同一空间所引起的7.积累效应不是一般的自然体系,是次要的或者间接的作用 而形成的复杂体系8.生态积累效应是以时间、空间和产生复杂体系的因果作用相互影响为为 特征的。其要求把影响因子、过程和作用纳入一个体系综合考虑，寻找引起积累结果的源头， 并且探索积累环境改变的途径6。积累作用分析的目标是为了科学的评价过去、现在通常人们行为的作用。分析结果将 为分析环境系统和人类之间相互作用的决策者提供参考资料6,7。2.3 生态积累效应生态累积效应的研究最初始于环境影响评价9。1984 年美国科学家 geppert,r.,等人把 该方面的思想应用到森林开采活动对环境产生的效应研究10。当自然或人为作用对生态环 境长期影响，使生态环境的结构和功能发生了变化，并且这种变化在时空过程中逐渐累积。 当影响达到一定程度必然产生较为显著的环境效应, 称之为生态累积效应11。生态累积效应 主要表现为对区域和全球生物地球化学循环的影响、对生态系统结构和功能的影响、以及对 区域小气候的影响等。可以说, 景观变化是产生生态累积效应的主要根源9。- 8 -到目前为止,生态积累效应研究重视的是自然生态系统变化的过程及其在环境方面产生的生态后果研究。2.4 全球变暖全球变暖（global warming）指地球表面平均温度和近地表平均气温的升高，它是就地 球表层环境总体的年均温而言的，并不是指全球每个地区都在变暖或每个季节都在变暖。在 全球变暖的过程中，有些地区的变温幅度也许大一些，有些地区可能小一些，还有些地区不 变温或者降温。例如，如果用 19611990 年的 30 年平均气温与 19311960 年的 30 年平均 气温比较，亚洲大部分地区的变温幅度小于 0.51c,西伯利亚地区温度升高最为剧烈,超过1c,而中国南部的副热带地区温度却降低了 0.51c。变温具有季节性差异，表现为冬季增 温幅度大，夏季增温幅度小；变温具有区域差异，表现为高纬度增温幅度大，低纬度增温幅度小12。3. 全球变暖趋势通过对 18601992 年间逐年年均温全球平均值进行估算12。结果显示，在过去的一 个多世纪中，全球年均温升高了 0.30.6c，但是呈现出不是均匀的增温趋势，比较显著的 时段有 19101940 年和 19751992 年两个时段，不显著的是 18601910 年期间，还出现 微弱降温的趋势 19401975 年期间。值得注意的是，20 世纪 80 年代是最暖的 10 年，1990 年是这一序列中最高温度年。具最新的统计资料，1998 年是近千年来全球温度最高的一年。4. 全球变暖生态积累效应在全球变暖的背景下，各个季节、各地区温度变化不一致，所以各个地区的生态积累 效应也各有特点。主要表现在以下几个方面（参见图 2）：图 2 全球变暖引起的生态积累效应4.1 冰川的消融及其生态积累效应（1）冰川的消融从安第斯山脉到北极，全球变暖导致冰川消融速度在加快。研究数据显示 2006 年世界 冰川的平均厚度减少了 1.5 米,而 2005 年这个数字仅为 50 厘米。全球变暖导致冰川不同程 度的消融，联合国环境规划署研究数据显示，与其他地区相比，欧洲山区冰川损失最为严 重，其中包括阿尔卑斯山脉，比利牛斯山脉和北欧山区。例如，挪威一片冰川的厚度 2006年减少了 3.1 米 而 2005 年仅减少 30 厘米 法国坐落在比利牛斯山脉的冰川 2006 年厚度减少 3 米，2005 年减少 2.7 米 意大利的马拉瓦里冰川 2006 年厚度减少 1.4 米 2005 年仅减少90 厘米13。随着全球变暖,中国许多冰川发生了后退和萎缩14-20。如祁连山的“七一”冰川（“七一” 冰川位于祁连山走廊南山北坡 , 距嘉峪关市偏南方向约 116 km 处, 冰川融水汇流到北大 河支流柳沟泉河. “七一”冰川长约 3.8 km , 面积 2.871 km2。据研究显示，“七一”冰川消融强 度和消融量都在增大，1980 年代后期到现在 , 随着全球的升温 ,“七一”冰川趋于退缩21. 其消融速度在最近几年里加快,且 2006 年消融量为近年观测的最大22。虽然不同年份消融量 不一样，但“七一”冰川总的趋势是一直处于萎缩状态。（2）冰川消融引起山体“回弹”加速 山顶的冰雪融化使得阿尔卑斯山和其他山脉的高度在过去一个世纪中经历了缓慢的回弹过程。几千年来,这些冰山长期压着地表随着冰川融化,压在地面上的重量得以减轻,地表慢 慢回弹。由于近年来全球变暖加速了冰川的融化 ,这些山脉回弹的速度也在加快23。（3）冰川消融引起区域生态效应 全球的变暖导致冰川的消融，进而引起区域气候、水环境的改变，一些脆弱的生态系统正受到威胁。其变化在不同地区有不同的体现。例如，由于海冰的逐渐消失，依赖其休息、 捕食和繁殖的北极熊的生存受到威胁，白鹤是一种极度濒危的迁徙性湿地鸟类，随着全球气 候不断变暖，白鹤栖息的北极圈内苔原预计会减少大约 70%24。未来海平面的上升将淹没 当前尚存的几个大规模亚洲虎栖息地以印度红树林。在全球变暖环境下,河西走廊地区普遍 出现增温趋势，尤其是冬季增温幅度较大。由于东西段冰川物质平衡不一，导致河流径流量 不同。再加上人为影响,使得河西走廊的地表水文和地下水环境发生改变,从而影响当地的生 态环境。使森林面积与建国初期相比减少约 16.5% 。黑河流域总体退化草地面积达28.101104 hm2,沙化草地面积 29.35104 hm225。（4）冰川消融引起海平面上升douglas（1991）由 21 个世界验潮站记录数据研究认为过去 100a 全球海平面平均上升 率为 1.8 mm/a，igbp（1992）认为海平面平均上升率为 12mm/a6 ;长期监测结果表明,中 国沿海海平面近 50a 来呈上升趋势 ,平均以 1.03.0 mm/a 的速率上升。.海平面升高的原 因，主要是海水热膨胀和地球南北两极的冰山融化。海平面上升引一系列问题已成为当今国 际科学界研究的热点。1、海岸被冲蚀、低地被淹、一些历史文化遗产丧失 全球变暖,海面上升使海岸线被冲蚀,使一些地方的沿海景观遭到破坏,使一些沿海和岛国居民的生活(占世界 13 的人口)，使之受到威胁。如果海平面上升 1 米, 一些经济发达、人 口稠密的沿海地区如纽约、伦敦、威尼斯、曼谷、悉尼、上海等世界级大城市将面临浸没的 灾难。而长江三角洲、珠江三角洲和黄河三角洲，以及印度和孟加拉间的恒河三角洲、越南 和柬埔寨间的湄公河三角洲等河口三角洲地区将是最大的受害者26。一些历史文化名城如 埃及、曼谷等将难逃厄运。据中国环境报报道,在过去的 20 年中，由于泰晤士河的水位随全 球变暖而升高，英国当地政府机构不得不先后 88 次加高防洪堤坝，以保障伦敦人的生命财 产安全。2、海岸生态环境改变，生态、经济损失惨重近数十年来, 由于海滩泥沙收支长期失去平衡,鲁南砂质海岸持续侵蚀,与 20 世纪 60年代比,岸线平均蚀退量约为 20179 10 4m /a3 。沙丘被破坏,海滩侵蚀加剧,导致尼罗河三角洲面积减少，其部分原有的渔业资源如沙丁鱼资源枯竭。椐研究数据预测尼罗河三角洲到2050 年相对海平面升高可能超过 1.4 m ,陆地面积损失达 19%；到 2100 年相对海平面升高 将超过 3.3 m ,陆地面积损失达 26%27。全球变暖，冰川消融导致海平面上升，迫使生物向新的生境迁移，物种的灭绝是很容 易发生的。目前，全球沿海红树林等湿地已遭到很大破坏，物种多样性随之减少。另外，海 平面上升引发的盐水入侵现象也使生境发生改变，引发物种迁移或灭绝现象。4.2 全球变暖引起海洋温度变化随着全球的变暖,各大洋都出现不同的增温现象。其中南大洋中层温度 80 年代比 50 年 代升高了 0.17，大于全球其他海域。印度洋和太平洋 900 m 深的海水温度在 1962-1987 年 间升高了 0.528。海洋由于其巨大的热容量，在气候系统的热量储存和输送方面发挥着重 要的作用。珊瑚礁是外海鱼类的“孵卵站”和“托儿所”。海水温度的升高导致色彩斑斓的珊瑚正逐渐 失去光彩，面临生存的威胁。例如澳大利亚海域水温升高导致珊瑚大量死亡。1998 年为全 球近百年来最热的一年，全球的珊瑚礁生态系统出现大范围的、灾难性的、空前严重的珊瑚 白化并死亡现象26。海洋表面温度的升高导致生物多样性减少，19511993 年，加利福尼亚南部海岸带伴随 海水温度的升高动物性浮游生物的密度减少了 80%30。海水温度升高导致物种生存的生境 遭到破坏，如海藻、浮游生物和甲壳纲动物等物种栖息的珊瑚礁和极地海岸周围的沙架遭到 破坏, 另外，生境的破坏使一些生物为了生存不得不向气候较冷的地方迁移.食物链发生破坏 减少了鲸、企鹅和海狮等较大动物的食物来源。4.3 全球变暖引起灾害性天气频繁出现若全球地面年平均气温升高 1,在中国登陆的台风将增加 1.19 倍。台风强度随海面温 度升高而增强,在海面温度 28时,最大风速为 75m/s,温度升高到 29时,最大风速将增大到79 m/s。厄尔尼诺是指赤道东太平洋海域表面水温突然升高, 比正常高 25,持续时间较长达615 个月, 对全球气候有显著影响, 影响全球农业和生态环境。在全球变暖的同时, 厄尔 尼诺现象的发作也越来越频繁。20 世纪 10 个最明显的厄尔尼诺中有七个与当年全球温度有 正相关关系31. 厄尔尼诺的发生伴随着发生的是各类自然灾害如洪涝、干旱、生物灾害等的 频繁出现并加剧。4.4 全球变暖引起冻土变化及其生态积累效应冻土 , 一般是指温度在 0 或 0 以下 , 并含有冰的各种岩土和土壤。按土的冻结状 态冻土一般可分为短时冻土、季节冻土、以及多年冻土。在全球变暖背景下, 近几十年来中 国地区的冻土总体表现为最大冻土深度减小, 冻结时间推迟, 融化时间提前, 冻结持续日缩 短, 多年冻土面积萎缩, 以及冻土下界上升的总体退化趋势32。气温升高导致冻土层发生变化，冻土的变化对建立其上的生态环境造成很大的影响,其 中各种生态要素如植被群落结构、生物生产量以及生物多样性等发生了显著变化；生态系统 冻土层的变化释放大量温室气体与大量水分,引起区域水能循环系统发生深刻变化,继而对整 个地球系统产生一定影响。随气候变暖，冻土地区生态系统的生产力变化存在类型和地区间的差异, 气候与冻土变化作为主要影响因素使地表水分和水文过程发生差异性的变化：地表水分趋于干燥 , 将有 利于中旱生和旱生的植被类型如高寒草原生长；在北极由于随着气候变暖和冻土层的解冻， 地表水分会增加，这将有利于湿地植被的生长，如草甸和沼泽植被增长。所以随着气候变暖， 将导致区域高原高寒草甸和高原草原上生物量的减少，区域高寒湿地面积的萎缩、沼泽湿地 的退化，寒冻湿地生态系统的变化直接导致区域土壤性质发生剧烈改变，形成巨大的土壤水 分和 co2 循环变化效应，将对区域地球系统产生深刻影响。并且由于全球变暖，北极冻土 层解冻，湖水渗透到土壤里，导致北极周边地区 125 个湖泊消失33。4.5 全球变暖引起区域荒漠化加剧持续干旱可以导致多年生植物的急剧减少和破坏以及植被结构的简化,失去永久植被 保护的土壤表面很容易被风蚀、水蚀、动物践踏以及因蒸发而导致盐碱化。在全球变暖的大 背景下,极端气候事件（如大风和暴雨）次数增加可能加剧土壤侵蚀。土壤的性质和过程（包 括有机物组成、淋溶、土壤水分结构等）可能受气候变化的影响。气候的变干、变暖以及局地性暴雨的增强可以导致沙漠化进程的加快；大气中 co2 含量增大一倍将导致气候变化，由此全球荒漠化面积会增加 17%。容许有 10%误差存在时, 通过计算得，若 co2 倍增,温度上升 1.5 时,我国干旱区面积（包括半干旱和半湿润干旱 区在内)将扩大 18.8 万 km2 ,湿润区缩小 15.7 万 km2 34。由于缺少水分和土壤的肥力下降，植物生产量降低，能供养的动植物数量锐减，许多 个体由于饿死而死亡，物种的灭绝很容易发生，而个别物种的灭绝在脆弱的生态系统中又极 易导致连锁性的灭绝事件发生。4.6 全球变暖引起降水量从新分配、气候带迁移全球变暖将引起降水量在时间和空上中从新分配，并引起气候带的迁移。生物多样性是 生物与环境长期相互作用的结果。全球变暖将对生物多样性产生深远影响。全球温度的变化 使陆地气候带发生迁移,而相对滞后的生物地带迁移会导致物种组成发生变化。地质史温度 波动的周期比现在生物经历的温度变化较长，使得生物有足够的时间适应，短时间的气温变 化必将导致适应性较差的物种死亡、灭种。例如对于热带生物，特别是昆虫等冷血动物，能 够应付的温度范围很窄，这样一来，即使是较小的升温，它们对温度变化的强烈敏感性也会 将它们置于危险的境地35。而全球变暖，使许多极地生存的生物因缺少食物而灭亡。4.7 全球变暖对人类健康造成威胁气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分,以不同的方式和程度对人类 健康产生影响。据联合国政府间气候变响。世界卫生组织指出,每年仅因气候变暖而死亡的 人数就超过 10 万人,如果这一情况不能得到改善,到 2030 年,全世界每年将死于气候变暖有 30 万人36。这主要是因为全球气候变暖对人类健康全方位、多层次的影响。气候变暖使热浪袭击 频繁或严重程度增加。热浪、高温使病菌、病毒、寄生虫更加活跃,损害人体免疫力和抵抗 力,导致与热浪相关的心脏、呼吸道系统等疾病的发病率和死亡率增加。气候变暖使暴风雨、 飓风、干旱水灾等极端天气事件发生的频度和严重程度均有所增加,除直接导致死亡率、伤 残率上升外,还为疟疾、登革热、霍乱、脑炎等传染病提供传染环境而间接损害人体健康,影响生态系统稳定。另外，气候变暖将加重空气污染，使空气质量下降,气喘病等呼吸系统疾病加剧。全球变暖还致使紫外线辐射增强并由此会引发一些疾病,如强烈阳光下的急性暴露 引起红斑和雪盲,长期暴露则与皮肤癌和白内障有关37。5. 全球变暖的原因全球变暖的原因来自两方面作用，自然因素作用和人为因素作用两方面。自然因素是 因为在地球轨道周期性变化的自然过程控制下，大气的温度有冷暖周期性的变化。周期尺度 有长有短，可以从几年到万年。人为因素对大气的影响是近一百多年的事，但是其影响是显 著的，人类燃烧煤、石油、天然气等化石燃料向大气排放 co2、甲烷等温室气体，特别是工 业革命以后，空气中的温室气体显著增加，2007 年大气中二氧化碳浓度达到了 379ppmv， 是地球历史上 65 万年以来的最高值38 。图 3 全球变暖恶性循环图在碳循环中，植物通过光合作用，吸收空气中的 co2 将之转化成有机碳，从而减少空气中 co2 的含量，可以使地表温度维持在一个相对平衡的、对生物的生长繁殖有利的水平。 实验证明在植被覆盖良好的地区地表的温度较没有植被时下降许多，但是因为大量温室气体 的排放，维持全球温度的绿地的减少，森林大面积被砍伐导致得全球变暖，使得本处于一个 动态平衡的物质碳循环被打破，而全球的变暖又使生物的生境被破坏，生态平衡遭到破坏， 从而降低了植物对大气中 co2 的吸收能力（如图），这将更加的恶化全球的生态平衡。6. 小结由于自然和人为的因素导致全球变暖，全球变暖后所产生的生态积累效应显著，并且产生 的一切恶性后果，将使全球生态现状改变，生物链发生变化，生物多样性遭到破坏，人类的 健康受到影响，所以我们要采取一定的措施来弥补，一方面我们要采取措施减少温室气体的 排放，缓解全球变暖的问题，另一方面，对全球变暖所引起的生态环境改变，我们要积极采 取一些措施去适应这个改变。参考文献1 陈克明 , 张学 洪 , 金向泽 等 . 一个用于全球气候 变 化研究的 海 洋大气环 流 耦合模式 j. 海洋学 报,1997,19(3):21-32.2 陈克明,张学洪,金向泽等.一个用于全球气候变化研究的海洋大气环流耦合模式.模式气候漂移和增强 温室效应的初步分析j. 海洋学报, 1997,19(4): 26-40.3 阎俊岳, 李江. 东海及邻近地区百年来的温度变化j .海洋学报, 1997 , 19(6): 121-126.4 刘岳峰, 邬伦, 韩慕康, 等. 辽河三角洲地区海平面上升趋势及其影响评估j. 海洋学报, 1998 , 20(2):73-82.5 /view/24042.htm6 spaling h, smit b. cumulative environmental change: conceptual frame works, evaluation approaches, and institutional perspectives. environ manage. 1993(17):5876007 mac donald lh evaluating and managing cumulative effects: processes and constraints. environ manage2000(26):2993158 gergel se. assessing cumulative impacts of levees and dams on flood plain ponds: a neutral- terrain model approach. ecol app. 2002(l12):174017549 刘红 玉 , 吕宪国 , 张世 奎 . 湿地景观 变化过 程与 累积环 境效 应研究 进展 j. 地 理 科学进展,2003(22):60-7010 geppert, r., etal., cumulative effects of forest practice on the environment-a state of knowledge, ecosystems olimpin,wa,1984(22)11 王宪礼,胡远满,布仁仓.辽河三角洲湿地的景观变化分析.地理科学, 1996, (3) , 260265 12陈效逑.自然地理学原理m.北京:高等教育出版社,2006.113 莉莉. 世界冰川消融速度创纪录.农村实用技术.2008,514 shen yongping , liu shiyin , zhen lili , et al. fluctuations of glacier mass balance in watersheds of qilianmountains and their impact on water resources of hexi regionj.journal ofglaciology and geocryology ,2001 ,23(3): 244 - 250.15 shi yafeng , shen yongping , li dongliang , et al. discussion on the present climate change from warm2dry to warm2wet in northwest chinaj. quaternary sciences, 2003, 23(2): 153- 164.16 ye baisheng, han tianding, ding yongjian. some changing characteristics of glacier streamflow in northwestchina j .journal of glaciology and geoeryology, 1999, 21(1): 54 - 58.17 wang jian , shen yongping , lu anxin , et al. impact of climate change on snowmelt runoff in the mountainous regions of northwest chinaj .journal of glaciology and geocryology ,2001 ,23 (1):28 - 33.18 ding yongjian, ye baisheng, liu shiyin. impact of climate change on the alpine streamflow during the past40a in the middle part of the qilian mountains , northwestern chinaj .journal of glaciology and geoeryology ,2000 , 22 (3):193 -199.19 wang guoya, shen yongping, mao weiyi. climate warming at headwater of rmqi river, xinjinag in past44 years and its impact on glacier shrinking j .journal of glaciology and geogeryology.2005, 27(6):813 - 819. 20 ye baisheng, ding yongjian, yang daqing, et al. regional patterns of climate change in northwest china during the last 50 years viewed from annual discharge change j.journal of glaciology and geocryology.2006,28(3):308 - 311.21 宋高举,王宁练,陈亮等. 祁连山近期七一冰川融水径流特征分析j.冰川冻土.2008,4(2):321-32822 pu jianchen , yao tandong, duan keqin, et al. mass balance of the qiyi glacier in the qilian mountains: anew observation j.journal of glaciology and geocryology, 2005 , 27 2 : 199- 204. 23 http:/www.x. cn/wenhuaziyuan/2007/0510/content_655.htm24 蔡蕾.2007 年国际生物多样日:生物多样性与气候变化j.环境教育.2007(5):12-17.25 王根绪, 程国栋, 沈永平. 近 50 年来河西走廊区域生态环境变特征与综合防治对策j. 自然资源学 报.2002(1):78-86.26 海洋对全球变暖的响应j.海洋世界.2007(4).27 庄丽华,阎军,常凤鸣.海平面变化对全球变化的响应j.海洋地质动态.2003(3):14-18.28 刘长建,杜岩,张庆荣等. 海洋对全球变暖的响应及南海观测证据j. 气候变化研究进展.2007(1):8-13. 29 张志强,孙成权.全球变化研究十年新进展j.科学通报,1999(5):464-47730于沪宁,江爱良.厄尔尼诺与全球趋暖灾害骤增对农业持续发展的影响j.地理科学进展.2000(3):227-236 31 陈博,李建平.近 50 年来中国季节性冻土与短时冻土的时空变化特征j.大气科学.2008(3):432-443.32 朱建东.气候变暖的十大惊人后果j.资源环境与工程.2008(2)33 慈龙骏.全球变化对我国荒漠化的影响j . 自然资源学