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氣候變化與中國近海初級生產 版權信息
- ISBN:9787030705617
- 條形碼:9787030705617 ; 978-7-03-070561-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
氣候變化與中國近海初級生產 內容簡介
基于海洋-大氣的文獻數據、歷史觀測資料、再分析資料和衛星遙感數據,本書研究了氣候變化對中國近海環境和海洋初級生產的影響,評估了浮游植物生態系統對氣候變化的響應、脆弱性和風險管理等問題。全書6章,闡釋了狹義和廣義氣候變化的概念與定義,著重分析了中國近海氣候變化的基本特征;研究了東亞季風和海洋動力過程對中國近海海溫等生態因子的影響及機制;定量刻畫了氣候變化對中國東部與近海物候的影響;檢測并歸因分析了中國近海初級生產力的變化;預估了未來氣候變化對中國近海初級生產力的影響;基于IPCC氣候變化綜合風險理論框架與評估方法,評估了中國近海初級生產的氣候變化關鍵風險并提出了適應對策。 本書可供國家和地方有關部門管理人員,以及從事氣候變化、海氣相互作用及其對海洋生態系統的影響等交叉學科研究的專業人員與科研院校師生參考。
氣候變化與中國近海初級生產 目錄
第1章 中國近海氣候變化特征 1
1.1 引言 1
1.2 全球和區域海洋氣候變化概況 2
1.2.1 氣候變化的概念與定義 2
1.2.2 全球和區域海洋氣候變化的基本特征 3
1.2.3 中國近海氣候變化概況 6
1.3 中國近海海面溫度和鹽度的變化特征 8
1.3.1 數據資料和研究方法 8
1.3.2 中國近海海面溫度的變化特征 11
1.3.3 中國東部海域對全球變暖的響應與敏感性 14
1.3.4 中國近海海面鹽度的變化特征 19
1.4 中國近海氣壓、氣溫、降水和淡水通量的變化特征 22
1.4.1 數據資料和研究方法 22
1.4.2 中國近海氣壓變化特征 23
1.4.3 中國近海氣溫變化特征 25
1.4.4 中國近海降水變化特征 27
1.4.5 中國近海淡水通量變化特征 28
1.5 結語 31
參考文獻 33
第2章 氣候變化對中國近海海面溫度的影響 37
2.1 引言 37
2.2 東亞季風對中國近海海面溫度的影響 37
2.2.1 數據資料和研究方法 38
2.2.2 中國近海海面溫度與風場主要模態之間的關系 40
2.2.3 中國近海海面溫度與海氣熱通量的關系 48
2.2.4 東亞冬季風對中國東部海域海面溫度的影響 53
2.3 黑潮對中國近海海面溫度的影響 55
2.3.1 數據資料和研究方法 55
2.3.2 中國東部海域海面溫度與海洋動力過程的關系 56
2.3.3 黑潮對中國東部海域海面溫度的影響 62
2.3.4 東亞季風和黑潮對中國近海海面溫度的共同影響 66
2.4 ENSO和PDO對中國近海海面溫度的影響 68
2.4.1 數據資料和研究方法 69
2.4.2 中國近海海面溫度的年際和年代際變化周期 69
2.4.3 ENSO對中國近海海面溫度的影響 71
2.4.4 PDO對中國近海海面溫度的影響 76
2.5 結語 78
參考文獻 79
第3章 氣候變化對中國近海物候的影響 83
3.1 引言 83
3.2 全球和中國近海的氣候變化速度 84
3.2.1 數據資料和研究方法 84
3.2.2 全球表面溫度的氣候變化速度 86
3.2.3 中國東部地區地理等溫線的變化特征 88
3.2.4 氣候變化對中國近海地理等溫線分布的影響 90
3.3 氣候變化對中國近海物候的影響特征 95
3.3.1 全球的物候變化特征 95
3.3.2 中國東部地區物候變化特征 96
3.3.3 中國近海物候變化特征 97
3.3.4 氣候變化對中國東部地區生物物候的影響特征 99
3.4 不同氣候情景下未來中國近海氣候變遷及其對物候的影響特征 100
3.4.1 RCP2.6情景 100
3.4.2 RCP4.5情景 104
3.4.3 RCP8.5情景 108
3.5 結語 112
參考文獻 113
第4章 氣候變化對過去和現在中國近海初級生產力的影響 115
4.1 引言 115
4.2 中國近海表層葉綠素a濃度遙感數據重構研究 116
4.2.1 衛星遙感數據應用概述 116
4.2.2 數據資料與提取方法 119
4.2.3 中國近海表層葉綠素a濃度遙感數據重構方法研究 120
4.2.4 中國近海表層葉綠素a濃度遙感數據重構分析 124
4.3 中國近海表層葉綠素a濃度的時空變化特征 129
4.3.1 數據資料與分析方法 129
4.3.2 中國東部海域表層葉綠素a濃度的時空變化特征 130
4.3.3 南海表層葉綠素a濃度的時空變化特征 135
4.4 中國近海表層葉綠素a濃度的變化與環境因子的關系 140
4.4.1 數據資料與分析方法 141
4.4.2 中國東部海域表層葉綠素a濃度與環境因子的關系 141
4.4.3 南海表層葉綠素a濃度與環境因子的關系 144
4.4.4 長江口及鄰近海域赤潮暴發的環境溫度閾值分析 152
4.5 氣候變化對過去和現在中國近海初級生產力的影響特征 155
4.5.1 中國近海初級生產力的長期變化特征 155
4.5.2 中國近海初級生產力變化的歸因分析 157
4.6 結語 158
參考文獻 160
第5章 氣候變化對未來中國近海初級生產力的影響 165
5.1 引言 165
5.2 不同氣候情景下未來中國近海海面溫度變化預估 166
5.2.1 CMIP5模式介紹 166
5.2.2 未來中國近海海面溫度變化預估 168
5.3 不同氣候情景下未來中國近海環境因子和葉綠素a濃度變化預估 172
5.3.1 CMIP5模式和數據 172
5.3.2 未來中國近海環境因子和表層葉綠素a濃度變化預估 175
5.4 氣候變化對未來中國近海初級生產力的影響預估 180
5.4.1 數據與方法 180
5.4.2 觀測和模擬的中國近海初級生產力 181
5.4.3 不同氣候情景下未來中國近海初級生產力變化預估 185
5.5 模式預估問題討論 189
5.5.1 不確定性討論 189
5.5.2 CMIP5和CMIP6的比較 190
5.6 結語 190
參考文獻 191
第6章 中國近海初級生產的風險、適應和氣候治理探討 194
6.1 引言 194
6.2 中國近海浮游植物對氣候變化的影響、適應和脆弱性 195
6.2.1 氣候變化綜合風險理論與評估方法 195
6.2.2 氣候變化對中國近海浮游植物的影響 197
6.2.3 中國近海浮游植物的關鍵風險、脆弱性和適應性 203
6.3 中國近海初級生產的關鍵風險和適應對策 207
6.3.1 關鍵風險 207
6.3.2 適應對策 209
6.4 氣候變化治理探討 211
6.4.1 適應的局限性 211
6.4.2 減排的必要性 212
6.5 結語 213
參考文獻 215
氣候變化與中國近海初級生產 節選
**章中國近海氣候變化特征 1.1引言 近百年來,特別是自20世紀50年代以來,全球氣候變暖愈發明顯,并且一半以上的氣候變暖是由人類活動排放溫室氣體造成的;自1971年以來,海洋除了吸收人為排放溫室氣體產生的約93%額外的熱量,還吸收了約30%人為排放的二氧化碳(CO2)(秦大河等,2014;IPCC,2013)。觀測表明,自1993年以來,海洋吸收熱量的速率和海洋的熱含量大約增加了1倍。1993~2017年,海洋吸收熱量的速率和海洋的熱含量大約是1970~1993年平均值的2倍(IPCC,2019a)。至2017年,全球表面溫度上升了(1±0.2)°C(IPCC,2019b)。 由于海洋覆蓋了大約71%的地球表面,儲存了約97%地球上的水量,海水的比熱容遠大于大氣和陸地,海洋吸收了大量因溫室效應產生的額外熱量,因此,海洋對全球氣候變化有重要的調節作用,減緩了人致氣候變化的速度及其影響。然而,這種情況正在發生變化,氣候變化對海洋的影響正在加劇(蔡榕碩和譚紅建,2020;蔡榕碩等,2020a;Bindoff et al.,2019;IPCC,2019a)。在全球溫度升高和氣候變得更暖的背景下,海洋和大氣的運動正在加劇,并影響著地球氣候系統的水循環和生物地球化學循環。研究表明,如果未來氣候系統升溫2~3C,全球水循環將大幅增強16%~24%(Durack et al.,2012)。 與陸地相同,海洋*主要的初級生產過程是初級生產者(植物)通過光合作用將CO2還原成植物有機碳的過程,啟動了海洋生態系統的物質和能量的循環。海洋植物初級生產力與海洋動物生產力構成的海洋生物生產力是海洋生態系統的基本功能之一。其中,海洋浮游植物遍布于從沿岸海域到遼闊大洋的整個海洋之中,是海洋生態系統的基礎。海洋浮游植物的初級生產力既是*基本的生物生產力之一,又是海域基礎生產力和漁業資源潛力的重要標志之一。因此,研究與評估氣候變化對海洋浮游植物及其初級生產(包含初級生產過程和初級生產力等)的影響是認識氣候變化影響海洋生態系統的切入點和重要基礎。 影響海洋浮游植物初級生產的主要因子,除了太陽光照和營養物質,還有與此緊密相關的海洋環境條件。這是因為浮游植物的生態位和初級生產與海水溫度、鹽度等環境要素的變化有密切的關系。自20世紀70年代末以來,海洋的變暖、海水層化的增強、溶解氧(DO)含量的降低及營養鹽循環的變化,引起海洋凈初級生產力的下降,以及海洋動物生物量和潛在漁獲量的降低,導致海洋生態系統的服務功能減弱(蔡榕碩等,2020a;Bindoff et al.,2019;IPCC,2019)。在全球變暖背景下,中國近海及鄰近海域(渤海、黃海、東海和南海及鄰近海域,以下簡稱“中國近海”持續快速升溫變暖,并有顯著的生態異常,包括冷、暖型物種相對豐度及季節性演替規律的變化,海洋物種地理分布和組成的變遷,基礎生產力的明顯下降,海洋漁獲量的大幅降低,以及赤潮等生態災害的年代際增加(蔡榕碩和譚紅建,2010;蔡榕碩等,2020b;黃邦欽,2020;Cai et al.,2016)。 為了評估氣候變化對中國近海初級生產的影響、風險和適應對策,本書的章節內容安排如下:第1章,首先闡述氣候變化的概念與定義,綜述全球和區域海洋氣候變化的基本特征,分析近幾十年來中國近海海面溫度、鹽度、環流及海平面氣壓、氣溫和降水等典型氣候要素的變化特征,為后續章節提供必要的前提和基礎;第2章,應用各種海洋和大氣再分析資料,研究氣候變化通過東亞季風和黑潮等海洋與大氣調控因子對中國近海海面溫度的重要影響和機制;第3章,闡述有關生物和非生物物候、氣候變化速度的概念與定義,分析并預估不同氣候情景下未來中國東部地區及近海地理等溫線和物候的變化,評估氣候變化對中國近海生物和非生物物候的影響;第4章,應用衛星遙感數據,檢測分析中國近海葉綠素a濃度的長期變化特征,歸因分析氣候變化對中國近海初級生產力的影響;第5章,應用IPCC全球耦合模式比較計劃第五階段(CMIP5)的模式數據,預估不同氣候情景下未來中國近海環境要素的變化及其對初級生產力的影響;第6章,基于IPCC第五次評估報告(AR5)的氣候變化綜合風險理論和不確定性處理方法(Mastrandreaetal.,2010),評估氣候變化對中國近海浮游植物的影響、適應和脆弱性,總結分析氣候變化對中國近海初級生產的影響、風險和適應對策,探討相關的氣候治理問題。 1.2全球和區域海洋氣候變化概況 1.2.1氣候變化的概念與定義 本小節首先闡述有關氣候變化的概念與定義:①什么是氣候;②什么是氣候變化;③什么是全球變化。傳統上,氣候是以氣溫、氣壓、濕度和降水量等氣象要素的平均狀態來表征的。20世紀初,人們認為30年平均的氣象(候)要素值是穩定的,即氣候是不變的。后來,人們逐漸認識到30年平均的氣象(候)要素值并不是固定的,而是變化的。這可以看成狹義的氣候變化。人們還認識到,氣候變化是地球上大氣、海洋、冰雪、陸面(巖石圈)和生物圈的相互作用引起的,進而形成了現代地球氣候系統的概念。 既然氣候是變化的,那么如何來衡量氣候變化?為此,人們經常采用氣象要素的異常(如距平值或方差值)來研究氣候變化。例如,2019年冬季氣溫異常(距平值)偏高,則是指2019年冬季氣溫與歷史時期20年或30年(1981~2010年)冬季平均氣溫相比偏高,其中,2019年冬季氣溫與歷史時期20年或30年冬季平均氣溫之差即為距平值。 因此,當我們計算并列出全球或區域表面氣溫距平值的百年變化序列時,就可以看到這百年來全球或區域表面氣溫的變化情況。人們發現除了上述氣象要素,海洋、冰雪、陸面和生物圈的代表性要素的長期平均值也是變化的,氣候變化的概念隨之逐步延伸到其他的領域中,不再僅限于大氣科學。例如,海水溫度、鹽度和流場等要素30年的平均值也是變化的。同樣,我們也可以采用海水溫度、鹽度和流場的距平值來研究海洋的長期變化現象。因此,當我們將原有的氣候變化的定義延伸至海洋等其他學科或自然現象要素(如海水溫度、鹽度和海平面高度)變化的總結、歸納與分析中,我們就得到了廣義的氣候變化。 20世紀中葉以來,人們觀測到地球的表面溫度不斷上升和氣候持續變暖,并且觀察到地球上冰川退化、雪線升高、海平面上升、生物多樣性減少和近岸海域富營養化等具有全球性意義的變化,這就是全球變化。其中,地球氣候變暖則是人類面臨的*具挑戰性的全球性問題,并成為全球變化的核心問題。人們雖已認識到氣候是變化的,但仍然存在較多的爭議。比較有代表性的爭議大致有兩種:一是氣候有沒有變暖;二是變暖是什么引起的。其中,有種觀點不同意或不認為氣候變暖是溫室氣體引起的,這種觀點主要是認為過去不同地質年代,地球上曾有過更高的溫度和CO2濃度;還有種觀點認為氣候變暖是由自然變率引起的。 氣候變化有不同的時間尺度,簡單而言,包括:地質時期(1萬年以前)、歷史時期(1萬年以來)及1850年工業化以來的現代時期。因此,人們對于氣候變化及其成因有不同的認識屬于正常現象,特別是對于近百年來的氣候變暖及其成因有較多的爭議。但是,自20世紀90年代以來,IPCC發布了五次氣候變化評估報告和多個特別報告,提供了越來越多的氣候變暖及其影響的證據,并明確了20世紀50年代以來一半以上的氣候變暖主要是人類活動排放的溫室氣體所造成的。當前國際社會強調的主要是指人類活動排放溫室氣體引起的氣候變化(如升溫變暖、海平面上升),而不是自然變率引起的氣候變化,這取得了國際社會廣泛的共識。例如,2015年12月全世界190多個國家在巴黎氣候大會上通過了《巴黎協定》,該協定旨在將人為引起的全球地表的升溫幅度[較工業化前水平(采用1850~1900年平均)]控制在2°C以內,并力爭控制在1.5°C以內。《巴黎協定》的意義在于取得了國際社會應對氣候變化的共識和奠定了行動的基礎,提高了減緩并適應氣候變化的可能性。 基于此,本書主要關注20世紀中葉以來,人類活動引起的氣候變化及其對中國近海初級生產的影響、風險及適應對策。本章主要回顧概述全球和區域海洋表面的溫度、鹽度和流場等廣義的海洋氣候變化特征,并采用海洋再分析資料,重點分析近幾十年來中國近海海面溫度(SST)和海面鹽度(SSS)的變化特點,再應用大氣再分析資料,分析中國近海的海平面氣壓、氣溫、降水和淡水通量等若干經典氣候要素的變化特征,為本書后續章節研究氣候變化對中國近海初級生產的影響、風險及應對,提供必要的前提和基礎。 1.2.2全球和區域海洋氣候變化的基本特征 本小節主要針對海洋表面的溫度、鹽度和流場等要素,概述廣義的全球和區域海洋氣候變化的基本特征。 觀測表明,近百年來全球平均陸地表面溫度呈波動上升趨勢,特別是自20世紀60年代以來,全球平均陸地表面溫度的上升趨勢明顯加快;并且觀測到的全球平均陸地表面溫度的上升幅度大于全球平均陸地和海洋表面溫度(GMST)的上升幅度。相對于1850~1900年,2006~2015年全球平均陸地表面溫度上升了1.53C(1.38~1.68C,可能范圍),而GMST增加了0.87C(0.75~0.99C,可能范圍)(IPCC,2019b),如圖1.1所示。 近幾十年,全球海洋上層發生了顯著的變暖,但是升溫的速率和幅度有很大的區域性差異(IPCC,2014)。例如,1971~2010年海洋上層(700m以淺)熱含量增加了約17X1022J,近表層(0~75m)海水溫度的上升速率*快,達到0.11[0.09~0.13]°C/10a(秦大河等,2014;IPCC,2013);并且,1993~2017年海洋上層(2000m以淺)的增暖速率至少為1969~1993年的2倍,呈現出顯著的變暖增強趨勢(IPCC,2014,2019a)。1970~1993年,海洋0~700m層和700~2000m層變暖的平均速率分別為(3.22±1.61)ZJ/a和(0.97±0.64)ZJ/a;而在1993~2017年,分別增加至(6.28±0.48)ZJ/a和(3.86±2.09)ZJ/a。1970~2017年,海洋0~700m層和700~2000m層變暖的速率分別為(4.35±0.8)ZJ/a和(2.25±0.64)ZJ/a;2005~2017年,分別增加至(5.31±0.48)ZJ/a和(4.02±0.97)ZJ/a。此外,1970年以來,2000m以下的深海也在持續變暖(蔡榕碩等,2020a;IPCC,2019a)。 雖然全球海洋正在逐步變暖,但海洋表面溫度的上升呈現出波動式上升的特點。例如,1998~2012年,全球表面溫度的上升似乎出現減緩的現象,即所謂的全球變暖減緩現象(global warming hiatus),升溫速率遠低于20世紀70年代末以來的快速變暖速率(Easterling and Wehner,2009;Met Office,2013;Stocker et al.,2013)。但2014年之后,全球表面溫度繼續呈現明顯的上升態勢(IPCC,2019a,2019b)。近六十多年來,地球表面升溫變暖的趨勢是十分顯著的(蔡榕碩和付迪,2018;蔡榕碩等,2019;Cai et al.,2017a)。 然而,在不同的大洋和海域之間,海洋表面的升溫有較明顯的差異。例如,1950~2009年印度洋增溫*為顯著,平均SST增加了0.65C,大西洋增加了0.41C,太平洋增加了0.31C。過去百年間,特別是自20世紀60年代以來,全球海洋尤其是大洋副熱帶西邊界流區域(如黑潮和灣流區)表現出顯著的升溫趨勢,其SST的上升速率是全球海洋平均的2~3倍(Cai et al.,2017a;Wu et al.,2012);并且,西北太平洋邊緣海尤其是中國近海(指渤海、黃海、東海和南海,圖1.2a中黑色方框所示海域,0°~45°N,100°E~
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