基本介紹
- 中文名：氣候突變
- 外文名：the abrupt climatic change
定義,產生原因,檢測方法,特點,全球氣候突變,氣候突變與中華古文明,
定義
氣候突變是普遍存在於氣候系統中的一個重要現象，但一直缺乏一個嚴格的定義。John Imbrie1987年根據氣候的成因及時間尺度，把氣候突變歸成兩類，第一類是簡單狀態的突變，即在氣候系統結構沒有發生根本突變的情況下，或不考慮系統外邊界條件任何長期變化的前提下，可觀測到的迅速且顯著的氣候變化，如以年為周期的初霜凍、季風爆發等；第二類則反映系統便捷長期變化中的突變，這些時間不是有規律的發生，如緩慢的大地構造引起的地理變化，必須有新的大氣和海洋環流與之適應。再者正如Flohn1987年指出的，幾千年尺度上發現過冰期的突然結束以及大約12000年前和5500年前發現過洪積期的突然到來。Ghazi1982年就提出了氣候突變是冰期和間冰期某一個50-200年時間尺度內的溫度差異達到整個冰期同間冰期之間溫度差異的一半。更多的學者通過考察氣候狀態統計特徵值的變化來定義氣候突變。
常見的氣候突變是被定義為氣候從一個平均值到另一個平均值的急劇變化，它表現為氣候變化的不連續性，這個定義能夠較好的反映一個氣候某基本狀況（特徵平均值）的變化，稱為均值突變，不過均值只是反映氣候狀態的一個基本特徵量。另一個描述氣候狀態的特徵量是它的變率，這類氣候突變定義為氣候從一個方差狀態到另一個方差狀態的急劇變化，其平均值卻無明顯變化，稱此為變率突變。Saltzman等1987年給出的過去150萬年同位素氧18的記錄就呈現出這種突變方式。第三類突變為翹翹板突變，，1986年符綜斌等用復EOF分析海溫場所得到的位向的時間變化。第四位突變為轉折突變，即在某一時段持續減少（增加），然後突然在某點開始持續增加（減少），Goossens等給出的高緯度地區氣溫歷史記錄就這種形式。
上述四種突變的定義僅是從時間演變角度考慮某一氣候變數的特徵，需要指出的是氣候要素場空間結構的變化，同樣存在著突變現象。總結上述幾類突變給出氣候突變的普適定義：氣候從一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢）跳躍式地轉變到另一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢）的現象，它表現為氣候在時空上從一個統計特性到另一個統計性的急劇變化。
現在氣候突變通常使用的定義是指氣候從一種穩定狀態跳躍式的轉變到另一種穩定狀態的現象，用以描述氣候狀態的變數有平均值、方差、頻率分布、變化傾向等。已經揭示的大量觀察事實表明，氣候突變是一種多時間尺度的現象。氣候狀態的跳躍可以發生在從季節、年際、十年或百年、甚至更長的指導地質的時間尺度寬廣的時域內，是存在於各種時間尺度氣候變化中的普遍現象。
產生原因
1 氣候系統之外的參數或強迫力的突然變化
如由於某一冰川湖淡水突然湧入海洋，就可能改變北大西洋的表面環流，從而改變其臨近區域的氣候；火山噴發或大規模核戰爭也屬於這一類。
2 外力的緩慢變化使氣候系統越過突變的界限
如由於地球軌道周期性變化所引起的冰川及溫暖條件的振盪範圍較大，影響季節性太陽輻射分布，使厄爾尼諾、季風及全球大氣環流突然改變。目前結果已經很明顯，譬如菲律賓遭受的風暴。
3 氣候系統本身內部混沌過程產生的突然變化
如熱帶海洋大氣動力改變所造成的區域性或全球性後果。 總的說來，氣候突變帶有非線性和多重均勢的特點。問題是現在的溫室氣體排放是否會引發氣候突變？IPCC的模式也顯示由於溫室氣體增多，可能在21世紀內引起溫鹽環流的減慢，但是海洋環流不可能完全停止，因為它很大程度上由風力驅動，在任何氣候情景中，風總是要吹動的，仍然會將亞熱帶的暖流帶到北方。所以在現階段只能說：全球變暖是事實，對社會有嚴重的威脅和可能的災害性影響；古氣候記錄所顯示的古代氣候突變情況也是很嚴酷的，假如未來產生氣候突變，也可能是很嚴重的。
檢測方法
在此介紹氣候突變的檢測方法，僅針對氣候突變的幾種檢測方法，僅針對氣候統計平均值突變情形。
1、低通濾波法
2、滑動的t檢驗法
3、Cramer法
4、Yamamot法
5、Mann-Kendall法
6、Spearman法
特點
10年尺度氣候突變具有以下幾個主要特點：
1、氣候突變與全球氣溫變化有著密切的關係
上世紀初，20年代和60年代這3次全球性的氣候突變在全球溫度場上有著十分清楚的反映，降雨場、氣壓場和其它氣象要素場上的變化都與溫度場上的突變相配合。
2、季風區在氣候突變中的敏感性
各次氣候突變在季風區，如亞洲季風區，非洲季風區，以及澳大利亞季風區，都有很好的反映。中國和印度的季風指數的長期變化中均表現出突變的性質。
3、突變的空間尺度
人們可以在一些區域或局地的氣象要素時間序列變化中發現不連續，把它們看成氣象突變。全球範圍的大尺度的氣候事件，具有行星尺度的空間結構，需要進一步研究，這種大尺度氣候突變事件的動力學結構和它的維持機制。
全球氣候突變
從冷到暖，再從暖到冷，地球氣候的變化，真如我們一直以為的那樣溫吞吞、循序漸進地改變么？最新研究表明，過去的二十多萬年中，老天爺也會經常“喜怒無常”，這種冷暖乾濕的氣候突變事件1000年左右就會發生一次。2月28日出版的《自然》（Nature）雜誌刊登了南京師範大學地理科學學院汪永進教授率領的研究組的論文，他們對採集於湖北神農架洞穴內11支不同時期形成的石筍進行精確鈾釷同位素測年。研究後發現，在過去的22.4萬年中，東亞季風氣候的乾濕變化，以2.3萬年為周期，隨太陽輻射能量而同步變化。這個循環又被千年周期季風氣候事件所打斷，其頻率與持續時間在冰期——間冰期旋迴中極其相似，具可預測性。科學家發現，“日記”中記載季風降雨的長期變化與太陽輻射變化周期同步進行，這一成果對古氣候學界長期持有的“滯後說”提出挑戰。原來我們生存的地球對於太陽賜予的光和熱，反應如此敏銳！每隔1000年左右，全球就會有一次氣候突變，突然增溫、降溫，變得濕潤，或是乾旱。在高緯度地區，這種變化甚至可以在幾十年中使一個地區的年平均氣溫起伏十幾攝氏度。在我們生存的季風區域主要表現為顯著的乾濕變化。4000多年前的一次氣候變幹事件，使諸多古代文明消失或者遷徙。“但這個規律可能不適合推斷18世紀以後的氣候變化，”汪永進教授指出，“工業革命後，人類活動對氣候的影響大大增強，現在很難把全球變暖都歸結於人類的過失，不能排除氣候本身變化的原因。”
氣候突變與中華古文明
進入全新世之後，人類文明有了突飛猛進的發展，世界各地先後進入新石器時代。其中8.0-4.0kaBP（距今4-8千年）是文明從醞釀到成熟的重要時期。這4千年中華大地，經過前仰韶文化（8-7kaBP）、仰韶文化（7-5kaBP）、龍山文化（5-4kaBP），到公元前2070年，即約4kaBP建立了夏朝，開始了古代史上艷稱三代的夏、商、周三朝。這段時期的開始可能與8.2kaBP的冷事件有關，而結束則與4kaBP前後的氣候突變有關。中華古明發展的第1個時間標誌是8kaBP。中原地區裴李崗文化和黃河下游的後李文化開始於6100BC，甘青地區大地灣文化、北方的興隆窪文化開始於6200BC，均發生在8kaBP前後。新石器時代的標誌是使用磨製石器及陶器的製作。但是也有一種觀點認為農業的發展有重要意義。農業的發展促進了定居，這是文明發展的基礎。大量的證據表明：中華古文明就是在8.2kaBP冷事件之後的大暖期中發展起來的。根據施雅風的研究，中國的大暖期約在8.0-3.5kaBP。那時年平均氣溫可能比現今高2℃以上。個別地區可能高的還要更高一些，中華大地氣候濕潤，有利於人類生存。
中華古文明發展的第2個時間標誌是6kaBP前後。這是仰韶文化早期與中、晚期的交界。黃河下游北辛文化與大汶口文化交替、北方小珠山文化與紅山文化交替、長江下遊河姆渡文化與馬家浜文化交替均發生在這個時期。有許多古氣候資料表明這時有一段幾百年的乾旱期。例如南海沉積的鹽度，鹽度低表明大陸河流的徑流量大，這反映大陸降水少。又如黃土高原d13C及有機碳總量也可以反映降水量。氣候濕潤有機碳總量高，d13C為更大的負值說明植被中樹木對草原的比率高，這意味著降水量多、濕度大。從中國東北南部向西、經高原東部折向東、到華南的一個月牙帶，在6kaBP前後有很多乾旱的證據。
下一個古文明變化的標誌時間是4kaBP，這時中原龍山文化為二里頭文化取代。山東龍山文化與岳石文化交替。甘青地區馬家窯文化與齊家文化交替。北方富河文化與夏家店文化交替。長江中游石家河文化，長江下游良渚文化分別為盤龍城文化和馬橋文化取代，但是大多數後繼的文化質量不如早期，考古點範圍、分度密度也有所下降。很可能一個主要原因就是持續性的乾旱。
堯舜時期，處於考古學上的龍山時期，大體上在4.4-4.0kaBP。《史記·夏本紀》記載：“帝堯之時，洪水滔天”。4kaBP之前黃河有一次大的改道，由流經淮北蘇北平原入黃海，改道縱貫河北平原入渤海。因此，很可能洪水滔天也同黃河的泛濫改道有關。歷史學家徐旭生在《中國古代史的傳說時代》一書中用了很大篇幅研究洪水。指出這個洪水期發生於公元前第三千紀的後期。正當堯舜時期。大禹治水之後二千年間洪水記載很少，甚至黃河也是一千多年後周定王（公元前7世紀）時期才再次改道。有人認為這是治水的功勞，但是也有人認為這與4.2-4.0kaBP的氣候突變，即由洪水轉為乾旱有關。
