《自然地理学》课程教学资源（知识讲座）全球变化的高分辨率信息载体研究（PPT，石河子大学：刘安娜）

全球变化的高分辨率信息 载体研究 001100101010110100010 主讲人：刘安娜 单位：师范学院地理系

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 全球变化的高分辨率信息 载体研究 主讲人：刘安娜 单 位：师范学院地理系

全球变化科学(Global Change o011 Science)是20世纪80年代开始的一个新兴 科学领域。它的科学目标是描述和理解人 类赖以生存的地球环境系统的运转机制、 它的变化规律以及人类活动对地球环境的 影响，从而提高对未来环境变化及其对人类 社会发展影响的预测和评估能力。 The International Geosphere-Biosphere Program 5

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 全球变化科学( Global Change Science) 是20 世纪80 年代开始的一个新兴 科学领域。它的科学目标是描述和理解人 类赖以生存的地球环境系统的运转机制、 它的变化规律以及人类活动对地球环境的 影响,从而提高对未来环境变化及其对人类 社会发展影响的预测和评估能力。 The International Geosphere-Biosphere Program

水循环 物理气候系统决定着地球表层水分和 能量的交换与分布，形成全球的气候。 001100101010110100 物理气候系统 生物地球化学循环 人类生 固体地球物质循环 态系统 全球生态系统由地 向下和向上延伸到 全球生态系统 固体地球系统 固体地球系统决定着地 任何形式的生命自 壳的生消及其运动形 然存在的地方，包括 成地球的海陆分布格局 了地球上多种多样 和各种地貌形态. 的生态群落与生态 系统 地球系统示意图 5

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 物理气候系统 全球生态系统 固体地球系统 人类生 态系统 物理气候系统决定着地球表层水分和 能量的交换与分布,形成全球的气候. 固体地球系统决定着地 壳的生消及其运动,形 成地球的海陆分布格局 和各种地貌形态. 全球生态系统由地 向下和向上延伸到 任何形式的生命自 然存在的地方,包括 了地球上多种多样 的生态群落与生态 系统. 水循环 生物地球化学循环 固体地球物质循环 地球系统示意图

全球变化，即地球系统的变化，可以定义为地 00110 球环境，包括气候、土地生产力、海洋和其它 水资源、大气化学、生态系统等中的，能改 变地球生命承载能力的变化。 地球系统自形成以来就存在着永不停止的变 化。它是在地外系统及地球系统内部力量的 作用下，其系统模式在时间轴线上，一定空 间内的延续

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 • 全球变化,即地球系统的变化,可以定义为地 球环境,包括气候、土地生产力、海洋和其它 水资源、大气化学、生态系统等中的，能改 变地球生命承载能力的变化。 • 地球系统自形成以来就存在着永不停止的变 化。它是在地外系统及地球系统内部力量的 作用下，其系统模式在时间轴线上，一定空 间内的延续

目前对全球变化研究的主要内容之一就是 重建过去全球环境的变化，主要是古气候 0011( 的重建。就是以残存的过去环境变化的产 物为依据，反推形成产物的环境状态，进 一步推测其成因机制。之所以如此是由于 地球系统中的许多过程具有很长的时间尺 度，现代的观测记录中无法观测得到，也 不可能通过实验的方法进行印证。 现代环境中的许多现象是过去不同时间 不同环境状态下所形成的产物的残留物的 集合。所以才有可能根据现代所能获得的 信息载体来推测古环境的特点

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 • 目前对全球变化研究的主要内容之一就是 重建过去全球环境的变化，主要是古气候 的重建。就是以残存的过去环境变化的产 物为依据，反推形成产物的环境状态，进 一步推测其成因机制。之所以如此是由于 地球系统中的许多过程具有很长的时间尺 度，现代的观测记录中无法观测得到，也 不可能通过实验的方法进行印证。 • 现代环境中的许多现象是过去不同时间， 不同环境状态下所形成的产物的残留物的 集合。所以才有可能根据现代所能获得的 信息载体来推测古环境的特点

信息载体 观测记录，借助于各种观测技术手段所获得的环境信息 0011001口如地面的气象、，水文记录、空间观测所获得的各种遥 测数据。它们的特点是精度高，但时间尺度较短，而仅 局限于小部分地区。 考古和历史文献记录，指由人类物质文化活动而形成的 物质的和文字的记录，如古人类的遗址和遗物，有关物 候、灾异、耕作制度的文字记录。 古环境的感应体，即在过去某一时间段形成并保留至今 的各种自然体。它们本身就是当时环境过程的产物，记 录了当时的环境状态，具有更长的时间尺度和空间尺度 的分布，能弥补观测的不足，揭示更长时间尺度的全球 变化历史。 深海岩芯，极地、高山冰芯，洞穴石钟乳，树木年轮和 黄士、古土壤都是古环境的感应体，即在过去某一时期 形成并一直保持至今的自然体

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 信息载体 • 观测记录，借助于各种观测技术手段所获得的环境信息 ，如地面的气象、水文记录、空间观测所获得的各种遥 测数据。它们的特点是精度高，但时间尺度较短，而仅 局限于小部分地区。 • 考古和历史文献记录，指由人类物质文化活动而形成的 物质的和文字的记录，如古人类的遗址和遗物，有关物 候、灾异、耕作制度的文字记录。 • 古环境的感应体，即在过去某一时间段形成并保留至今 的各种自然体。它们本身就是当时环境过程的产物，记 录了当时的环境状态，具有更长的时间尺度和空间尺度 的分布，能弥补观测的不足，揭示更长时间尺度的全球 变化历史。 • 深海岩芯，极地、高山冰芯，洞穴石钟乳，树木年轮和 黄土、古土壤都是古环境的感应体，即在过去某一时期 形成并一直保持至今的自然体

主要天然环境档案特征 (根据Hans Oeschser and John A.Eddy,l988) 档案 时间分辨率 时间长度 可提取的环境参数 00110H 树木年轮 年/季 104 TH Ca BVMLS 湖泊沉积 年 104~106 TBM 极地冰岩芯 年 105 THCaBVMS 中纬度冰岩芯 年 103 THBVMS 海湾沉积 年 105 TCw L 黄土 10年 106 T Cs BM 海洋岩芯 100年 107 T Cw B M 花粉 10年 105 THB 古土壤 100年 105 T HCsV 沉积岩芯 2年 107 HCsVML 历史记录 天/小时 103 THBVMLS T=温度；H=湿度或雨量；C=大气(a)、水(w)或土壤(s)的化学成分；B= 生物量方面的信息；V=火山喷发；M=地磁场；L=海平面；S-太阳活动

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 主要天然环境档案特征 （根据Hans Oeschser and John A.Eddy,1988） 档案 时间分辨率 时间长度 可提取的环境参数 树木年轮 年/季 104 T H Ca B V M L S 湖泊沉积 年 104～106 T B M 极地冰岩芯 年 105 T H Ca B V M S 中纬度冰岩芯 年 103 T H B V M S 海湾沉积 年 105 T Cw L 黄土 10年 106 T Cs B M 海洋岩芯 100年 107 T Cw B M 花粉 10年 105 T H B 古土壤 100年 105 T H Cs V 沉积岩芯 2年 107 H Cs V M L 历史记录 天/小时 103 T H B V M L S T=温度；H=湿度或雨量；C=大气（a）、水（w）或土壤（s）的化学成分；B= 生物量方面的信息；V=火山喷发；M=地磁场；L=海平面；S=太阳活动

黄土沉积(Loess). 黄土作为古环境的良好感 应体忠实地记录了曾经发 生的环境变化。中国黄土 以其分布的面积及其深度 具有极大的优势 黄土高原 300千米 黄土高原的过观性

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 黄土沉积（Loess） 黄土高原 黄土作为古环境的良好感 应体忠实地记录了曾经发 生的环境变化。中国黄土 以其分布的面积及其深度 具有极大的优势

黄土剖面的水平状层理 中国黄土是过去260（第四纪）万年以来连续的风尘堆积物。 气候的冷、暖、干、湿的旋回变化在黄土剖面中留下了红色 古土壤与黄土相互交替的现象， 这是风尘堆积作用与成土作用两种对立过程彼此消长的结果

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 黄土剖面的水平状层理 • 中国黄土是过去260(第四纪)万年以来连续的风尘堆积物。 气候的冷、暖、干、湿的旋回变化在黄土剖面中留下了红色 古土壤与黄土相互交替的现象， • 这是风尘堆积作用与成土作用两种对立过程彼此消长的结果

黄土层 古土壤层 0011001010101101000 ·风尘堆积作用强 ·风尘堆积作用弱 成壤作用弱 。 成壤作用强 ·气候冷干 ·气候暖湿 ·冰期（冰阶） ·间冰期（间冰阶） 冬季风强度增大 夏季风强度增大 如何提取黄土剖面中的环境变化信息

4 2 5 1 3 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 古土壤层 • 风尘堆积作用强 • 成壤作用弱 • 气候冷干 • 冰期(冰阶) • 冬季风强度增大 • 风尘堆积作用弱 • 成壤作用强 • 气候暖湿 • 间冰期(间冰阶) • 夏季风强度增大 如何提取黄土剖面中的环境变化信息 ? 黄土层