氣候變化科學(xué)概論（修訂版）

目錄
序一
序二
修訂版前言
前言
第 1章氣候變化科學(xué)的發(fā)展 1
1.1天氣、氣候、氣候系統(tǒng)和氣候系統(tǒng)變化 1
1.2 IPCC和氣候變化科學(xué) 2
1.2.1 IPCC的組成2
1.2.2 IPCC的工作規(guī)則、程序和機制2
1.2.3 IPCC評估報告和系列報告3
1.2.4 IPCC評估報告的意義和作用3
1.2.5 IPCC AR5及其主要結(jié)論 4
1.2.6 IPCC特別報告和方法學(xué)報告6
1.2.7 IPCC工作的綜合交叉與人類社會可持續(xù)發(fā)展之路8
1.2.8 IPCC的未來發(fā)展8
1.3氣候系統(tǒng)變暖和極端事件 9
1.3.1 獨立觀測到的氣候系統(tǒng)各個分量在不同的時空尺度的變化顯示，整個氣候系統(tǒng)都在變暖 9
1.3.2 極端天氣和氣候事件10
1.4自然和人類活動驅(qū)動的氣候變化 11
1.4.1 氣候的自然變率 11
1.4.2 人類活動對氣候的影響12
1.4.3 1750年以來的人類經(jīng)濟活動和排放13
1.5 IPCC社會經(jīng)濟情景沿革 13
1.6氣候模式的發(fā)展 14
1.6.1 氣候模式的產(chǎn)生和發(fā)展14
1.6.2 從大氣環(huán)流模式到地球系統(tǒng)模式15
1.7適應(yīng)、減緩和可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)的路徑 15
1.7.1 氣候變化的決策基礎(chǔ)15
1.7.2 通過適應(yīng)和減排措施等減少氣候變化的風(fēng)險16
1.7.3 適應(yīng)路徑和減緩路徑的特征17
1.7.4 適應(yīng)、減緩和可持續(xù)發(fā)展之間的交互關(guān)系等17
1.8發(fā)展中國家在 IPCC活動中的作用17
1.8.1 發(fā)展中國家參與的重要性和 IPCC獎學(xué)金計劃 17
1.8.2 中國的作用和貢獻(xiàn)18
思考題 19
名詞解釋 19
延伸閱讀 20
參考文獻(xiàn) 22
附件 22
第 2章觀測到的氣候系統(tǒng)變化 27
2.1氣候觀測系統(tǒng) 27
2.1.1 當(dāng)代氣候觀測系統(tǒng)的發(fā)展27
2.1.2 氣候系統(tǒng)觀測要素與數(shù)據(jù)集30
2.2氣候變化長期序列的構(gòu)建 31
2.2.1 全球地表溫度變化序列的構(gòu)建31
2.2.2 影響氣候變化檢測的非均一性32
2.2.3 大氣再分析32
2.3觀測到的大氣圈變化 33
2.3.1 大氣成分的變化33
2.3.2 輻射收支變化35
2.3.3 溫度變化 36
2.3.4 水循環(huán)變化39
2.3.5 大氣環(huán)流 42
2.3.6 急流、風(fēng)暴軸、天氣型43
2.4觀測到的冰凍圈的變化 44
2.4.1 全球山地冰川變化44
2.4.2 南極冰蓋和格陵蘭冰蓋變化47
2.4.3 海冰變化 48
2.4.4 積雪變化 49
2.4.5 北半球多年凍土溫度及活動層厚度變化49
2.4.6 冰凍圈其他要素（河湖冰等）的變化50
2.5觀測到的海洋變化 51
2.5.1 主要海洋參數(shù)的變化51
2.5.2 影響海平面變化的關(guān)鍵因子及其觀測到的變化52
2.6觀測到的陸地表面的變化 53
2.6.1 植被綠度變化53
2.6.2 生長季變化54
2.6.3 土地退化和荒漠化55
2.6.4 地表反照率變化55
2.7地球能量收支變化及其在氣候系統(tǒng)中的分配 56
思考題 57
名詞解釋 57
延伸閱讀 58
參考文獻(xiàn) 59
第 3章全新世氣候變化 60
3.1過去氣候變化研究的原理和假設(shè) 60
3.1.1 均一性 60
3.1.2 協(xié)同性 60
3.1.3 全息性 61
3.1.4 過去氣候重建中不確定性61
3.2氣候變化的形式、多時間尺度變化及可能驅(qū)動 61
3.2.1 氣候變化的形式61
3.2.2 氣候的多時間尺度變化62
3.2.3 氣候變化的可能驅(qū)動63
3.3研究全新世氣候變化的定年方法 65
3.3.1 14C測年法 65
3.3.2 210Pb測年法 66
3.3.3 137Cs測年法 66
3.4代用資料的特征及物理意義 66
3.4.1 冰芯 66
3.4.2 湖芯 67
3.4.3 海洋沉積 67
3.4.4 石筍 68
3.4.5 珊瑚 68
3.4.6 歷史文獻(xiàn) 69
3.4.7 樹輪 69
3.5氣候歷史及全新世重大氣候事件 69
3.5.1 重建的不同時間長度過去氣候變化69
3.5.2 全新世重大氣候事件72
3.5.3 現(xiàn)代暖期的歷史地位74
思考題 74
名詞解釋 75
延伸閱讀 75
參考文獻(xiàn) 76
第 4章生物地球化學(xué)循環(huán) 77
4.1短壽命化學(xué)物質(zhì)的循環(huán) 77
4.1.1 臭氧和氣溶膠的源匯77
4.1.2 臭氧和氣溶膠的濃度和分布特點79
4.1.3 不同 RCP情景下未來變化特點 81
4.1.4 臭氧和氣溶膠對氣候變化的響應(yīng)及反饋82
4.1.5 耦合模式比較計劃中全球大氣化學(xué)過程的表達(dá)83
4.1.6 大氣環(huán)境和氣候雙贏的減排策略85
4.2全球碳循環(huán) 85
4.2.1 碳循環(huán)及相關(guān)過程85
4.2.2 研究方法 87
4.2.3 工業(yè)革命以來全球碳收支90
4.2.4 未來全球碳源匯變化94
思考題 95
名詞解釋 95
延伸閱讀 95
參考文獻(xiàn) 97
第 5章氣溶膠和云 98
5.1氣溶膠 98
5.1.1 氣溶膠的種類和來源98
5.1.2 氣溶膠形成與變化過程99
5.1.3 氣溶膠化學(xué)成分的氣候?qū)W濃度100
5.2云 101
5.2.1 氣候系統(tǒng)中的云101
5.2.2 云的輻射氣候效應(yīng)和云的數(shù)值模擬103
5.2.3 霧和霾 103
5.3氣候變化中氣溶膠和云的作用 106
5.3.1 氣溶膠與輻射的相互作用106
5.3.2 氣溶膠-云相互作用 107
5.3.3 氣候變化一些重要議題中涉及的氣溶膠和云問題109
5.3.4 大氣氣溶膠污染與氣候變化相互作用 110
思考題 116
名詞解釋 116
延伸閱讀 116
參考文獻(xiàn) 116
第 6章人為和自然輻射強迫及氣候反饋 118
6.1輻射強迫 118
6.1.1 輻射強迫的概念 118
6.1.2 快速調(diào)整概述120
6.1.3 ERF兩種計算方法及其優(yōu)缺點 120
6.1.4 溫室氣體的光譜性質(zhì)和輻射傳輸模式121
6.2當(dāng)前的人為輻射強迫 122
6.2.1 均勻混合的溫室氣體122
6.2.2 大氣 O3和平流層水汽123
6.2.3 短壽命氣候強迫因子124
6.2.4 氣溶膠與輻射和云相互作用124
6.2.5 土地利用 126
6.3全球平均輻射強迫 126
6.3.1 不同種類物質(zhì)的輻射強迫126
6.3.2 輻射強迫歷史變化129
6.4自然輻射強迫的變化 130
6.4.1 太陽活動 130
6.4.2 火山活動 130
6.5云和云反饋 131
6.5.1 云反饋的概念131
6.5.2 熱帶云反饋132
6.5.3 中高緯度云反饋133
6.5.4 凈云反饋的總結(jié)133
思考題 134
名詞解釋 134
延伸閱讀 134
參考文獻(xiàn) 135
第 7章氣候變化的檢測和歸因 137
7.1氣候變化檢測和歸因研究的意義 137
7.2氣候變化檢測和歸因的相關(guān)統(tǒng)計概念 137
7.2.1 基本概念 137
7.2.2 常用的檢測和歸因方法139
7.2.3 氣候模式在氣候變化歸因研究中的作用140
7.2.4 檢測和歸因研究的不確定性140
7.3對大氣中氣候變化現(xiàn)象的歸因 141
7.3.1 溫度變化 141
7.3.2 降水變化 148
7.3.3 大氣環(huán)流和大氣濤動變化148
7.4對海洋中的氣候變化現(xiàn)象的歸因 151
7.4.1 海洋溫度和熱容量151
7.4.2 海表面高度的變化152
7.5極端事件的歸因 153
7.5.1 極端溫度 153
7.5.2 極端降水 154
7.5.3 干旱 154
7.6中國氣候變化的檢測與歸因 157
思考題 162
名詞解釋 162
延伸閱讀 163
參考文獻(xiàn) 164
第 8章全球和區(qū)域尺度的氣候系統(tǒng)模式 165
8.1氣候模式簡介 165
8.2模式比較計劃及結(jié)果在 IPCC評估報告中的應(yīng)用168
8.2.1 不同全球模式比較計劃168
8.2.2 CORDEX計劃 171
8.2.3 在歷次 IPCC報告評估報告中的應(yīng)用172
8.3氣候模式的評估 173
8.3.1 評估方法 173
8.3.2 應(yīng)用于氣候模式評估的觀測數(shù)據(jù)175
8.3.3 評估中需要注意的問題175
8.4 CMIP5全球模式結(jié)果的綜合評估176
8.4.1 大氣 176
8.4.2 海洋 177
8.4.3 碳循環(huán)和冰雪圈等的變化177
8.4.4 變率和極端事件178
8.4.5 在中國區(qū)域的評估179
8.5區(qū)域氣候模式及降尺度 180
8.5.1 基本原理 180
8.5.2 發(fā)展歷史 180
8.5.3 在氣候科學(xué)和氣候變化預(yù)估中的應(yīng)用181
8.5.4 誤差訂正簡介182
思考題 183
名詞解釋 183
延伸閱讀 184
參考文獻(xiàn) 185
第 9章氣候變化的預(yù)估 186
9.1氣候變化預(yù)估的主要方法 186
9.1.1 年代際氣候變化預(yù)測及其初始化方法187
9.1.2 百年氣候預(yù)估與典型濃度路徑190
9.1.3 年代際尺度統(tǒng)計預(yù)測192
9.2近期氣候變化預(yù)估 195
9.2.1 預(yù)估的近期大氣和地表的變化195
9.2.2 水循環(huán) 197
9.2.3 預(yù)估的近期大氣環(huán)流變化199
9.2.4 大氣極端事件200
9.2.5 預(yù)估的近期海洋變化201
9.2.6 預(yù)估的近期冰凍圈變化203
9.3長期氣候變化 204
9.3.1 預(yù)估的長期大氣和地表的變化204
9.3.2 預(yù)估的長期水循環(huán)變化205
9.3.3 預(yù)估的空氣質(zhì)量變化206
9.3.4 預(yù)估的長期冰凍圈變化206
9.3.5 預(yù)估的海平面變化206
9.3.6 碳循環(huán)和其他生物地球化學(xué)循環(huán)的長期預(yù)估209
9.3.7 減排與氣候變化預(yù)估210
9.4中國區(qū)域氣候變化的預(yù)估 211
9.4