导语：大气温室气候平均状态随时间的变化是啥意思?在当前的全球气候变暖背景下，大气温室气体的增加已经带来了诸多极度影响，并且首当其冲的就是极端天气事件的增多，如暴雨、干旱、飓风等，给人们的生活和财产安全带来了巨大威胁，下面就一起去看看大气温室气候平均状态随时间的变化的现象吧!
地球气候平均状态随时间的变化由来已久，最早可追溯到距今45亿年前。对漫长地质时期的气候平均状态随时间的变化，研究比较多的是最后200万年中的第四纪的冰期—间冰期循环。人们除希望了解地质时期的气候平均状态随时间的变化外，更加关心的是自19世纪末以来全球气候的变暖，特别是自20世纪80年代以来全球气候加速变暖和未来气候将如何变化的问题。气候平均状态随时间的变化按其时间尺度可分为长期气候平均状态随时间的变化(104～106年)、短期气候平均状态随时间的变化(102～104年)和当代气候平均状态随时间的变化(100～102年)。气候平均状态随时间的变化是由短期的气候波动迭加在长期气候平均状态随时间的变化之上而组成的。
气候平均状态随时间的变化按其原因可分为自然变化和人类活动对气候的影响而引起的变化。气候的自然变化主要受大气内部动力学制约，而人类活动引起的气候变化主要是人为温室气体强迫引起的气候变暖。人类活动对气候的影响，从5000～9000年以前就开始反映出来了。那时人们通过燃烧和砍伐森林以及开垦土地等无意识的活动改变了环境，从而对气候产生了影响。工业时代之前所出现的较大的全球平均气温变化，仅仅归因于自然影响，但自1880年以来观测到的全球平均温度类似的变化，有时甚至更大的变化都被认为是人类活动影响的结果。尽管某种时间尺度上可能是某一些原因起主导作用，但还一定要考虑其他原因的次要作用，否则难以解释气候平均状态随时间的变化的多样性和复杂性。
1.当代气候平均状态随时间的变化的证据。全球变暖是当代气候平均状态随时间的变化的主要特征，主要有五条证据：
第一，由1954—1990年间10年滑动平均值曲线能够准确的看出，全球气温变化的长期趋势，在过去的130年中全球平均气温有0.6℃的增温趋势，南半球在这一段时期为稳定变暖，而北半球在20世纪40年代以前是变暖的，而后有大约30年的变冷趋势，从70年代起又恢复变暖。南北半球及全球80年代的变暖都是加剧的。有观测记录以来，地球10个最暖年中的7个出现在80年代至90年代，按升温高低的顺序是1990年、1988年、1983年、1987年、1984年、1989年和1981年。英国的伊斯得安古里大学的气象研究部通过计算机将分散在世界各地陆地上的1000个观测站和海洋上的1000个观测站观测的数据计算得出，世界平均气温在近100年间上升了0.5℃，但上升温度的地域差比较大。
第二，全球变暖的另一个重要证据是海平面上升和冰川后退。尽管引起海平面上升有多种复杂的机制，但对20世纪而言，由于气候变暖引起海水体积膨胀，陆地冰川和小冰帽融解是引起全球海平面上升的根本原因。过去100年中全球海平面的实测变化为上升10～20cm。据观测，1951年与1818年相比，瑞士的劳斯冰川在130年间后退了2km。
第三，10μm附近的红外波段正好是地球表面向外放射热辐射的波段。大气温度在历史的长河中是随自然界CO2含量的起伏而同位相变化的。
根据南极沃斯托克(Vostok)站对2083m长的冰岩芯测量得到的结果看出近15万年以来大气CO2和CH4数量的变动与大气温度的变化的情况，即大气温度在历史的长河中是随CO2含量的起伏而同步变化的，这是对CO2温室效应的有力证明。
第五，根据温室气体浓度增加，利用多种气候模式进行气候模拟的结果也证明全球气候变暖。模拟的结果是过去的80至100年中全球的地面平均气温上升了0.3～0.6℃。
除O3外，其他温室气体在大气中都有相当长的生存时间，如CO2、N2O和氟里昂-12的生存时间都长达120年以上。这就是说，即使从现在起它们在大气中的浓度不再增加，它们所产生的温室效应也可维持近100年。
2.未来气候平均状态随时间的变化的预测。在气候平均状态随时间的变化的研究中，已发展了大量的模式。估计CO2浓度加倍后，地球平均温度上升的数值，当前使用最广、最复杂的气候模式是大气环流模式。目前一致认为，百年尺度的气候平均状态随时间的变化由自然变化和人类活动引起的变化，主要是人为温室气体胁迫引起的气候变暖两部分所组成。这两方面的原因必然导致大气环流的异常发展，并通过后者引起各地的气候异常。三维大气环流模式(3D—GCM)起源于20世纪50年代，其目的是模拟出比较完整的气候三维特征。三维大气环流模式是由描述大气运动的能量和动量、质量和水汽守恒的原始方程组成，同时还描述以上各种物理过程，如云的形成、热量和水汽在大气内部和大气与地球表面之间的传输，在地球表面以上大气中的若干高度上，以规则的网格点形式给出大气的初始状态和边界条件，然后用数值方法对每个网格求解这个原始方程组。新一代的大气环流模式大多数都用在模拟气候对温室气体强迫的平衡响应。对于控制试验(即作为对比用的气候基本状态的模拟)一般均假设大气CO2浓度为工业化前的水平，即(1×CO2)，并将模式运算到达平衡为止。扰动试验是使用CO2倍增浓度，即(2×CO2)。重复上述程序的试验，取扰动试验和控制试验结果之差，作为由于温室效应增强引起的气候变化。
目前国际上已经提出五种大气环流模式，各自均以研制单位命名。它们分别是：英国气象局模式(UKMO);美国戈达德空间研究所模式(GISS);美国国家大气研究中心模式(NCAR)，又称共同气候模式(CCM);美国普林斯顿大学物理流体动力学实验模式(GFDL)和美国俄勒冈州立大学模式(OSU)。每个模式的重要特征及模拟结果见表1—3.这些模式预测的结果是：当CO2倍增时，全球地面平均温度的增加范围是2.8～5.2℃，预测全球平均降水量增加7%～15%，几乎都相差一倍。但与20世纪80年代中期所有大气环流模式(GCM)平衡响应模拟的最佳估计值(1.5～4.5℃)大体一致。
赵宗慈(1990)对当前在各国流行且已列入中国的多种大气环流模式在中国范围内的模拟结果作出了详尽评价。评价用的气候变量是地面气温、降水率及土壤湿度等。各种大气环流模式在中国范围内的网格点有40～60个。她根据各模式作者发表的文章中物理量的全球地理分布图，将中国部分放大，分别取经度、纬度各5°的格点读数，然后统一绘制在中国地图上，以表示各模式在中国部分的模拟结果。所选用的各种大气环流模式模拟结果都是在模式运算达到准平衡状态后，再继续运算5～10年，最后取平衡后的多年平均值。因而这些结果反映了模式对内部和外部强迫达到平衡响应的气候状态。评估的方法是采用大气环流模式模拟结果与观测结果直接比较的方法。
全球地面气温的气候平均观测值为14.2℃，降水率为2.65mm/d，与各种大气环流模式模拟的全球年平均地面气温、降水率与观测值在数量级上相吻合。气温差值的绝对值在0.05～3.7℃之间，降水差值的绝对值在0.04～0.44mm/d之间。大部分模式对气温的模拟差值在±2℃之内，而降水率模拟差值在±0.20之间。因而各种大气环流模式的模拟结果有可信的参考价值。下面介绍有关模式对中国部分的模拟结果及评估。
第一，地面气温。各种大气环流模式对中国部分的模拟以地面温度场与实况最接近，即东北和西北北部地区寒冷，气温为-15～-20℃;而南方温暖，气温为10～15℃。
第二，降水率。各模式对中国降水分布的模拟远较气温模拟困难得多。这是因为降水受局地因子影响较大。几个模式对降水的总分布特征可以模拟出来，但数值相差较大，大体的结果是夏季西北降水少，而南方降水多。
第三，土壤湿度与径流量。土壤湿度较降水更复杂，尤其是缺少较好的全球实测分布。径流量与土壤湿度关系紧密，而且径流量有实测的年平均值。因而只能对中国的年径流量做评估。几个模式只能粗略地模拟出中国年径流量分布为西北少、长江中下游及江南多的主要特征。
赵宗慈(1990)在对上述大气环流模式在中国部分的效果进行上述评估的基础上，选用了国外五种大气环流模式在CO2浓度增加一倍的条件下，按平衡响应方式对中国未来冬、夏地面气温和降水率的变化进行了模拟(相当于气候预测)，其结果列于表1—4.由表可见，五种模式对地面气温变化的趋势相当一致，但在数值上有明显差异。冬季变暖幅度(ΔT)平均为3.1～5.7℃，夏季为1.8～5.1℃，略小于冬季;冬季降水增加幅度(ΔR)0.1～0.4mm/d，夏季降水变化范围是-0.1～+0.6mm/d。
上述模拟结果在中国各大区域的分布主要特征是：冬季增温是普遍的，且纬度越高，增温值越大，最大增温值出现在东北地区，增温为4～6℃;华南和西南地区增温较小，为2～4℃，冬季平均增温3.1～5.7℃。
夏季增温最明显的是西北地区，增温为3～5℃。华中、华南、华东和西南地区增温幅度较小，增幅为2～3℃。夏季平均增温1.8～5.1℃。
由于大气中CO2倍增，未来中国降水状况会有明显变化，尤以夏季为甚。东北和华北地区夏季降水可能增加，西北地区可能减少。冬季华北地区降水可能减少。
综上所述，由于CO2倍增，中国东北及南方沿海地区有变暖、变湿的趋势，而华北、华中、西北大部地区则有可能变暖变干。这些模拟结果已初步用于气候平均状态随时间的变化对农业影响的评估。然而，必须着重指出，目前用各种大气环流模式进行未来气候的模拟仍有许多不确定因素。首先是对未来温室气体的排放速率难以给出肯定的数值。CO2倍增的时间也难以准确估计，以致上述模拟的气候平均状态随时间的变化的时间实际上难以肯定。另外，模式本身也不完善。
气候变暖，即使温度上升得非常有限，也会对森林ECO的发展产生深远的影响。森林植物的生理过程，最重要的是光合作用、蒸腾作用、呼吸作用和繁殖等，它们对气温变化极为敏感。温度上升可使净光合作用速率增加，促进植物生长。蒸腾作用和蒸发作用的增强可能使较干旱地区的逆境加强。由于授粉昆虫种群或幼苗存活的变化，繁殖过程有几率发生变化，某些重要的外来微生物病原或虫害的地理分布和寄主范围可能因此而扩大。由于气候变暖，原先是无害的当地微生物或昆虫可能变为重要的病虫害。
