第一章 概述
Abbreviations
UNFCCC-United Nations Framework Convention on Climate Change
ESSP–Earth System Science Partnership
GCP–Global Carbon Project
SCOPE-Scientific Committee on Problems of the Environment
GCTE-Global Change and Terrestrial Ecosystems Project
IGBP–International Geosphere–Biosphere Programme
IGCO–Integrated Global Carbon Observations
IPCC–Intergovernmental Panel on Climate Change
WCRP–World Climate Research Programme
IHDP–International Human Dimensions Program on Global Environmental Change
DIVERSITAS – An International Programme of Biodiversity Science
气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第一款中，将―气候变化‖定义为：―经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。‖UNFCCC因此将因人类活动而改变大气组成的―气候变化‖与归因于自然原因的―气候变率‖区分开来。
气候变化：它包含地球历史上发生的各种或冷或热的变化，但目前所讨论的气候变化主要是指自18世纪工业革命以来，人类大量排放二氧化碳等气体所造成的全球变暖现象。全球变暖问题是指大气成分发生变化导致温室效应加剧，使地球平均气温异常升高并由此引发的一系列生态、环境、经济等问题。
课程主要内容：
了解全球碳氮循环、温室气体与全球变化的关系；
了解国际社会对遏止全球变化的努力；
重点理解人类活动对全球变化的影响以及政府间气候变化工作委员会（IPCC）对全球变化若干问题的综合评估；
了解全球变化研究最新进展。
一般认为，地球系统系指由地球的大气圈、水圈、岩石圈、地核、地幔和生物圈（包括人类本身）组成的整体，它包括从地球的地核到外层大气的广阔范围。
三大相互作用的基本过程存在于地球系统中：物理、化学和生物过程。地球系统的演化及发生的重大事件均受这几个相互作用的过程的制约。
地球系统一词与地球系统科学相伴而生，最早非正式出现在1983年。1988年出版了专题报告《地球系统科学》一书，正式系统地阐述了地球系统和地球系统科学的观点。
时间尺度(temporal scale)是指一个过程或一种现象所持续的时间长度，通常用10n年表示;空间尺度(spatial scale)是指一个过程或一种现象发生的空间规模，按空间规模的大小可分为局地尺度、区域尺度和全球尺度等。不同时空尺度的过程之间存在着复杂的相互作用。
地球系统中的主要科学问题：
地球系统科学把描述和认识行星尺度的变化（全球变化）作为自己的主要任务，特别强调从本质上认识数十年至数百年的全球变化。它将地球系统分为物理气候系统和生物地球化学循环两个系统，以过程研究为重点，研究其间的相互作用。
1、物理气候系统
1、 物理气候系统包括控制地面温度和降水分布的大气和海洋过程，由于太阳加热不同而产生的运动以及冰雪覆盖的变化。
温度和降水过程，通过大气物理和动力学过程、海洋动力学过程、陆面湿度和能量平衡，以及平流层-中间层大气动力学过程控制着物理气候系统。
（1）气候对辐射重要的微量气体变化的敏感性如何？
（2）海洋环流对大气的作用是如何响应的？海洋环流变化是怎样影响地面温度分布的？
（3）海洋的热容量对大气温室气体诱发的全球变暖出现时间的滞后影响如何？
2、生物地球化学循环
生物地球化学循环是指诸如碳、氮、磷、硫等生源要素通过地球各子系统的物质流，及其对地球系统生物圈的影响。生物地球化学循环包括海洋生物地球化学、陆地生态系统、对流层化学以及平流层、中间层大气化学等过程。
重要性：生物圈是由生物地球化学循环支撑和维持的；生物地球化学循环将物理、化学和生物学过程结合在一起，构成了生物地球化学循环的主要科学问题。
（1）生物地球化学循环的现状如何？
（2）生物地球化学循环在人类扰动前的状态怎样？
（3）生物地球化学循环未来的状态和可能的后果是什么？
3、物理气候系统和生物地球化学循环的相互作用
物理气候系统通过平流层臭氧的变化，云的变化，改变温度、降水和海洋环流的变化直接或间接影响生物地球化学循环。
生物地球化学循环系统则通过CO2、NOx、CFCs等微量、痕量气体的―温室效应‖直接或间接影响物理气候系统。生物地球化学循环系统还可以改变植被种群结构、类型，影响地面粗燥度、地面反照率等，最终影响物理气候系统。
还应注意的一些关键过程的研究
（1）地球外部作用力的观测研究（太阳辐射度、紫外辐射通量、火山喷射指数等）；
（2）对流层和平流层痕量气体的观测（如CO、CO2、NOx、CFCs、CH4、O3、H2O、HNO3、HCl、气溶胶等）；
（3）大气响应变量的观测研究；
（4）地面特征变量的观测；
（5）海洋变量的观测研究，特别是海洋叶绿素、CO2、海洋生物地球化学通量观测。
物理气候系统与生物地球化学循环间的联系示意图
地球生态系统正在逼近9大极限：海洋酸化、臭氧浓度、淡水消耗量、生物多样性、氮磷循环 、土地使用率、二氧化碳浓度、气溶胶浓度、化学污染。
第一章 大气中的温室气体
第一节 Co2
温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氟里昂或氯氟、烃类化合物（CFCs）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）
在大气中贮存时间 ：CO2: 120年; CH4: 10年; N2O: 150年; CFCs: 几百年
《京都议定书》所规定的六种温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs ）、六氟化硫（SF6）
大气CO2的变化趋势：
1、季节性变化：CO2的浓度随季节变化而有所变动，在5月份左右出现一峰值，从9-10月达到最低。造成这种变化的原因可能与海洋与陆地上植物的光合作用活跃的程度、生物体的分解、化石燃料的使用量的季节变化等有关。
2、年季变化：大气CO2的浓度由于化石燃料的大量使用及土地利用方式的改变等，每年都在增加。
全球大气CO2浓度的变化：年季变化、季节变化、北半球浓度较大、北半球增加的幅度较大。
CO2—人类的影响：化石燃料的燃烧（约占60%）、土地利用方式的改变（约占40%
，如毁林、土壤有机质的丢失）
源：任何向大气中释放产生温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动和机制。
汇：从大气中清除温室气体、气溶胶或他们前体的任何过程、活动或机制。
大气CO2的源：1、一切生物体（自然排放源）；2、土地利用方式的改变（如毁林）；3、化石燃料的使用。
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