气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定。本章介绍了气候变化、与世界气候有关的一些极值，如：寒极、热极、干极、雨极等内容。
气候变化概说
气候变化简史
地球气候处于不断的变化之中。气候变化的时间尺度从月、季、年际、年代际，一直到数以万年计的冰期和间冰期。影响气候变化的因子分外部因子和内部因子，外部因子主要包括太阳活动的变化、地球轨道的改变、日地关系的变化、地球表面火山爆发等自然因子和温室气体排放、森林砍伐、土地利用变化等造成大气组成变化的人类活动，内部因子包括海洋温度、大气环流、冰雪覆盖、土壤湿度、生态系统的变化等等。
气候一直呈波浪式发展，冷暖干湿交替。气候变化可以是周期性的，也可以是非周期性的。根据不同的时间尺度，地球气候史通常分为地质时期气候、历史时期气候和近代气候三个阶段。地质时期的气候距今有1万～22亿年，以冰期间冰期交替出现为特点，时间尺度在10万年以上，温度振幅为10～15℃。历史时期气候一般又分为五大冰期。
1地质时期的气候变化：地质时期的气候变化指距今1万~22亿年的气候变化，其气候变化幅度很大，它不但形成了各种时间尺度的冰河期和间冰期的相互交替，同时也相应地存在着生态系统、自然环境等的巨大变迁。地质时期的气候体现了大气、海洋、大陆、冰雪和生物圈等组成的气候系统的总体变化。
气候变化与气候极值（1）震旦纪大冰期气候——距今6亿年前。科学家在亚、欧、非、北美和澳大利亚的大部分地区中都发现了冰碛层。这是震旦纪大冰期气候的证据。
（2）寒武纪—石炭纪大间冰期——距今3亿～6亿年，包括寒武、奥陶、志留纪、泥盆纪和石炭纪，当时气候总体上趋于温暖、湿润，森林生长繁茂。
（3）石炭—二叠纪大冰期——距今2亿～3亿年，始于石炭纪末期，止于二叠纪中期，主要影响在南半球。
（4）三叠纪—第三纪大间冰期——距今200万~2亿年，包括三叠、侏罗、白垩，都是温暖气候。三叠纪时气候炎热而干燥，到侏罗纪时转为湿热，成为继石炭之后又一个成煤期。白垩纪时转为干燥，到新生代的早第三纪世界气候更普遍变暖。晚第三纪东亚大陆东部气候趋于湿润。
（5）第四纪大冰期——距今200万开始至现在。影响范围十分广泛的世界规模的大冰期。在第四纪时受冰期进退直接影响的地区形成亚冰期（平均气温比现在低8～12℃）和亚间冰期（气候比现在偏暖，低纬地区比现在高55℃）。中国也发生过多次亚冰期和亚间冰期气候的交替演变。
2历史时期的气候变化：自第四纪更新世晚期，约距今1万年左右时期开始，全球进入冰后期，并有两次大的波动。一是公元前5000年到公元前1500年的最适气候期，当时气温比现在高3～4℃；一次是15世纪以来的寒冷气候，其中1550～1850年为冰后期以来的寒冷期。为小冰河期，气温比现在低1～2℃。
3近代气候变化：近百年来由于有大量的气温观测记录，区域和全球的气温序列不必再用代用资料。尽管观测资料和处理方法不同，所得结论也不尽相同，但总的趋势是从19世纪末到20世纪40年代，世界气温出现明显的波动上升现象，40年代达到顶点。此后世界气候有变冷现象。进入60年代以后，高纬度地区气候变冷趋势更加显著；进入70年代以后，世界气候又趋暖；到1980年以后，世界气温增暖形势更为突出。
气候变化的原因
那么，气候为什么会发生这样的变化呢？原来气候的变化要受到三方面因素的影响。它们分别是天文因素、地文因素和人文因素。
1天文方面的原因主要有以下几个：
（1）太阳辐射强度的变化：太阳辐射可能在10～109年范围内变化。可见光辐射变化范围一般在005％～10％，最大不超过25％。太阳辐射的变化主要表现在紫外线到X射线以及无线电波辐射部分，当太阳活动激烈时，这部分辐射发生强烈扰动。如果太阳辐射变化1％，气温将变化065～200℃。
火山示意图（2）太阳活动的准周期变化：研究表明，太阳活动的准周期变化与气候振动有密切关系。如太阳黑子的活动，其规律为11年、22年和88～90年。但目前人们想根据太阳变化规律来探索气候变化的原因，尚未取得令人满意的结果。
（3）地球轨道要素的变化：地球轨道要素（地球公转轨道椭圆偏心率、自转轴对黄道面的倾斜度、岁差）的变化使不同纬度在不同季节接受的太阳辐射发生变化，通常用以解释第四纪冰期与间冰期的交替。
有些山体明显地留下了造山运动的痕迹2地文学方面的原因：地质时期中，下垫面的变化对气候变化产生了深刻的影响。其中以地极移动（纬度变化）、大陆漂移、造山运动和火山活动影响最大。
据地质学家考察结果发现，在整个地质时期中，气候史上最大的冰川活动时期都发生在地质史上最重要的造山运动之后。如第四纪大冰期发生在从第三纪开始的新阿尔卑斯造山运动之后，石炭—二叠纪大冰期发生在晚古生代的海西造山运动之后。
大气环流的变化也会影响气候变化。如北冰洋极地高压的扩大和加强，势必导致偏北风加强。
工厂冒出的浓烟含有大量二氧化碳3人类活动对气候的影响：近百年来世界气候变化的主要影响因子，按其重要程度排序为：二氧化碳浓度变化、城市化、海温变化、森林破坏、气溶胶、荒漠化、太阳活动、O3、火山爆发及人为加热。由此可见，大气中二氧化碳的含量的变化以被当作近代气候变化的首要原因。
知识点“厄尔尼诺”现象
1997年春夏之交，热带中、东太平洋海温再次异常升高，形成了一次新的“厄尔尼诺”事件。这是一次来势很猛、发展迅速的强“厄尔尼诺”事件。从其发展趋势来看，8月和9月赤道东太平洋的海温已经达到了半个多世纪以来历史同期最高值。这次事件的强度目前已与本世纪最强的1982～1983年“厄尔尼诺”事件相当。
什么是“厄尔尼诺”
“厄尔尼诺”为“EINino”的音译，为西班牙语“圣婴”的意思。在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸，受来自高纬度冷洋流和涌升流的影响，海水温度比同纬度的太平洋西部明显偏低。每年圣诞节前后，当地海水都会出现季节性的增暖现象。海水增暖期间，渔民捕不到鱼，常利用这段时间在家休息，渔民们就把这种每年一度出现在圣诞节前后的海水增暖现象称为“厄尔尼诺”现象。在有些年份里海水增暖异常激烈，暖水区一直发展到赤道中太平洋，持续的时间也很长，它不仅严重扰乱了渔民的正常生活，引起当地气候反常，还会给全球气候带来重大影响。现在，“厄尔尼诺”一词已被气象和海洋学家用来专门指这些发生在赤道太平洋东部和中部的海水异常增暖现象。
气象学家们还发现，南太平洋和印度洋的海平面气压之间存在着“跷跷板”式的关系，往往一边气压升高，另一边气压降低，此现象被气象学家们称为“南方涛动”。南方涛动与“厄尔尼诺”的关系极为密切，“厄尔尼诺”期间南太平洋地区海平面气压下降而热带西太平洋至印度洋地区气压上升。所以人们又把“厄尔尼诺”和南方涛动合起来称为“厄索”。
“厄尔尼诺”不是一种孤立的海洋现象，它是热带海洋和大气相互作用的产物。它的物理过程十分复杂，科学家们对“厄尔尼诺”的形成机制虽然有了一定的了解，但还不完全清楚。
“厄尔尼诺”的发生具有准周期性，通常2～7年发生一次，但并不遵循严格的周期。1950年以来共发生了14次“厄尔尼诺”事件，分别发生在1951年、1953年、1957～1958年、1963年、1965～1966年、1968～1969年、1972年、1976年、1982～1983年、1986～1987年、1991～1992年、1993年、1994～1995年及1997年。“厄尔尼诺”事件一般持续时间约为一年，短的仅半年，1950年以来最长的事件持续了约一年半。20世纪90年代以来，“厄尔尼诺”事件发生尤为频繁，其中在1991～1992年，1993年，1994～1995年连续发生了三次。这些事件不仅给海洋生物带来巨大影响，而且还使世界各地气候异常事件频繁发生。
“厄尔尼诺”的影响
在大洋洋面上，大气低层风驱动着表层海水的流动，由于受到地球自转偏向力的影响，海水并不顺着风向流动，而是在北半球偏向它的右侧，在南半球偏向它的左侧。南美北部太平洋沿岸盛行东南信风，风向平行于海岸，因此海水的流动是离岸的，沿岸表层没有海水来补充，迫使表层以下的海水上升，以替代流走的海水，使这个地区出现冷海水上翻现象，生成巨大的涌升流，使得该地区海温偏低。涌升流把海洋深层营养丰富的物质带到海面，受到阳光照射后，浮游植物利用这些营养生成叶绿素使自己大量繁殖，为靠吞食浮游植物生存的浮游动物提供了丰富的食物，再影响到海洋食物链中高一层次上的鱼类等海洋生物。
当“厄尔尼诺”发生时，南美沿岸涌升流减弱，无法把海洋下层营养丰富的冷海水带到海面，正常的食物链遭到严重破坏，浮游生物大量减少，很多鱼类失去了赖以生存的食物。东风减弱又使赤道太平洋海平面高度西部降低、东部上升，表层海水沿赤道向东涌。这股较暖的海水在数月之后到达太平洋东侧时，被迫沿海岸向南和向北流动，导致鱼类大量迁徙或死亡。这种影响可以北至加拿大，南至智利中部沿岸。因此，“厄尔尼诺”常常给赤道中、东太平洋沿岸国家渔业带来巨大损失。例如，1970年秘鲁的鱼捕获量达1200万吨，而经过1972年的强“厄尔尼诺”，1973年陡降到200万吨以下。由于鱼类的大量消失，海鸟也因得不到食物而迁徙或死亡，南美沿岸国家又因此失去了宝贵的鸟粪肥料，使当地农业生产和国民经济也受到了很大影响。“厄尔尼诺”期间赤道东太平洋和秘鲁沿海等地区海平面高度上升也是海洋许多生物遭灾的一个原因。1982～1983年强“厄尔尼诺”期间，圣诞岛海平面高度上升，出现了大量海鸟被迫抛弃巢中幼鸟在茫茫无际的大洋上绝望地寻觅食物的惨象。其他海洋动物也难逃劫难，到1983年中期海洋状况恢复正常时，当年25％的成年海豹和海狮以及全部的幼崽丧生。
“厄尔尼诺”现象不但对海洋生物产生极其不利的影响，也会对气候产生影响。正常情况下，赤道太平洋地区东风强劲，处于太平洋东部的冷海水区域上方的空气温度低、密度大，难以把水汽抬升到能够成云致雨的高度。因此，这一带洋面上空通常为无云或少云天气，年降水量只有500毫米左右；而印度尼西亚以西的热带太平洋暖海水区域则雨水十分丰沛，年降水量一般在2000毫米以上。
但是，当某种原因引起信风减弱时，维持赤道太平洋海面东高西低的支柱被破坏，冷水与暖水的区域就要发生变化，西太平洋暖的海水迅速向东蔓延，以前覆盖在热带西太平洋海域的暖水层变薄，海温在太平洋西侧下降，东侧上升。同时，赤道东太平洋的涌升流也随信风减弱而减弱，暖海水逐步占据了赤道中、东太平洋地区。当这种增暖达到一定程度并持续几个月以上时，被称为一次“厄尔尼诺”事件。温暖的海域又是大气能量的宝库，它加热海洋上空的潮湿空气，潮湿空气变轻并上升，形成对流云，使得这些地区降雨增加。热带西太平洋地区的多雨区随着海洋温度的改变而向东移动，直接导致印度尼西亚、澳大利亚、印度发生干旱，中太平洋及南美太平洋沿岸国家异常多雨，甚至引起洪涝等灾害。例如，印度季风与“厄尔尼诺”有很大的相关性，在1871～1990年间发生的26次“厄尔尼诺”中有22年印度降水偏少或干旱，其中最严重的几次干旱都发生在“厄尔尼诺”年。在1991～1992年，1993年，1994～1995年三次“厄尔尼诺”事件期间，澳大利亚东部经历了近60多年来最严重的干旱，持续时间长达4年之久；中南半岛、菲律宾、印度尼西亚也先后发生了不同程度的干旱。“厄尔尼诺”引起的持续干旱，使得这些地区的粮食和经济作物受到严重损失。