溫室氣體導致的全球氣候變暖、土地利用轉換引起的區域氣候演化以及空氣污染物排放造成的局地和區域氣候變化,是人類活動影響氣候和氣候資源的重要方面。
由于人為排放引起的大氣中溫室氣體濃度上升,可能是現代全球性氣候變暖的主要原因,但科學家對全球和區域變暖的程度還存在不同的認識;一些地區的土地利用和土地覆蓋變化可能已致使當地夏季氣候趨于干熱;人為排放的空氣污染物及其大氣中氣溶膠濃度增加對全球和區域氣候具有一定影響;城市化和大型工程建設對區域或局地的氣候也具有一定修正作用。
溫室氣體排放與全球氣候變化
全球氣候變化對于熱量資源的影響最為顯著。一般認為,隨著全球變暖,最高溫度和最低溫度都將進一步增高,炎熱日數將會增加,而寒冷日數和霜凍日數將會減少,無霜期將會延長,作物生長季也相應延長。這些變化對于目前氣候比較寒冷地區的農業生產而言是有利的,但對目前氣候比較適宜或炎熱地區的農業生產將會產生不利影響。自然植被的地理分布與物種組成可能因氣候變暖而發生明顯變化。
氣候變暖將會減少取暖的能源需求,但也會增加使用空調的能源需求。氣候變暖可能導致目前氣候適宜的旅游區域環境變遷,從而影響旅游業的發展。在全球變暖的背景下,大氣水汽含量和大氣降水量將發生一定變化。研究指出,北半球中高緯度和南極的冬季降水可能增加,而在低緯度地帶則降水增加和減少的區域并存。不排除未來全球變暖給我國一些地區帶來更為頻繁、嚴重干旱和洪澇的可能性。干旱情況如果發生在北方,將加劇我國華北、西北等地區的水資源緊缺形勢。全球氣候變化還可能會改變區域平均風速和風的穩定性,在一定程度上影響風能資源的開發和利用。
因此,在全球氣候變化的背景下,我國的氣候資源條件可能經歷顯著變化,這對于農、林、牧業生產、水資源利用和管理、旅游資源開發以及氣候能源的開發利用等均會產生一定影響。
土地利用與區域氣候變化
在區域尺度上,土地利用/覆蓋變化改變了陸地植被的分布,并通過改變地表反照率、土壤濕度、地表粗糙度等陸面屬性,改變地—氣系統能量交換,影響地—氣輻射平衡和水分平衡等過程,進而引起地面氣溫和大氣濕度狀況的變化,同時通過影響云量及局地對流活動而導致區域性降水變化。
中國農業開發歷史久遠,當代人口增長及經濟社會發展迅速。這些極大地改變了我國土地覆蓋狀況。從仰韶文化時期(距今約6000前)開始,北方旱作農業的發展對自然環境和生態的影響日趨增加,森林覆蓋面積不斷減少,農田和灌叢草地面積逐漸增加。近1000年我國耕地面積增長更快,近200年里城鎮用地面積迅速擴大。
我國大范圍的土地利用變化對區域氣候資源可能產生了明顯影響。數值模擬研究表明,植被退化導致地表反射率加大、粗糙度減少及地面熱通量的變化,這將造成我國北方夏季降水量減少,土壤濕度降低,平均氣溫增加。還有研究指出,區域性土地利用/覆蓋變化甚至可以改變東亞季風環流,影響到我國東部地區的降水分布。
城市化與城市氣候變化
城市化是土地利用和土地覆蓋變化的一種特殊形式。我國快速的工業化和城市化已引起城市地區主導風向、風速、日照時間、太陽輻射、大氣溫度和降水的明顯變化,對城市區域氣候資源造成了很大影響。觀測表明,在城市中心地面上,年平均太陽總輻射要比郊區少15%~20%,大城市中的太陽總輻射要比郊區少10%~20%。冬季北京市區太陽總輻射比郊區也明顯偏少。
城市建成區的地面氣溫比周圍農村的要高,這種現象被稱之為“城市熱島效應”。“城市熱島效應”形成的主要原因是城市化效應造成的原有輻射平衡的改變。城市的霜凍日數比郊區明顯減少。城市熱島效應改變了熱量資源的數量和分布,對城市居住環境和城市生態系統具有重要影響。
研究發現,由于熱島效應和機械湍流效應等影響,城市化引起降水量強度和分布發生變化,在都市區及其盛行風的下風方向降水量有增多的趨勢。但也有研究發現,在干燥和半干燥地區的城市和工業污染排放會抑制都市區及其下風方向的降水,這可能和污染物排放及凝結核增加有關。
污染物排放與區域氣候變化
世界上大型城市或城市群邊界層的空氣組成成分出現了明顯變化,空氣污染及有害成分增加。我國城市大氣污染是以二氧化硫、顆粒物為代表的煤煙污染,但在許多城市目前機動車已經變成一個主要的污染源,污染類型正在向混合型污染發展。空氣污染物也有從城市向城市間轉移的趨勢,在我國東部城市密集區,區域性空氣污染越來越明顯。城市以外的大型火電廠、石灰廠、建筑工地以及鄉村農田季節性焚燒秸稈等,也是造成我國東部大范圍空氣污染的重要原因。
在有利的天氣氣候條件下,大范圍的空氣污染在對流層中下層形成了各種氣溶膠,包括硫酸氣溶膠、硝酸氣溶膠、黑炭氣溶膠和礦物氣溶膠等,不僅造成我國東部很多地區日照時間和太陽輻射減少,氣溫日變化特點改變,而且可能還對不同級別的降水甚至總降水量造成一定影響。有研究認為,我國東部大范圍地區小雨頻率明顯減少,可能與高濃度的氣溶膠影響有關;也有研究指出,城市上空和區域性氣溶膠濃度增加可能正在改變我國東部季風區域的降水分布圖式,造成華北干旱、長江中下游洪澇。這些研究結果值得更多關注。
人類活動和自然因素可以引起不同時間、空間尺度的地面氣候變化。氣候變化導致氣候資源的改良或退化。自然因素引起的氣候變化(或變異)一般具有振蕩性質,而人類活動造成的氣候變化有一些在短時間內是不可逆的,同時也是人類自身可以進行調控和改觀的,因此人們更加關注各種人為因素造成的氣候變化及其由此產生的氣候資源的演化。
人為引起的地球系統演化及其氣候資源演化多是人類在開展各種生產活動之前沒有意識到的。但是,關于人類活動能夠改變氣候條件和氣候資源這一認識確實給我們一個啟示:我們既然可以無意識地改變氣候資源,也就能夠有意識地干預和調控,使其朝著有利于人類開發、利用的方向轉化。
