气候与环境研究影响因子是多少_气候变化的影响因子

1.人类从何时开始关注气候变暖问题？

2.气候变化对径流的影响

3.对生态学发展的看法

4.举例说明气候对人类的活动影响

5.历史时期我国气候的变化状况是

6.天气气候与人类活动的关系？

7.国内外研究概况

以下是李崇银院士的一段访记录：

另外我个人搜集到的材料如下：

人与自然的关系,自古至今一直以无穷的魔力吸引众多的科学家、哲学家、政治思想家乃至文学艺术家.无论是古代“天人合一”观还是现代“回归自然“论,无不倡导人类与自然的协合统一、人与环境密不可分的鱼水之情.但是,本世纪以来,伴随世界经济迅速发展、人炸性增长、过度开发、能源需求量大增,不仅导致全球性的匮乏、环境污染、生态失衡,而且使大气二氧化碳、甲烷、一氧化碳等温室气体含量猛增,引发了诸如气候变暖等环境效应,使气候变化问题不得不从学术论坛搬进地球首脑会议的“大雅之堂”.?

据科学家估算,目前地球大气中二氧化碳、甲烷和一氧化碳浓度比工业革命以前分别增加了30％、145％和15％,其中,人类活动引起的二氧化碳浓度增加量为25％.科学家依据CO2猛增的气候敏感度预测,2100年全球平均气温可能上升1～4.5℃,这将意味着未来世界的自然生态环境和社会经济发展面临不可忽视的巨变：土地干旱化加重、土壤侵蚀加剧、病虫害蔓延、物种进一步减少、农业成本和投资增大等社会经济问题.气候变化还可能导致水短缺、污染浓度提高以及旱涝灾害增多等等.为此,19年以来,国际社会对人类活动引起的气候变化问题给以高度重视,多次召开国际会议,签署气候变化公约,要求世界各国取一致行动,减缓气候变暖.

如果说人类释放温气导致气候变化,是科学家数学游戏制造的事端,那么,下列严酷的事实不难看出,人类活动对环境气候的破坏是何等触目惊心!?

亚马逊河流域拥有全世界2／3的热带雨林、30％的陆地生物.但80年代以来,热带雨林已遭大量砍伐,仅是朗多尼亚州由于雨林被砍伐而使土地面积从10000平方公里增至27000平方公里.目前亚马逊河流域森林破坏仍以每年25000～50000平方公里的速度发展.有关方面预测,如果继续下去,亚马逊森林将在今后50～100年完全从地球上消失；2000年,全世界的森林面积将由目前陆地面积的1／5下降至1／6,世界耕地减少1／3,沙漠扩大1／5,热带雨林将于80年后完全消失.世界森林锐减不仅导致物种灭绝,同时因吸收CO?2能力减弱使全球气候发生变化.

30年代以前,美国大规模开发西部,大量焚烧草原,盲目垦荒.结果导致1934年震惊世界的黑风暴.这场沙尘暴从土地破坏严重的西部刮起,很快发展成为一条东西长2400公里、南北宽1500公里、高3公里的巨大**尘土带,连续3天横扫美国2／3土地,使大气含尘量每立方公里高达400吨,把数亿吨土壤卷进了大西洋,毁掉耕地4500万亩.

1954年起前苏联在哈萨克、西伯利亚、乌拉尔、伏尔加河流域和高加索地区,盲目大量开垦荒地,到1963年已垦荒6000万公顷.由于耕作制度混乱,缺乏防护林带,加之气候干旱,造成新垦荒地风蚀严重,每年春季疏松的表土经常被大风吹起,形成黑风暴.1960年3、4月份的黑风暴,席卷了俄罗斯南部平原广大地区,垦荒地区受灾面积达400万公顷以上；1963年的黑风暴又使哈萨克被开垦的土地受灾2000万公顷.

解放以来我国西部沙漠治理取得一定成绩,但总体进展不大,破坏环境的常有发生,加之气候变干变暖,西北地区的黑风暴逐年增多.1993年5月份的一场黑风暴,是1927年有气象记录以来最强的一次,形似爆炸后的蘑菇云,使新疆东部、河西走廊、内蒙古、宁夏等省部分地区遮天蔽日,飞沙走石,能见度为零,造成85人死亡,数百人受伤或失踪,直接经济损失7.25亿元；黑风暴造成的土地退化、大气污染给生态环境带来的危害更是难以估计.

人类从何时开始关注气候变暖问题？

一、研究区概况

大庆市位于松嫩平原中部，黑龙江省西部，属松花江流域，是我国最大的石油、石化生产基地。现辖肇州、肇源、林甸、杜尔伯特四个县，以及萨尔图、让胡路、龙凤、红岗、大同五个区，总面积21 219 km2，截至2006年10月18日，总人口数为265.7万人，工业企业1000余家。其中市区面积5107 km2，人口121.2万。大庆市区行政区划主要构成如表7-5所示，地理位置如图7-1所示。

表7-5 大庆市区行政区划表（2004年）

图7-1 大庆市区行政区划图

（一）地质与地形地貌

大庆市在地质构造上属松辽盆地，它位于松辽盆地北部，处于松花江、嫩江一级阶地上，地层沉积厚度达6000 m以上。在漫长的地质构造运动作用下，大庆市地下岩层形成两侧为凹陷的构造——三肇凹陷和齐家古龙凹陷，中部为隆起构造——大庆长垣构造。大庆长垣是松辽盆地中央坳陷区北部的一个大型背斜构造带，南北长140 km，东西最宽处约70 km。正是被称为“大庆长垣”的构造，孕育了大庆油田的主体，长垣之上，自北而南有喇嘛甸、萨尔图、杏岗村、太平屯、高台子、葡萄花和敖包塔7个油田。

从第四纪地质构造上来看，大庆市可以分为：冲击层、低漫滩堆积层、第四系水系、风积层、高漫滩堆积层、洪积（冲积）层和全新统，见表7-6。

表7-6 大庆市第四纪构造及其面积

全市地势东北高、西南低，一般地面高程在126～165 m之间，自然坡降在1/5000至1/3000左右，相对高差较小，为10～39 m，境内无山无岭，地貌表现为坡状起伏的低平原。

从地貌成因类型及形态特征看，大庆大面积为冲积洪积湖积低平原，局部为冲积洪积河漫滩、风积沙丘地貌。冲积洪积湖积低平原分布于大庆市中部广大地区，地形平缓，表现为坡状起伏：冲积洪积河漫滩呈条带状分布于沿江地带，地势平坦，地面湿润，并分布有较多季节性泡沼和沼泽湿地及小块的残留阶地；风成沙丘呈北西-南东向条带状分布，大部分现已固定或半固定。在地势稍高多为平缓的漫岗，其上植被发育较差，平地上多为耕地、草原，间有许多面积不大的盐碱小丘；低处多为排水不畅的季节性积水洼地和低位沼泽，以及大大小小的碱水泡子。

（二）气候

大庆市地处北温带欧亚大陆东缘大陆季风气候区，属于半湿润与半干旱区域，受蒙古内陆冷空气和海洋暖流季风的共同影响。春季多大风，少雨干燥；夏季短暂，受太平洋高压气团影响，雨热同季，高温多雨；秋季日照长，常有早霜；冬季漫长，受高空西北气流控制，严寒少雪。市区多年平均气温3.2℃，1月份平均气温-19.6℃，7月份平均气温22.8℃，极端最低气温-37.7℃，极端最高气温37.4℃。无霜期140天，年平均日照时数为2826h。季节性大风明显，年平均风速3.9m/s。

大庆市气候灾害最主要的是干旱，特别是春季，春季降水不到全年的15%。由于年内降水分配不均，强度大，降低了降水的有效性，造成夏、秋洪涝灾害。此外，低温寒冷、霜冻、冰雹、大风出现的频率较高，造成程度不同的其他灾害。

（三）土壤

大庆市区土壤是在特定的地貌、成土母质、气候、水文、植被等成土因素的综合作用下形成的。草原土壤占市区总土地面积的 18.64%，是主要的耕地土壤；水文土壤主要有草甸土和沼泽土，其中草甸土占市区总土地面积的52.23%。大庆地区特殊的自然地理环境使区内土壤既有一般的成土规律，又有特殊的隐域性成土方式。第四纪粘土、亚粘土为主的沉积物，决定了大庆地区土壤的基本性质，即具有温带平原土壤系列的基本特点。根据土壤普查资料，大庆市土壤共分 6 个土类，13 个亚类、13 个土属，28 个土种。

（四）植被

大庆市天然植被主要由草甸草原、低地盐化草甸和沼泽构成。草甸草原是松嫩平原的主要组成部分，分布在漫岗、缓坡地和低平地上，植物主要以中早生的多年生草本植物为建群种，并以丛生和根茎型禾草占优势。禾本科主要有羊草、贝加尔针茅、野古草、隐子草和洽草等；豆科有兴安胡枝子、细叶胡枝子、五脉山薰豆、首箱、草木裤、山野豌豆等，杂草类主要有篙属、萎陵属杂草。植被盖度多在65%以上，草层平均厚度50 cm左右，亩产干草约100～150 kg。此类草场是畜牧生产主要割草场和放牧地。低地盐化草甸在大庆市有一定面积的分布，多处在地势低洼地带，与草甸草原植被呈镶嵌分布。植被由盐中生和早中生禾草、杂草类组成，主要植物有星星草、碱茅、羊草、芦苇、野黑麦、盐生凤毛菊、碱蓬、碱高等，植被盖度60-80%，草层平均高55 cm，亩产干草70 kg。此类草地主要作为放牧场。沼泽植被在大庆市有小面积分布，主要在长年积水或季节性积水的内地闭流洼地、无尾河散流低地和江滩洼地，植物主要有芦苇、小叶樟、三棱草、苔草等组成，芦苇是最常见的类型，植被盖度在80-100%，生长高度150～250 cm，产量很高，主要用于造纸工业。除了占优势的草本植物外，在西部风沙土区还有野生的蒙古杏、榆树等树种分布，现已遭受严重破坏。沿江地区还有天然的山杏、榆树、灌木柳等。

不过目前，大庆市天然植被己有很大一部分被开垦为农田，并在村镇周围和农田边缘种植了大量的杨树。保持天然植被的地段多为干早贫膺的沙地、较重的盐碱地以及沼泽地等。另有一部分植被由于油田开发而受到严重破坏。

（五）水文

1.降水

大庆市夏季降水量丰沛，冬季降水稀少。多年平均降水量为380～470 mm，最大降水量为664 mm，最小降水量为213 mm。年内降水量分配不均，主要集中在7～8月份，约占全年降水量的55%。大气降水明显表现为年际变化大、年内分配不均，并呈现夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点。

2.地表水

大庆市地表水表现为明显的闭流区特征。境内湖泊、泡沼星罗棋布，但很多泡沼多为碱性泡子，碱性强、盐分含量高，未经处理不能做灌溉用水。市区内无天然河流，松花江、嫩江从西南部边缘通过。省内两条最大的无尾河——乌裕尔河和双阳河的尾部逐渐消失在林甸和杜蒙县的大片苇塘和湿地中，大气降雨都汇集到低洼处，形成许多季节性沼泽地，全市有常年水泡208个，其中市区有156个。地表水系由引水系统、排水系统和诸多泡沼组成。引水系统包括三条以嫩江水位水源的北部、中部、南部引嫩工程和相应的蓄水工程组成，蓄水工程主要包括大庆水库、红旗水库、龙虎泡水库、北湖、东湖等。日供水能力117万m3。排水系统有南线排水和东线排水组成，东线由石化总厂污水管线进入清肯泡，南线主要是指安肇新河排水系统。

3.地下水

大庆市已探明地下有四个含水系统，即主要由第四系林甸组、泰康组及第三系大安组、白垩系明水组构成。因含水层受古沉积环境影响，其结构特征、埋藏条件、补给、径流条件差异很大，各含水层富水性差别较为明显。总体而言，含水厚度在10～40 m之间，顶板埋深为35～60 m，一般单井出水量为20～50 t/h，地下水可开量为每年9.6亿m3。

大庆市各含水层为低矿化度重碳酸氢钠（NaHCO3）型水，但主要指标有明显的差异。在含水层之间，总溶解性固体由高到低依次为大安组、泰康组、林甸组、明水组，总硬度由高到低依次为泰康组、林甸组、明水组、大安组，锰含量由高到低依次为明水组、泰康组、林甸组、大安组，氟含量由高到低为林甸组、泰康组、大安组、明水组，pH值由高到低依次为明水组、林甸组、大安组、泰康组。总的情况分析，明水组水质最好，大安组水质次之，第四系、泰康组水质一般。在平面分布上的总体情况是，大庆长垣以东地区水质好于以西地区。

（六）石油天然气

大庆市位于松辽盆地的中心部位，是中生代至新生代时期的一个大沉积盆地，地下有丰富的石油天然气。截至 2001 年底，共发现探明石油地质储量 56.2 亿t，已动用地质储量 47.9 亿t，已开发的含油面积 2123.77 km2，占大庆市总面积的 41.59%。大庆市天然气也较为丰富，天然气地质储量 548.22 亿m3。

二、大庆市水土环境变化影响、状态和后果分析及环境地质指标研究

综观大庆市水土环境恶化的各种相关因素，其主要成因为：大庆市地处松嫩平原腹地，地质环境脆弱；油田的开发、建设活动加剧了市区水质和土壤的污染，造成区域地下水位持续大幅下降，导致土地流失，土地利用结构发生变化等一系列水土环境问题。

（一）气象

大气降水情况表现为年际变化大、年内分配不均的特征，并呈现夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点。夏季受东南季风的影响降水量丰沛，占全年降水量的60%左右；冬季在干冷东北风控制下降水稀少，仅占全年的4%～6%，见表7-7、7-8。

表7-7 大庆市区代表站降水量系列丰枯评定表

表7-8 大庆市区主要代表站多年平均降水量分配表

对于潜水含水层，水位变化受降雨影响较大，丰水位出现在8～9月份，枯水期多出现在4～5月份，图7-2是市区一潜水含水层地下水位与降雨量的关系曲线图。

（二）水文地质

大庆市含水层主要由第四系林甸组、泰康组及第三系大安组、白垩系明水组构成。因含水层受古沉积环境影响，其结构特征、埋藏条件、补给、径流条件差异很大，各含水层富水性差别较为明显，根据地下水含水层特征及埋藏条件可将区域内地下水分为富水区、中等富水区、弱富水区和贫水区四个区域，以大庆长垣为界，将规划区分为西部含水层系统及东部含水层系统，东部明水组缺失边界以南为东南部含水层系统。

图7-2 地下水位与降雨量的关系曲线

1.齐齐哈尔组潜水含水层

岩性为冲积和湖相沉积的细粉砂层。在低平原地区发育，岩性为黄土状亚粘土、亚粘土、粉细砂，潜水含水层底板埋深一般在5.0～30.0 m之间。赋存孔隙潜水，含水层厚度2.50～8.50 m，水位埋深2.5～8.3 m，渗透系数0.6～3.2 m/d，单井涌水量<100 m3/d，水质类型为低矿化淡水-微咸水。

2.大兴屯组潜水含水层

岩性为冲积相沉积的地层。在区域高平原地区发育，岩性为黄土状亚粘土、亚粘土、粉细砂，赋存孔隙潜水，含水层厚度0.50～5.50 m，水位埋深3.5～6.5 m 渗透系数0.8～2.5 m/d，单井涌水量<100 m3/d，水质类型为低矿化淡水-微咸水。

3.林甸组承压含水层

主要由河流相沉积细砂、砂砾石组成。除大庆长垣顶部缺失外，油田大部分地区都有分布，以油田西部发育最好。油田东部只有龙凤—卧里屯一带分布。在油田西部，埋深深度和厚度均自东向西，自南向北加深增厚，在前进水源以南地区逐渐变薄。厚度一般都在10.0 m以上，大部分地区都在20.0～60.0 m之间。少数在75～80 m之间。含水层颗粒粗大，分选较好，有效孔隙度大，透水性强，富水性较强。300 mm井管单井出水量为3615～5462 m3/d。林甸组含水层是规划区主要开层位之一，其原始静水位埋深在3.0～10.0 m之间，目前，在降落漏斗范围内，水位埋深在15～25.42 m之间。水质类型为低矿化度的重碳酸钠型水。

4.泰康组承压含水层

岩性主要是含砾细砂和含砾中粗砂，自上而下由细变粗，呈明显河流相沉积。上部以中细砂和粉细砂为主，底部为厚层状含砾中粗砂。含水层只分布于大庆油田的西侧地区，与上覆第四系砂砾石层之间有一层分布不稳定的亚土、粘土和粉砂交互层，沉积发育比较稳定，厚度为5.0～20.0 m，且分布不稳定粘土或亚粘土互层相隔，沉积缺失而形成天然的“天窗”。通过弱透水层和“天窗”，使第四系林甸组含水层与该含水层相连通，水利联系较为密切，可视为同一含水层系统。

5.第三系大安组孔隙承压含水层

该含水层受沉积构造运动影响，分布不稳定，含水层较薄，厚度在3.0～8.0 m之间，含水层岩性为含砾砂岩，胶结松散，颗粒较细，孔隙较小，富水性略差。单井出水量为800～1000 m3/d。矿化度为240～660 mg/l，水质类型为重碳酸钠型水。

6.白垩系明水组孔隙承压含水层

又分为明水组二段承压含水层和明水组一段承压含水层。前者沉积时受构造运动影响，分布不稳定，多以透镜体分布。含水层单层较多，一般2～10层。单层厚度在3.0～26.0 m之间，累计厚度在10.0～80.0 m之间，局部最厚可达100 m。含水层岩石颗粒较细，孔隙较小，富水性略差。单井出水量为430～1700 m3/d。矿化度为300～700 mg/l，水质类型为重碳酸钠型水。后者与明水组二段含水层平面分布范围基本一致，含水层沉积特征受构造运动的影响很小，分布稳定性较好，特别是其上部含水层呈连续分布，沉积发育良好。含水层单层数较明水组二段少，一般为1～8个单层，单层厚度在3.0～29.0 m之间。含水层累计厚度为在5.0～55.0 m之间，局部地区最厚可达66.5 m。明水组一段含水层发育较为稳定、厚度为20 m左右，灰黑色泥质砂岩，砂岩分为上下两部分。其中上部发育良好，单层厚度较大，区域分布十分稳定，岩石颗粒较粗，有效孔隙度较大，富水性较强。而下部则发育较差，分布也不稳定，在三肇凹陷东部，发育相对较好。在龙凤、东水源地区，该含水层在油田开发初期可喷出地面10余m。目前，漏斗范围内最大降深在地面以下50 m。单井开量为400～1000 m3/d，矿化度为300～800 mg/l，总硬度为96～500 mg/l（以CaCO3计）。

（三）地表水质

地表水是大庆市水的重要组成部分。大庆市的地面水体主要由江河、“三引水系”、自然泡沼、人工湖库和排水渠系共五部分组成。由于大庆以石油开和石油化工为主体产业结构特点，结合大庆地区地表水体中的主要超标项目，选择了DO、COD、BOD5、挥发酚、CN-、石油类、总砷、六价铬、总镉、氨氮10个为地表水环境质量评价因子。

江河：由表7-9可见，区内松嫩两江，仅在中部引嫩干渠渠首及肇源站段为Ⅲ类地表水体，其他站段为Ⅳ级水体。江水的环境质量主要受到沿途纳污及江水自净条件的影响。从北部拉哈站段水体为4.6级，到中部引水渠首江水由于自净作用综合级数变为3.60级，至江桥站段由于途中接纳了齐齐哈尔市的污水排放使江水综合级数上升到4.14级。至古恰，松花江接纳库里泡4.87级的排水后江水由4.10级上升为4.69级。各断面环境监测资料统计表明，松嫩两江主要超标项目是化学耗氧量、生化需氧量、石油类物质。乌裕尔河和双阳河因受其上游各县污水排放的影响，水质较差。其综合级数分别为5.79和5.38级。属Ⅴ类地表水体。主要超标项目有化学耗氧量、生化耗氧量和石油类物质。

引水系统：中部引嫩干渠和北部引嫩总干渠质量分别为Ⅲ级（3.67级）和Ⅳ级（4.6级）。大庆水库和红旗水库为Ⅲ级地表水体。综合级数分别是3.31级和3.9级。据不同水期的监测资料分析，大庆水库枯、平、丰水期综合级数变化明显，主要表现为枯水期水质最差，丰水期水质较好，可达Ⅱ类地表水标准。

排水渠：安肇新河和西部排水干渠为大庆市排水主干系统，并汇合于大同，而后注入库里泡。排水系统承泄大庆市的城市污水和工业废水。安肇新河源于王花泡滞洪区，与东排干，中央排干和兴隆排干构成东部排水系统并串联于中内泡。主要接纳萨尔图区、龙凤区和红岗区及大同区的部分污水。水质较差。综合级数显示，东排干为4.93级，中央排干为5.84级，安肇新河为5.44级。西部排水总干渠北起大庆水库，南到民荣泡南端入安肇新河，全103.4km。设计流量10m3/s。具有油田排水，工业排水、农田灌溉等功能。西部排水干渠北部水质较好，基本符合Ⅲ级地表水体标准，其间串联于哑葫芦泡，东卡梁泡和八百垧泡后，接受了让胡路区、红岗区和大同区的污水排入，几个断面的综合级数都在5.8级以上，污染较为严重。

湖泡：大庆地区湖泊众多，是地表水环境系统的重要组成部分，多数湖泊具有纳污功能，城市污水、工业废水、地表径流是这些湖泡的主要补给，有的湖泊也有来自地下水潜水的补给，如莲环湖等，使这些湖泊终年不干，得以存在，湖泊是污水的汇集地，也是区内污染最为严重的区域。据断面监测，串联于安肇新河的中内泡1998年丰水期综合级数为8.06级，枯水期竟高达15.44级。大庆市与水环境密切相关的二十几个湖泡，除王花泡、八百垧泡、莲环湖、库里泡为Ⅳ级地表水体外，其余皆为Ⅴ级水体或超Ⅴ级水体。其中污染最为严重的是：老猪泡、中内泡、周瞎子泡、民荣泡、陈家大院泡。

表7-9 大庆市地表水体质量评价结果表

综上所述，大庆地区地表水体的污染以化学耗氧量、生化需氧量、石油类、有机污染为主，其次为总氮和总磷超标元素。地表水体污染的主要原因是城市生活污水和工业废水的排入造成的。其次地表径流水质也是影响湖泊、河流水质的一个重要方面。

（四）地下水水质

大庆油田自开发以来，就以地下水作为主要的供水水源，由于地下水的大量开，在开区形成大面积水位降落漏斗，漏斗中心位于前进水源地附近，而且随着开量不断增加，漏斗中位降落也相应增大，在许多水源地，如前进水源、齐家水源、让胡路水源、喇嘛甸水源、红卫星水源等水源地的水化学成分发生了变化，地下水的、硬度、Fe和Mn均有升高的趋势。主要化学成分的情况如下：

1.Cl-离子

大庆市地下水中氯离子含量较低，大部分为Ⅰ级水，小于地下水环境质量标准规定的Ⅰ级水（50mg/L）。Ⅱ级水分布在齐家水源、喇化水源、西水源喇嘛甸水源一带。

2离子

大庆市地下水中硫酸根含量大部分较低，为Ⅰ级水，低于地下水环境质量标准规定的50mg/l。Ⅱ级水分布在杏二水源、南二水源，龙凤水源等地。Ⅲ级水主要分布在齐家水源地、西水源和让湖路水源地。只在喇化、西水源、喇嘛甸水源的个别井点达到Ⅳ级和Ⅴ级水。

3.Fe离子

大庆市地下水中铁离子的含量普遍较高，多数井点达到了Ⅳ级和Ⅴ级，即超过饮用水水质标准（0.3mg/l）。铁的分布基本分成三个区，西部地下水中铁含量较高，为Ⅴ级水，中部铁含量主要为Ⅳ级水，而东部地下水中铁含量相对较低，其中北水源、东水源、龙凤水源至农牧厂一带的地下水中铁含量较低，为Ⅰ级水，是白垩系明水组含水层。红卫星水源、喇嘛甸水源中部分井点及大同等地的地下水为Ⅳ级水，西部地区铁含量普遍较高。

4.Mn离子

根据锰含量的高低，可将大庆市地下水分为东西两个区。西区锰含量较高，多数为Ⅳ级水，个别地方为Ⅰ级水，如林甸的庆丰等地；而东部地区地下水中锰含量较低，大多为Ⅰ级水，如北水源、东水源、龙凤水源至农牧厂一带的明水组含水层，长垣西侧的西水源、红卫星水源、南水源、南二水源、前进水源等水源地部分井点为Ⅰ级水。

5离子

大庆市地下水中硝酸根含量大部分为Ⅰ级水，小于2mg/l。

6.F-离子

氟离子含量基本分为两个区，西部地区含水层中含量较低，大部分为Ⅰ级水，包括绿色草原、胡吉吐莫、古龙、新肇、古恰等地，林源、新华、大兴和肇源等地也为Ⅰ级水，而东部一些地区氟含量较高，为Ⅳ级水甚至Ⅴ级水。

7.TDS

大庆市地下水中溶解性总固体含量低的Ⅰ级水（<300mg/l）主要分布在明水组的庆宾馆、九厂深、一厂作业一带及肇源的个别地区，如源3。西部地区主要为Ⅱ级水，即TDS介于300～500mg/l。Ⅲ级水主要分布大同及杏二水源等地。只是在个别地方为Ⅳ级或Ⅴ级水，如喇化水源地、喇嘛甸水源地等。

8.硬度

大庆市西部地区地下水硬度含量介于150～350mg/l，为Ⅱ级水。

（五）地下水位

大庆市区是地下水开的集中区域，由于大庆市无江无河缺乏地表水，开发初期主要以开发地下水作为主要的供水水源。在集中开区先后建立地下水水源46座，经过40多年的开，已形成东西两个降漏漏斗。

西部漏斗区：主要开目的层为第四系林甸组和第四系泰康组含水层，先后建成地下水水源地26座，由于集中开形成南北长约104 km，宽40 km的降落漏斗，漏斗影响面积为4000 km2，从动态分析可以发现，水量和水位呈直线的相关，漏斗的分布直接受地下水开量控制，漏斗中位已经由最初的地面以下9 m，下降至现在的45.6 m，平均每年下降0.96 m（图7-3、表7-10）。开区在12年开量达约1.0亿m3时，地下水位埋深19.62 m，使地下水位下降9～14 m，地下水降落漏斗开始扩大，从12年起开量逐年增加，到16年开量达1.48亿 m3，降落漏斗影响面积2500 km2，开强度达5920m3/km2·年，漏斗中位埋深达29.50 m，此时降漏斗迅速发展面积扩大，1986年地下水开2.0亿m3，漏斗中位埋深达34.24 m，从1986～1988年之间，开量减少，到1988年开量为1.7亿 m3，漏斗中位相应有所回升，漏斗中位埋深33.28 m，1989年以后地下水开量逐年增加，漏斗水位又随之下降，到1996年达2.4亿m3，水位埋深为45.6 m，水位总下降约30 m，19年地下水开量为2.3亿m3，形成北起林甸花园乡，南到油七厂，西起新店，东到大庆长垣西侧，漏斗中心位于独立屯水源及相邻地区降落漏斗，漏斗面积4000 km2，开强度达6.57×103 m3/km2·年。

东部漏斗区：地下水主要开目的层为明水组白垩系含水层，有集中开水源10座，开区10年上开量达0.28亿m3，地下水位埋深25.00 m，地下水降落漏斗扩大，到年开量达0.32亿m3，漏斗中位达33.50m，年以后逐年增加开量，1992年开量达0.38亿m3，漏斗中位持续下降为42 m，到19年水位下降到53.4m，开强度达6.51万m3/km2·年，形成了北起青龙山奶牛场，南到安达畜牧农场，东起安达中本乡，西至缺乏边界的长约50 km，东西宽30 km的降落漏斗1560 km2，见图7-4、表7-11。

图7-3 西部开区开量与水位变化的关系

表7-10 西部漏斗区水源井开量与水位的变化关系统计表

图7-4 东部开区开量与水位变化的关系

表7-11 东部漏斗区水源井开量与水位的变化关系统计表

（六）土地利用结构

2001 年大庆市区耕地面积 2042.16 km2，占总土地面积的 39.96%，牧草地面积 1486.km2，占总土地面积的 29.10%，水域面积 431.96 km2，占总土地面积的 8.45%，建设用地 400.86km2，占总土地面积的 7.84%，未利用地733.34 km2，占总土地面积的 14.35%。与 1990 年相比（表7-12），11年期间耕地面积净增 285.1 km2，年增长率 1.48%，牧草地面积减少 85.39 km2，平均每年递减 0.49%，水域面积减少 51.54 km2，年递减率 0.96%，建设用地增加 105.82 km2，年增长率 3.26%，未利用地减少 258.56 km2，平均每年递减2.37%。19年到1990 年期间，耕地增加 314.61km2，平均年增长 1.98%，牧草地减少 933.37km2，平均每年以 3.10%的速度减少，水域面积增加78.94 km2，年均增长 1.63%，建设用地增加 149.98 km2，年均增长 8.62%，未利用地增加 398.98 km2，年均增加 5.61%。其中各区1990、2001年土地利用情况见表7-13、表7-14。

表7-12 大庆市区土地利用类型统计表

表7-13 大庆市区1990年各区土地利用类型统计表

表7-14 大庆市区2001年各区土地利用类型统计表

19 到 1990 年的 11 年期间研究区耕地主要去向是转化为草地、居民点和未利用地，同时大量的草地转变为耕地、水域、居民点和未利用地，未利用地一少部分转变为居民点和耕地，大部分变成草地和水域用地。土地利用类型复杂的转换过程，说明这一时期区域土地利用十分剧烈，人类的干扰活动是强烈而持续的。主要是由于大庆油田正处于中兴鼎盛时期，一方面要保证产量，油井不断加密，占用了大量的耕地、草地，被占用的土地建了油井和输油管线以后不能再耕种和放牧形成了大面积的未利用地。另一方面大量人口的迁入和人口的自然增长使得城市建设的步伐不断加快，油田占用土地以后，剩余的草地或被城市用地占用，或者被开垦成耕地。而水域面积的增加主要是来自于草地和未利用地，则可能是由于气候条件适宜，降水量增加导致地势低洼处形成季节性积水的原因。居民点和建设用地主要转变为草地和未利用地，主要原因是在油田区内建造的临时居民点搬迁出油田。

1990 年到 2001 年期间，土地利用类型的相互转化，主要表现为：草地面积因开垦耕地和城市建设占用继续减少，耕地面积继续增加，城市建设用地增加，20世纪80年代形成的未利用地有一部分转化为天然草地，大面积的天然水域萎缩变为未利用地，这与20世纪90 年代大庆气候逐渐变干有着密切的关系。

（七）土壤质量

大庆市及周边地区的土壤中，石油烃均值含量达78.01 mg/kg（背景值为48.36mg/kg），污染率为60%；挥发酚均值0.048 mg/kg（背景值为0.032mg/kg），污染率为48%；总铅均值为24.34mg/kg（背景值为15.42mg/kg），污染率为43%；硫化物均值为0.13mg/kg（背景值为0.07mg/kg），污染率25%。上述资料明显反映了大庆及周边地区的土壤已遭受不同程度的污染。虽然石油类污染物在土壤中经3～5a即可降解；但这些物质可通过食物链进入人畜体内，从而危害人体健康。这些污染物来源于油田开发区和石油化工区的钻井及输油管线冒漏、井喷漏；石油化工厂的泄漏及废气废液的排放和原材料堆放等；另外石油钻井的废液泥浆也是土壤污染的一个重要因素。每口井产生的废液约60～80m3，20世纪80年代以前全部就地掩埋；以后2万多口井液按80%回收，剩余140万m3井液就地掩埋。这些井液毒性大，颗粒小，呈黏稠状，对土壤构成了严重威胁。

（八）水衰减

大庆全市地表水域面积42万hm2，地下水可开量每年为9.6亿m3。由于油过程中过量开地下水，造成区域地下水位下降，在大庆长垣附近已经产生两个区域性水位下降漏斗，漏斗面积分别为：4500 m2、1600 m2（包括林甸、杜蒙、安达部分），中位下降分别为36.00 m、44.00 m。由于漏斗范围内承压含水层压力较小，可能导致地面沉降和地面塌陷。据不完全统计，自20世纪70年代开始，大庆市地下水水位年均下降16～19m。至2005年底，西部地区地下水水位埋深达48173m，而原始静水位埋深仅210～1010m。

（九）土地退化

大庆市土地沙化、盐碱化及草原“三化”问题突出。据大庆市人大常委会数据，全市2.12万km2土地，荒漠化土地面积已达8279 km2，占土地总面积的47%。由于土地沙化和盐碱化，使土壤黑土层变薄，有机质含量降低。据调查，大庆垦前黑土层厚度为40cm，垦后黑土层厚度仅为15～20cm。大庆现有1034万亩草原，由于连年干旱，载畜量过大，原生土壤高含碱性，“三化”面积已达810万亩，占总面积的78%。

（十）水文

湿地面积萎缩问题显现。据黑龙江日报2006年报道，大庆市拥有湿地120万公顷，占全国已知湿地总面积的3.12%，接近1/30。大庆湿地发育的环境基础为流速缓慢的河溪、淡水湖泊及相邻的沼泽地，湿地类型属河流及河漫滩沼泽湿地、湖泊及周边沼泽湿地、草甸沼泽湿地。其中沼泽、苇地等 14.43 万亩，水域 41.87万亩。主要分布在肇源县、杜蒙县、林甸县和市区。由于油田的深度开发，油田范围不断向外延伸，大量的湿地被开发利用。随着石油化工的发展，污染排放物加剧，“落地油”及钻井过程中产生化学泥浆和洗井废水使得许多湿地变成了泥浆地、排污地、废水排放池等。土壤、植被及湿地水体的大面积污染。

（十一）水土环境污染

大庆是我国著名的油都，在贡献高额利润的同时，也对当地水土环境产生了极大的破坏。最为突出的表现就是水土环境污染。2004年度，大庆市排放废水12414.0万t，其中工业废水7799.04万t，生活污水4615万t。工业废水中主要的污染物有COD、BOD5、SS、氨氮、石油类、硫化物、挥发酚、CN、砷、六价铬、铅等。由于境内无江无河，除每年约7000万t的污水经净化处理重新利用外，其余全部排入地表泡沼中，致使分布于大庆市境内大部分纳污泡沼皆为V级水或劣V级水。另外，对纳污泡渠一定范围内浅层地下水样的检测发现，色度、浊度、总硬度、铁、锰、氟化物、高锰酸盐指数、溶解性总固体超标。其中，铁、锰、氟化物超标反映受原生地质环境影响。而色度、浊度、总硬度和高锰酸盐指数超标，表明受人为活动所致。

水体受到污染的同时，土壤污染也不容小觑。油田石油化工区、石油开发区土壤污染比较严重，污染物排量大、浓度高、毒性强，且在土壤中存留时间长，难于降解，并能通过食物链在人体内蓄积而影响人体健康。污染来源主要有钻井泥浆、钻井岩屑及石油开过程中的落地原油。1995年，区域土壤污染调查时发现，主要的污染物为石油总烃、酚类和硫化物及重金属元素铅、铜等。2005年，重点对石油开发区内的土壤中（面积196km2）重金属元素展开调查，发现污染程度呈增加趋势。

气候变化对径流的影响

1.对气候的影响

随着温度的上升，预计有些地区的水灾、旱灾、火灾及热浪冲击的发生率也会上升。

——IPCC1995年报告

如果这种情况继续下去并进一步发展，有些国家的整个国土最终将变得不适于人类居住。

——兰姆

将更多的二氧化碳和温室气体排放到大气中所造成的危害，谁也无法确切地说明将来会有多严重？科学家正在估算气候变化所带来的危害。按目前的技术水平计算，2004年才能阐明大气中二氧化碳形成和消解的机理，这样就能发现温室效应是如何产生的。2006年才能准确的预知因地球升温而造成的海平面上升。然而真正理解这一切要到2050年。显然，科学家和政治家都不会等到进一步的结果出来才取防治措施，现在的观察和研究成果应该都让公众了解，才不至于使人们不得不在50年后自咽苦果。

温室效应自地球形成以来，它就一直在起作用。如果没有温室效应，地球表面就会寒冷无比，温度就会降到零下20摄氏度，海洋就会结冰，生命就不会形成。因此，我们面临的不是有没有温室效应的问题，而是人类通过燃烧化石燃料把大量温室气体排入大气层，致使温室效应与地球气候发生急剧变化的问题。

温室效应会产生什么样的影响呢？黄荣辉院士说：“由于矿物燃料的燃烧和大量森林的砍伐，致使地球大气中的二氧化碳浓度增加，由于二氧化碳等气体的温室效应，在过去100年里，全球地面平均温度大约已升高了0.3——0.6摄氏度，到2030年估计将再升高1——3摄氏度”。

当全世界的平均温度升高1摄氏度，巨大的变化就会产生：海平面会上升，山区冰川会后退，积雪区会缩小。由于全球气温升高，就会导致不均衡的降水，一些地区降水增加，而另一些地区降水减少。如西非的萨赫勒地区从1965年以后干旱化严重；我国华北地区从1965 年起，降水连年减少，与50年代相比，现在华北地区的降水已减少了1/3，水减少了1/2；我国每年因干旱受灾的面积约4亿亩，正常年份全国灌区每年缺水300亿立方米，城市缺水60亿立方米。

由于气温升高，在过去100年中全球海平面每年以1——2毫米的速度在上升，预计到2050年海平面将继续上升30——50厘米，这将淹没沿海大量低洼土地；此外，由于气候变化导致旱涝、低温等气候灾害加剧，造成了全世界每年约数百亿以上美元的经济损失。

因此，全球气候变化预测不仅成为国际上重要的科学研究课题，而且已成为我国在制定政策与进行经济建设决策的依据。特别是1992年6月联合国的环境与发展大会上，许多国家已签署了“气候变化框架公约”，并于1995年3月已开缔约国第一次大会，这标场着全球气候变化问题已成为我国为促进本国社会和经济持续发展所发须考虑的一个重要的科学和有关环境政策问题。

早在1987年的气候分析就说明，发生在埃塞俄比亚、苏丹和索马里等非洲国家的日益严重的饥荒和降雨模式的巨变是一致的。据4月27日法新社记者报道，位于埃塞俄比亚南部的欧加登地区是一个生活着约300万游牧民的半荒凉地区，3年来一直没有下雨，牛、羊，甚至骆驼都已渴死。年——1985年的干旱夺走近100万人的生命。现在，800万人等待着食品紧急援助。在将一个半世纪以来的气候测量资料与近几十年降水模式的巨大变动对比后，结论是，“20世纪50年代以前，降水量一直没有什么变化，到了50年代，经过相对雨水较多的一段时期之后，北非和中东降雨量极大地减少。”近40年来，干旱持续，并且出现得更加频繁，同一时期“欧洲的降水量显著增加”。这40年的气温变化趋势是造成反复、持久饥荒的因素之一。研究人员担心，这一趋势只是全球变暖的早期结果。

西班牙气象局的数据显示，2000年初是自1947年以来西班牙最干旱的冬天。大量种植区已不可能恢复在今后几个月中形势将更加恶化。水库的蓄水量仅达到50%，水消费量的80%已用于农业。事实上，目前每7名欧洲人中就有1人不能饮用自来水。联合国教科文组织说：“水的缺乏将成为今后25年的主要问题之一，因此，必须立即改变目前导致生态系统恶化的习惯。”

气候专家兰姆针对上述萨赫勒地区最近40年的气候变化趋势及随之而来的饥荒和逃亡状况说，“如果这种情况继续下去并进一步发展，有些国家的整个国土最终将变得不适于人类居住”。尽管气候学家们还是不愿意把全球变暖和这些灾难明确地联系起来，但这并不影响以下的必然结论：不管气候变化的原因是什么，在现代化的、富裕的全球文明之中，仍有一些脆弱的社会正多多少少由于气候型态的变化而承受巨大的苦难。目前，对于受难的人们，世界上其他地区除了修修补补之外，提不出真正的解决办法。而且，虽然几乎全世界的科学界都在大声疾呼，人类文明的现行模式正在使星球气候条件发生巨变，其后果很可能数倍于近10000年来人类所经历过的后果，我们对于正在形成的灾难的主要成因却仍然毫无作为。

事实上这一结果现在已经明显感觉到了，正如IPCC1995年报告中说：“随着温度的上升，预计有些地区的水灾、旱灾、火灾及热浪冲击的发生率也会上升”。

2.冰川融化

即使冰川融水在60至100年的时间里干涸，这一生态灾难的影响范围之广也将是令人震惊的。

——塞义德·哈斯内恩

如果全球变暖趋势得不到控制，孟加拉国将近20%的地区在15年内可能被水淹没。

——赛义达·乔杜里

1998年是美国东部历史上有记录以来最温暖的年份，这一年南极2850平方千米的冰盖从威尔金斯和拉尔森冰架上分裂出去。南极巨大冰盖的其他部分也在全线后撤之中。

印度尼西亚的卡斯坦兹山是热亚洲唯一山顶常年积雪的山峰。但在最近几个世纪以来，卡斯坦兹山的冰川已明显地缩小，结果使雪线上升了大约100米。

除两极地区的冰冠以外，喜玛拉雅冰川是世界冰体最大的组成部分，共约有1.5万条冰川。这些冰川的融水是世界上最古老的河流——印度河与恒河的水源。如果这两条大河的水源枯竭或者逐渐减少为涓涓细流，农业社会的基本组成元素就会遭到彻底的破坏。

近年来，人们对从巴塔哥尼亚到瑞士的阿尔卑斯山地区的冰川因为“温室”气体的排放和普遍认为的温室效应而融化的情况进行了观察。在南亚地区，问题并不是冰川是否在融化，而是融化的速度有多快？虽然全球变暖的许多不良影响可能要到21世纪末才会变得非常严重，但是尼泊尔、印度、巴基斯坦、中国和不丹等地的冰川融水可能很快就会给人们造成麻烦。

国际冰雪委员会（ICSI）的一份研究报告指出：“喜玛拉雅地区冰川后退的速度比世界其它任何都要快。如果目前的融化速度继续下去，这些冰川在2035年之前消失的可能性非常之大”。国际冰雪委员会负责人塞义德·哈斯内恩说：“即使冰川融水在60至100年的时间里干涸，这一生态灾难的影响范围之广也将是令人震惊的。”

位于恒河流域的喜玛拉雅山东部地区冰川融化的情况最为严重，那些分布在“世界屋脊”上的从不丹到克什米尔地区的冰川退缩的速度最快。以长达3英里的巴尔纳克冰川为例，这座冰川是4000万——5000万年前印度次大陆与亚洲大陆发生碰撞而形成的许多冰川之一，自1990年以来，它已经后退了半英里。在经过了19年严寒的亚北极区冬季之后，科学家们曾经预计这条冰川会有所扩展，但是它在1998年夏天反而进一步后退了。

孟加拉国环境与森林部长赛义达·乔杜里指出：“如果全球变暖趋势得不到控制，孟加拉国将近20%的地区在15年内可能被水淹没。”

华盛顿州西北太平洋国家实验室的研究员、气候专家鲁比·伦发现，俄勒冈州和华盛顿州山区从11月下旬到来年3月下旬的降雪将变为降雨，从而使如今900多米的平均雪线上升到1250米。这将不仅仅使卡斯卡德山脉中部的滑雪胜地变为泥浆，重要的是将给干燥的山脉东侧的农民带来巨大的灾难，因为这些农民依靠山上春季的融冰雪水流下来灌溉他们的苹果树和小麦。

3.疾病肆虐

气候变暖，一些热带疾病将向较冷的地区传播。海拔较高处的环境也越来越有利于蚊子和它们所携带的疟原虫子这样的微生物生存。

——保罗．受泼斯坦

哈佛大学新病和复发病研究所的保罗．受泼斯坦注意到，植物也随雪线而移动，全世界山峰上的植物都在上移。随着山峦顶峰的变暖，海拔较高处的环境也越来越有利于蚊子和它们所携带的疟原虫子这样的微生物生存。

1985年之后在卢旺达．赞比亚．埃塞俄比亚．斯威土兰和马达加斯加的高海拨地区都出现过传染性疟疾。1988年马达加斯加高地的一次爆发杀死了10万多人。国际绿色和平组织的气象影响专家欧文．杰元逊认为，升温和降雨的增加，再加上不断增加的抗药性，这几种因素的协同一致，促成了这些疾病的流行。

在疟疾、黄热病和登革热这样的疾病向上、向外的扩散中，气候是个关键的因素，因为它既影响带病昆虫的安居之地，也影响疾病的传染性本身。传播疟疾的按蚊通常在冬天需要平均温度15.5摄氏度以上才能存活，疟原虫的活跃与感染，需要17．75摄氏度，如果平均温度增加2．5至3．7517．75摄氏度，就会使登革热的传播速度加倍。同时迁移的还有携带黄热病和登革热的伊蚊，它们此前局限于赤道两侧纬度大约35度的区域，全球升温将使它的活动范围扩展到纽约、芝加哥、北京、伊斯坦布尔和马德里。

这并非耸人听闻，1999年7月，西尼罗首次登陆西半球，袭击了纽约市，令市民和医疗卫生组织大为震惊，当局动用直升机和地面人员在市内大面积喷洒杀虫剂来消灾灭病。长期跟踪研究这种疾病的流行病学家和卫生专家把这种疾病的爆发流行照咎于全球气候大规模长期变化对当地气候的影响。专家们对一个日益谈暖的地球对人类健康的影响越来越担以，并提醒人们应该人新的疾病的爆发和它因气候变化的关系中吸取教训。据2000年元月报道，一个目前在西海岸加利福尼亚州和亚利桑那州出现流感以后，包括纽约、宾夕法尼亚、新泽西、弗吉尼亚、马里兰和首都华盛顿在内的19个州都有这种疾病流和。引发上次流感的是一种称作“悉尼A型流感”的，流感导致的死亡率在美国呈上升之势，据一周内122个美国城市的数据，因患流感或肺炎而死亡的人数占死亡总数的7．8％。这不啻是2000年给全球二氧化碳排放大国的一个警告。

西尼罗、疟疾、黄热病等热带传染病自1987年以来在美国的佛罗里达、密西西比、德克萨斯、亚利桑那、加利福尼亚和科罗拉多等地相继爆发，一再证实了专家们关于气候变暖，一些热带疾病将向较冷的地区传播的科学推断。

4.新冰河期

现在的物种灭绝率已经 “达到地质史上一次巨大灭绝性一半的水平”。

——戴维·蒂尔曼

关于全球变暖的另一项研究结果更令人吃惊，由北极冰原融化，降雨量增加，以及风的类型的不断改变，大量淡水正汇入北西洋，从而对墨西哥湾暖流造成破坏。正是这些暖流把温暖的表层水从加勒比海带到欧州西北部，并使欧洲形成温暖的气候。而墨西哥暖流一旦因全球变暖被切断后，欧洲西北部温度可能会下降5－8摄氏度之多，欧洲可能面临一次新的冰河时代！

这项研究是位于阿伯丁的苏格兰海洋实验所分析了设在兰群岛海域到法罗群岛海域之间自1893年以来的1．7万多次海水盐度测量结果得出的。在过去的每20年中，流向南部的深层海水盐度变得越来越小，浓度越来越低，这表明有更多的淡水从大西洋北部汇入了该地区。这些新数据第一次充分证明了德国科学家在大约3年前设计的计算机模型。

对这一问题严重性的认识，用哈佛大学生物学家受德华·O·威尔逊的话来说，现在的物种灭绝率已经 “达到地质史上一次巨大灭绝性一半的水平”。

大气中的二氧化碳的含量急剧升高，而世界人口将在2050年之前达到100亿。“我们的世界正在朝着由人造设施来代替现有免费自然的方向发展”，明尼苏达大学的戴维·蒂尔曼说。但是，我们还没有掌握自然生态系统的有关知识。在2.45亿年前的二叠纪大灭绝中，96%的物种灭亡了。后来随着许多新物种的出现，地球上终于恢复了丰富的种群，但是这个过程足足经历了一亿年。威尔逊说：“一些人认为，自然界会复兴人类所毁灭的一切” 。谚语云：“只要有足够的时间，万物皆可应运而生。”或许自然界真的能够恢复一切，但这个漫长的过程对于现代人类无论如何是没有意义的。

马克·吐温曾经说过，天气最动人的特质就在于它的变化多端。1个多世纪过去了，我们仍然在为准确预报天气情况而努力，在控制气候方面却收效甚微；然而，对环境的破坏却是史无前例的。

美国全球变化研究主任迈克尔·麦克拉说，或许有一天人类将不得不认真考虑做一种完全不同的气候实验。全球变暖是由于燃烧化学物燃料，过量排放温室气体造成的，解决此问题的方法之一就是在太空中设置巨大镜子来使阳光辐射解度发生偏转。然而，正如新泽西州拉特洛斯大学环境预测中以主任罗尼．阿维萨说，“要控制气候的想法只存在于科幻中”。在对气候的控制走出科幻前，我们必须做力所能及的事

对生态学发展的看法

6.3.2.1 降水径流量关系的变化

资料和统计结果表明，窟野河流域的径流主要以降水补给为主，其径流量的丰、枯与降水量的多少有关。据统计1956～2006年的逐月数据，降水与径流量的相关系数为0.71，远超过置信度水平r0.01=0.425。这说明降水对径流趋势产生重要影响，也充分说明降水量对流域径流趋势变化的重要性。但由于人类活动的影响，不同时期的降水径流关系存在差异，图6.37给出了窟野河流域1983年前后两个阶段的降水径流关系。

图6.37 窟野河流域年降水径流关系

将1951～1983年作为前期，～2006年作为后期。可以看出:①窟野河流域年降水量与年径流量关系点群较为散乱，统计结果表明，两个时段内年降水量与径流量的线性相关系数分别为0.51与0.26，相关系数远低于月降水、径流之间的相关系数;②前期的年降水、径流量点群总体在后期的降水径流点群之上，说明同样的降水条件下，后期径流量总体比前期径流量偏小;③另外，前期的年降水径流的相关系数高于后期的降水径流相关系数，说明人类活动不仅改变了年降水径流的相关关系，同时也降低了二者之间的相关性，使得流域水循环系统更为复杂。

除了降水之外，气温也是影响河川径流的重要因素之一，根据1956～2006年实测资料和统计结果表明，3月份气温略大于0℃，这一时期，径流量随着气温升高和冰雪融化有增加趋势。但从年际尺度来看，气温与径流却存在负相关关系，究其原因，主要由于气温升高导致区域总蒸发量增加所致。

6.3.2.2 气候变化和人类活动对径流量历史变化的影响

气候变化对区域水产生重要的影响。水文要素径流量与气候因子气温和降水的相关关系存在滞后性，考虑窟野河流域属于干旱半干旱区，滞后性较弱，故只考虑气温和降水量对径流的影响。从前面降水量趋势分析可知，窟野河流域多年平均降水量总体上呈现减少趋势，～2006年年均降水量比1956～1983年年均降水量减少34.7mm。从20世纪50年代中期到20世纪80年代中期出现两次递减趋势，20世纪90年代到21世纪递减趋势缓慢。

河川径流是气候条件与流域下垫面综合作用的产物，径流不仅受人类活动影响显著，而且对气候变化响应敏感。若在人类活动比较显著之前，流域已经有若干年的降水、径流、气温等观测资料，则可以利用这些资料建立率定流域水文模型，然后保持流域水文模型参数不变，将人类活动影响后的气象资料输入流域水文模型，延展该时期的天然水文过程，与人类活动影响时期实测的水文变量相比较，便可以得到人类活动对流域水文的影响。

流域水文模拟方法不需要昂贵的流域试验，时间花费相对较少，现代计算机技术的发展使得该方法受到水文学者的青睐。但是，使用流域水文模拟途径，不仅要求研究区域必须具有必要的水文气象资料，而且对水文模型要求:①模型应该包括所研究问题的应用范围;②在尽可能考虑问题复杂性和足够精度的前提下，应用最简单的模型。

流域水文变化是环境变化的结果，环境变化主要指气候变化(波动)和人类活动对流域下垫面等自然状况的改变两个方面[]。河川径流来源于降水，气候条件的变化也直接影响到径流的丰枯。用流域水文模型模拟途径分析变化环境下流域径流量的变化，首先将流域水文系列划分为两个阶段，即人类活动未大规模影响前的天然阶段和人类活动影响后的阶段。第一个阶段作为基准时期，该时期的实测径流量也相应地作为基准值，第二个阶段为人类活动影响阶段。常说的气候变化是人类活动影响阶段气候要素较基准期的变化，而人类活动土地利用、自然开发、工农业用水需求等方面较基准期的改变。

河川径流变化归因识别的重要方面是如何还原人类活动影响下的天然径流量。流域水文模型的快速发展，使之成为天然径流量还原的重要工具。将天然时期的水文气象资料输入水文模型率定，模型及率定参数可以反映人类活动显著影响之前对径流的影响。保持模型参数不变，将人类活动影响期间的气象资料再输入水文模型，则还原出的径流量反映了原始土地利用和用水结构状况下的产流过程。

以流域天然时期的径流量作为基准值，则人类活动影响时期的实测径流量与天然时期的基准值之间的差值包括两部分:其一为人类活动影响部分，其二为气候变化影响部分。下式给出了环境变化对径流影响的分析方法。

ΔRT=RHR-RB (6.21)

ΔRH=RHR-RHN (6.22)

ΔRC=RHN-RB (6.23)

变环境条件下的水保护与可持续利用研究

变环境条件下的水保护与可持续利用研究

式中:ΔRT为径流变化总量;ΔRH为人类活动对径流的影响量;ΔRC为气候变化对径流的影响量;RB为天然时期的径流量;RHR为人类活动影响时期的实测径流量;RHN为人类活动影响时期的天然径流量，由水文模型计算得出;γH、γC分别为人类活动和气候变化对径流影响百分比。

前述研究结果表明，水量平衡模型在窟野河流域具有较好的天然径流模拟效果，因此，用该模型分析气候变化和人类活动对窟野河流域河川径流的影响。

在以往黄河流域气候变化和人类活动对河川径流影响的相关研究中，判定谷底对应年份10年为流域天然时期与非天然时期的分界点[45]。利用1969年之前的水文气象资料率定模型，保持模型参数不变，将10～2006年的气象资料输入水量平衡模型，计算出10～2006年的径流量(图6.38)与前期径流量具有成因上的一致性，均反映了天然流域状态下的径流过程。图6.39给出了窟野河流域实测与计算年径流量过程。

图6.38 窟野河流域实测与模拟月径流量过程

图6.39 窟野河流域实测与计算年径流量过程

由图6.39可以看出，10年之前，实测与计算的年径流量过程吻合较好;在20世纪70年代，个别年份计算值较实测值偏高，但也存在实测值高于计算值的年份;20世纪80年代中后期以来，几乎所有年份的计算径流量都大于实测值。由此说明，人类活动自20世纪70年代以来对流域径流量就产生了影响，自20世纪80年代中后期以来，这种影响更为显著。

在黄河水沙变化的相关研究中多以10年为界开展径流变化归因分析，为与相关研究结果对比，本节也以1956～1969年的实测天然径流量作为基准，表6.22分析了气候要素变化和人类活动对10～2006年期间河川径流变化的影响。

表6.22 气候变化和人类活动对窟野河流域年径流的影响

可以看出，①20世纪70年代以来，实测径流量呈现较为显著的逐步减少趋势，特别是20世纪80年代以来，实测径流量减少趋势明显，如20世纪70年代实测径流量仅较基准期减少1.6mm，但在20世纪80年代，实测径流量减少了25.4mm;21世纪以来，年均实测径流量只有20.9mm，不到基准期的1/4。②气候变化和人类活动对河川径流的绝对影响量总体呈现增加趋势;气候变化和人类活动在20世纪70年代对径流量的影响较小，在20世纪80～90年代，气候要素变化对径流量的绝对影响量在13mm左右，但进入21世纪以来，气候变化对河川径流量的影响接近20mm;20世纪80年代以来，人类活动对河川径流量的影响更大，几乎以倍数递增，如20世纪80年代由于人类活动影响造成的河川径流量减少量为11.9mm，但在20世纪90年代和21世纪以来，这种影响分别为21.7mm和47.6mm。③从10年以来的多年平均来看，实测径流量较基准期减少了28.9mm，气候变化和人类活动对河川径流量减少的贡献率约分别占37%和63%，人类活动是窟野河流域径流量减少的主要因素。

举例说明气候对人类的活动影响

生态学的发展

萌芽期古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的生态学知识，诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地，还按动物活动的环境类型将其分为陆栖和水栖两类，按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。

亚里士多德的学生、公元前三世纪的雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯在其植物地理学著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著，如古罗马公元1世纪老普林尼的《博物志》、6世纪中国农学家贾思勰的《齐民要求》等均记述了素朴的生态学观点。

形成期 大约从15世纪到20世纪40年代。

15世纪以后，许多科学家通过科学考察积累了不少宏观生态学资料。19世纪初叶，现代生态学的轮廓开始出现。如雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫生态学方面的记述。瑞典博物学家林奈首先把物候学、生态学和地理学观点结合起来，综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家人洪堡)创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。

19世纪，生态学进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如，在这一时期中确定了五摄氏度为一般植物的发育起点温度，绘制了动物的温度发育曲线，提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用光时度"指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。

另一方面，马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，把数学分析方法引入生态学。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1851年达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境交互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，更促进了生态学的发展。

19世纪中叶到20世纪初叶，人类所关心的农业、渔猫和直接与人类健康有关的环境卫生等问题，推动了农业生态学、野生动物种群生态学和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物的调查，从而也丰富了水生生物学和水域生态学的内容。

到20世纪30年代，已有不少生态学著作和教科书阐述了一些生态学的基本概念和论点，如食物链、生态位、生物量、生态系统等。至此，生态学已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科。

发展期 20世纪50年代以来，生态学吸收了数学、物理、化学工程技术科学的研究成果，向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系：

数理化方法、精密灵敏的仪器和电了计算机的应用，使生态学工作者有可能更广泛、深入地探索生物与环境之间相互作用的物质基。由于世界上的生态系统大都受人类活动的影响，社会经济生产系统与生态系统相互交织，实际形成了庞大的复合系统。随着社会经济和现代工业化的高速度发展，自然、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。

为了寻找解决这些问题的科学依据和有效措施，国际生物科学联合会(IUBS)制定了"国际生物"(IBP)，对陆地和水域生物群系进行生态学研究。12年联合国教科文组织等继IBP之后，设立了人与生物圈(MABlack Eye国际组织，制定"人与生物圈"规划，组织各参加国开展森林、草原。海洋、湖泊等生态系统与人类活动关系以及农业、城市、污染等有关的科学研究。许多国家都设立了生态学和环境科学的研究机构。

和许多自然科学一样，生态学的发展趋势是：由定性研究趋向定量研究，由静态描述趋向动态分析；逐渐向多层次的综合研究发展；与其他某些学科的交叉研究日益显著。

由人类活动对环境的影响来看，生态学是自然科学与社会科学的交汇点；在方法学方面，研究环境因素的作用机制高不开生理学方法，离不开物理学和化学技术，而且群体调查和系统分析更高不开数学的方法和技术；在理论方面，生态系统的代谢和自稳态等概念基本是引自生理学，而由物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用则可说是由物理学、化学、生理学、生态学和社会经济学等共同⒄钩龅难芯刻逑怠?

现代生态学的发展期（20世纪50年代至今）特点

20世纪50年代以来，人类的经济和科学技术获得了史无前例的飞速发展，既给人类带来了进步和幸福，也带来了环境、人口、和全球变化等关系到人类自身生存的重大问题。在解决这些重大社会问题的过程中，生态学与其它学科相互渗透，相互促进，并获得的了重大的发展。它有以下一些特点：

1、整体观的发展

（1）．动植物生态学由分别单独发展走向统一，生态系统研究成为主流。

（2）．生态学不仅与生理学、遗传学、行为学、进化论等生物学各个分支领域相结合形成了一系列新的领域，并且与数学、地学、化学、物理学等自然科学相交叉，产生了许多边缘学科；甚至超越自然科学界限，与经济学、社会学、城市科学相结合，生态学成了自然科学和社会科学相接的真正桥梁之一。

（3）. 生态系统理论与农、林、牧、渔各业生产、环境保护和污染处理相结合，并发展为生态工程和生态系统工程。

（4）生态学与系统分析或系统工程的相结合形成了系统生态学。

2、生态学研究对象的多层次性更加明显。

现代生态学研究对象向宏观和微观两极多层次发展，小自分子状态、细胞生态，大至景观生态、区域生态、生物圈或全球生态，虽然宏观仍是主流，但微观的成就同样重大而不可忽视。而在生态学建立时，其研究对象则主要是有机体、种群、群落和生态系统几个宏观层次。

3、生态学研究的国际性是其发展的趋势

生态学问题往往超越国界，二次大战以后，有上百个国家参加的国际规划一个接一个。

最重要的是60年代的IBP（国际生物学），70年代的MAB（人与生物圈），以及现在正在执行中的IGBP（国际地圈生物圈）和 DIVERSITAS（生物多样性）。为保证世界环境的质量和人类社会的持续发展，如保护臭氧层、预防全球气候变化的影响，国际上一个紧接一个地签定了一系列协定。1992年各国首脑在巴西里约热内卢签署的《生物多样性公约》是近十年来对全球有较大影响力和约束力的一个国际公约，有许多方面涉及到了各国的生态学问题。

（1）. 国际生物学（IBP）：由联合国科教文组织（UNESCO）提出，1964年开始执行，包括陆地生产力、淡水生产力、海洋生产力和利用管理等7个领域，其中心是全球主要生态系统的结构、功能和生物生产力研究。工友个国家参加，我国没有参加。

（2）. 人与生物圈（MAB）：由联合国科教文组织（UNESCO）10年提出，是一个国际性、间的多学科的综合研究，是IBP的继续。它的主要任务是研究在人类活动的影响下，地球上不同区域各类生态系统的结构、功能及其发展趋势，预报生物圈及其的变化和这些变化对人类本身的影响，其目的是通过自然科学和社会科学这两个方面，研究人类今天的行动对未来世界的影响，为改善全球性人与环境的相互关系，提供科学依据，确保在人口不断增长的情况下合理管理与利用环境及，保证人类社会持续协调地发展。有近百个国家加入这个组织，我国已于19年参加了这个该研究。

（3）. 国际地圈生物圈（IGBP）：由国际科学联盟委员会（ICSU）于年正式提出，1991年开始执行，主要的目标是：解释和了解调节地球独特生命环境的相互作用的物理、化学和生物。

学过程，系统中正在出现的变化，人类活动对它们的影响方式。即用全球的观点和新的努力，把地球和生物作为相互作用的紧密相关的系统了来研究。共包括10个核心和7个关键问题。

（4）. 生物多样性（DIVERSITAS）：由国际生物科学联盟（IUBS）在1991年最早提出，并在环境问题科学委员会（SCOPE）和联合国科教文组织（UNESCO）等国际组织参加进来以后，将生物多样性研究的各个方面加以组织和整合，正式提出DIVERSITAS研究项目并开始执行。1996年7 月，科学指导委员会草拟并通过了当前DIVERSITAS"操作"的最后版本。操作共有10个组成方面的内容，其中5个为核心组成部分。"生物多样性对生态系统功能的作用"是其最核心的组成部分，生物多样性的保护、恢复和持续利用既是重要的研究内容又是研究所要达到的最后目的。

4、生态学在理论、应用和研究方法各个方面获得了全面的发展。

（1）理论方面的进展

①生理生态学研究在60年代IBP及随后的MAB的带动下，以生物量研究和产量生态学有关的光合生理生态研究、生物能量学研究较为突出。生理生态的研究也突破了个体生态学为主的范围，向群体生理生态学发展。在生理生态向宏观方向发展的同时，由于分子生物学、生物技术的兴起，促使其也向着细胞、分子水平发展，涉及某些酶系统，如核糖核酸酶火性的变化用作植物对干旱胁迫抗性的指标等。

②种群生态学发展迅速，动物种群生态学大致经历了以生命表方法、关键因子分析、种群系统模型、控制作用的信息处理等发展过程。植物种群生态学的兴起稍晚于动物种群生态学，它经历了种群统计学、图解模型、矩阵模型研究、生活史研究，以及植物间相互影响、植物-动物间相互作用研究的发展过程，近期还注重遗传分化、基因流的种群统计学意义、种群与植物群落结构的关系等。德国的Lorens（1950）和Tinbergen（1951，1953）在行为生态学的研究方面获得了诺贝尔奖，把这一领域的研究推向了新阶段；Harper（17）的巨著《植物种群生物学》，突破了植物种群研究上的难点，发展了植物种群生态学，并使长期以来各自独立发展的动、植物种群生态学融为一体。

③群落生态学研究进入了新阶段。群落生态学由描述群落结构，发展到数量生态学，包括排序和数量分类，并进而探讨群落结构形成的机理。Daubenmire(1968)的《植物群落椫参锶郝渖?Ы坛獭罚琈ueller-Dombois（14）等著的《植被生态学的目的和方法》，系统阐述了植物群落的研究方法。德国Kn(14)主编的《植被动态》，全面论述了植被的动态问题，促进了植被动态的研究，进一步完善了演替理论。英国Monteith(15)主编的《植被与大气椩?怼罚?毡咀籼俅笃呃?17)的《陆地植物群落的物质生产》，美国Lieth (15)等的《生物圈的第一性生产力》等，综合论述了群落与环境的相互关系。Whittaker(18)编著的《植物群落分类》和同年主编的《植物群落排序》，以及加拿大Pielou()所著的《生态学数据的解释》，Kenneth和John(1964，13，1985)合著的《定量与动态植物生态学》等著作，强调了植被的"连续性概念"，用数理统计、梯度分析和排序来研究群落的分类和演替，尤其电子计算机的应用，使植物群落生态学的研究进入了数量化、科学化的新阶段。动物群落生态学虽然起步较晚，但也取得了长足的进步，MacArthur（1961）、Conell（18）、 May（12）、Ben-Eliahu（1988）等人在动物群落结构、组织与物种间相互关系及环境空间异质性的关系方面开展了大量的工作。目前群落分享和群落组织两方面已成为动物群落生态学研究的中心问题，群落组织是指决定或塑造群落结构的有关机理，Price（）称之为"新生态学"的一个组成部分。

④生态系统生态学在现在生态学中占据了突出地位,这是系统科学和计算机科学的发展给生态系统研究提供了一定的方法和思路,使其具备了处理复杂系统和大量数据的能力的必然结果。E. Odum的《生态学基础》(1953，1959，11，1983)，对生态系统的研究产生了重大影响。H. Odum和Hutchinson(10)分别从营养动态概念着手，进一步开拓了生态系统的能流和能量收支的研究。英国Ovington(15)和前苏联的Rodin及Bazilevic(1967)相继研究了营养物质循环。E.Odum和Margalef(1967)进一步研究了生态系统中结构和功能间的调节及相互作用。德国的斯特恩和罗厅(14)合著的《森林生态系统遗传学》，把生态遗传学的研究引人生态系统，阐述了森林生态系统的遗传、进化以及对环境的适应对策等。美国Bormann和Likens(1981)合著的《森林生态系统的格局与过程》，系统阐述了北方针叶林生态系统的结构、功能和发展。美国Shugart和NeiIl(19)的《系统生态学》，以及Jefers(18)的《系统分析及其在生态学上的应用》等著作，应用系统分析方法研究生态系统，促进了系统生态学的发展，使生态系统的研究在方法上有了新的突破，从而丰富和发展了生态学的理论。生态系统生态学在其发展过程中，也提出了许多新的概念，如有关结构的关键种（keystone species）、有关功能的功能团、体现能（embodied energy）、能质等，这些都有力地推动了当代生态学的发展。

（2）应用方面的进展

应用生态学的迅速发展是70年代以来的另一个趋势,它是联结生态学与各门类生物生产领域和人类生活环境与生活质量领域的桥梁和纽带。近20多年来，它的发展有两个趋势：

①经典的农、林、牧、渔各业的应用生态学由个体和种群的水平向群落和生态系统水平的深度发展，如对所经营管理的生物集群注重其种间结构配置、物流、能流的合理流通与转化，并研究人工群落和人工生态系统的设计、建造和优化管理等等。

②由于全球性污染和人对自然界的控制管理的宏观发展，如人类所面临的人口、食物保障、物种和生态系统多样性、能源、工业及城市问题六个方面的挑战，应用生态学的焦点已集中在全球可持续发展的战略战术方面。

（3）研究技术和方法上的进展

①遥感在生态学上已普遍应用，近20年来，遥感的范围和定量发生了巨大的变化，尤其是对全球性变化的评价，促使遥感技术去记实细小比例尺的变化格局。

②用放射性同位素对古生物的过去保存时间进行绝对的测定，使地质时期的古气候及其生物群落得以重建，比较现存群落和化石群落成为可能。

③现代分子技术使微生物生态学出现革命，并使遗传生态学获得了巨大的发展。

④在生态系统长期定位观测方面，自动记录和监测技术、可控环境技术已应用于实验生态，直观表达的计算机多媒体技术也获得较展。

⑤无论基础生态和应用生态，都特别强调以数学模型和数量分析方法作为其研究手段。

历史时期我国气候的变化状况是

人类活动对气候的影响有两种：一种是无意识的影响，即在人类活动中对气候产生的副作用；一种是为了某种目的，取一定的措施，有意识地改变气候条件。在现阶段，以第一种影响占绝对优势，而这种影响以以下三方面表现得最为显著，即①在工农业生产中排放至大气中的温室气体和各种污染物质，改变大气的化学组成；②在农牧业发展和其它活动中改变下垫面的性质，如破坏森林和草原植被，海洋石油污染等等；③在城市中的城市气候效应。自世界工业革命后的200年间，随着人口的剧增，科学技术发展和生产规模的迅速扩大，人类活动对气候的这种不利影响越来越大。因此，必须加强研究力度，取措施，有意识地规划和控制各种影响环境和气候的人类活动，使之向有利于改善气候条件的方向发展。

（一）改变大气化学组成与气候效应

工农业生产排入大量废气、微尘等污染物质进入大气，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧比二氮（N2O）和氟氯烃化合物（CFCS）等。据确凿的观测事实证明，近数十年来大气中这些气体的含量都在急剧增加，而平流层的臭氧O3。总量则明显下降。如前所述，这些气体都具有明显的温室效应，在波长9500毫微米（μm）及12500-17000μm有两个强的吸收带，这就是O3及CO2的吸收带。特别是CO2的吸收带，吸收了大约70-90％的红外长波辐射。地气系统向外长波辐射主要集中在7000-13000μm波长范围内，这个波段被称为大气窗。上述CH4、N2O、CFCS等气体在此大气窗内均各有其吸收带，这些温室气体在大气中浓度的增加必然对气候变比起着重要作用。

大气中CO2浓度在工业化之前很长一段时间里大致稳定在约（280±10）×10-3ml/L，但在近几十年来增长速度甚快，至1990年已增至345×10-3ml/L，90年代以后，增长速大。图8·14（图略）给出美国哈威夷马纳洛亚站（Mauna Loa）1959－1993年实测值的逐年变化。大气中CO2浓度急剧增加的原因，主要是由于大量燃烧化石燃料和大量砍伐森林所造成的。据研究排放入大气中的CO2有一部分（约有50％上下）为海洋所吸收，另有一部分被森林吸收变成固态生物体，贮存于自然界，但由于目前森林大量被毁，致使森林不但减少了对大气中CO2的吸收，而且由于被毁森林的燃烧和腐烂，更增加大量的CO2排放至大气中。目前，对未来CO2的增加有多种不同的估计，如按现在CO2的排放水平计算，在2025年大气中CO2浓度为4.25×10-3mL/L为工业化前的1.55倍。

甲烷（CH4沼气）是另一种重要的温室气体。它主要由水稻田、反刍动物、沼泽地和生物体的燃烧而排放入大气。在距今200年以前直到11万年前，CH4含量均稳定于0.75-0.80×10-3mL/L.近年来增长很快。1950年CH4含量已增加到1.25×10-3mL/L，1990年为1.72×10-3mL/L。Dlugokencky等根据全球23个陆地定点测站和太平洋上14个不同纬度的船舶观测站观测记录，估算出近10年来全球逐年CH4在大气中混合比（M）的变化值如图8·15（图略）所示。根据目前增长率外延，大气中CH4含量将在公元2000年达2.0×10-3mL/L，2030年和2050年分别达2.34至2.50×10-3mL/L。

一氧化二氮（N2O）向大气排放量与农田面积增加和施放氮肥有关。平流层超音速飞行也可产生N2O。在工业化前大气中N2O含量约为2.85×10-3mL/L。1985年和1990年分别增加到3.05×10-3mL/L和3.10×10-3mL/L。考虑今后排放，预计到2030年大气中N2O含量可能增加到3.50×10-3-4.50×10-3mL/L之间，N2O除了引起全球增暖外，还可通过光化学作用在平流层引起臭平氧O3离解，破坏臭氧层。

氟氯烃化合物（CFCS）是制冷工业（如冰箱）、喷雾剂和发泡剂中的主要原料。此族的某些化合物如氟里昂11（CCl2F，CFC11）和氟里昂12（CCl2F2，CFC12）是具有强烈增温效应的温室气体。近年来还认为它是破坏平流层臭氧的主要因子，因而限制CFC11和CFC12生产巳成为国际上突出的问题。

在制冷工业发展前，大气中本没有这种气体成分。CFC11在1945年、CFC12往存在1935年开始有工业排放。到1980年，对流层低层CFC11含量约为168×10-3mL/L而CFC12为285×10-3mL/L，到1990年则分别增至280×10-3mL/L和484×10-3mL/L，其增长是十分迅速的。图8·16（图略）给出CFC12近数十年来的变化形势，其未来含量的变化取决于今后的限制情况。

根据专门的观测和计算大气中主要温室气体的浓度年增量和在大气中衰变的时间如表8·7（图略）所示。可见除CO2外，其它温室气体在大气中的含量皆极微，所以称为微量气体。但它们的增温效应极强，而且年增量大，在大气中衰变时间长，其影响甚巨。

臭氧（O3）也是一种温室气体，它受自然因子（太阳辐射中紫外辐射对高层大气氧分子进行光化学作用而生成）影响而产生，但受人类活动排放的气体破坏，如氟氯烃化合物、卤化烷化合物、N2O和CH4、CO均可破坏臭氧。其中以CFC11、CFC12起主要作用，其次是N2O。图8·17（图略）是各气候带纬向平均臭氧总量距平值的年际变比（196-1985年，由图可见，自80年代初期以后，臭氧量急剧减少，以南极为例，最低值达-15％，北极为－5％以上，从全球而言，正常情况下振荡应在土2％之间，据1987年实测，这一年达-4％以上。从60°N-60°S间臭氧总量自18年以来已由平均为300多普生单位减少到1987年290单位以下，亦即减少了3-4％。从垂直变化而言，以15-20km高空减少最多，对流层低层略有增加。南极臭氧减少最为突出，在南极中心附近形成一个极小区，称为“南极臭氧洞”。自19年到1987年，臭氧极小中心最低值由270单位降到150单位，小于240单位的面积在不断扩大，表明南极臭氧洞在不断加强和扩大。在1988年其O3总量虽曾有所回升，但到1989年南极臭氧洞又有所扩大。1994年10月4日世界气象组织发表的研究报告表明，南极洲3/4的陆地和附近海面上空的臭氧已比十年前减少了65％还要多一些①。但有资料表明对流层的臭氧却稍有增加。

大气中温室气体的增加会造成气候变暖和海平面抬高。根据目前最可靠的观测值的综合，自1885以来直到1985年间的100年中，全球气温已增加0.6-0.9℃。图8·10（图略）中点出了1860年到1985年实际的气温变化（对于1985年全球年平均气温的差值），表明全球增暖的趋势也是0.8℃左右。1985年以后全球地面气温仍在继续增加，多数学者认为是温室气体排放所造成的。图中列出三种不同情况温室气体的排放所产生的增温效应，从气候模式计算结果还表明此种增暖是极地大于赤道，冬季大于夏季。

全球气温升高的同时，海水温度也随之增加，这将使海水膨胀，导致海平面升高。再加上由于极地增暖剧烈，当大气中CO2浓度加倍后会造成极冰融化而冰界向极地萎缩，融化的水量会造成海平面抬升。实际观测资料证明，自1880年以来直到1980年，全球海平面在百年中已抬高了10-12cm。据计算，在温室气体排放量控制在1985年排放标准情况下，全球海平面将以5.5cm/10a速度而抬高，到2030年海平面会比1985年增加20cm，2050年增加34cm，若排放不加控制，到2030年，海平面就会比1985年抬升60cm，2050年抬升150cm。

温室气体增加对降水和全球生态系统都有一定影响。据气候模式计算，当大气中CO2含量加倍后，就全球讲，降水量年总量将增加7-11％，但各纬度变化不一。从总的看来，高纬度因变暖而降水增加，中纬度则因变暖后副热带干旱带北移而变干旱，副热带地区降水有所增加，低纬度因变暖而对流加强，因此降水增加。

就全球生态系统而言，因人类活动引起的增暖会导致在高纬度冰冻的苔原部分解冻，森林北界会更向极地方向发展。在中纬度将会变干，某些喜湿润温暖的森林和生物群落将逐渐被目前在副热带听见的生物群落所替代、根据预测，CO2加倍后，全球沙漠将扩大3％，林区减少11％，草地扩大11％，这是中纬度的陆地趋于干旱造成的。

温室气体中臭氧层的破坏对主态和人体健康影响甚大。臭氧减少，使到达地面的太阳辐射中的紫外辐射增加。大气中臭氧总量若减少1％，到达地面的紫外辐射会增加2％，此种紫外辐射会破坏核糖核酸（DNA）以改变遗传信息及破坏蛋白质，能杀死10m水深内的单细胞海洋浮游生物、减低渔产，以及破坏森林，减低农作物产量和质量，削弱人体免疫力、损害眼睛、增加皮肤癌等疾病。

此外，由于人类活动排放出来的气体中还有大量硫化物、氮比物和人为尘埃，它们能造成大气污染，在一定条件下会形成“酸雨”，能使森林、鱼类、农作物及建筑物蒙受严重损失。大气中微尘的迅速增加会减弱日射，影响气温、云量（微尘中有吸湿性核）和降水。

（二）改变下垫面性质与气候效应

人类活动改变下垫面的自然性质是多方面的，目前最突出的是破坏森林、坡地、干旱地的植被及造成海洋石油污染等。

森林是一种特殊的下垫面，它除了影响大气中CO2的含量以外，还能形成独具特色的森林气候，而且能够影响附近相当大范围地区的气候条件。森林林冠能大量吸收太阳入射辐射，用以促进光合作用和蒸腾作用，使其本身气温增高不多，林下地表在白天因林冠的阻挡，透入太阳辐射不多，气温不会急剧升高，夜晚因有林冠的保护，有效辐射不强，所以气温不易降低。因此林内气温日（年）较差比林外裸露地区小，气温的大陆度明显减弱。

森林树冠可以截留降水，林下的疏松腐植质层及枯枝落叶层可以蓄水，减少降雨后的地表径流量，因此森林可称为“绿色蓄水库”。雨水缓缓渗透入土壤中使土壤湿度增大，可供蒸发的水分增多，再加上森林的蒸腾作用，导致森林中的绝对湿度和相对湿度都比林外裸地为大。

森林可以增加降水量，当气流流经林冠时，因受到森林的阻障和磨擦，有强迫气流的上升作用，并导致湍流加强，加上林区空气湿度大，凝结高度低，因此森林地区降水机会比空旷地多，雨量亦较大。据实测资料，森林区空气湿度可比无林区高15-25％，年降水量可增加6-10％。

森林有减低风速的作用，当风吹向森林时，在森林的迎风面，距森林100m左右的地方，风速就发生变比。在穿入森林内，风速很快降低，如果风中挟带泥沙的话，会使流沙下沉并逐渐固定。穿过森林后在森林的背风面在一定距离内风速仍有减小的效应。在干旱地区森林可以减小干旱风的袭击，防风固沙。在沿海大风地区森林可以防御海风的侵袭，保护农田，森林根系的分泌物能促使微生物生长，可以改进土壤结构。森林覆盖区气候湿润，水土保持良好，生态平衡有良性循环，可称为“绿色海洋”。

根据考证，历史上世界森林曾占地球陆地面积的2/3，但随着人口增加，农、牧和工业的发展，城市和道路的兴建，再加上战争的破坏，森林面积逐渐减少，到19世纪全球森林面积下降到46％，20世纪初下降到37％，目前全球森林覆盖面积平均约为22％。我国上古时代也有浓密的森林覆盖，其后由于人口繁衍，农田扩展和明清两代战祸频繁，到1949年全国森林覆盖率已下降到8.6％。建国以来，党和组织大规模造林，人造林的面积达4.6亿亩，但由于底子薄，毁林情况相当严重，目前森林覆盖面积仅为12％，在世界160个国家中居116位。

由于大面积森林遭到破坏，使气候变旱，风沙尘暴加剧，水土流失，气候恶化。相反，我国在解放后营造了各类防护林，如东北西部防护林、豫东防护林、西北防沙林、冀西防护林、山东沿海防护林等等，在改造自然，改造气候条件上已起了显著作用。

在干旱、半干旱地区，原来生长着具有很强耐旱能力的草类和灌木，它们能在干旱地区生存，并保护那里的土壤。但是，由于人口增多，在干旱、半干旱地区的移民增加，他们在那里扩大农牧业，挖掘和集旱生植物作燃料（特别是坡地上的植物），使当地草原和灌木等自然植被受到很大破坏。坡地上的雨水汇流迅速，流速快，对泥土的冲刷力强，在失去自然植被的保护和阻挡后，就造成严重的水土流失。在平地上一旦干旱时期到来，农田庄稼不能生长，而开垦后疏松了的土地又没有植被保护，很容易受到风蚀，结果表层肥沃土壤被吹走，而沙粒存留下来，产生沙漠化现象。畜牧业也有类似情况，牧业超过草场的负荷能力，在干旱年份牧草稀疏、土地表层被牲畜践踏破坏，也同样发生严重风蚀，引起沙漠化现象的发生。在沙漠化的土地上，气候更加恶化，具体表现为：雨后径流加大，土壤冲刷加剧，水分减少，使当地土壤和大气变干，地表反射率加大，破坏原有的热量平衡，降水量减少，气候的大陆度加强，地表肥力下降，风沙灾害大量增加，气候更加干旱，反过来更不利于植物的生长。

据联合国环境规划署估计，当前每年世界因沙漠化而丧失的土地达6万km2，另外还有21万km2的土地地力衰退，在农、牧业上已无经济价值可言。沙漠化问题也同样威胁我国，在我国北方地区历史时期所形成的沙漠化土地有12万km2，近数十年来沙漠化面积逐年递增，因此必须有意识地取积极措施保护当地自然植被，进行大规模的灌溉，进行人工造林，因地制宜种植防沙固土的耐旱植被等来改善气候条件，防止气候继续恶化。

海洋石油污染是当今人类活动改变下垫面性质的另一个重要方面，据估计每年大约有10亿t以上的石油通过海上运往消费地。由于运输不当或油轮失事等原因，每年约有100万t以上石油流入海洋，另外，还有工业过程中产生的废油排入海洋。有人估计，每年倾注到海洋的石油量达200-1000万t。

倾注到海中的废油，有一部分形成油膜浮在海面，抑制海水的蒸发，使海上空气变得干燥。同时又减少了海面潜热的转移，导致海水温度的日变化、年变化加大，使海洋失去调节气温的作用，产生“海洋沙漠化效应”。在比较闭塞的海面，如地中海、波罗的海和日本海等海面的废油膜影响比广阔的太平洋和大西洋更为显著。

此外，人类为了生产和交通的需要，填湖造陆，开凿运河以及建造大型水库等，改变下垫面性质，对气候亦产生显著影响。例如我国新安江水库于1960年建成后，其附近淳安县夏季较以前凉爽，冬季比过去暖和，气温年较差变小，初霜推迟，终霜提前，无霜期平均延长20天左右。

（三）人为热和人为水汽的排放

随着工业、交通运输和城市化的发展，世界能量的消耗迅速增长，仅10年全世界消耗的能量就相当于燃烧了75亿t煤，放出25×10-10J的热量。其中在工业生产、机动车运输中有大量废热排出，居民炉灶和空调以及人、畜的新陈代谢等亦放出一定的热量，这些“人为热”像灭炉一样直接增暖大气。目前如果将人为热平均到整个大陆；等于在每平方米的土地上放出0.05W的热量。从数值上讲，它和整个地球平均从太阳获得的净辐射热相比是微不足道的，但是由于人为热的释放集中于某些人口稠密、工商业发达的大城市，其局地增暖的效应就相当显著。如表8·8所示，在高纬度城市如费尔班克斯、莫斯科等，其年平均人为热（QF）的排放量大于太阳净辐射；中纬度城市如蒙特利尔、曼哈顿等，因人均用能量大，其年平均人为热QF的排放量亦大于Rg。特别是蒙特利尔冬季因空调取暖耗能量特大，其人为热竟相当于太阳净辐射的11倍以上。但是像热带的香港，赤道带的新加坡，其人为热的排放量与太阳净辐射相比就微乎其微了。

在燃烧大量化石燃料（天然气、汽油、燃料油和煤等）时除有废热排放外，还向空气中释放一定量的“人为水汽”，根据美国大城市气象试验（METROMEX）对圣路易斯城由燃烧产生的人为水汽量为10.8×108g/h，而当地夏季地面的自然蒸散量为6.7×1011g/h。显然人为水汽量要比自然蒸散的水汽量小得多，但它对局地低云量的增加有一定作用。

据估计目前全世界能量的消耗每年约增长5.5％。如按这个速度增加下去，到公元2000年，全世界能量消耗将比10年增加5倍，即年耗能为375亿t煤。其排放出的人为热和人为水汽又主要集中在城市中，对城市气候的影响将愈来愈显示其重要性。

*见周淑贞，束炯．城市气候学．北京：气象出版社．19；1

此外，喷气飞机在高空飞行喷出的废气中除混有CO2外，还有大量水汽，据研究平流层（50hPa高空）的水汽近年来有显著的增加，例如1964年其水汽含量为2×10-3ml/L，10年就上升到3×10-3mL/L，这就和大量喷气飞机经常在此高度飞行有关。水汽的热效应与CO2相似，对地表有温室效应。有人计算，如果平流层水汽量增加5倍，地表气温可升高2℃，而平流层气温将下降10℃。在高空水汽的增加还会导致高空卷云量的加多，据估计在大部分喷气机飞行的北美-大西洋-欧洲航线上，卷云量增加了5-10％。云对太阳辐射及地气系统的红外辐射都有很大影响，它在气候形成和变化中起着重要的作用。

（四）城市气候

城市是人类活动的中心，在城市里人口密集，下垫面变化最大。工商业和交通运输频繁，耗能最多，有大量温室气体、“人为热”、“人为水汽”、微尘和污染物排放至大气中。因此人类活动对气候的影响在城市中表现最为突出。城市气候是在区域气候背景上，经过城市化后，在人类活动影啊下而形成的一种特殊局地气候。在80年代初期美国学者兰兹葆曾将城市与郊区各气候要素的对比总结如表8·9所示

从大量观测事实看来，城市气候的特征可归纳为城市“五岛”效应（混浊岛、热岛、干岛、湿岛、雨岛）和风速减小、多变。

见H.E.Landsberg,The Urban Climate.Academic Press.1981.

(1)城市混浊岛效应

城市混浊岛效应主要有四个方面的表现。首先城市大气中的污染物质比郊区多，仅就凝结核一项而论，在海洋上大气平均凝结核含量为940粒/cm3，绝对最大值为39800粒/cm3；而在大城市的空气中平均为147000粒/cm3，为海洋上的156倍，绝对最大值竟达400000粒/cm3，也超出海洋上绝对最大值100倍以上。再以上海为例，根据近5年（1986-1990年）监测结果，大气中SO2和NO2两种气体污染物城区平均浓度分别比郊县高8.7倍和2.4倍。

其次，城市大气中因凝结核多，低空的热力湍流和机械湍流又比较强，因此其低云量和以低云量为标准的阴天日数（低云量≥8的日数）远比郊区多。据上海近十年（1980-1989年）统计，城区平均低云量为4.0，郊区为2.9。城区一年中阴天（低云量≥8）日数为60天而郊区平均只有31天，晴天（低云量≤2）则相反，城区为132天而郊区平均却有178天，欧美大城市如慕尼黑、布达佩斯和纽约等亦观测到类似的现象。第三，城市大气中因污染物和低云量多，使日照时数减少，太阳直接辐射（S）大大削弱，而因散射粒子多，其太阳散射辐射（D）却比干洁空气中为强。在以D/S表示的大气混浊度（又称混浊度因子turbidity foctor）的地区分布上，城区明显大于郊区。根据上海近27年（1959-1985年）观测资料统计计算，上海城区混浊度因子比同时期郊区平均高15.8％。在上海混浊度因子分布图上，城区呈现出一个明显的混浊岛（图8·19，图略）。在国外许多城市亦有类似现象。

第四，城市混浊岛效应还表现在城区的能见度小于郊区。这是因为城市大气中颗粒状污染物多，它们对光线有散射和吸收作用，有减小能见度的效应。当城区空气中二氧比氮NO2浓度极大时，会使天空呈棕褐色，在这样的天色背景下，使分辨目标物的距离发生困难，造成视程障碍。此外城市中由于汽车排出废气中的一次污染物——氮氧化合物和碳氢比物，在强烈阳光照射下，经光化学反应，会形成一种浅蓝色烟雾，称为光化学烟雾，能导致城市能见度恶化。美国洛杉机、日本东京和我国兰州等城市均有此现象。

（一）下垫面因素：

1．下垫面不透水面积大：城市中除少量绿地外，绝大部分为人工铺砌的道路、广场建筑物和构筑物，其下垫面不透水面积远比郊区绿野为大。降雨后，雨水很快从排水管道流失，因此其可供蒸发的水分比郊区少。在能量平衡中其所获得的净辐射Qn用于蒸散的潜热QE远比郊区为少，而用于下垫面增温和向空气输送的显热QH则比郊区多。这就使得城区下垫面温度比郊区高，形成“城市下垫面温度热岛”，并从而通过湍流交换和长波辐射使城区气温高于郊区。

2．下垫面的热性质：城市下垫面的导热率K和热容量C

面的储热量显著高于郊区。白天储热量多，夜晚地面降温比郊区慢，通过地-气热交换，城区气温乃比郊区高。

3．下垫面的几何形状：城市中建筑物参差错落，形成许多高宽比不同的“城市街谷”。在白天太阳照射下，由于街谷中墙壁与墙壁间，墙壁与地面之间，多次的反射和吸收，在其它条件相同的情况下，能够比郊区获得较多的太阳辐射能，如果墙壁和屋顶涂刷较深的颜色，则其反射率会更小，吸收的太阳能将更多，并因为墙壁、屋顶和地面的建筑材料又具有较大的导热率和热容量，“城市街谷”于日间吸收和储存的热能远比郊区为多。

其次，“城市街谷”中，天穹可见度（smy view fector，简作SVF，以表示）比空旷郊区小（图8·21，图略）在街谷底部长波辐射能的交换中，其长波逆辐射值除来自大气的逆辐射外，还有墙壁、屋檐等向下方的长波辐射。因此其长波净辐射的热能损失就比郊区旷野小，再加上城市街谷中风速又比较小，热量不易外散，这些都导致其气温高于郊区。

（二）人为热和温室气体

1．人为热：在中高纬度城市特别是在冬季，城市中排放的大量人为热是热岛形成的一个重要因素。许多城市冬季热岛强度大于暖季，周一至周五热岛强度大于周末，即受此影响。

2．温室气体：城市中因能源消耗量大，排放至大气中的CO2等温室气体远比郊区为多，其增湿效应很明显

（三）天气形势与气象条件

1．在稳定的气压梯度小的天气形势下，才有利于城市热岛的形成。在强冷锋过境时，即无热岛现象。

2．在风速大，空气层结不稳定时，城郊之间空气的水平和垂直方向的混合作用强，城区与郊区间的温差不明显。一般情况是夜晚风速小，空气稳定度增大，热岛乃增强。

3．在晴天无云时，城郊之间的反射率差异和长波辐射差异明显，有利于热岛的形成。

(2)城市热岛效应

根据大量观测事实证明，城市气温经常比其四周郊区为高。特别是当天气晴朗无风时，城区气温Tu与郊区气温Tr的差值△Tu-r（又称热岛强度）更大。例如上海在年10月22日20时天晴，风速1.8m/s，广大郊区气温在13℃上下，一进入城区气温陡然升高（图8·20，图略），等温线密集，气温梯度陡峻，老城区气温在17℃以上，好像一个“热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上。城市中人口密集区和工厂区气温最高，成为热岛中的“高峰”（又称热岛中心），城中心62中学气温高达18.6℃比近郊川沙、嘉定高出5.6℃，比远郊松江高出6.5℃，类似此种强热岛在上海一年四季均可出现，尤以秋冬季节晴稳无风天气下出现频率最大。

世界上大大小小的城市，无论其纬度位置、海陆位置、地形起伏有何不同，都能观测到热岛效应。而其热岛强度又与城市规模、人口密度、能源消耗量和建筑物密度等密切有关。

城市热岛的形成有多种因素（详见表8·10），其中下垫面因素、人为热和温室气体的排放是人类活动影响的两个方面。但在同一城市，在不同天气形势和气象条件下，热岛效应有时非常明显（晴稳、无风），热岛强度可达6℃-10℃上下，有时则甚微弱或不明显（大风、极端不稳定）。由于热岛效应经常存在，大城市的月平均和年平均气温经常高于附近郊区。

(3)城市干岛和湿岛效应

在表8·8中指出城市相对湿度比郊区小，有明显的干岛效应，这是城市气候中普遍的特征。城市对大气中水汽压的影响则比较复杂，以上海为例，据近7年（-1990年）城区11个站水汽压eu和相对湿度RHu的平均值与同时期周围4个近郊站平均水汽压er和相对湿度RHr相比较（见表8·11）

相对湿度都有明显的日变化。据实测△RHu-r的绝对值虽有变化，但皆为负值。全天皆呈现出“城市干岛效应”。△eu-r的日变化则不同，如果按一天中4个观测时刻（02、08、14、20时），分别计算其平均值，则发现在一年中多数月份夜间02

市湿岛”。在暖季4月至11月有明显的干岛与湿岛昼夜交替的现象，其中尤以8月份为最突出。图8·22、8·23（图略）给出年8月13日14时（城市干岛）和同日02时（城市湿岛）干岛与湿岛昼夜交替的一次实例，此类现象在欧美许多城市大都经常出现于暖季。

上述现象的形成，既与下垫面因素又与天气条件密切相关。在白天太阳照射下，对于下垫面通过蒸散过程而进入低层空气中的水汽量，城区（绿地面积小，可供蒸发的水汽量少）小于郊区。特别是在盛夏季节，郊区农作物生长茂密，城郊之间自然蒸散量的差值更大。城区由于下垫面粗糙度大（建筑群密集、高低不齐），又有热岛效应，其机械湍流和热力湍流都比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多，这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。到了夜晚，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存留于低层空气中的水汽量少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压乃高于郊区，出现“城市湿岛”。这种由于城郊凝露量不同而形成的城市湿岛，称为“凝露湿岛”，且大都在日落后若干小时内形形成，在夜间维持。图8·22即是凝露湿岛的一个实例，在日出后因郊区气温升高，露水蒸发，很快郊区水汽压又高于城区，即转变为城市干岛。在城市干岛和城市湿岛出现时，必伴有城市热岛，这是因为城市干岛是城市热岛形成的原因之一（城市消耗于蒸散的热量少），而城市湿岛的形成又必须先具备城市热岛的存在。

天气气候与人类活动的关系？

中国历史上气候的变迁，不仅具有明显的时间差异性和空间差异性，同时由于两种差异性的交互运行，对中国社会历史的发展产生了多方面的深刻影响。温度变迁，有过多次反复，由寒转暖，又由暖转寒；湿润状况的变迁，由湿润而逐渐干燥，旱情增加。

从第四纪更新世晚期，距今约1.1万年前后开始，地球从第四纪冰期中的最近一次亚冰期，进入到现代的亚间冰期，人们也称之为冰后期。这一段时间大体上相当于人类进入到有文字记载的历史时代。关于这时期的气候，挪威的冰川学家曾做出近10000年来的雪线升降图，说明雪线升降幅度并不小，表明冰后期以来，气候有明显的变化。我国有悠久的历史记载，竺可桢将这些记载加以整理分析，发现我国5000多年来的气候有4次温暖期和4次寒冷期交替出现。　

在公元前3000年-公元前1000年左右，即从仰韶文化时代到安阳殷墟时代，是第一个温暖期，这个时期大部分时间的年平均温度比现在高2℃左右，最冷月温度约比现在高3℃-5℃。　

从公元前1000年左右到公元前850年（周代初期），有一个短暂的寒冷期，年平均气温在0℃以下。　

从公元前770年到公元初年，即秦汉时代，又进入到一个新的温暖时期。　

从公元初年到公元600年，即东汉、三国到六朝时代，进入第二个寒冷时期。　

从公元600年到1000年，即隋唐时代，是第三个温暖期。　

从公元1000到1200年，即南宋时代是第三个寒冷期，温度比现代要低l℃左右。　

从公元1200到1300年，即宋末元初，是第四个温暖期，但是这次不如隋唐时那样温暖，表现在大象生存的北限，逐渐由淮河流域移到长江流域以南，如浙江、广东、云南等地。　

在公元1300年以后，即明、清时代以来，是第四个寒冷期，温度比现代要低1-2℃。　

近5000年来，虽然是寒冷期与温暖期交替出现，但是总的趋势是由温暖向寒冷变化，寒冷期一次比一次长，一次比一次冷。在第二次寒期，只有淮河在公元225年有封冻。而在第四个寒冷期的1670年，长江几乎都封冻了。　

有趣的事情是：挪威冰川学家用雪线高度表示气温升降，竺可帧用的是历史文献记载资料，结果却十分一致，说明冰后期以来的气候变化具有全球的普遍性，绝对不是一种巧合。

13 年，竺可桢提出了中国历史时期气候周期性波动变化的基本状况。他认为近2000a 中,汉代是温暖时期，三国开始后不久,气候变冷，并一直推迟到唐代开始。唐末以后,气候再次变冷，至15世纪渐入小冰期,呈两峰三谷结构，直至20 世纪初气候回暖,小冰期结束。汉代、唐代是年均温高于现代约2℃左右的温暖时期。该研究成果已为气候学界和历史地理学界广泛用。但近些年来，由于新资料的发现和研究方法的改进,许多学者对竺可桢的工作作了补充。其中朱士光等认为2000～ 3000年以来，中国历史时期气候变化经历了以下几个阶段： ①西周冷干气候(公元前11 世纪至公元前8 世纪中期) ; ②春秋至西汉前期暖湿气候(公元前8 世纪中期至公元前1 世纪) ; ③西汉后期至北朝凉干气候(公元前1 世纪中期至6 世纪) ; ④隋和唐前、中期暖湿气候(7～ 8 世纪) ; ⑤唐后期至北宋时期凉干气候(9～ 11 世纪) ; ⑥金前期湿干气候(12 世纪) ;⑦金后期和元代凉干气候(13 和14 世纪前半叶) ; ⑧明清时期冷干气候(14 世纪后半叶至20 世纪初)。后来许多地理学家对我国的气候变化作了进一步修改,但总得趋势大致如此。　

历史时期的气候不仅在气温上有周期性波动，引起冷暖的变化,而且在湿度方面也存在一定的变化。总得说来，暖期与湿期、冷期与干期是相互对应的,但每个冷暖期内部又有干湿波动，不可一概而论。朱士光等研究认为,气温的变化要快于降水量的变化，而降水量的变化幅度又大于气温变化的幅度。在历史时期,气候冷暖波动与干湿波动有明显的相关性，但不完全同步。

人类影响气候，气候也影响人类。短时间的气候变化，特别是极端的异常气候现象，如干旱、洪涝、冻害、冰雹、沙暴等等，往往会造成严重的自然灾害，足以给人类社会带来毁灭性的打击。比如，1943-1954年孟加拉地区的暴雨灾害，引起了20世纪最大的饥荒，饿死人口达300-400万；1968年-13年非洲干旱是非洲人民的一次大灾难，使得乍得、尼日尔、埃塞俄比亚的牲口损失70-90%，仅在埃塞俄比亚的沃洛省就饿死20万人。当然，这种打击往往是短暂的、局部的，虽然不至于影响生态系统，但是对人类造成的灾害却十分大。　

长期的气候变化，即使变化比较缓慢，也会使生态系统发生本质性的改变，使生产布局和生产方式完全改观，从而影响人类社会的经济生活。　

例如，在公元前3000-1000年的温暖时期，竹类在黄河流域直到东部沿海都有广泛分布；安阳殷墟发现有水牛和野猪等热带亚热带动物；甲骨文记载打猎时获得一象，表明殷墟的化石象是土产的，河南原称豫州就是一个人牵着大象的标志。商、周时代，梅子是北方人民重要的日常食品。《诗经》说：“若作和羹，尔唯盐梅”，可见当时梅子是和盐一样重要的食品，是做菜不可缺少的佐料。《诗经》说：“终南何月，有条有梅”。终南山在西安之南，宋代以来就无梅了。陕西、山西等地入民只好用醋代替梅。　

秦汉时期气候也比较温暖，《史记》记载当时经济作物的地理分布是“桔之在江陵，桑之在齐鲁，竹之在渭川，漆之在陈夏”。可知当时亚热带植物的地界比现在更加偏北。　

由于气候变化直接影响农作物的地理分布，必然会影响以农产品为原料的工业布局。例如，在先秦到西汉以前，我国丝织业布局是北丝南麻，丝织业绝大部分在黄河中、下游和冀中平原，当时最大的丝纺业中心在河北定县，其他较小的中心也都在河北，河南和山东一带，长江流域及南方各地则主要生产麻织物；西汉时期，蜀中仅以产麻布著名。虽然在东汉到魏晋以后，中原地区战乱频繁，经济下降剧烈，南方各地社会生活则相对安定，丝织业有所发展，可是北丝南麻的布局一直维持到隋唐时代。从气候变迁情况看，至隋唐时代，虽然气候也有变化，但是平均气温仍暖于现代，可见丝绸之路出现在北方是有原因的。　

北丝南麻布局的改变发生在宋代。由于气候变冷，气温已低于现代，北方不利于桑蚕生产生殖，再加上唐末五代时北方战乱，南方经济上升，丝织业规模逐渐超过北方。北宋时镇江、三台已形成为全国丝织业中心。南宋时，南京、常州、镇江、苏州都拥有巨大的丝织业生产能力。丝织业重心南移，正好相当于我国气候由温暖到寒冷的时期，这个历史经验是值得我们研究的。　

气候变迁对农业耕作也有影响，孟子（公元前372-前289年）和荀子（公元前313-前238年）都说，他们那个时候，齐、鲁（河北、山东一带）农业种植可以一年两熟。在这些地方直到解放初期，还只习惯于两年三熟。唐朝的生长季也比现在长，《蛮书》（约成书于862年）说，曲靖以南，滇池以西，一年收获两季作物，9月收稻，4月小麦或大麦。而现代由于生长季缩短，不得不种豌豆和蚕豆，以代替小麦和大麦。这种历史经验仍有现实意义。例如，如果气候变暖，就可以考虑双季稻向高纬度、向高海拔扩展；若气候变冷，就得取措施，缩短水稻的生长时间。

一、时间差异性

气候包括气温和干湿状况两大基本要素，研究历史气候也必须从这两方面着手。著名科学家竺可桢先生的《中国五千年来气候变迁的初步研究》论文，〔①〕系统地总结了中国气候变迁的基本规律，表现在五千年来温度变化上，可以明显地总结出四个温暖期和四个寒冷期。

1．第一个温暖期从公元前3000年到公元前1100年，即仰韶文化时期到殷商时代。甲骨文记载当时安阳人种水稻是阴历二月下种，比现在早一个多月。北京附近的泥炭层分析表明，五千年前那里生长着大量的阔叶林，代表着相当温和的气候。

2．第一个寒冷期从公元前1000年到公元前850年，即西周寒冷期。《竹书纪年》记载周孝王时长江、汉水冻结的情况，说明当时的气候比现在寒冷。

3．第二个温暖期从公元前770年到公元初年，即东周到秦汉温暖期。《春秋》中有鲁国“春正月无冰”、“春二月无冰”、“春无冰”等多次记载。《荀子·富国篇》和《孟子·告子上》载齐鲁地区农业种植一年两熟。

4．第二个寒冷期从公元一世纪到公元600年，即东汉南北朝寒冷期，这个寒冷期以公元4世纪前半期达到顶点。《资治通鉴》载晋成帝初年，渤海湾从昌黎到营口连续三年全部结冰，冰上可往来车马及几千人的大部队，年平均气温比现在低2—4℃。

5．第三个温暖期从公元600年到公元1000年，即隋唐时期，其间公元650、689、678年冬季，长安无雪无冰，当时气候温暖可见。

6．第三个寒冷期从公元1000年到1200年，即两宋时期，此间公元1111年太湖全部结冰，冰上可以通车，1110年、1178年福州荔枝两度全部冻死。

7．第四个温暖期从公元1200年到1300年，即宋末元代温暖期。1225年，道士丘处机在北京长春宫作《春游》诗云：“清明时节杏花开，万户千门日往来。”说明当时北京气候比现在温暖。

8．第四个寒冷期从公元1300年到1900年，即明清严寒期。此间，1329年太湖结冰厚达数尺，橘尽冻死。1493年，淮河流域降大雪，从当年九月降至次年二月方止。洞庭湖变成“冰陆”，车马通行。

五千年来，我国气候四个温暖期与四个寒冷期交替变迁，其时间上的差异性是非常明显的。

二、空间差异性

影响历史时期气候变迁的是太阳辐射、下垫面、大气环流及人类活动影响四大因子，这几个因子相互作用决定着气候的变迁，加上我国所处的纬度位置、海陆位置、广阔面积、复杂地形及支配气候的环流因素，决定了我国气候变迁的又一个特性——空间差异性的产生。

地球上气候波动首先和太阳辐射的强弱有关，春、夏、秋、冬四季的轮回，寒、温、热三带的分别，都是因为太阳辐射强弱不同的缘故。我国领土北起黑龙江江心，南至曾母暗沙，南北跨49个纬度。从南到北，包括赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带等六个热量带，其中又以温带、暖温带、亚热带面积最广，这是决定我们气候类型多样性和气候变迁的空间差异性的基本因素。

从海陆位置看，我国位于世界上最大的大陆——亚欧大陆和最大的大洋——太平洋之间，由于地表热量状况不同形成了不同的温压场，从而产生明显的季风环流，对我国的气候产生了深刻的影响，与世界同纬度相比，我国黄河流域相当于地中海一带，长江以南的纬度相当于北非撒哈拉沙漠地区。若按行星风系规律，我国江南则属于一片沙漠，但因亚热带季风气候作用，却使我国东部和南部成为温度高、降水量多的世界上独一无二的亚热带自然最丰富的地区。

从我国呈东西走向的三列山系来看，它们作为南北冷暖气流的屏障，又构成了重要的气候分界线。其中海拔1500—2500米的秦岭山脉作用最明显。秦岭以北为暖温带，以南为亚热带，所谓“十月先开岭山梅，南枝向暖北向寒”的诗句，正说明秦岭是我国南北气候的分界线。海拔5000米以上的西藏高原，既得不到太平洋的湿润气候，又被喜马拉雅山切断了来自印度洋的水汽通路，使我国西北内陆变成为沙漠性的干燥气候。加上西伯利亚冷气流由蒙古高原爆发性地南侵，形成强大的寒潮影响了冬半年北部大半个中国，又加大了西、北、东、南气候变化的空间差异性。

在中国，气候由南向北，由东向西依次渐冷，森林、草原、荒沙、沙漠也依次出现，从而形成了东、西、南、北气候的迥然不同，最大的特点是形成了东南中国与西北中国气候的自然分异。这种气候变迁的空间差性与时间差异错运行，对每一个时期中国历史发展都产生了极大的影响。

三、时、空差异的影响

首先是政治上的影响。

气候的时空差异性所造成的东南与西北中国的分野，对中国社会发展的影响极为深刻。现代地理学家以黑龙江的黑河到云南的腾冲为两端，在中国地图上划一斜线，斜线以西以北为西北中国，拥有占中国领土面积57．1％的土地和占总人数5．6％的人口，大体上是历史上游牧民族或少数民族的主要活动区；斜线以东以南为东南中国，拥有占领土面积42％的土地和占总人口数94％的人口，基本上是历史上农业民族（汉族）的主要活动区。〔②〕其中，随气候的变迁，东南部经济文化日渐超过北部，人口密度也越来越大。

在西北中国与东南中国之间，古长城沿线大体上与农、牧区自然分界线相吻合。早在1121年，道士丘处机北过张家口第一隘口野狐岭时吟诗曰：“登高南望，俯视太行诸山，晴岚可爱。北顾但寒沙衰草，中原之风自此隔绝矣。”《辽史·营卫志》亦云：“长城以南多雨多暑，其人耕稼以食，桑麻以衣，宫室以居，城廓以治；大漠之间，多寒多风，畜牧畋鱼以食，皮毛以衣，转徒随时，车马为家。此天时地利所以限南北也。”这种地理环境决定了中国历史上农、牧分区和农业民族与游牧民族的对峙，两种经济、两个民族既相互和平交往又相互兵戈以待。每当寒冷期代替温暖期之时，总有大规模的游牧民族向南方温润的地区迁徒，中原地区的农业王朝便面临着来自北方游牧民族的挑战。其中公元400年左右的“五胡乱华”，公元1200年左右，契丹、女真和蒙古族的接踵南下，以及公元1700年左右满族入关，是农牧民族军事冲突的最典型事例。中原王朝与北方少数民族之间的战和关系始终是影响和制约中国社会历史发展的一个关键因素。

农牧民族的对峙，最直接的影响是在政治方面。随着几次最大的军事冲突，出现了几个典型的南北朝对峙的政治局面。与“五胡乱华”相伴随的是第一个南北朝时期——北方的十六国及北魏、北齐、北周与南方的东晋及宋、齐、梁、陈对峙；与契丹、女真和蒙古南下相伴随的是第二个南北朝时期——辽、金与两宋的对峙；到了明代，先是明初明与北元蒙古的对峙；继而是明末南明与清对峙。由于长期的南北对峙，农业民族要抵抗强大的游牧民族的南下，不得不凭藉专制集权的中央，以组织分散的农民去修筑万里长城，保卫自己的安居乐业，这就是中国专制集权体制长期存在的重要原因之一。

其次是经济上的影响。

五六千年前，与温暖期同时，是一相当湿润的气候。当时的黑龙江流域，为几千年来最湿润的时期，北京平原为河流纵横、池沼广布之乡。距今2500年左右，气候转向干燥。在北京考古发掘中发现代表湿润气候的混炭沼逐渐消失。距今约1000年左右，气候再次变干。根据大量的地方志中的旱涝记载，我国东南地区自公元初以来，水灾相对减少，旱灾相对增加，以公元1000年为界线，此前1000年的旱期持续时间短，湿润时期持续时间长；此后的湿润时期短，干旱时期长。最近500年来旱涝材料排成年表显示，旱灾明显地多于水灾。

气候的干湿变化对农业生产的影响极大，干冷地带农业生产受到严重限制自不必说，在其它地区，也因气候冷暖干湿的变化而左右着农业生产的发展。一般说来，气温每降低1℃，亚热带北界位置也随着向南推移一个纬度左右，适宜于农作物生长的北界位置也随着南移。五千年来中国气候波动的总趋势是：温暖期一个比一个短，温暖度一个比一个低，这就从整体上决定了农业经济为基础的经济重心向南迁移的大趋势。中国历史上经济重心南移主要表现在三个时期：魏晋南北朝时期，黄河流域经济停滞和衰退，长江流域大规模开发与南方经济上升；五代两宋时期，南方经济上升并超过北方，形成了新的经济重心，经济上“南盛北衰”的局面继续发展；明清以来，经济重心进一步南移，东南沿海地区经济畸形发展，东西差距及南北差距进一步扩大。纵观这三次大规模的经济重心南移，正好与历史上第二、第三、第四个寒冷期的到来相始终，从中不难窥见地理环境与经济发展的关系。

再次是文化上的影响。

经济是基础，它的变化决定着上层建筑的变化。随着经济重心的南移，必然引起上层建筑中的文化发生巨大变化，最明显的表现是：隋唐以前，中国的经济重心在北方，文化中心也在北方；隋唐以后，经济重心南移，文化中心也相应地移到了南方。

秦汉时期定都关中，经济文化重心在黄河流域，有所谓“山东出相，山西出将”和“关西出将，关东出相”的说法。到了隋唐以后，粮食供给开始依靠南方，文化重心也开始向南迁移。到宋代，有了“苏常熟，天下足”和“江浙熟，天下足”的说法。到明清时期，又有“湖广熟，天下足”的说法，此时中国文化以最富裕的长江流域为根据地，形成了“东南财富地，江浙人文薮”的局面。至近现代，随着沿海经济的发展，广东、福建在经济上渐渐占据重要位置，中国的文化又有了进一步南移的倾向。

关于中国文化重心的南移，前人多从“中国历代人物之地理的分布”方面去研究，这里介绍两家，借以说明文化与地理环境之间的关系。丁文江在《历史人物与地理的关系》〔③〕一文中根据二十四史中汉、唐、宋、明各代人物，分省列表为：

时代 前汉 后汉 唐 北宋 南宋 明

人物最多的省 山东 河南 陕西 河南 浙江 浙江

河南 陕西 河北 河北 福建 江苏

日本桑原骘藏在《由历史上观察的中国南北文化》〔④〕一文中，以科举为例，交明清两代登科第者列表统计，明代从洪武四年起至万历四十四年止，每科状元、榜眼、探花和会元总共244人，其中南方215人，占88％，北方29人，占12％。清康熙十八年开制科，共录取50人，其中南方占42人。乾隆元年制科，共取15人，南方占14人。明清两代共出状元203人，南方有188人。

四、有关问题的讨论

1、通过上述中国气候变迁的特点及影响的讨论，进一步认识地理环境对历史发展的作用问题。怎样看待地理环境与历史发展的关系，这是一古老而又常新的课题，过去由于片面地批判“地理环境决定论”，因而很少具体地研讨地理环境对历史发展的作用。近年来，通过各方面的研究和讨论，认识到地理环境本身是人类社会及其历史发展的一部分，在人类改造自然环境时，不能违背自然规律的约束，否则，将受到自然规律的惩罚。但是，地理环境与人类社会发展的关系究竟怎样？地理环境对社会历史的发展究竟有什么样的影响？影响的程度到底有多大？对这些问题的认识还是众说纷纭。通过本文分析，我们首先可以肯定，地理环境对社会历史的影响是一个历史的范畴，随着时代的演进，它的作用方式、作用程度在发生着不断地变化，因此，我们要重视历史地理学这个学科的学习和研究。在中国历史的研究中，中国封建社会何以特别漫长？资本主义萌芽为什么发展极其缓慢？不少同志认为地理条件是最根本的因素。具体地说，中国内外部地理环境及其相应的社会生产方式的特点，既产生了对专制政体的要求，又维护了封建小农业的强盛，使中国难以具备向资本主义过渡的客观条件，从而导致了中国封建社会的长期延续。这些观点正确与否？还需要对中国历史地理作深入细致地研究后才能得出结论。

其次，通过上述分析，我们还认识到，人类历史与地理环境是一个统一体，两者之间相互制约、互相作用，这种相互间的制约和作用在不同的时间和不同的地区表现出不同的形式。大致说来，生产力水平越低，人类受地理环境的制约作用越大；社会发展阶段越古老，人类对地理环境的依赖性越大。在中国古代，因气候迹迁的时空差异性而影响着政治、经济和文化的发展方向，表明地理环境对中国历史的确起到了促进或延缓的作用。特别是中国历史上几次少数民族与汉的对立（秦汉与匈奴，东晋南朝与“五胡”，宋与辽、金，明与蒙古、满族等），无不起因于气候时空差异所造成的农、牧区对立的环境因素。随着社会生产力的发展，特别是科学技术的进步，人类社会对地理环境制约作用越来越大，地理环境可以为人类提供更多的物质财富。但是，这并不等于说地理环境的作用就减少了。由于人类对地理环境的作用，导致了地理环境的变化，形成了新的地理环境系统，在原来的自然环境之外，又增加经济环境和人文环境系统，从而对人类社会产生新的影响。在近现代的中国气候变迁中，我们就不得不探讨人们对环境污染所造成气候环境的新变化和新影响，这就决定了研究历史地理对现实和实践的指导意义。

2．通过对中国历史上气候变化特性的讨论，进一步认识历史地理学的学科性质。历史地理学是一门既古老又年轻的学科，关于它的学科性质，在学术界有各种不同的看法。目前国内各高校历史系和部分地理系都开设了《中国历史地理》课，但由于对它的学科属性看法不同，讲授的内容、学习的重点和研究的方向都很不一致。有人把它当作历史学的分支学科，偏重于沿革地理的研究；有人把它当作地理学的分支学科，偏重于对历史时期自然现象及其规律的探讨；有人把它当作历史学与地理学边缘学科，侧重于跨学科的研究。

我们认为历史地理学既是历史学与地理学交叉的边缘学科，也是自然科学与社会科学中多门学科边缘地位上相互交叉和相互联系的一门综合性学科。历史地理学不仅研究自然环境变化的自然过程，而且也研究改造自然环境变化的人为过程，更重要的是，它重点探讨的是历史时期人地关系的变化规律。由此可见，它不能简单地归结为历史学或地理学的分支学科，而是多学科相互联系的一个新的学科体系。正如前苏联历史地理学家热库林所说的那样，它不仅是在地理学和历史学的衔接处形成的边缘学科，而且在自身的发展过程中，又“曾与民族志学、地名学、农业史及一系列其它科学门类紧相关联。”因而准确地说，它是“处于自然科学和社会科学边缘地位上的一门综合性学科，它的主要任务是研究社会和自然相互作用的规律性。”〔⑤〕基于这样的认识，我们对历史地理学研究的视野才会得以逐步地开阔。

学科性质决定了学科的研究途径。世界是一个整体，自然界和人类社会是不可分割的统一体，现代科技已走到学科间相互渗透相互融合的发展阶段，历史地理学正是适应这样的时代要求而产生的。因此，它必然要求我们掌握不同学科的知识，在对社会科学和自然科学进行跨学科研究的基础上，开展创造性的研究工作。本文分析如能在这方面起到抛砖引玉的作用，目的也就达到了。

国内外研究概况

人类活动是全球气候系统中的重要成员之一，也是气候变化的一个重要影响因素。人类活动对气候变化的影响以及两者之间的联系，是20世纪70年代以来的热门话题。由于近百年来全球气温有变暖的趋势，同时科学家们又注意到人类向大气中排放的微量气体浓度明显增加，因此，两者之间是否有因果联系等，是各国科学家、公众和政策制定者关注的问题。

在人类出现于地球后的数万年发展过程中，绝大部分时间是被动地适应居住环境和相应的气候条件。在此期间，人类并未对环境和气候产生足够大的影响，气候仍在其基本因子的作用下变化着。但在世界工业革命后的200年间，地球上人口剧增，科学技术发展和生产规模的迅速扩大，人类对环境的破坏和对气候的影响越来越大，地球表面及大气的自然状态受到破坏。由于砍伐森林和燃烧矿物燃料，大气中的二氧化碳浓度迅速增加，造成温室效应加剧。20世纪60年以来，氯氟烃等微量气体的增加，又加速了这一过程。同时，由于过渡放牧，破坏原始森林及自然植被改变了地表的物理状况，城市的扩展造成热岛效应，大气污染，平流层臭氧受到破坏使南极臭氧洞扩大。这些都直接或间接改变了气候系统的状况。目前，这种因人类活动造成的气候变化，在数十年到百年时间尺度的气候变化中，其影响程度已可达到和自然因子影响同等的程度。因此，若不加以合理规划和控制，人类活动对气候的影响将日渐加剧，不仅会破坏人类赖以生存的居住环境，还将危及社会的可持续发展。

人类活动对气候和环境的影响，许多可以后延数十年乃至上百年，在相当长的时间内难以恢复。如何评价人类活动对气候环境的影响，如何取有效措施存利去弊，以改善人类居住环境和气候状况，确保社会的可持续发展，便成为摆在人们面前的一个重大问题，也是摆在各国面前的一个迫切需要解决的问题。我国处于世界气候脆弱带，全球变暖必将对我国经济和社会发展带来重大影响。

人类活动对气候变化的影响

人类活动给气候变化带来的影响，不仅直接影响到气候的冷暖与干湿，而且对生态环境、经济贸易仍至国际政治关系产生广泛的影响，同时环境与经济的改变反过来又会影响到气候变化。可以说当前的全球气候变化是迄今人类遇到的一个最复杂的地球系统科学问题之一。世界气象组织主持制定的世界气候影响提出了气候对人类影响的十个研究方向：1.人类的健康和工作能力；2.住房建筑和新住宅区；3.各类农业；4.水开发和管理；5.林业；6.渔业和海洋；7.能源的生产和消费；8.工商业活动；9.交通和运输；10.各种公共服务。其中，由于气侯变化而引起的海平面升降、农业和粮食的供给、环境污染、生态系统变化、淡水以及人类健康等方面的影响问题最受关注。

人类活动引起的温室效应增强，是目前最为重要的全球环境问题之一。在寒冷地区的农业生产中，为使农作物如蔬菜等能够在寒冷气候中正常生长，经常建造玻璃(或透明塑料)房屋，将农作物种植在里面。利用玻璃可以让太阳短波辐射通过的原理，保持白天室内足够温暖的温度。又利用夜晚室内地面长波辐射被玻璃返回地面的原理，继续保持室内夜间温暖的温度。人们称这样的玻璃房屋为温室。大气中有些微量气体，如水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷等，能够起到类似玻璃的作用，即大气中的这些微量气体能够使太阳短波辐射的某些波段透过，达到地面，从而使近地面层变暖；又能使地面放射的长波辐射返回到地表面，从而继续保持地面的温度。人们把大气中微量气体的这种作用称为大气中的温室效应，而把具有这种温室效应的微量气体称作“温室气体”。据研究，如果大气中没有这些温室气体，地表平均温度要比现在低33℃。所以这些温室气体的存在，对于在地表形成今天这样适宜生物生存的温度是十分重要的。

自从工业革命(1750 年)以来，人类由于使用煤炭、石油和天然气等化石燃料，以及加速毁林和破坏草原，大气中温室气体如：二氧化碳、甲烷、一氧化二氮的浓度分别增加了 30%，145%，15%(1992年资料)，这些变化主要归因于人类活动。许多温室气体可在大气中存在很长时间(例如，二氧化碳和甲烷可存在几十年到数百年)，具有增温作用。因此，它们将在很长时间内起作用。

近百年全球变暖的证据，除气温外，还表现在诸多方面，近几十年的观测记录表明，从地表到对流层低层和中层均存在增暖特征，陆地土壤温度及海洋表层海温也在变暖。另外，探测资料还显示，对流层高层与平流层低层有变冷的趋势。此外，全球大部分陆地区域的日最低温度明显变暖，因此日较差明显减小。近百年全球海平面平均上升了20～30厘米；全球中高纬度冰雪融化，冰川范围向高纬度收缩，尤以北美与欧亚大陆北部最为明显，高山雪线也明显收缩。

气候变化与经济和社会发展息息相关。全球变暖对农业生产造成极大危害，在一些农业生产脆弱区，虫害增加和干旱可能造成粮食减产，从而改变粮食贸易格局。此外，全球变暖对自然地球生态系统影响也十分明显，由此造成的社会经济后果将非常严重，特别是对于生态脆弱区。这些地区的社会经济发展严格依赖于自然生态系统，生态系统的改变，将对粮食、燃料、医药和建筑材料等产生影响，危及人类生存。

全球变暖对水循环的影响，在脆弱的干旱与半干旱地区更加明显。例如，我国的干旱和半干旱地区近50年来有明显变干的趋势，一些河流和湖泊已经干枯。全球变暖将可能使华北地区变暖变干，造成该地区干旱加剧，水更加短缺。水循环变化，将改变农业、生态系统和其它方面的用水方式，这将对本已处于干旱状态的区域 (如非洲撒哈拉地区)的农业和水力发电等造成严重后果。一些对水脆弱和敏感的地区，将可能承受不了这种压力。

全球变暖及相应的一系列气候变化，对人类健康也会有直接或间接的影响。研究表明，随着全球变暖，夏季高温日数将明显增加，心脏病和高血压病人犯病和死亡率都将增加。气候的急剧变化，如寒潮爆发或春季强冷空气的入侵等，对人的健康会有影响，尤其是一些病人和体弱的人群。全球变暖引起的病虫害增加和细菌繁殖，对人类健康的危害极大。例如高温与高湿可能造成蚊蝇孳生，导致霍乱病、疟疾病和黄热病等发病率增加。高温与干旱可能导致一些传染病增加，这在人口聚集区危害更大。温度和降水的变化，可能从根本上改变病媒传染的疾病和性疾病的分布，使其移向较高纬度地区，令更多人口面临疾病危险。许多发展中国家由于医疗设备和药物条件较差，而面临更大威胁。

全球变暖造成冰雪大量融化和海水热膨胀，将加快海平面上升，改变海洋环流和海洋生态系统，对社会经济造成重大损失。全球海平面上升将直接危及到低岛屿、低海岸带，及地势低洼地区和国家，许多城市坐落在海岸附近，那里人口密集，工农业发达。海平面上升，海水可能淹没农田，污染淡水供应，还可能改变海岸线。

全球变暖将对人类居住环境、能源、运输和工业等部门产生影响。人类居住环境对于发展迅速的气候变化的潜在响应是脆弱的，世界上一些三角洲地区对海平面升高的响应很脆弱，这包括埃及的尼罗河三角洲、孟加拉国的恒河三角洲、中国的长江和黄河三角洲、中印半岛的湄公河三角洲、南美的亚马逊河三角洲、美国的密西西比河三角洲等。海面上升、海水入侵，还将使巴西、阿根廷和中国等国家沿海人口密集的工业区经济蒙受极大损失。海面上升：降淹没耕地，迫使人口大规模迁移，同时还会影响渔业生产。

一、生态地球化学的调查与评价

生态地球化学是从全国多目标区域地球化学调查和应用实践中产生的科学理论，是一项以多目标区域地球化学调查为基础，以生态地球化学评价、生态地球化学评估、生态地球化学预警和生态地球化学修复为主体的系统工程（奚小环，2008）。

21世纪勘查地球化学在解决人类与环境的重大问题上发挥了巨大作用，区域地球化学调查应用于生态环境与农业地质研究方面的文献近10年来呈明显上升之势。生态地球化学研究工作在国际上的全面开展是从20世纪90年代后。为配合国际地球化学填图（IGCP259）的实施，俄罗斯、瑞典、加拿大、德国、捷克、南非和新西兰等许多国家都进行了区域性的地球化学填图，并利用区域地球化学资料开展环境、农牧业和地方病等多目标应用研究（王徽，2001；施俊法，2003）。生态地球化学填图综合考虑了自然污染和人为污染地球化学状况，为勘查地球化学解决人为污染问题开辟了一条崭新的道路，并在生态地球化学的理论框架下，进行区域生态地球化学调查与评价工作。

随着人类社会面临的环境问题与可持续发展问题的日益突出，中国勘查地球化学界审时度势，将工作重点由单一的找矿勘探扩展至以与环境并重，立足于为国家社会经济宏观发展战略服务，为国土规划、管理、保护和合理利用服务的综合调查与评价。生态地球化学调查是国土部中国地质调查局组织实施的一项综合基础地质工作。它以区域土壤和水体地球化学调查为依托，以第四纪地质体为研究对象，以土地质量评估为主要内容，以服务于农业生产、环境保护和矿产普查等多领域为目标。该项工作分多目标区域地球化学调查、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价和总体综合研究4个层次（杨忠芳，2004）。

中国地质调查局组织实施的生态地球化学调查（农业地质调查）项目自2002年实施以来，已完成多目标区域地球化学调查面积近135×104 km2，涉及浙江、江苏、安徽、湖南和湖北等31个省（区、市），集测试分析了54个指标值（2008）。生态地球化学调查在很大程度上查明了我国土壤中包括有益与有害成分在内的各种元素指标的组成、类型、含量和强度及其分布地区、范围和面积等，填补了国家长期以来包括土壤污染在内各项元素指标的空白，是一项具有深远意义的成果。调查表明，国家土地质量地球化学总体状况是好的，符合种植无公害农作物的土地质量标准的土地面积占调查面积的92%，符合种植绿色农作物的土地面积占87%，达到土壤环境质量一、二类标准的占87%。同时土地污染状况不容忽视，占调查面积13%的土壤存在污染（李敏，2009）。中国存在的主要地球化学现象和问题有：①长江流域 Cd 等重金属异常呈带状分布；②黄河流域高As、高F、低I和高I等地方病问题突出；③城市及周边地区Hg、Pb等异常普遍存在；④全国各大湖泊呈现有害元素汇集的趋势；⑤西南碳酸盐岩区Cd、As等重金属元素背景值普遍较高；⑥土壤酸化问题较为严重；⑦各种肥力元素与有益元素的分布存在较大的差异；⑧土壤有机碳储量分布不均。

生态地球化学评价是在多目标区域地球化学调查基础上，研究元素和化合物等地球化学指标在土壤圈的分布与分配规律、异常特征及其对生态环境产生的影响，针对性地测定元素形态或价态，研究元素成因来源及其在地球系统中的行为，即在迁移转化过程中的形态变化作用途径和机理，预测可能发生的地球化学问题（奚小环，2004）。生态地球化学评价又进一步分为区域生态地球化学评价和局部生态地球化学评价。区域生态地球化学评价是针对流域或区带（面积范围为106～102 km2）内元素和化合物分布特征，通过对元素及化合物的来源示踪及迁移途径研究，评价它们对生态系统及各组成要素的影响，预测其未来变化趋势。局部生态地球化学评价是以面积小于数百平方千米的元素或化合物的局部地球化学异常为研究对象，运用地球化学方法技术，追踪异常物质来源，查明异常成因，研究地球化学环境与生态现象或问题的关系，预测生态地球化学环境变化趋势，提出兴利避害的对策措施。

为指导生态地球化学评价工作，中国地质调查局于2005年底正式发布了《区域生态地球化学评价技术要求（试行）》，规定了河流、农田、城市、湖泊湿地和浅海等生态系统的评价技术路线。目前各个省份生态地球化学调查已经全面进入生态地球化学评价工作阶段，取得了一系列成果，在农业和环境等方面得到普遍应用，产生了广泛影响。例如，珠江三角洲地区生态地球化学评价结果显示：珠江三角洲土壤Hg污染区面积占11.57%，主要分布于广州—佛山一带，属人为污染。蔬菜类农产品超过食品卫生标准Hg限量的比例为3.12%，已影响蔬菜的品质，但对蔬菜质量安全构成的威胁并不大。土壤Hg绝大部分以硫化物存在，活泼相态Hg含量极低（林杰潘，2007）。冀东平原存在不同程度的重金属富集污染，其中以Hg、Cd污染富集较为严重，综合污染级别以轻—中污染为主，重金属富集污染成因与当地地质背景有关，同时当地强烈的工农业等人为活动加剧了污染与富集（栾文楼，2009）。浙江省依据杭嘉湖平原区土壤中Hg、As、Sb、Pb、Zn、Cd、S、Cu、Mo、Sn等元素的污染分指数和综合污染指数，进行了区域环境质量评价（朱立新等，1996）。杭嘉湖平原大部分地区属清洁区、基本清洁区，但由于人类活动和工业污染，在杭州市、绍兴市和嘉兴市等地区的土壤出现了从初始污染—轻度污染—中度污染—重度污染的现象，特别是杭州市和绍兴市周围存在较大范围的重度污染区。

生态地球化学与生态地球化学评价，是研究人类能够感知的和正在进行的地球化学过程。要解决重大的生态地球化学问题，所有研究工作须跨越学科的界线，将生态学、环境科学、地学、农学和医学，甚至政治和经济学等学科融合在一起，通过各学科的相互交叉和渗透，才能了解生态系统复杂性的真谛。中国拥有全球独一无二的区域地球化学资料，深入挖掘多目标区域地球化学调查数据所蕴含的信息，更好地服务于当地的经济建设与社会可持续发展，仍是摆在生态地球化学领域的一个现实课题（廖启林等，2005）。生态地球化学的发展要立足地质、地球化学，充分考虑岩石—水—土—大气—生物等层圈的相互作用，评价地球化学因子在不同生态子系统中的生态服务功能、区域空间分异特征及其变化趋势，为区域社会经济发展规划提供科学依据。

二、土壤污染研究

土壤直接或间接地参与了陆地生态系统物质循环，是生态环境基本构成要素，农业生产的基础（赖启宏，2005）。土壤的环境地球化学效应一方面受各圈层影响，同时也对各圈层的生态地球化学过程具有较大影响。近年来，由于现代化工业和农业的发展，土壤环境污染不断加剧，土壤污染已成为中国乃至全球性土壤退化的重要因素，严重地威胁着人类的身体健康。

土壤污染的种类繁多，有化学污染、物理污染、生物污染和放射性污染，甚至复合交叉污染，其中以化学污染最普遍、最严重，也最难以治理。土壤污染物质，一般分为两大类：无机污染物和有机污染物。由于土壤污染具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性和长期性，其后果极为严重。长期以来人们只考虑土壤具有的交换、吸附、淋滤和降解自净作用，将土壤作为废弃物处置场所。然而，在长期污染影响下累积于土壤的化学物质，经植物吸收和动物摄取或溶入水体，可影响农作物产量、农产品质量以至整个生态系统的稳定性和安全性。当气候环境条件和土地利用方式改变时，短时期内土壤污染物有可能大量活化进入水、植物和农产品，危害动植物和人体健康，导致延缓而突然爆发的有害效应，即所谓的“化学定时”（stigliani W et al.，1991；谢学锦，1993）。在早期工业化国家都曾发生过因环境污染所引发的环境公害，如20世纪50年代日本公布的两起震惊世界的环境公害：富士地区高含量镉米导致的慢性中毒的“骨痛病”和熊本地区汞污染导致的“水俣病”，都造成了大量人员致病和死亡，均因土壤和水体长时期的污染导致农产品和养殖水产品污染所引发的。因此日本是世界上土壤污染发现最早，也是污染较为严重的国家之一。

为了全面深入地研究污染物对环境质量的冲击程度以及对人类的危害程度，控制并修复土壤污染，诸多国家都陆续开展了不同层面上的土壤污染研究，包括众多的污染现状调查、土壤环境质量评价和风险评价及其宏观决策管理等，并取得了一定的研究进展。关于土壤污染研究的内容主要有以下方面：

一是土壤污染物迁移和转化规律的研究。不同化学物质在土壤中的持留和释放规律，国内外都做了大量研究（Kinniburgh D G，1986），并形成了反映污染物质持留和释放规律的平衡模型与动力学模型。这些模型对于预测土壤环境中化学物质的吸附、释放和运移等行为有积极意义。Pagotto等的研究发现，在公路附近土壤中有Pb、Zn、Cd的积累，且随着距离的增大和土壤深度的增加而降低，一些土壤样品有少量Ni、Cr（Pagotto，2001）。交通对环境的影响主要在公路两侧1500 m的范围内，500 m以内对土壤影响最显著，超出此范围，土壤中的Pb含量达到背景值水平。有学者认为：重金属元素在土壤中的迁移实质上受到重金属随土壤水分的迁移，在土壤中的扩散，与土壤颗粒之间和重金属及其他溶质不同组分之间的化学反应变化，以及被植物吸收等多因素制约和影响（隋红建，2006）。

二是土壤污染物的生态效应研究。土壤中污染物会对土壤生物类型、生物数量、生物活性、土壤酶系统及土壤呼吸和代谢等作用产生较大影响，危及土壤生态系统的正常结构、功能与平衡。研究发现，施用的农药有20%～70%长期残留在土壤中（Calderbank，1994）。残留农药对土壤中的硝化细菌、根瘤菌和根际微生物影响较大。我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有许多地方粮食、蔬菜和水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标或接近临界值。土壤环境重金属分布对人体健康有着重要影响，李森照（19）讨论了环境中Cr与人的健康关系，指出Cr对人体健康产生重要的影响。

三是关于土壤环境质量的研究。土壤污染会直接导致土壤质量的下降，围绕土壤环境质量问题，目前涉及的主要内容包括土壤重金属的污染与污染土壤的退化和土壤中重金属的行为与环境质量和土壤中稀土元素的行为与环境质量等。近年来国内外学者对土壤环境质量及其指标体系做了较多研究，极大地丰富了土壤质量评价的内容，国外的研究已经开始关注生态系统多样性、土壤质量演变过程及机理等土壤环境的问题。关于土壤环境质量的评价方法，国内外研究和评价虽然还没有完善的评价体系，但已有许多学者发表过有价值的资料，所用的土壤环境质量评价的方法有很多，土壤环境质量评价也越来越具有科学性和实用性，其中包括有指数评价法、模糊综合评价法和灰色聚类法等。

四是关于土壤污染的防治研究。例如对于土壤重金属污染的防治，世界各国都开展了广泛的研究工作。由于土壤重金属污染存在潜在性、不可逆性、长期性和后果严重性等特点。因此污染的治理应立足于“防重于治”的基本方针。有学者利用生物措施进行土壤修复，如陈同斌等发现As的超累积植物娱蛤草，在工程中有较好的实际应用价值，并在湖南郴州市建立了亚洲的第一个植物修复基地。此外工程措施包括客土、换土、翻土和去表土等方法，适用于大多数污染物和多种条件。汪雅谷等对土壤重金属污染进行客土处理，使镉等重金属残留量平均下降50%～80%。

土壤圈是个开放系统，进入土壤中的污染物，通过迁移、扩散和生物代谢等途径进入生物和水等环境中，并产生污染。要科学研究评价土壤污染物的环境行为和环境效应，必须把大气、水、土壤、生物作为有机整体，研究污染物在不同环境界面上的迁移和转化规律，重点研究土壤-作物耦合系统污染动力学方面的机理，建立相应的数学模型，对综合防治地下水和大气污染及研究土壤环境容量等都具有重要意义。

三、地方病与地质背景的关系研究

人类的生存依赖于自然环境，自然环境的优劣将直接影响人们的身体状况。20世纪60年代，英国地球化学家哈密尔顿研究发现，人体组织中的元素含量曲线与地壳中元素丰度曲线具有惊人的相似性。地质环境中的微量元素通过土壤—水—植物—食物—人体这个食物链进入人体，如果维持人体正常发育所需的微量元素供量不足或过剩，都会影响人体的正常发育生长及代谢。吉林大学、中国地质大学（武汉）、中国地质科学院有关院校及国土部的部分研究机构就地方病的地质环境和地球化学成因等问题进行了长期研究。美国、英国和印度等国家也在不同地方开展了地方性疾病与地质环境和地质作用的关系研究。

研究表明：目前我国主要的地方病有碘缺乏病（IDD）、地方性氟中毒、地方性硒中毒、克山病和大骨节病等。它们在时空上的分布和地质环境中的地形地貌、地质构造、地层岩性、土壤和水（地表水、地下水）等因素密切相关。例如青海省碘缺乏病、慢性氟中毒病和大骨节病区绝大多数分布在东部黄河干支流第三纪（古近-新近纪）河谷盆地内。在水平方向上，病区具有沿不同河段分布的特点；在垂直方向上，病区具有与地形地貌垂直分带相一致的分布规律（陈梅芬，1994）。

地质构造控制着山崖岩石的分布，由于各地山崖岩石的不同，其危害性矿物对各地区人的身体影响是不同的。因此引起了地方疾病呈区域性或地区性分布，如地氟病病带范围与氟异常等值线区基本吻合。我国主要分布在大兴安岭和云贵高原经向构造带与燕山和祁连山秦岭两个东西向构造带交切形成的十字交叉状部位（罗卫等，2004）。

我国地球化学工作者在生态环境领域最早进行探索的就是地方病研究。从20世纪80年代初期开始，我国勘查地球化学工作者利用第二代区域化探资料，进行了农牧业、环境和地方病等领域的研究。如贵州邓峰林（1980）、湖北童霆（1982）和福建蔡以评（1988）利用水系沉积物测量地球化学资料进行区域环境质量评价；中国地质科学院地球物理地球化学研究所孙天蔚等（1989）研究了冀东地区1∶20万水系沉积物元素分布与农作物产量和地方病等之间的关系；中国地质科学院地球物理地球化学研究所朱立新等（1993）在浙江杭嘉湖平原区1×104 km2 的范围内，系统地开展了农业和环境地球化学调查和研究。全国多目标区域地球化学调查和生态地球化学评价的实施，突出地展示了现代地球化学为社会经济发展和人民健康服务的功能和效用。通过对平原、河谷及盆地地区的系统调查和专题评价，存在的生态和环境问题及生态优势潜力得以查明，城乡土、水、气状况及地方病等问题都得到了系统的研究和评价，为国家经济建设和可持续发展提供了科学依据。