气候变化对水循环的影响范文1
关键词 气候变化；人类活动；水文水资源；研究；影响
中图分类号P46 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0133-02
0引言
随着社会的进步，我们赖以生存的环境也在遭受着极大的破坏和污染，自然环境正在一点一点的被“腐蚀”。根据相关人士的记载，在过去的60年里，世界的平均气温升高了0.74℃。是什么原因导致气温升高的呢？归根结底为人类活动和气候变化。如何协调人类活动和自然环境之间的平衡？这已成为如今社会研究的热点。
1 气候变化及人类活动与水资源的关系
气候变化直接影响水文循环的现状，导致水文水资源在时空上的重新分配和在数量上的改变，从而影响社会的发展和人们赖以生存的生态环境。气候变化对水资源的影响主要表现在3个方面：1）随着气温的升高，使得土壤中的水分蒸发速率加快，地表水渗入速率也随之加快，从而改变了生态系统抵抗外界环境干扰和保持系统平衡的能力；2）径流量大小，降水时机的改变，降水强度的改变，旱灾、洪灾的频率与强度的扩大、水汽循环加速或减缓等因素；3）水资源相关项目不合理的规划和不科学的管理所引发的影响，如土地利用方式的改变，径流特征的改变导致海平面上升，水资源的分布变化。同时，也影响了人类生活的空间格局，从而改变了水资源供求关系以及人口迁移模式。所以，研究气候变化对水资源的影响对于分析流域或区域水文水资源的循环和演变规律等有重要的实际意义[1]。
人类活动直接影响着水文循环，也直接的干预着水文循环。由于人类大规模的活动使得流域下的垫面条件发生改变，导致蒸发的时空分布发生改变，也使得地下含水层的补给发生改变，从而影响水文循环。尽管人类活动的范围是局部的，但是影响强度是非常大的。与此同时，由于社会的高速发展，工业的迅速崛起使得大气中的化学成分发生改变，还有汽车行业的兴起，严重的影响了大气中的化学成分。尤其以CO2等温室气体最为严重，汽车数量的增加，引起温室气体浓度的增加，导致全球气温升高，蒸发量加大，最终导致水文循环发生改变。所以，研究人类活动对水资源的影响对于探讨流域水资源综合开发利用、开展建设节水型社会等都具有十分重大的意义[2]。
2 人类活动对水文水资源的影响研究
随着社会经济的高速发展，使得人类改造自然的力度不断的增加，人类活动对自然环境的影响逐渐增大，己成为目前研究的的一个热点话题。人类活动主要包括土地的开发利用、农作物灌溉、植树种草、建闸建坝、煤炭开采、修建水库、工业耗水、地下水超采和水土保持等等。研究证明人类活动的水文水资源效应具有双向性，因此对于人类活动对水文影响的定量计算就显异常的艰难，只能作估算或者定性的分析。一般来讲，估算的常用方法有3种： 1）根据水量平衡原理，建立水量平衡的物理或数学模型，变动模型中某项因素，估算该项因素受人类活动影响的单独效应；2）根据长期水文观测资料，使用统计方法进行对比分析和估算；3）流域水文模拟。根据早期的资料估算流域水文模型中的参数，通过模型推算人类活动影响之后的流域水文过程，再与实际数据对比。虽然以上方法可以定性的分析人类活动对水文的影响，但是准确性不高。由于上述研究只是利用数据对比分析法研究人类活动对水文水资源的影响，可信性不高，所以要研究更合理有效的方法提高准确度[3]。
3 气候变化对水文水资源的影响研究
气候变化对水文循环和水资源系统的影响是非常大的。气候的变暖使得水循环过程加剧，驱动蒸发量的增大和降水量的改变等水文水资源要素的改变。气候的变暖也改变了区域水量的平衡，增强了水文极值事件的发生频率，严重的影响了区域水资源分布。到目前为止，气候变化对区域径流的研究结果一般包括：径流量增大与减少；径流量的季节性变化在国内研究气候变化对流域水文的影响多采用分布式水文模型，为了模拟全球气候变化对水文的影响，一些外国的科学家常用的方法都是依据某个流域的径流和气候的早期数据，找出径流和气候因子之间的潜在关系。也有一些科学家利用一些指标，通过定量的分析得出气候因子的改变带给径流的敏感性。这些方法的可信度都不高，存在着许多的不足之处，比如只能通过径流和气候早期记载的数据，这对于以后的气候检测就不适应了。现在，可信度最高的方法是采用全球气候模型。这种模型通过模仿不同温室气体在排放情况下变化，运用降尺度法作为全球气候模型的输入，通过全球气候模型模拟气候变化带给水文水资源的影响。虽然这种方法的可信度高，但是由于步骤多，误差大，使得地区和全球的气候变化情况存在非常大的的差别。所以，有了地区气候模型。地区气候模型的可信度更高，精度更准确，并且还能了解气候变化在流域地区的时空分布。虽然人们已经探索出气候变化是影响水文要素的变化的原因之一，但是也能通定性的估计，并不能定量的估计气候变化对水文水资源的影响。因此，不能停留在定性估计这一层面，还应该向着更高的定量方面探索[4]。
4 结论
气候变化和人类活动对我国水文循环和水资源系统已经产生了非常大的影响。由于社会的不断发展和世界人口的增长，与水资源有关的一系列问题逐渐的明显起来，这严重的制约着国家的经济发展。如何解决水资源问题将成为国家的头等大事。就目前的情况而言，我国在区域气候预测，陆—气模型耦合，情景生成技术等方面与国际之间的差距非常明显。所以，我国有必要加强气候变化对水文水资源影响的基础理论研究， 提升对水资源脆弱性、敏感性研究成果的可靠性。结合我国的实际情况，提出相应的的方针政策， 全面做好水资源的管理工作，为走可持续发展道路铺下坚实的基础。
参考文献
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[2]刘昌明.21世纪中国水资源若干问题的讨论[J].水利规划设计，2002.
气候变化对水循环的影响范文2
【摘要】：近年来，全球经济社会都得到了快速发展，人类活动的增多对自然环境产生了较大的影响。在全球气候变化的大背景下，全球水文与水资源也出现了变化。基于此，研究全球气候变化对水文与水资源的影响，对维护生态平衡与水资源保护，都具有至关重要的作用。本文立足全球气候变化实际，探析水文与水资源的发展变化趋势，并提出行之有效的保护策略。
【关键词】：气候变化；水文；水资源；气象研究
自从工业革命以来，人类活动对于自然环境产生了深刻的影响。以全球气候变暖为最主要特征，全球气候呈现出深刻的变化，并突破了传统的地域性限制，演化为全球共同的问题[1]。全球气候变化对水文和水资源产生了巨大的影响，在不同地域，水文和水资源分布受到全球气候变化的巨大影响，进而影响到人类经济社会的发展。在全球气候变化背景下，水文和水资源问题是重要的科研问题，同时也是重要的社会问题，探寻有效的保护路径，是现代环保领域的重要课题。
1、全球气候变化对水文和水资源的影响
1.1对水循环产生的影响
水是地球生命诞生的基础，也是人类赖以生存的基础。在全球生态系统中，水资源系统是最为重要的组成部分，对全球气候和人类活动都产生直接的影响。水资源是一个体系性的系统，对气温、大气环境等都会产生直接的影响。随着全球气候变化的深入，水资源变化也反作用于人类，并直接影响到水循环系统。基于此，全球气候变化对水文和水资源产生了深刻影响，并制约了人类水资源的利用情况。
1.2对水资源的影响
作为一种循环资源，水资源是一种重要的生存资源。在资源分布上，水资源分布具有不平衡性，全球气候变化的深入推进，更是加剧了这种不平衡性[2]。从人类利用角度来看，水资源具有循环性特征，但是全球气候变化可能打破这种循环平衡，当水资源平衡遭到破坏以后，对于人类生产、生活都将产生重要的影响。水资源通过蒸发、降水等方式，实现水资源的平衡与再利用，但是全球气候变化却打乱了这种平衡，对水资源的管理与开发产生深刻的影响。
2.3对供水的影响
全球气候变化对于供水产生深刻的影响。举例来说，随着全球气候变暖的加剧，全球降水分布会发生变化，导致洪涝灾害产生，同时干旱地区将更加炎热缺水，造成水资源的不平衡性，进而对于供水也将产生更强烈的影响。在这样的背景下，探寻全球气候变化对于供水的影响，是现代环保领域研究的重要课题，也是关系到人类生存和发展的重要课题。探寻全球气候变化对供水的影响，并探索其中的规律，可以总结出科学策略，指导水库、水电、水质等工作，提升水资源利用水平。
2、减小全球气候变化对水文和水资源的影响策略
2.1强化水资源供需与管理
在全球气候变化的大背景下，强化水资源的利用与管理水平，对于维护生态平衡具有至关重要的意义。随着全球气候的不断变化，水文和水资源特征也产生了较大变化，在这样的情况下，有针对性的分析水文和水资源分布特征，并根据不同地区气候变化特点，总结出相应的管理和利用方式，对于维护全球水平衡具有十分重要的意义[3]。强化水Y源的利用与管理，要建立水资源利用与管理体系，通过全球化的制度构建，提升水资源的利用效率，保护水资源在全球范围内的稳定，避免水文和水资源的系统性风险，进而应对全球气候变化对于水文和水资源产生的不利影响，适应当代环境和经济社会的发展需求。
2.2加强节水高效利用
在全球气候变化背景下，要应对全球气候变化带来的不利影响，必须加强节水工作，通过水资源的高效利用，保护水资源，提升水资源的利用水平和效率，实现水资源保护目标。保护水资源主要由于两条路径，一是保护并提升水资源的利用率，主要是通过节约用水、采用节水型用水方式等方式实现；二是减小污染物排放，加强污水处理及排放的监管，特别是对水资源污染严重的能源行业，减小水资源的污染。强化提升水资源利用效率，寻求有效的水资源保护方式，对于人类的可持续发展，具有至关重要的作用[4]。相关水文和水资源保护部门，要加大宣传力度，鼓励全社会参与到水资源保护工作中来，让社会公众养成环保意识，通过深入的宣传教育，提升水资源保护的科学性和规范性，实现水资源保护目标。
2.3完善相应的法律法规
在全球气候背景下，强化水文和水资源保护水平，要完善相应的法律法规，建立相应的制度保护体系，提升水文和水资源保护的总体水平，提升水资源保护效率。随着全球气候变化的深入，水文和水资源保护问题已经成为重要的社会问题，要不断加强体制改革，提升水资源管理的规范化和科学化，推动水资源保护工作不断提档升级，通过制度的有效约束，形成相应的保护体系，进而减小全球气候变化对于水文与水资源的影响，并为相应保护工作提供法律依据和法律武器[5]。
2.4践行环境保护理念
人类活动的加剧，造成了全球气候变化的局面，在这样的背景下，要强化水文和水资源的保护利用水平，必须践行环境保护理念，对于自然环境心存敬畏，通过自身的实际行动，提升环境保护水平。在实践工作中，要注重日常环保工作，提升防灾减灾能力，科学应对水文和水资源问题。水文和水资源系统具有体系性特征，发挥着“牵一发而动全身”的作用。因此，要形成全局化的环保理念，提升水文和水资源保护工作总体水平。
结语：
综上所述，在全球气候变化的大背景下，水文状况与水资源分布也发生了变化，探寻水文和水资源变化的规律，对于环境保护、水资源开发利用乃至社会经济的发展，具有至关重要的意义。在全球气候变化的大背景下，寻找并落实保护水资源的有效方式，是当代水文水资源工作长期面临的重要课题，需要政府部门、水文与水资源专家和社会公众的长期共同努力。
【参考文献】：
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气候变化对水循环的影响范文3
地球外圈：大气圈，水圈，岩石圈、生命圈
在人们关注地球环境，关注全球气候变化的时候，不妨先了解一下我们居住地球外圈的结构，从而更容易理解地球环境的变化。科学家研究证明，人类居住的地球外圈由四部分组成，即大气圈、水圈、岩石圈、生命圈。科学家相信，在地球的内圈，有地幔圈、外核液体圈、固体内核圈，在地球外圈和内圈之间，还有软流圈等，所以，地球有8个圈。不过，地球的内圈构造只是科学家们的猜想。
大气圈，是指包裹在地球表面之外的大气层。靠近地球表面的为对流层。对流层的厚度从海平面至上约10.5千米。由于受到太阳的照射，对流层能大量吸收红外热能，地球表面纬度不同，受热不均匀，在地球表面形成高压带和低压带。同时，因为受热，大量吸收地面上的水气，并使地表温度升高。由于对流层气圈内含有大量的水气，受地域、温度和压力差异等因素影响，含有大量水气的混合气体又随区域、高度和季节变化而变化，形成地球特有的水气循环：平流层是在对流层上至50千米的高度。平流层与对流层有所不同，这里水气极少，而臭氧极为丰富，能大量吸收紫外线。目前，人们已经对对流层和平流层中的一些天然物质和人工物质的互相作用以及循环过程有了较详尽的了解。与此同时，逐步认识大气环流、洋流系统以及了解云、降水的形成，大气混合过程和太阳辐射收支变化的规律。当然，充分认识和了解大气化学及其对气候的影响作用也是科学家们最为关注的课题。
水圈，是指地球表面水的总称。在水圈里，海洋占据了它的绝大部分――地球表面的70.78％被海水覆盖着。海洋作为水圈的重要组成部分，与大气圈、岩石圈以及生命圈，相互依存，相互作用，在全球环境与气候变化中扮演了至关重要的角色。其主要表现：海洋是水循环主要推动力，它提供了影响地球环境的绝大部分湿气，如果没有水圈，或者说没有海洋，地球将会和太阳系其他星球一样到处弥漫着二氧化碳，酷热难耐，一片干涸。地球水循环的形成，是因为海水在接受太阳光的照射后，其照射强度不同，形成气温、气压的差异，太阳的照射激活了水体的表面，从而形成了洋流和海浪，形成了大气环流。海洋影响全球气候的唯一方式是将热量输送到不同地区，可以说，不依靠空气，海洋也能把热量从低纬度输送到高纬度。洋流为地球输送了热量、氧气、营养盐，为动植物生命的诞生与繁衍提供了条件。
海气相互作用：厄尔尼诺、沃克环流，南方涛动
要了解全球气候变化的基本特点，就要深入了解海―气边界上的物理、化学变化的过程。在海一气边界层面上，大气赖以维持其循环的绝大部分的热能来自于海水，来自水气的凝结。也就是说，它是海水受到热辐射蒸发形成水气而发生的。而这些气体的浓度，在很大程度上取决于海水的盐度、温度、气压等条件。
1997～1998年，发生了强烈的厄尔尼诺现象。这种天气异常变化至少已经有5000年的历史，大约每隔2～7年发生一次。南美洲西海岸地区原属干旱型气候，但在圣诞节到夏季来临之前，却一反常规，雨量激增。异常天气的出现，导致冷水性鱼类锐减，渔民蒙受巨大损失。地处南美洲西海岸的秘鲁对此感受优为明显。科学家观测到，每当厄尔尼诺发生的时候，秘鲁外海水域海水温度意外升高了。这便是海水温度对气候影响最典型的证据。
科学家还发现，厄尔尼诺的出现与消失，又是一个被命名为“沃克环流”的大气环流圈变化的结果。“沃克环流”是由英国气象学家吉尔伯特-沃克于1923年首先发现的。当年，在太平洋西部的印度尼西亚附近出现低气压区，而在太平洋东部靠近南美洲附近地区，则存在一个与之对应的高压区。这样的东高西低气压分布，非常有助于信风自东向西流动，并带动赤道洋流向同一方向流动，将大洋表层的温暖海水，带向印度尼西亚地区，使这一海域形成巨大的“暖池”。高温“暖池”形成，便产生了上升气流。与此同时，从东边吹过来的信风，刚好补充该地区由于产生上升气流后出现的空间。所以，空气在低空由东向西流动。但是在高空，情况正好相反，气流是由西往东反向流动，至使赤道太平洋东部较冷水域在上空发生沉降，形成东西向的环流。沃克的这个发现，被人们命名为沃克环流。
然而，在有些年份，情况也会发生变化，出现西高压，东低压的异常情况。已经盛行的信风，由此减缓，甚至会停止。于是，发生了自西向东逆向运动的情况。此时的赤道洋流，也跟着变化，随之减弱，或是改变其方向。“暖池”中的海水，开始向东流动，加大了南美洲沿岸暖流的深度，抑制了秘鲁寒流的上升，于是表层海水温度出现升高的情况。结果是，该海域的鱼类和其他海洋生物无法获得寒流携带的营养盐生物群，势必造成冷水性鱼类的减少。大气也随之发生变化，海面上空向南移动的空气开始变暖，同时，给南美带来大量水气，降雨量增加，南美沿岸地区暴雨成灾。当地人的直接感受是，厄尔尼诺发生了。
有时候，在太平洋西部地区，也会发生低压区的气压会进一步下降，而东部的高压区的气压再度升高。受其影响是，信风和赤道洋流的流动速度加快。赤道洋流带去的暖温气体，使得当地暴雨成灾。结果是南亚地区洪水泛滥。而更为让人感到困惑的是，南美地区出现旱灾天气。这种现象，被科学家称之为“拉尼娜”现象。事实上，“尼尔尼诺”现象是包括与之相反的“拉尼娜”现象在内形成的较长气候变化周期的一部分。所以，科学家将整个周期叫做“厄尔尼诺一南方涛动”。气压分布的这种周期性变化，被称之为南方涛动(ENSO)。
更为有趣的是，在大西洋的北部，人们发现另一个北大西洋波动的循环，就是北极涛动(AO)。北极涛动是发生在北极和大约北纬55。地区之间的地面大气压力的周期性变化。位于北纬55。的地区有美国的阿拉斯加洲的南部、苏格兰的格拉斯哥和俄罗斯的莫斯科等。在北极上空处在高压时，北纬55°就会出现低压，反之亦然。科学家还无法找到发生北极涛动确切的原因，但是，它的发生与海面温度的变化有直接关系。海洋影响气候取决于海水运动和海水的温度。因为海水具有很高的热容
量。今天，不论是厄尔尼诺的发生，还是拉尼娜现象的出现，人们都无法进行有效预报。这证明，人们对海气相互作用的机理还在探索之中。
环境忧虑：温室效应，海平面上升，灾害频发
人们关注厄尔尼诺的另一个理由是，在厄尔尼诺发生之后，赤道太平洋海域的二氧化碳要比正常年份增多了许多。显然，在赤道太平洋表层与大气之间所发生的二氧化碳的自然交换动态平衡被打破了。这种交换失衡，可能更有研究价值。特别是在赤道附近的广阔海域，由于地理条件特殊，这一海域可能是二氧化碳最重要的排放源头之一。
那么，为什么在发生厄尔尼诺期间，这一海域排放二氧化碳要比平时多呢?科学家的解释是，这个地区由于温度差或者洋流分岔等原因造成了海水上升流，把含有丰富的二氧化碳海水，带到洋面表层水域，在洋面上进行自然交换。通常这种自然交换是匀衡的。然而，在发生厄尔尼诺期间，上升流明显减弱，因而二氧化碳的自然交换也相对减少。其减少幅度很大，大约为30％～80％。二氧化碳是温室效应的主要气体之一；海域出现超量的二氧化碳，这一趋势是非常值得关注的。因为，海水中的二氧化碳含量变化，对大气中的二氧化碳含量的改变有着显著影响。
在过去的半个多世纪中，大量的温室气体――二氧化碳、甲烷、氮氧化物、氯氟烃被排放入大气层，形成了科学家们称之为“温室效应”。据联合国气候变迁专业组的调查报告称，近半个世纪，全球温度比工业化前增长了0.6℃，如果按现在人们向大气排放废气的速度继续增长，再过50年，温室气体的浓度将达到前工业化时期的两倍以上，这将导致全球平均气温升高2.5℃。陆地气温可能升高达4℃。这个升温幅度，看起来并不算大，但是，这个升幅可能超过数百万年以来地球气温变化的任何时期。不要忘记，当年地球气温升高4℃，导致了整个冰河时代的结束。
温室效应的另外一个有害结果是，地球南北极的冰川融化，造成的海平面增高。有学者称，北极的冰川将消失50％，南极的冰盖也在大面积的消融之中。全球气候变暖，对生命的影响是巨大的。如果人们不采取措施，在未来的数十年中，极端气候可能会增加，暴风雨、洪水、干旱、沙尘暴、海啸、海岸决堤、海水入侵、森林枯死，粮食减产等将发生在人们的面前，农业面临巨大危机、全球经济有可能出现崩溃的危险。
气候变化对水循环的影响范文4
关键词：循环化学；研究；特点
近些年来，循环化学研究越来越深入，研究的领域也越来越广泛，使得循环化学科学取得了非常大的成就。循环化学主要由三部分组成，一部分是有机循环化学，一部分是无机循环化学，最后一部分是生物循环化学，本文是就生物循环化学为了，来研究循环化学的进展。
一、研究特点
在我们对循环化学进展进行研究探讨之前，我们先了解一下循环化学的研究特点，也便我们能够更深刻的理解循环化学，对生物循环化学来说，其研究的主要特点如下：
1、时空布局不唯一。众所周知，对生物循环化学的研究是没有固定的时间和空间规定的，因为生物循环研究的时空范围非常的广阔，不能明确给出时空范围，否则就限制了其研究的发展。从时间角度上说，生物循环化学的研究可以以昼夜天数为单位，也可以以季节为单位，甚至可以以世纪为单位，根据研究的物质不同来确定不同的时间尺度，从空间角度上说，生物圈与大气之间的交换也是其研究的范围，在研究这个问题的时候，所涉及的空间领域非常广泛，不能有固定的空间限制。
2、生态类型丰富。与传统的生物循环化学研究相比，现代的生物循环化学研究类型更加的丰富，这主要是因为开发出了更多的生态类型。目前的生态类型研究项目主要是以纬度划分为标准的，比如寒带、中纬度、热带等等，如果研究的物质是同一区域并在属于同一系统，这研究起来就比较方便简单，可以直接在实验站点上进行研究即可，如果不属于相同的生态系统，那么，研究就需要在过度样带上进行。
3、气候变化与之联系密切。生物循环研究的最重要的特点就是要考虑气候变化，而且气候变化对研究结果有很大的影响，如果在研究的时候，没有充分的考虑到气候的因素，那么，研究结果势必会造成误差，也就不能为后期的研究提供有效的数据。
二、生物循环化学主要研究进展
上文中笔者简单的概述了生物循环化学研究的主要特点，无论是哪种类型的循环化学研究，都具有一定的研究特点，相关的研究人员要根据研究的类型，来选择合适的研究方式，这样才能取得最佳的研究效果。那么，生物循环化学研究的具体进展如何呢？笔者总结如下：
1、碳、氮、硫、磷循环的耦合作用
虽然现代社会含碳气体的释放量越来越多，理论上讲，碳气体释放量的增加，羟基OH的浓度应该变小，但是实际情况却恰恰相反，不仅没有减少，还在不断地增加，这就说明碳、碳、氮、硫、磷气体在循环的时候存在着很强的耦合作用。即一氧化氮释放通量的增加促使羟基增加。也正是这种元素循环间的耦合，使人们认识到早期采用的简单化的气体“辐射增量”（radiative forcing）和气体寿命不是常数，而是随时间变化的，也随其它气体浓度变化而变动，因此不宜用于决策。
2、氮的化学反应与过程的前沿研究领域
氮的化学反应与过程的前沿研究领域有：氮与其它元素间的耦合作用，氮和碳、硫、磷等元素在生态系统循环过程中有耦合作用，因为这些元素均是组成生物体的重要元素。但由于土壤中有机质N与S一般未经鉴别，也不确定，因此它们的降解途径很少为人认识。这样就不容易模式化。又如水域富营养化，不仅氮与磷的循环耦合，有些碳的化合物能抑制水华的繁殖，改变氮的循环途径；）氮化合物在地下水和深层海底沉积物中的反应过程，需要长期观察和研究。
3、硫的转化传输过程
硫的生物地球化学循环研究一直比较活跃，这是由于酸沉降、温室效应乃至臭氧层耗损均与硫的污染有直接或间接的关系。其前沿研究领域有：含硫有机物对大气氧化容量的影响。有机硫在大气中的氧化主要是通过羟基自由基氧化为二氧化硫，再经均相光氧化、多相氧化及催化、氧化形成硫酸盐。硫与羟基的反应是消耗羟基的，因此是全球大气氧化容量研究所关注的；硫与其它元素循环间的耦合作用，以往的工作常孤立地研究硫本身的环境化学过程，但实际上各元素的环境化学过程是相互影响的。自然和人为释放的气态硫化合物，被氧化成硫酸盐气溶胶。其氧化速率与大气中OH自由基、氮氧化物乃至烃类浓度均有关。换言之，硫的环境化学过程与碳、氮、过渡金属间有耦合作用。又如湖沼中硫酸盐和有机质共存时，硫还原菌获得充足的营养物而活跃，导致H2S和DMS（二甲基硫醚）的释放加剧。海水中OCS的形成机理更不清楚，估计生物体只提供硫有机物，而是靠光解或OH转化为OCS；多相反应研究是薄弱环节。以往，人们对臭氧层破坏机理的认识主要来自均相（气相）反应的研究结果，只是到近几年才考虑冰微晶的贡献。至于OCS在平流层转化成硫酸盐气溶胶对臭氧的定量影响才刚开始研究。实验室测定这种多相反应速率常数也是很难的。甚至OCS在各种界面上的吸附过程均很少报道。
4.4 磷的循环
因为磷的气态化合物PH3在空气中不稳定，所以磷经过大气圈的循环通量不大。但一般人们还沿用循环这一词，主要指的是从土壤通过径流进入河湖海洋，其中部分颗粒磷沉入海底。鉴于磷常是生物生长的限制因素，它的迁移量和库存量会直接影响碳、氮、硫的循环。因此磷与其它元素的耦合作用不可忽视。
4.5 城市生态系统元素循环的过程研究
城市生态系统的元素循环，是近年来尝试在素循环中加以考虑的。按照定义，城市生态系统的“代谢过程”系指城市生态系统中物质输入和输出的总流通率，也就是在城市人口（非农村人口）居住地内各种可更新与不可更新的资源的消费率以及废弃物的产生率（包括气态、液态和固态）。在元素循环中，城市生态系统的代谢指的是输入城市的含碳、氮、硫、磷的原料、燃料、食物流通率以及人畜和工业消费后输出的含碳、氮、硫、磷的气体、污水、垃圾、废渣、排泄物等，还包括输往农村的含碳、氮、硫、磷的化肥农药。
三、结语
综上所述，可知循环化学研究进展非常好，本文虽然以生物循环化学研究为例，但从中可以看出整个循环化学研究的进展，随着我国循环化学研究技术的发展以及相关循环化学研究人员的培养，我们有理由相信，我国的循环化学研究会更加的深入，会取得更多的成就。本文是笔者多年的循环化学研究经验的总结，希望为相关循环化学研究人员提供借鉴，为我国循环化学研究技术的发展提供参考。■
参考文献
[1] 陈荣，梁文平. 我国无机化学研究最新进展[J]. 中国科学基金. 2002（04）
气候变化对水循环的影响范文5
关键词：气候变化；土地利用/覆被变化；情景分析；水文效应；SWAT；古浪河流域
中图分类号：P343 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0042-05
流域水循环是一个复杂的过程，主要受气候、流域物理特性和人类活动的影响[1]。全球气候变化将引起气温变化和水文循环强度改变，人类活动主通过改变土地利用/覆被变化，从而影响水文循环过程。在气候变化的水文响应方面，冯夏清等[2]应用SWAT模型研究了嫩江水系乌裕尔河流域气候变化的水文响应，说明气候变化对径流量影响较为显著；夏智宏等[3]在汉江流域水资源气候变化响应的研究中指出，气候变化情景下径流变化较实际蒸散发的变化明显；于磊等[4]以漳卫南运河流域为研究对象，以流域径流量、腾发量和产水量三个指标探究了不同降水和气温交互作用情景下气候变化对中尺度流域水循环的影响。在土地利用/覆被变化的水文响应方面，Wenming Nie等[5]基于分布式水文模型SWAT在子流域尺度上运用回归分析的方法量化了不同土地利用/覆被方式对水文要素的影响；李恒鹏等[6]定量评估了土地利用变化对产流量的影响，并分析了产流量增加的区域差异。以上这些研究在探索气候变化和土地利用/覆被变化的水文效应时，主要以年为时间尺度，很少涉及水文效应的季节特征，且研究范围局限于湿润气候地区。
[HJ1.8mm]然而，全球气候变化和土地利用/覆被变化对局部地区水文循环的影响随着区域地理条件、气候条件等的不同而有很大不同：在湿润地区，即使是极端的土地利用变化对局部水量平衡也只引起相对较小的变化[7]，而在干旱半干旱且人类活动十分剧烈的生态脆弱地区，局部水文循环对气候变化和土地利用覆被变化则更为敏感。另一方面，干旱半干旱地区气候变化和土地利用/覆被变化（LUCC）的水文效应在年内分配也是极不均匀的。因此，在不同的时间和空间尺度上定量评估干旱半干旱地区土地利用方式和气候变化的水文效应，并分析其年内年际变化规律，对于流域水资源管理和利用具有十分重要的现实意义。[HJ]
1 研究区概况
石羊河是我国西北干旱半干旱地区的主要内陆河之一，发源于祁连山，消失于民勤盆地，包含的行政区主要有4市9县（区）：白银市的景泰县，武威市的凉州区、民勤县、古浪县、天祝县，金昌市的金川区、永昌县以及张掖市的山丹县、肃南县。石羊河有支流：古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河于武威城附近汇成石羊河干流，经红崖山水库后消失于民勤盆地；西大河及东大河部分汇成金川河，经过金川峡水库后进入金昌盆地，大靖河主要分布在古浪县境内。在社会状况上，石羊河流域是我国西北内陆河流域灌溉农业发展最早、社会经济发达、人口密度最大、水资源开发利用程度最高、水资源供需矛盾最突出、生态问题十分严重的区域[8]。气候条件上，石羊河流域深居西北内陆，属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足、温差较大、降水少、蒸发强烈[9]。古浪河流域南部在天祝藏族自治县境内，是开发较少的天然林地；北部则位于古浪县境内，人类活动较为剧烈，是石羊河流域的典型流域。因此，本文选择古浪河流域作为研究对象。
古浪河共有黄羊川河、萱麻河等7条支流，通过红水河流入石羊河干流，进入民勤盆地，流域面积约876 km2。古浪河流域的气候特征具有石羊河流域的典型特征，干旱少雨，蒸发强烈。
2 SWAT模型构建
本文选择分布式水文模型SWAT来研究气候变化和土地利用变化的水文效应。SWAT模型是由美国农业部研究服务中心（USDA-ARS）开发的流域尺度的分布式水文模型，其主要作用是模拟和预测农业、土地管理等对水量、泥沙、水质等的影响。SWAT模型是连续的基于物理机制的日尺度模型，可以直接输出各水文要素的数量及空间分布，因此，在研究气候变化和土地利用/覆被变化的水文效应上具有独特的优势。在SWAT模型中，一个流域被分为多个子流域，每个子流域又根据特定的土地利用、土壤特性和坡度组合划分为多个水文响应单元（HRU），同一个HRU内部水文特性被认为是相同的。HRU是SWAT水文计算的基本单元，每个HRU满足水量平衡，子流域的产流为各HRU产流之和，每个子流域的产流又遵循一定的规律汇流至流域出口[10]。
[JP2]SWAT模型所需要的数据主要有流域的数字高程模型（DEM）、土壤分布及土壤属性数据、土地利用数据、日雨量数据及相对湿度、日最高气温等气象数据。本文所用DEM来自Aster Gdem 30 m分辨率数据，经过影像校正和裁切；基准期土地利用数据通过2002年Landsat TM遥感影像数据解译得到，并认为在模拟期土地利用/覆被的状况不发生变化；土壤数据来自中国科学院南京土壤研究所1∶100万全国土壤数据库，土壤属性数据由SPAW等软件计算得到[11]；降水数据来源于流域内8个雨量站2000年-2005年的降水数据（见图1），其中牛圈沟、崖头、头道沟、天祝、马家台、张家墩、古浪为月降水量，乌鞘岭为日降水量。因为SWAT模型要求输入的降水数据为日降水数据，因此，本文认为其它7个雨量站具有和乌鞘岭站相同的月内降水分布，从而生成日降水数据；气温、平均风速、最高最低气温、平均湿度数据来自于乌鞘岭气象站日观测数据，太阳辐射参考相关文献计算得到[12]。
对于土地利用/覆被变化的水文效应，常用的情景分析方法有参照对比法、历史反演法、模型预测法、极端土地利用法和土地利用空间配置法[15]。本文将综合极端土地利用法和模型预测法，对研究区域土地利用/覆被变化的水文效应进行探讨。土地利用变化情景的设计主要考虑三种情况：退耕还林/还草、继续开垦耕地、极限土地利用（即某一种土地利用方式为主体），共设置八种土地利用情景：情景1是现状土地利用，即2002年的土地利用状况；情景2是退耕还林，即将坡度大于等于25%的耕地全部退为有林地；情景3是将坡度大于等于25%的耕地退为草地；情景4是人口增加，继续开垦耕地，将坡度小于25%的草地和林地都开垦为耕地；情景5认为流域内除了水域、农村居民点及裸地之外都是林地；情景6设置为流域内除了水域、农村居民点及裸地之外都是草地；情景7则是流域内除了水域、农村居民点及裸地之外都是耕地；情景8设置为流域内除了水域就是农村居民点和裸地。设计情景下各种土地利用所占比重见表2。
半干旱地区蒸散发和地表径流的影响，并分析了该影响的年内变化规律。结果表明，气候变化和土地利用/覆被变化对蒸散发和地表径流的影响具有很强的季节特征，夏秋两季的变化幅度相对于冬春更大一些。降水增加（减少）将使得夏季的蒸散发量增加（减少），冬季蒸散发量减少（增加），降水增加（减少）会引起地表径流相应地增加（减少）；温度升高则会引起蒸散发增加，地表径流减少，且地表径流的减少集中在4月、5月份；林地和草地的增加都具有增加蒸散发、减少地表径流的作用，且林地的影响幅度更大一些；耕地增加则导致蒸散发减少，径流增加；农村居民点或裸地增加则会大幅增加蒸散发和地表径流。
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气候变化对水循环的影响范文6
土壤湿度是陆地水循环的关键环节，也是陆地和大气之间水汽和能量交换过程中的重要因子。长期以来，科学家们对土壤湿度在气候系统中的作用已经开展了大量的研究，但也存在一些尚未解决的问题;其主要原因，是土壤湿度观测资料极为缺乏。王国杰介绍说，近几年，国际水文与遥感学界致力于利用卫星遥感手段提取陆面土壤湿度，欧洲的科学家已经开发出了较为完善的微波辐射传输遥感模型，利用美国、欧洲、日本的极轨卫星资料，发展了最近30年的日分辨率的全球土壤湿度。但是在这其中，中国的遥感资料和产品并没有参与进来。意识到这一情况，王国杰不畏艰难，毅然决定利用中国气象局的风云三号气象卫星资料开展研究，参与到多国遥感合作项目中，扩大中国卫星产品的国际影响。
目前任教于南京信息工程大学地理与遥感学院的王国杰，2007年就获得中国科学院水文学博士，2011年获得荷兰阿姆斯特丹自由大学气象学博士，凭借深厚的专业积累和多学科背景，将工作着眼于土壤湿度产品的研发及其在气象预报和水文预报等领域的应用，致力于实现水文学与气象学的结合。每一个科研新项目都源自过往的积淀，对他来说更是如此，在多年的工作中，他脚踏实地、勤勤恳恳，用辛劳和汗水筑牢了科研的根基。
推动中国卫星产品参与国际合作
2013年，王国杰开始进行教育部国际合作项目“利用中国风云三号气象卫星遥感资料提取陆面土壤湿度”的研究。基于中国气象局风云三号气象卫星微波遥感资料，王国杰与荷兰合作方进行密切合作，采用合作研发的陆面参数遥感模型（LPRM）提取土壤湿度。LPRM模型是一个较为成熟的辐射传输遥感模型，在国际上有很高的知名度，已经被应用于多颗卫星资料来研发全球土壤湿度产品，包括SMMR、SSM/I、TRMM、AMSR-E、WindSat、AMSR-2等。利用成熟的土壤湿度反演技术和风云三号气象卫星微波亮温资料，王国杰已经研发了空间分辨率为25km、时间分辨率为12小时的全球土壤湿度产品，效果极优;并且基于WebGIS技术搭建了数据服务器，成立“信大遥感数据网”（http：//），供全球用户在线浏览、查询和下载土壤湿度数据。目前，这一产品已经用于国家自然科学基金委中德科学中心“中德合作组项目“水资源综合管理：模型模拟到适应措施”的工作之中。
王国杰介绍说，利用风云三号B星和最近发射的风云三号C星资料，可以把土壤湿度产品的时间分辨率提高到6小时;利用风云气象卫星多载荷融合技术，可以把土壤湿度产品的空间分辨率提高到1km。提高风云卫星土壤湿度产品的时、空分辨率，是王国杰研究工作的一个重要方向。
通过这一系列的工作，王国杰为后续的水文气象过程研究提供了高质量的基础数据。与此同时，他也与荷兰阿姆斯特丹自由大学、澳大利亚新南威尔士大学和美国NOAA的土壤湿度遥感团队建立了长期、紧密的学术联系，为今后的进一步研究奠定了基础。
揭秘东亚季风区降水机制
东亚季风区是我国人口最稠密、经济最发达的地区。在过去30年来，随着全球气温变暖，东亚季风区极端降水的频率和强度显著增加。极端降水所导致的洪涝灾害，对社会经济和人们生活产生了重要的影响。这使得人类对水资源的调控及洪水风险管理，对于大气降水尤其是极端降水的预报提出了更高的要求。然而，大气过程具有混沌特征，并且极端降水频率和强度增加，使得大气降水的可预报性降低。因此，在全球变暖的条件下，加强对我国东部季风区夏季降水的预报能力，是我国水文气象工作者迫在眉睫的任务。
众多研究表明，中国东部地区夏季土壤湿度对同期降水可能存在正反馈机制，但是尚无法厘清是直接反馈还是间接反馈。同时，东亚季风区春季土壤湿度对夏季大气降水的动力反馈，不仅会改变夏季风的强度，也可能改变其路径。因而，这种反馈机制对夏季降水的影响及其空间分布更加复杂。
近几年，陆面水文遥感技术快速发展，开始提供大尺度的土壤湿度观测资料。在对现有成果深入分析研究后，王国杰认为，以数值模拟手段研究土壤湿度对大气降水的反馈作用，不同数值模式输出的结果有很大分歧;而单纯采用数学手段则难以准确地分离出反馈信号并确定反馈机制。要厘清土壤湿度对大气降水的反馈机制，需要综合利用数值模拟和数据分析两种手段。
为了在这一领域获得突破，王国杰带领课题组成员开展了国家自然科学基金项目“东亚季风区土壤湿度对大气降水的反馈作用研究”。在这项工作中，王国杰潜心科研，着重解决关键科学和技术问题，瞄准土壤湿度遥感产品的交叉验证和优化处理，为该项研究提供高质量的数据基础。土壤湿度与大气降水之间存在双向的相互作用，相关分析等传统手段无法捕捉和量化土壤湿度对大气降水的影响。为了有效地分析反馈信号，王国杰采用反映统计因果关系的Granger causality等方法分离土壤湿度和大气降水之间的相互作用，并试图提出新的数学方法以剔除外生变量如SST所导致的虚假信号。同时，王国杰领导的研究团队采用集合卡尔曼滤波等技术手段，把卫星遥感土壤湿度产品同化到WRF等数值模式中，进行陆面-大气相互作用的数值模拟。目前，这项研究还在进行中，王国杰说，项目进展非常顺利，东亚季风区土壤湿度相关研究初见成效。
同时，在手头工作量很重的情况下，王国杰不畏辛劳，与荷兰国际航天测量与地球科学学院、美国海洋与大气管理局开展合作，主持开展了国家自然科学基金重大研究计划项目“青藏高原春夏季土壤湿度热力效应及其对东亚夏季风和季风降水的影响”的研究。
青藏高原热力作用显著地影响东亚夏季风和季风降水。春夏季土壤湿度对高原热源有重要影响，但土壤湿度观测数据不足，学术界对土壤湿度的热力效应及其对东亚夏季风和季风降水的影响仍然缺乏研究。为此，王国杰带领团队利用高质量的土壤湿度遥感数据，综合利用诊断分析和数值模拟两种手段，研究青藏高原春夏季土壤湿度的热力效应，及其对东亚夏季风和季风降水的影响机制。
在这一过程中，王国杰将研究重点放在三个方面，集中优势资源优化现有多源卫星资料，建立全国最近20多年土壤湿度数据库。同时，他诊断分析青藏高原春夏季土壤湿度的热力效应，及其与东亚夏季风环流和季风降水的关系。除此之外，他以土壤湿度遥感数据驱动区域气候模式进行敏感性实验，揭示土壤湿度异常通过热力效应影响东亚夏季风和季风降水的具体过程和物理机制。
探索土壤湿度与气候变化之间关系的奥秘
气候变化对人类社会和生态系统带来的最直接和最重要的影响，是导致地表水资源短缺;而地表水资源短缺，尤其是土壤水分缺乏，又会通过反馈机制作用于大气过程，放大变暖的信号。那么，在我国东部地区，气候变化和地表土壤湿度之间有什么样的具体联系呢？2015年底，王国杰受国家自然科学基金国际合作项目资助，与加拿大谢布克大学合作开展“我国东部地区土壤湿度卫星反演及其对气候变化的响应机制研究”，共同研究我国东部地区土壤湿度对气候变化的响应机制。
王国杰认为，要认识土壤湿度对气候变化的响应机制，需要从水平衡原理入手。地表土壤湿度，取决于大气降水和蒸散发的差值;大气降水的变化易于研究，而陆地蒸散发是陆地水循环中最大的不确定项，受太阳辐射、风速、气温等诸多因素的影响，难以厘清并量化它们之间的复杂关系。因而，这是一个比较艰巨的任务。经过大量的文献调研，王国杰发现，“基于传统水量平衡原理计算过的干旱指数，并不能够准确反映气候变化对地表水资源及水循环的影响;只有采用大尺度土壤湿度观测资料开展研究，才能更加准确描述气候变化对我国东部地区水资源的影响，探明陆地-大气界面水循环对气候变化的响应机制”。
那大尺度的土壤湿度观测资料又来源于何处呢？
基于近十年来，国际卫星遥感反演手段的快速发展，为获取大尺度长序列的土壤湿度数据提供了可行途径。王国杰很有信心：“可能当前土壤水分卫星遥感技术并不尽完美，但可以为我们提供一个独立于气象观测的地表土壤湿度数据集，这种客观的数据是极其重要的”，利用卫星遥感技术建立土壤湿度数据库，并对其进行详细分析，可以量化气候变化对地表水循环的影响。
可是，问题又来了！是不是拟采用的卫星反演手段就一定能准确测定土壤湿度呢？
在查阅大量文献后，王国杰发现并非如此。每颗卫星的原始观测资料，都有自己的优势和缺陷;不同的土壤湿度反演算法同样如此。因此，采用多卫星、多传感器联合反演手段，可以整合各种卫星数据和各种反演算法的优点，提高土壤湿度的反演精度。另外，基于单颗卫星资料反演土壤湿度，其时间序列较短;采用多卫星资料融合，可以延长土壤湿度时间序列，更有利于分析气候变化对土壤湿度的影响。通过国家自然科学基金委中-加合作项目，可以充分利用双方团队的科研和技术优势，开发高质量的土壤湿度产品。王国杰领导的研究团队，擅长利用微波遥感技术反演土壤湿度产品。加拿大团队则擅长采用合成孔径雷达反演土壤湿度，尤其擅长利用L波段开发高植被覆盖地区的土壤湿度产品。
王国杰介绍说，欧美国家近年斥巨资研发专门卫星以探测土壤湿度。2010年，欧洲空间局（ESA）耗资3.15亿欧元，发射了“土壤湿度和海水盐度”（SMOS）卫星;2015年，美国NASA耗资9.16亿美元，发射了“土壤水分主被动探测”卫星（SMAP）。我国目前尚没有土壤湿度专门卫星。基于中国自主知识产权的风云卫星资料研发自主知识产权的土壤湿度和植被光学深度数据，可以满足并保障国家重大需求，也可促进我国卫星资料的深化利用，参与在该领域内的国际竞争。加强国际合作与交流，并可借鉴和吸收SMAP和SMOS的优秀研究成果，为发展我国遥感反演土壤数据集提供技术支持和参考。
勇于发现，开拓创新。在梳理科研工作中面临的诸多问题后，王国杰及合作团队决定利用卫星反演高质量的土壤湿度资料，从地表水平衡原理及水循环动力机制出发，重新厘定中国东部地区土壤湿度对气候变化的响应机制。
