《气候与极端天气》课件

气候与极端天气在全球气候变化的大背景下，极端天气事件正变得越来越频繁和强烈从热浪到暴雨，从干旱到台风，这些极端天气现象不仅影响着我们的日常生活，更对全球生态系统、经济发展和社会稳定造成深远影响本课程将深入探讨气候变化与极端天气之间的科学关系，帮助我们理解这些现象背后的机制，掌握防范和应对措施，为构建气候韧性社会贡献力量课程目标与内容概述1理解气候变化的科学原理2掌握极端天气的形成机制与特点掌握气候系统的基本概念，了解气候变化的历史证据和驱深入学习各类极端天气现象的形成过程，分析其在全球变动因素，建立科学的气候变化认知基础暖背景下的变化趋势和影响范围3学习气象灾害的防范与应对措施4探讨全球气候变暖背景下的未来发展趋势了解现代气象监测预警系统，掌握灾害防范策略和应急响基于最新科学研究成果，分析未来气候变化情景，探讨应应机制，提高防灾减灾能力对策略和可持续发展路径第一部分气候学基础气候与天气的区别理解时空尺度差异的重要性气候系统的组成要素认识大气圈、水圈、冰雪圈等关键组成气候变化的历史证据通过冰芯、树轮等了解过去气候气候与天气概念辨析天气的特征气候的特征天气是指短时期内大气状态的表现，通常以小时、天或周为时间气候是指长时期内大气状态变化的反映，通常以年为一个气30单位它具有变化快速、局地性强的特点，是我们日常生活中直候标准期它反映了某一地区大气状态的平均状况和变化规律接感受到的大气现象天气现象包括温度、湿度、降水、风向风速等要素的即时状态，气候具有相对稳定性和规律性，是天气现象在较长时间尺度上的具有明显的随机性和不确定性统计结果，为人类活动提供了重要的参考依据气候系统的组成要素水圈大气圈海洋储存了地球的热量，河流湖泊调节90%包含各种温室气体和大气环流系统，是气候区域水循环变化最直接的表现层冰雪圈冰盖、冰川和季节性积雪影响地球辐射平衡生物圈陆地圈生物活动参与碳循环，调节大气成分地表特征和植被覆盖影响能量交换和碳循环气候变化的历史证据冰芯记录南极和格陵兰冰芯提供了过去万年详细的气候变化记录，包括温80度、降水和大气成分变化树轮分析通过分析古老树木的年轮宽度和密度，重建过去千年的温度和降水变化模式珊瑚礁证据热带珊瑚的生长环记录了海水温度变化，湖泊沉积物反映了区域环境变化历史历史文献古代文献记录的干旱、洪水、异常寒冷等气候事件为近千年气候变化提供了重要证据第二部分全球气候变化变化趋势与特征分析全球气候变化的基本趋势，识别不同地区的变化特征和规律科学证据汇总整理来自多个观测系统的证据，建立气候变暖的科学认知基础驱动因素分析深入分析人为因素和自然因素对气候变化的相对贡献和影响机制全球气候变暖趋势

1.1°C全球升温相对于工业化前水平的温度上升倍2北极增温北极地区增温速率是全球平均水平的倍2年9最热记录年连续年刷新最热年份记录2015-20239年50增温速率过去年是近年来增温最快的时期502000气候变暖的科学证据温度观测冰川退缩海平面上升全球气温观测网络数据全球以上的冰川正全球海平面以每年毫90%

3.7显示，近年来全球在萎缩，许多地区的冰米的速度上升，主要由150平均温度呈现明显上升川厚度每年减少海水热膨胀和陆地冰融

0.5-1趋势，特别是年以米，高山地区变化尤为化贡献1980来升温加速明显极端事件自世纪年代以来，2090极端天气事件的频率增加了，强度也在不70%断加剧人为因素分析温室气体排放土地利用变化大气中二氧化碳浓度已达到森林砍伐导致碳汇功能下降，城，比工业化前增加了市化改变了地表能量平衡过去420ppm化石燃料燃烧是最主要的年全球森林面积减少了，50%5010%排放源，占总排放量的以上城市面积扩大了倍75%3工业与农业活动工业过程排放大量二氧化碳，农业活动产生甲烷和氧化亚氮畜牧业甲烷排放占全球总量的14%自然因素分析太阳活动变化太阳黑子周期影响地球接收的辐射火山喷发大规模火山喷发向大气注入气溶胶轨道参数地球轨道的长期变化影响辐射分布自然振荡厄尔尼诺等现象调节全球气候第三部分极端天气现象形成机制分析全球变暖如何影响极端天气定义与分类建立极端天气现象的科学分类体系案例分析通过典型案例深入理解影响机制极端天气的定义与分类温度类热浪、寒潮、极端低温事件水文类暴雨、洪水、干旱现象风暴类台风、飓风、龙卷风其他类沙尘暴、冰雹、雪灾极端天气增加的机制大气能量增加海洋吸收额外热量并转化为水汽90%含水量增加每升温°大气含水量增加1C7%环流模式改变急流减弱导致天气系统滞留反馈机制北极增温导致极地涡旋不稳定热浪形成机制与特征影响与案例热浪定义为连续天以上气温超过当地气候平均高温°以上热浪对健康造成直接风险，增加心血管疾病发病率，同时导致农35C的天气现象形成机制主要包括高压系统的持续控制和土壤水分业损失和能源需求激增空调用电需求可增加30-50%反馈效应年中国南方地区经历了持续天的极端高温，最高气温202240在全球变暖背景下，热浪事件的频率、强度和持续时间都在显著超过°，刷新了多项历史记录，对电力供应和农业生产造40C增加，对人类健康和社会经济造成严重威胁成严重影响干旱气象干旱长期降水不足，降水量比正常年份减少以上，是其他类型干旱的基础和20%起因农业干旱土壤水分不足以满足作物正常生长需求，作物产量下降，农业经济损失严重水文干旱河流径流量、湖泊和水库蓄水量显著减少，地下水位下降，影响供水安全全球影响目前全球的陆地面临干旱威胁，中国西北地区是典型的持续性干旱影响25%区暴雨与洪水1强度增加气候变暖使每升温°极端降水强度增加，短时强降水事1C7%件频发2城市内涝不透水表面增加和排水系统不足导致城市洪涝风险加剧3山洪灾害强降水触发山洪和泥石流等地质灾害链，造成复合性风险4典型案例年河南特大暴雨，郑州天降水量达毫米，超过年20213617平均降水量台风与飓风极端低温与寒潮北极振荡机制北极振荡和极地涡旋的变化是导致中纬度地区极端低温的主要原因当极地涡旋减弱时，冷空气向南扩散，造成区域性极寒现象季节性变化虽然全球变暖，但冬季极端低温事件仍然频发冬季持续时间缩短但强度可能增加，表现出明显的阶段性特征影响与案例年中国北方地区遭遇极寒天气，最低气温达到°以下，对交通运输、能源供应和农业生产造成严重影响2021-40C沙尘暴干旱条件强风驱动降水减少导致土壤含水量下降大风将地表松散物质卷起形成沙尘防治措施地表裸露植被恢复和风沙源治理是关键植被覆盖度减少增加风蚀风险第四部分气象灾害及其影响灾害类型年均损失亿美元影响人口万人主要特征洪涝灾害突发性强，影响面广8005000干旱灾害持续时间长，累积影响大6008000台风灾害破坏力强，沿海集中4002000其他灾害区域性明显，季节性强2001000气象灾害的定义与特点突发性特征破坏性影响连锁性效应气象灾害往往在短时间内爆发，给预强大的破坏力能够摧毁基础设施，造一种气象灾害往往引发多种次生灾害，警和应急响应带来巨大挑战许多极成人员伤亡和巨大经济损失单次事形成灾害链例如强降水引发洪水、端天气事件从形成到影响只有几小时件损失可达数百亿美元，影响数百万泥石流和城市内涝等连锁反应到几天的时间人生活气象灾害全球趋势倍5频率增加过去年气象灾害发生频率增加了倍50570%占比提升气象灾害占全球自然灾害总数的以上70%亿3000经济损失全球年均经济损失超过亿美元3000200%强度加剧灾害强度相比世纪增加了20200%对农业的影响粮食产量波动生长期改变病虫害扩散极端天气导致全球粮食气候变化使农作物物候温度升高使有害生物的产量年损失，小期发生显著变化，春季生存范围北移扩大，新5-20%麦、玉米、水稻等主要物候期普遍提前，秋季的病虫害问题不断出现，作物受影响最为严重，延后，影响农业生产布防治难度加大威胁全球食品安全局和管理适应性措施发展抗旱、抗高温的新品种，调整种植结构，推广精准农业技术，提高农业气候韧性对水资源的影响径流量变化极端丰水与枯水年份交替出现，年际变化加剧春季径流提前，夏季径流减少，水资源时空分布不均问题突出水质恶化温度升高加速污染物扩散，藻类繁殖加快干旱期间污染物浓度升高，洪水期间面源污染加重地下水开采干旱区地下水位持续下降，过度开采导致地面沉降全球的含水21%层系统面临枯竭风险供需矛盾人口增长和经济发展增加用水需求，气候变化减少可用水资源，供需矛盾日益尖锐对生态系统的影响生物多样性丧失物种面临灭绝风险5-30%生态功能退化森林碳汇能力下降20%生物季节改变物候期平均提前周2-3栖息地变化物种栖息地面积缩小50%对人类健康的影响直接健康影响间接健康风险高温引发中暑、热射病等急性疾病，心血管疾病发病率增加气候变化扩大了蚊媒疾病的传播范围，登革热、疟疾等热带疾病极端低温导致冻伤和呼吸系统疾病加重向北扩散水媒疾病在洪水后爆发30%空气质量恶化使臭氧浓度升高，加剧哮喘和过敏性疾病脆弱人群包括老年人、儿童、户外工作者、慢性病患者等，他们污染与心肺疾病密切相关面临更高的健康风险，需要特殊保护措施PM

2.5对社会经济的影响基础设施损毁产业链风险交通中断，电力系统瘫痪，通信网络受供应链中断，原材料价格波动，生产成损本上升社会稳定保险损失气候移民增加，资源冲突加剧，社会不巨灾风险累积，保险业承保能力面临挑稳定战第五部分预警与监测系统观测网络构建地基、高空、海洋、卫星立体观测体系预警系统运行数值模式、人工智能、实时预报信息传播响应多渠道发布，精准推送，社会化应用气象观测网络地基观测中国建成了包含多个自动气象站的地面观测网络，实现了乡镇全覆16000盖，观测要素包括温度、湿度、气压、风向风速、降水等高空观测探空气球每天定时释放，获取高空大气温度、湿度、风向风速廓线雷达网络监测降水、风暴等天气系统发展变化海洋观测海洋浮标、潜标和调查船构成海洋气象观测网络，监测海温、海流、波浪等海洋要素变化卫星遥感风云系列气象卫星实现全球覆盖，提供云图、温度、湿度、风场等多种气象要素的连续监测数据气象预警系统组成数据采集数值模式整合地面、高空、卫星等多源观测数据，运行全球模式和区域高分辨率模式，利实现实时汇集和质量控制，为预报提供用超级计算机进行复杂的大气动力学和基础数据支撑热力学计算信息发布预报制作通过电视、广播、网络、手机等多种渠结合数值预报产品和预报员经验，采用道，向公众和专业用户精准推送气象预人机结合的智能预报技术，制作精细化警信息气象预报产品新技术应用人工智能大数据技术物联网应用深度学习技术显著提高了融合气象、海洋、陆面等密集的传感器网络实现高极端天气预报准确率，机多源异构数据，通过大数时空分辨率实时监测，城器学习算法能够识别复杂据分析挖掘天气气候变化市级精细化观测网络为精的天气模式，预报时效延规律，提升预报精度准预报提供数据基础长至天10-15通信5G高速数据传输使实时数据共享成为可能，支持移动气象监测设备和应急响应系统的快速部署预警信息传播传统媒体新媒体平台应急系统社区传播电视、广播覆盖面广，权威手机、社交媒体传播迅预警信息广播系统覆盖重点村村响、应急喇叭直达基层APP性强速区域第六部分防灾减灾策略1工程防护体系建设水利工程、防洪堤坝等硬件设施，构建第一道防线2预警响应机制完善监测预警系统，建立快速响应的应急管理体系3适应性规划融入气候变化考量的城市规划和基础设施设计4公众参与教育提高公众防灾意识，增强社会整体韧性能力气象灾害防范体系工程措施非工程措施建设大型水利枢纽工程、城市防制定科学的土地利用规划，划定洪排涝系统、海堤护岸工程等硬洪水风险区，实施生态修复工程件设施中国已建成万座水通过湿地保护、森林恢复等生态

9.8库、多万公里堤防，形成较措施增强自然调节能力30为完善的防洪工程体系法规政策颁布实施《气象灾害防御条例》等法律法规，建立责任明确的防灾减灾法律体系，为灾害防范提供制度保障应急预案与响应预案体系建设建立国家、省、市、县四级应急预案体系，实现纵向到底、横向到边的全覆盖各级预案明确职责分工、响应流程和保障措施分级响应机制根据灾害影响程度，建立ⅠⅣ级响应机制Ⅰ级为最高级别，启动-最高级别应急响应，统一调配全国资源跨部门协同应急管理、气象、水利、交通等多部门协同联动，形成防灾减灾合力信息共享、资源统筹、行动协调气候适应性规划城市适应性建设农业与生态适应推进海绵城市建设，构建绿色基础设施网络通过透水铺装、雨发展抗旱、抗高温的农作物新品种，推广节水灌溉技术，调整种水花园、湿地公园等措施，提高城市对极端降水的适应能力植结构和布局实施退耕还林还草，恢复湿地生态系统建立生态廊道，保护生物多样性，增强生态系统的自我修复能力优化城市空间布局，避开洪水风险区域，建设气候友好型建筑，通过自然解决方案应对气候变化挑战提高建筑物抗风、抗震、保温隔热性能公众参与与防灾教育知识普及技能培训气象科普进校园、进社区，提高公众气开展应急避险技能培训，教授自救互救候变化和极端天气认知知识志愿服务演练活动建设气象志愿者队伍，参与科普宣传和定期组织防灾减灾演练，提高应急响应应急救援能力第七部分气候变化应对减缓策略通过减少温室气体排放，控制全球变暖趋势发展清洁能源，提高能源效率，推动低碳转型适应策略提高社会经济系统应对气候变化的能力加强基础设施韧性，保护脆弱地区和人群国际合作参与全球气候治理，推动《巴黎协定》实施加强南南合作，促进技术转让和资金支持中国行动实施双碳战略，推进绿色低碳发展加强气候外交，贡献中国智慧和方案减缓策略循环经济资源高效利用，废物循环再生碳汇增加森林保护与恢复，自然碳汇能力提升节能减排工业、建筑、交通全面节能改造能源转型可再生能源占比大幅提升适应策略脆弱区域保护重点保护沿海低地、干旱半干旱区、高山地区等气候变化敏感区域建设海岸防护工程，实施生态移民，加强高海拔地区基础设施建设基础设施升级制定适应气候变化的工程设计标准，提高基础设施的气候韧性电力、交通、水利等关键基础设施要考虑极端天气影响产业结构调整淘汰高耗能、高排放产业，发展绿色低碳产业推动传统产业绿色化改造，培育新兴绿色产业集群技术创新驱动加强气候适应性技术研发，推广应用节能减排技术发展气候监测、预警、风险评估等关键技术国际合作与气候治理1框架公约《联合国气候变化框架公约》确立了全球气候治理的基本框架和原则2巴黎协定设定全球温升控制在°以内，努力限制在°的目标2C

1.5C3气候融资发达国家承诺每年向发展中国家提供亿美元气候资金10004技术转让促进清洁技术向发展中国家转让，加强南南合作中国的角色与行动2030碳达峰二氧化碳排放在年前达到峰值20302060碳中和年前实现碳中和目标206025%清洁能源非化石能源占比提升至以上25%亿100南南合作向发展中国家提供亿美元气候资金100第八部分未来趋势与展望情景预测基于最新评估的未来气候变化情景IPCC不确定性分析识别极端天气预测中的主要不确定因素科技创新新技术在气候科学中的应用前景可持续发展气候行动与可持续发展目标协同气候变化未来情景极端天气预测不确定性系统内在变率模式系统误差情景假设气候系统本身存在自然数值模式在物理过程描未来排放路径、社会经变率，如厄尔尼诺南方述上存在不完善之处，济发展模式、技术进步-涛动等年际变化，增加云物理过程、海陆相互速度等存在多种可能性，了预测的复杂性和不确作用等仍有待改进影响预测结果定性尺度转换从全球模式到区域精细化预测的降尺度过程中会引入额外的不确定性科技创新与挑战地球系统模式发展气候工程技术极端事件归因新一代地球系统模式将实现更高分辨太阳辐射管理、碳捕获与储存等气候单一极端天气事件的气候变化归因技率、多要素耦合大气、海洋、陆面、工程技术快速发展，但仍面临技术可术不断完善，能够量化人类活动对特冰雪等分系统深度耦合，提高气候预行性、环境风险和伦理争议等挑战定事件发生概率的影响测精度。