基本信息
- 项目名称：
- 全球地震对气候的影响及作用机理
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文运用HHT(Hilbert Huang Transform，希尔伯特黄变换)原理与算法，对1900-2009年全球大量气候和地震数据进行分析发现：全球地震与气温在时间和空间尺度上均存在明显的负相关性。并且提出地震影响全球气候的三种可能机制。本文的创新点为：提出全球地震与全球年均气温的负相关性；发现全球年均气温各IMF分量的驱动因子；提出地震影响全球气候变化的三种作用机理。
- 详细介绍：
- 通过对1900-2009年全球地震波总辐射能与同期全球平均气温的分析表明：地震不活跃时期全球平均气温呈上升趋势，而地震活跃时期全球气温呈下降趋势。气候变暖主要集中于地震分布极少的南北极地区，而降温地区多位于地震带。特别地，对地震、气候等高度非线性数据进行了HHT(Hilbert Huang Transform，希尔伯特黄变换)分析，也证明了地震与气温存在负相关。地震影响全球气温的可能机制是：地震耗散地球内部能量，地震引起地轴倾角变化，地震使临界条件下的气候系统发生变化。因此，全球气候变化模拟应考虑地震对气候的影响。本文的创新点为：首次提出全球地震波辐射能与全球年均气温在时间和空间尺度的负相关性；运用HHT对大量气候和地震数据进行处理，发现全球年均气温各IMF分量的驱动因子；提出了地震影响全球气候变化的三种作用机理。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为探索全球气候变化新的驱动因素，我们首先收集了近110年来全球气温距平、地震及CO2、温室气体辐射强迫、太阳辐射、火山活动数据、大气平流层气溶胶、厄尔尼诺等数据（均为全球尺度），然后对这些数据进行相关分析，又对各数据进行HHT分析和EMD分解，计算相关性矩阵，找出气温各IFM分量的驱动因素，最后，通过机理分析探讨地震对气候的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 1、提出全球地震波辐射能与全球年均气温在时间和空间尺度的负相关性。 2、运用HHT对大量气候和地震数据进行处理，并发现全球年均气温各IMF分量的驱动因子。 3、提出了地震影响气候变化的三种作用机理。
应用价值和现实意义
- 全球气候变化不仅影响到自然生态系统，而且直接关系到人类的生活乃至社会经济的发展。因此，全球气候变化成为近年人类共同面临的重大课题和挑战。由于地球系统的高度非线性和复杂性，地震是否会引起气候变化，目前尚无定论。本研究试图寻找近110年来全球温度变化与地震活动的关系，并探讨地震活动影响气候变化的可能机制。希望对人类面临的气候变化及其相关的科学、环境，能源、和经济等问题提供参考。
学术论文摘要
- 通过对1900-2009年全球地震波总辐射能与同期全球平均气温的分析表明：地震不活跃时期全球平均气温呈上升趋势，而地震活跃时期全球气温呈下降趋势。气候变暖主要集中于地震分布极少的南北极地区，而降温地区多位于地震带。特别地，对地震、气候等高度非线性非平稳数据进行了HHT(Hilbert Huang Transform，希尔伯特黄变换)分析，也证明了地震与气温存在负相关。地震影响全球气温的可能机制是：地震耗散地球内部能量，地震引起地轴倾角变化，地震使临界条件下的气候系统发生变化。因此，全球气候变化模拟应考虑地震对气候的影响。本文的创新点为：首次提出全球地震波辐射能与全球年均气温在时间和空间尺度的负相关性；运用HHT对大量气候和地震数据进行处理，发现全球年均气温各IMF分量的驱动因子；提出了地震影响全球气候变化的三种作用机理。
获奖情况
- “挑战杯”2011大学生课外学术科技作品竞赛 省级特等奖 申报成果已投稿至《International Journal of Climatology》，申报学生作为第一作者，投稿稿件见附件1。 申报学生相关研究成果如下：（见附件 2-5） 1、通讯作者，Chen J., 申报学生**, Li Z., Ding Z., and Xu Q., Correlations between the Earthquake (Mw = 9.0, Sendai Port, Honshu, Japan) and Solid Tides: Bulletin of the Seismological Society of America. Revised 2、第一作者， 申报学生**, Chen J., Li Z., Jiang C., Zhang J., Xu Q., Liu J., Sun P., and Yang X., Relationship between Earth Tides and Earthquakes Worldwide: International Journal of Geophysics. In Publishing 3、通讯作者，Chen J., 申报学生**, Li Z., Jiang C., Zhang J., Xu Q., Guo W., Zhao S., Wang X., Li S., and Ma S., Influence of Tide-Generating Force on Plates with Membrane Stress: Earth, Moon, and Planets. Received 4、第四作者，Pang R., Xu Q., Ding W., and 申报学生**, 2011, Pollen Assemblages of Cultivated Vegetation in Central and Southern Hebei Province: Journal of Geographical Sciences, v. 21, p. 549-560.
鉴定结果
- 暂无科技管理部门正式鉴定结果
参考文献
- [1] Shindell D, Rind D, Balachandran N, et al. Solar cycle variability, ozone, and climate [J]. Science, 1999, 284(5412): 305-308. [2] Qian W H, Lu B. Periodic oscillations in millennial global-mean temperature and their causes. [J]. Chinese Sci Bull, 2010, 55(35): 4052-4057. [3] Hays J D, Imbrie J, Shackleton N J. Variations in the Earth's Orbit: Pacemaker of the Ice Ages [J]. Science, 1976, 194(4270): 1121-1132. [4] Huang N E, Wu M-L C, Long S R, et al. A confidence limit for the empirical mode decomposition and Hilbert spectral analysis [J]. Proceedings of the Royal Society of London Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2003, 459(2037): 2317-2345. [5] Gutenberg B, Richter C F. Magnitude and energy of earthquakes [J]. Nature, 1955, 176(4486): 795-795. [6] Huang N E, Wu Z. A review on Hilbert-Huang transform: Method and its applications to geophysical studies [J]. Rev Geophys, 2008, 46(2): RG2006.
同类课题研究水平概述
- 20世纪以来，人类活动对全球气候变化的影响不断加剧，全球温度波动性升高。但是全球变暖存在明显的突变和振荡，不同地区差异也十分明显。气候变化趋势如何？变化机制是什么？是科学家面临和需要解决的重要问题。 气候变化的机制可分为自然因素与人类活动影响两大类。自然驱动气候变化方面，地球轨道变化、太阳辐射、火山喷发、厄尔尼诺和拉尼娜等是影响不同时间尺度气候变化的重要因素。地球轨道驱动的气候变化周期长，为万年尺度，短时期内影响较小。太阳活动对气候变化的影响主要是太阳黑子11年周期性的变化，但太阳黑子的周期性变化较难解释近100年来不规则、持续的气候变暖。厄尔尼诺和拉尼娜虽可以较好地解释气候突变事件，但厄尔尼诺和南方涛动持续的时间太短，解释气候变化的周期不理想。火山活动常被认为是全球降温的重要因子，但火山活动无法解释20世纪多次火山活动而没有降温和有降温而没有火山活动的情况。在人类活动影响方面，IPCC第四次评估报告指出，近50年来的全球气候变暖主要是由人类活动引起的，大量温室气体排放可能是导致温度变化的主要原因。然而中世纪暖期的高温，以及地质历史上冰期低温，CO2浓度变化并未起主要作用。葛全胜等通过比较1900-2009年大气温室气体浓度与气温变化曲线，发现大气温室气体浓度与气温变化趋势并不完全一致，甚至一些时段呈现显著不一致，同时20世纪大气CO2浓度并没有像全球气温那样出现多次年代际的振荡，都对温室效应引起全球变暖提出了质疑。 总之，气候系统充实着作用、反馈、间接效益、非线性等因素，人们对各种物理、化学和生物过程参数的认识还存在较多不确定性。 此外，低温、干旱、厄尔尼诺与强震存在耦合关系。地震导致地壳裂隙增多，大量土壤气溶胶进入大气，造成低温与降雨。另有研究者认为，地震海啸引起冷海水上升吸收更多CO2，引起全球降温。由于地球系统的高度非线性和复杂性，地震是否会引起气候变化，目前尚无定论。 参考文献见论文参考文献部分
