E题 全球变暖？【2019研究生数学建模竞赛试题】.pdf

【全球变暖与气候变化】 全球变暖是指地球的平均气温长期上升的现象，主要原因是人类活动导致的温室气体排放增加。这些温室气体，如二氧化碳、甲烷和氮氧化物，能够吸收和重新辐射地面的长波辐射，使得地球的能量平衡发生改变，导致全球温度上升。燃烧化石燃料和森林砍伐是温室气体排放的主要来源。 全球变暖可能导致一系列严重后果，包括极端天气事件的增多，如更频繁的热浪、干旱和暴雨；全球降水量分布的变化；冰川和冻土融化，导致海平面上升，可能威胁沿海城市；以及生态系统和生物多样性受到破坏。 然而，尽管温室气体浓度持续上升，自21世纪初以来，全球年平均气温上升率显著放缓，出现了所谓的“全球变暖停滞状态”或“Hiatus”。这种现象引发了公众对全球变暖真实性的质疑。但要注意，全球变暖是基于气候尺度而非短期天气变化的观察。气候是长时间内的平均状态，而天气是短期的、局部的气象现象。因此，个别极端冷暖事件不能否定全球变暖的大趋势。 【数学建模在气候变化研究中的应用】 在数学建模竞赛中，参赛者被要求从加拿大各地的历史天气数据中分析温度的时空变化，以及海洋表面温度数据中的规律。这涉及到数据挖掘、统计分析和气候模型的构建。例如，可以使用时间序列分析来揭示温度变化的周期性和趋势。 此外，建模未来25年的气候变化需要考虑地球的吸热、散热以及海洋的温度变化等因素。地球吸热主要来自太阳辐射，散热则通过长波辐射向太空释放。海洋作为地球最大的热量储存库，其温度变化对全球气候有着重要影响。海洋表面温度的震荡现象，如年代际太平洋震荡、厄尔尼诺和拉尼娜，会进一步复杂化气候变化的预测。 【极端天气与全球变暖的关系】 “极寒天气”是特定地区的天气现象，它可能与气候变化有关，也可能无关。建立相应的模型，通过数据分析可以探讨全球变暖与局地极寒现象之间的关联。例如，全球变暖可能导致北极冰盖融化，影响极地涡旋的稳定性，进而引发更频繁的极地寒流向低纬度地区移动，造成局部地区异常寒冷。 【全球变暖与局地冷暖的关系】 “全球变暖了，某地今年的冬天特别冷”之间的关系可以通过“全球气候变异性增强”这一概念来解释。全球变暖不意味着每个地方都同步变暖，而是整体平均温度上升，同时加剧了气候的不稳定性。局部地区的异常冷暖事件可能变得更加频繁，这是因为全球变暖改变了大气和海洋的动态平衡，导致气候系统的反馈机制和极端事件的发生。 总结来说，全球变暖是一个复杂而深远的科学议题，涉及到地球能量平衡、气候系统和人类活动的互动。数学建模在此领域的应用有助于我们更好地理解气候变化的模式，预测未来趋势，并为政策制定提供科学依据。