地球气候变化原因及影响分析

我们赖以生存的地球是一个极其复杂的系统，地球气候系统是构成这个地球系统的重要一环。在漫长的地球历史中，气候始终在不断地变化。究其原因，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化、火山爆发等。后者包括人类燃烧矿物燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化等。

（一）自然原因[4]

1.太阳辐射的变化

太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达地表的太阳辐射能的变化关系至为密切。引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。第一，地球轨道因素的改变。地球在自己的公转轨道上，接受太阳辐射能。而地球公转轨道的三个因素：偏心率、地轴倾角和春分点的位置，都以一定的周期变动着，这就导致地球上所受到的天文辐射发生变动，引起气候变迁。第二，火山活动引起大气透明度的变化。而到达地表的太阳辐射的强弱要受大气透明度的影响。火山活动对大气透明度的影响最大，强火山爆发喷出的火山尘和硫酸气溶胶能喷入平流层，由于不会受雨水冲刷跌落，它们能强烈地反射和散射太阳辐射，削弱到达地面的直接辐射。据分析，火山尘在高空停留的时间一般只有几个月，而硫酸气溶胶则可形成火山云在平流层飘浮数年，能长时间对地面产生冷却效应。第三，太阳活动的变化。太阳黑子活动大约11年为一个周期。据1978年11月16日至1981年7月13日雨云号卫星（装有空腔辐射仪）共971天的观测，证明太阳黑子峰值时太阳常数减少。Fonkal等（1990）的研究指出，太阳黑子使太阳辐射下降只是一个短期行为，但太阳光斑可使太阳辐射增强。太阳活动增强，不仅太阳黑子增加，太阳光斑也增加。光斑增加所造成的太阳辐射增强可抵消掉因黑子增加而造成的太阳辐射强度的削弱而且还有余。因此，在11年周期中，太阳活动增强时，太阳辐射也增强，即从长期变化来看太阳辐射与太阳活动为正相关。

2.宇宙—地球物理因子

宇宙因子指的是月球和太阳的引潮力，地球物理因子指的是地球重力空间变化，地球转动瞬时极的运动和地球自转速度的变化等。这些宇宙—地球物理因子的时间或空间变化，引起地球上变形力的产生，从而导致地球上海洋和大气的变形，并进而影响气候发生变化。近年来这方面的研究工作正在大力开展，在我国已有专著发表。

月球和太阳对地球都具有一定的引潮力，月球的质量虽比太阳小得多，但因离地球近，它的引潮力等于太阳引潮力的2.17倍。月球引潮力是重力的0.56‰～1.12‰，其多年变化在海洋中产生多年月球潮汐大尺度的波动，这种波动在极地间显著，可使海平面高度改变40～50 mm，因面使海洋环流系统发生变化，进而影响海气间热交换，引起气候变化。

3.下垫面地理条件的变化

在整个地质时期中，下垫面的地理条件发生了多次变化，对气候变化产生了深刻的影响。其中以海陆分布和地形的变化对气候变化影响最大。

在各个地质时期地球上海陆分布的形势也是有变化的。以晚石炭纪为例，那时海陆分布和现在完全不同（图7-3），在北半球有古北极洲、北大西洋洲（包括格陵兰和西欧）和安加拉洲三块大陆。前两块大陆是相连的，在三大洲之南为特提斯海。在此海之南为冈瓦纳大陆，这个大陆连接了现在的南美、亚洲和澳大利亚。在这样的海陆分布形势下，有利于赤道太平洋暖流向西流入特提斯海。这个洋流分出一支经伏尔加海向北流去，因此这一带有温暖的气候。从动物化石可以看到，石炭纪北极区和斯匹次卑尔根地区的温度与现代地中海的温度相似，即受此洋流影响的缘故。冈瓦纳大陆由于地势高耸，有冰河遗迹，在其南部由于赤道暖流被东西向的大陆隔断，气候比较寒冷。此外，在古北极洲与北大西洋洲之间有一个向北的海湾，同样由于与暖流隔绝，其附近地区有显著的冰原遗迹。

图7-3　晚石炭纪世界海陆分布

在地球史上，地形的变化是十分显著的。高大的喜马拉雅山脉，在现代有“世界屋脊”之称，可是在地球史上，这里却曾是一片汪洋，称为喜马拉雅海。直到距今约7000万至4000万年的新生代早第三纪，这里的地壳才上升，变成一片温暖的浅海。在这片浅海里缓慢地沉积着以碳骸盐为主的沉积物。从这个沉积层中发现有不少海生的孔虫、珊瑚、海胆、介形虫、鹦鹉螺等多种生物的化石，足以证明当时那里确是一片海区。当时，由于这片海区的存在，有海洋湿润气流吹向今日我国西北地区，所以那时新疆、内蒙古一带气候是很湿润的。其后由于造山运动，出现了喜马拉雅山等山脉，这些山脉成了阻止海洋季风进入亚洲中部的障碍，因此新疆和内蒙古的气候才变得干旱。

4.大气环流和大气化学组成的变化

大气环流形势和大气化学组成成分的变化是导致气候变化和产生气候异常的重要因素。例如近几十年来出现的旱涝异常就与大气环流形势的变化有密切关系。图7-4是1951—1966年与1900—1930年相比较的北半球平均气压分布的距平图，可以看出，在20世纪50年代和60年代，北半球大气环流的主要变化就是北冰洋极地高压的扩大和加强。这种扩大加强对北极区域是不对称的，在极地中心区域平均气压的变化较小，平均气压的主要变化发生在大西洋北部区域，最突出的特点是大西洋50°N以北的极地高压的扩展，它导致北大西洋地面偏北风加强，促使极地海冰南移和气候带向低纬推进。

图7-4　1951—1966年与1900—1939年相比较的北半球平均气压分布的距平

大气中有一些微量气体和痕量气体对太阳辐射是透明的，但对地气系统中的长波辐射（约相当于285K黑体辐射）却有相当强的吸收能力，对地面气候起到类似温室的作用，故称温室气体。图7-5给出地气系统的长波辐射及影响气候变化的主要温室气体的吸收带，图中所列出的CO2，CH4，N2 O，O3等成分是大气中所固有的，CFC11和CFC12是由近代人类活动所引起的。这些成分在大气中总的含量虽很小，但它们的温室效应，对地气系统的辐射能收支和能量平衡却起着极重要的作用。这些成分浓度的变化必然会对地球气候系统造成明显扰动，引起全球气候的变化。

图7-5　地球气候系统的长波辐射及温室气体的吸收带（UNEP Environment Library 1987）

据研究，大气成分的浓度一直在变化着。引起这种变化的原因有自然的发展过程，也有人类活动的影响。这种变化有数千年甚至更长时间尺度的变化，也有几年到几十年就明显表现出来的变化。人类活动可能是造成几年到几十年时间尺度变化的主要原因。由于大气是超级流体，工业排放的气体很容易在全球范围内输送，人类活动造成的局地或区域范围的地表生态系统的变化也会改变全球大气的组成，因为大气的许多化学组分大都来自地表生物源。

（二）人为原因

自从人类出现以来，其各项活动都通过与自然界的相互作用而影响着气候，其中包括对气候环境的无意识影响和有意识调节。前者主要是指人类通过改变下垫面和大气成分而造成的影响，后者主要是指人类通过气候工程所引起的气候效应。20世纪以来，由于世界人口急剧增加，人类活动对气候的影响越来越明显，如人为荒漠化、农田化、城市化、大气成分变动等，从而使这些内容成为当代气候学的重点研究领域之一。

1.人为荒漠化和农田化对气候的影响

荒漠化主要指干旱区、半干旱区和半湿润易旱区陆地生态系统的贫瘠化，它使原来较脆弱的生态系统向荒漠的方向演化。荒漠包括岩漠、砾漠、盐漠和沙漠等类型，它们的形成过程具有不同的特点。这些过程既可以是气候干旱的结果，也可以由人类活动所造成，其中后者在现代荒漠化过程中的作用越来越重要，从而使人为荒漠化成为当今社会非常重视的生态问题。

荒漠化受气候变化的影响，但又通过地面辐射平衡、热量平衡、水分循环、活动层结构和大气成分的变化对风、温度、湿度等气象要素产生影响，引起气候变化。虽然荒漠化的区域性非常强，但它既可引起区域气候的变化，也可造成全球气候变化。

自然生态系统的农田化是人类历史时期重要的社会活动结果，大面积的森林和草原变成了农田，从而形成了一种特殊的人造小气候，即农田小气候。在农田生态系统中，土壤表面和作物体最密集的部位是通过能量交换而影响农田小气候特征的主要活动面，它们分别被称为内活动面和外活动面。由于农田活动层（作物层）的动态变化，两个活动面的作用因作物生育期而有主次变化，在作物生物量较少的初期和茎叶枯黄脱落的晚期，以农田内活动面为主，而在作物的生育盛期，以农田外活动面为主。农田生态系统的特殊结构使其小气候环境明显地不同于其他自然生态系统，其中的辐射平衡、热量平衡、水分循环和空气动力学性质共同构成了小气候的形成基础。

2.人为改变大气成分对气候的影响

自从地球大气形成以来，其中的化学和物理过程通过与水圈、岩石圈和生物圈的相互作用，使大气成分不断变化。在工业革命之前，这种变化主要受自然过程的影响，但在工业革命之后，人类活动的作用越来越重要，引发了一系列的气候效应。目前人们比较关心的人为气候效应主要有由温室气体增加而引起的气候暖化、由大气污染而引起的降水酸化、由大气臭氧减少以及气溶胶变化所引起的气候效应等。

（1）人为温室气体变化和气候暖化

大气层对地球表面有一定的保温作用，它可使地球表面温度升高几十度，这种作用称为大气效应或温室效应。能引起温室效应的大气气体成分即为温室气体。虽然它们在大气中的含量很小，但其增加却可诱发一系列的气候效应，特别是气候暖化。所以，温室气体的变化是近年来社会各界普遍关注的问题。

大气中的温室气体主要有CO2，水汽，O3，N2 O，CH4和氟氯烃化合物等。近年来，平流层O3的含量在不断减少，而其他各种成分则不断增加。在这些变化中，人类活动具有重要作用。

（2）人类对大气臭氧的影响

O3是自然大气中的一种微量成分，高层大气中的O3对生物界和人类有明显的保护作用，低层大气中的臭氧对生物界和人类有明显的危害，而且O3对大气温度场有明显的影响，所以它的循环过程和变化是近年来社会各界十分关注的问题之一。

人类对O3循环的影响主要表现在人为含氮化合物和含氯化合物对O3的破坏作用。人为含氮化合物主要通过飞机飞行、氮肥施用和燃烧而进入大气，它们与自然大气中的含氮化合物一起，是引起臭氧层破坏的主要因素。其中NO和NO2可直接破坏臭氧层，N2 O和HNO3分别通过氧化过程和光化学过程转变为NO和NO3，进而破坏臭氧。大气中的含氯化合物纯属人类影响的结果，它相当稳定，对流层中几乎没有，尽管目前其含量很小，但积累速度却非常快，而且在大气中滞留周期非常长，所以可在大气环流作用下，迅速向全球扩散。含氯化合物进入平流层后，可通过光化学反应，离解出C1，对臭氧层的破坏作用很强，如不被其他过程所干扰，其小量的增加就会使臭氧层很快被破坏，而且还很难恢复。所以，含氯化合物有可能成为未来臭氧层的主要破坏因素。

（3）人为硫污染与酸雨

大气中的硫既可源于自然过程，也可源自人为过程。硫的自然源主要包括生物过程、海洋喷沫和火山喷发等，它们所排放的硫多为低价还原态硫，在大气中可迅速氧化为SO2；人为源主要包括煤与石油的燃烧、冶金及硫酸工业等，它们所排放的硫多以SO2的形式进入大气。大气中的SO2通过复杂的化合反应，转变为固、液态硫酸和硫酸盐，然后通过干沉降和湿沉降而回到地面。

酸雨是大气酸性沉降物的一种湿沉降，它与大气硫污染有关。人类活动向大气排放的SO2和NO2是引起降水酸化的主要原因。这些气体物质既可以在水汽凝结过程中进入云滴，也可被云滴吸收，还可以通过化学反应变为固态、液态酸和盐，作为水汽凝结核，此外也通过雨水的冲刷作用直接沉降地面。据分析，含硫化合物是酸雨中的主要成分，由于SO2可在大气中停留3～5 d，一般可输送到离发射源1000～2000 km处，从而使酸雨成为全球性环境问题。

由于工业生产的高速发展，大气污染日趋严重。目前世界各地的降水均有不同程度的酸化，其中最严重的地区有北欧斯堪的纳维亚[5]各国、美国和加拿大东部以及欧洲中西部。这些地区都是工业发展较早的地区，20世纪50年代以前，就有酸雨发生，自此以后，降水的pH值不断下降，60年代前期的下降速度最明显，现已趋于稳定，雨水的pH值多为4.0～4.5（图7-6）。近年来，日本、印度、巴基斯坦和我国的降水酸化日趋严重。我国降水的pH值大致由北向南递减，酸雨主要集中于南部，西南地区是我国酸雨严重污染区，贵阳、重庆是污染最严重的城市，此外华东沿海的酸雨污染也较严重。目前我国酸雨污染程度逐年严重，污染区域逐年扩大。1981年主要酸雨区集中于黄河以南，严重污染区集中于长江以南以贵阳为中心的区域内；到1984年，酸雨污染区已扩展到黄河以北，严重污染区也向江北扩展，形成分别以贵阳、南昌为中心的两个主要污染区；到1986年，污染区又进一步扩展，形成分别以贵阳、杭州、福州为中心的三个严重污染区。

图7-6　挪威三站pH值年平均值的变化

（4）人为大气气溶胶变化及其气候效应

大气气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们既可以直接来自风力扬尘、海水喷沫、火山爆发和森林燃烧等自然源，也可直接源于矿物和非矿物燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放等人为源，还可由大气中自然或人为排放的气体转化而成。据估计，目前全球气溶胶总重量约为6×1015 g，年产生量为2.608×1015 g，其中人为源约占10％。固、液体微粒直接由地面进入大气的气溶胶产生率与气体物质转化率相当。气溶胶由大气返回地面的途径有干沉降和湿沉降两种。由于人类活动的不断强化，近几十年来的大气气溶胶有逐年增加的趋势，大气透明度随之下降。

气溶胶对温度的影响是一个非常复杂的问题，对流层气溶胶尤其如此。它的增加一则可以增大行星反射率，减少到达地面的太阳辐射，即有阳伞效应；二则可增加地气系统对太阳辐射的吸收；三则还是地面长波辐射的强吸收体，其最大吸收带大致在9.2μm附近，刚好位于8～12μm的大气窗口，因此会减弱地面有效辐射，即有温室效应；四则也能影响云量，增加云的反射率和吸收率。

气溶胶对云雨天气的影响取决于大气层中的水汽含量。若水汽充足，则云雨量增加；若水汽量较少，则气溶胶可使云层中云滴数量增加，但云滴减小，从而使降水量减少。

3.城市化对气候的影响

城市是人类活动的产物。由于世界性的城市化过程不断加速，城市对气候的影响越来越明显，近几十年来已由小气候进入中尺度气候的范畴，并有影响大尺度气候乃至全球气候的趋势。

（1）城市化影响气候的物理基础

城市化使建筑物的数量和高度不断增加。由屋顶平均高度至地面为城市覆盖层，它对下垫面的热力属性和动力属性均有明显影响，而且高度集中的人类活动也通过物质和能量的排放，使大气层的物理和化学属性显著改变，从而使其能量循环、水分循环、摩擦力和摩擦层高度明显不同于乡村。

城、郊下垫面动力属性的差别主要表现在城市摩擦作用和抬升作用的加强，它使城区风速减小，摩擦层抬高，而且在城市覆盖层中，空气流动不仅受地面动力摩擦的影响，而且还受周围建筑物的阻挡和摩擦，形成特殊的小气候风场。

（2）城市化的气候效应

热岛效应是指由于城市对能量平衡的影响而使城区温度高于周围地区的现象，它是城市气候的最主要特征，一般可用城市高温中心与周围地区的气温差值表示热岛强度。尽管世界各地城市的纬度位置、经度位置、高度位置和自然环境差别很大，但城市热岛都普遍存在，这已被大量观测资料和理论研究所证实。在水平温度场上，城市热岛表现为城市气温高于郊区，相对于广阔的乡村，城市恰似浩瀚海洋上的一个炎热“岛屿”。城市热岛效应是城市化的产物，其强度取决于城市规模、人口密度、建筑物密度、城市布局形状、下垫面性质等。在城市的形成和发展过程中，随着城市规模的不断扩大，城市热岛也不断加强。图7-7为晴静夜晚城市热岛的环流模式。

图7-7　晴静夜晚城市热岛环流模式（周淑贞等1985）

大气中的水汽含量主要取决于下垫面的蒸散过程。由于城区蒸散量远小于乡村，因此其空气绝对湿度远小于乡村。尽管城区燃烧大量矿物燃料（天然气、汽油、燃料油和煤等）可以向大气释放一定的水汽，但其量甚微，很难弥补蒸散量的不足。另外，由于城区温度高于乡村，所以其相对湿度就显得更小。鉴于此，许多人把由于城市对水量平衡的影响而产生的城区低湿现象称为干岛效应。以上海为例，由表7-1可见，尽管城区各月湿度均低于乡村，但其差值存在有明显的季节变化，一般夏季差别比较明显，冬季差别较小，这是由于乡村夏季植物受生长旺盛，下垫面蒸散量很大，而且夏季热岛环流很弱，其水汽平流输送量很小，所以干岛效应较明显；冬季城郊蒸散差不太大，而且热岛环流的平流输送作用比较明显，所以干岛效应较小。

表7-1　1961—1970年上海市气象台与松江站空气湿度差值平均值

注：本表引自（周淑贞等1985）。

城乡湿度差存在明显的日变化。在白天，由于城区蒸散量明显小于乡村，湍流向上输送量比乡村大，而且热岛环流较弱，平流输送量较小，因此城区出现“干岛”，而且城乡湿度差较大；在夜间，特别是在午夜之后，由于城郊蒸散差不明显，乡村水汽的平流输送量较大，而且由于城市热岛的影响，城市凝露量明显小于乡村，所以城区可出现“湿岛”。尽管城市湿度的日变化有“干岛”和“湿岛”交替出现的现象，但其总效应仍以干岛效应为主。

城市对雾的形成有两方面截然相反的影响，一方面城市是重要的大气污染源，低层大气中充足的凝结核有利于水汽凝结，而且风力较小，有利于雾的集中；另一方面城市热岛和热岛环流不利于辐射冷却和平流冷却，对雾的形成有一定的抑制作用。因此城区多雾，但浓雾频率较低。例如，伦敦是世界上著名的“雾都”，在1956年实行空气净化措施之前，其市中心的雾日频率比郊区大得多，但多为能见度小于1000 m的雾，其每年出现的小时数约达7个郊区站平均值的两倍，但能见度小于40 m，200 m和400 m的浓雾出现的小时数却比郊区少。可是，在特定的大尺度天气条件下，伦敦市中心也曾出现灾难性的浓雾，其中闻名世界的1952年12月上旬伦敦大雾就是典型一例。它是由高压长期控制所造成的，当时风力弱，相对湿度大，高空有下沉逆温发展，下层辐射逆温也不断加强，并相互联结，大气层结十分稳定。由于市区污染严重，污染物积聚于低层，从而造成约4000人死亡的惨剧。

由于城市热岛的影响，城市温度直减率大于乡村，易发生对流，而且大气中凝结核较充足，所以城区云雨天气比较多，日照较少。在雨量分布图上，城区多为闭合多雨中心，人们把这种现象称为雨岛效应。特别是有剧烈天气发生时，城市的动力和热力作用对此有强化作用，使城市成为雷暴、冰雹等剧烈天气多发中心。

4.气候工程的气候效应

气候工程是近年来提出的一个概念，张家城（1988）认为它有广义和狭义两种理解：广义的气候工程是指人类能够影响地球气候的建设工程项目，按照这一定义，几乎所有的工农业生产和生活建设都能包括在内，因为它们都以不同方式影响着气候；狭义的气候工程是指人类以改善气候为主要目标的建设工程项目，由于许多工农业生产和生活建设的主要目标是追求物质利益，所引起的气候变化仅是其副产品，因此不属于气候工程的范畴。气候工程都是为了改善某一方面的气候环境而建立的，但由于气候系统中的广泛联系性，气候工程的建立不仅会引起改善对象的变化，而且还会产生一系列的无意识气候效应，其中包括有利和不利的气候效应，在气候工程的设计和建设过程中，必须考虑这两方面的内容。

灌溉和干化沼泽是两种截然相反的气候工程，其主要目标都是要把水分环境逆境转变为适合人类生产和生活的，分别通过增加供水和排水来实现，最直接的气候效应分别是灌溉地的湿润化和沼泽地的干燥化。随着地面干湿条件的变化，地温、气温、空气湿度和降水量也相应发生变化。

灌溉使土壤含水量增加，热容和热导率升高，蒸发量明显增大。地、气间的热量交换以潜热交换为主，显热交换量变得很小，在充分灌溉的干旱地区显热交换量甚至可为负值，因此灌溉区空气湿度明显地高于非灌溉区，并且其土壤和空气升温慢，降温也慢，温度日较差和年较差明显减小，从而使灌区的小气候类似于沙漠中的绿洲气候，故常把灌溉的小气候效应称为绿洲效应。绿洲效应在表层土壤和近地层空气中表现得最明显，白天低层气温的大幅度降低使温度直减率明显减小，甚至可由日射型转变为辐射型。由于灌溉多在暖季进行，它可使白天湿度明显低于非灌溉区，并且其差值很大；在夜间，尽管灌溉区地面失热速度比非灌区慢得多，但由于白天灌区积累的热量较少，非灌区积累为热量较多，所以夜间二者的温差很小，有些灌区的温度甚至全天都低于非灌区，因此灌区夏季日平均温度一般都低于非灌区。

大规模的灌溉不仅可以诱发小气候效应，而且还可对地方气候和大气候产生影响。由地面辐射平衡方程可见，灌溉使土壤变湿，颜色变暗，反射率降低，从而使其吸收的太阳辐射增加，同时，地温的下降和空气湿度的增加也使地面有效辐射减小，所以灌溉可使辐射平衡增加。虽然蒸发量的大幅度增加使灌区近地层温度明显降低，但地气系统收入的能量却增加了，所蒸发的水汽可在上层大气中（或其他地区）凝结，所释放的热量可加热大气，所以大规模的灌溉可使一定区域（甚至全球）的平均气温升高。另外，蒸发量的增加可使降水量增加。

沼泽地水分过多而热量不足，高湿、低温、多雾、阳光不足是其主要特点。干化沼泽可使空气湿度降低，雾日减少，日照增加，地温和气温升高，日较差变大。

大型水库类似于自然湖泊，所以人们常把水库的气候效应称为湖泊效应。它大致包括以下几方面作用。①使库区气温升高，日较差和年较差减小。水库的建立使下垫面反射率和有效辐射减小，气温升高。据研究，一个32 km2的水库可使库区平均气温上升0.7℃。另外，水体的调节作用可使气温变幅减小，例如我国新安江水库建成后，夏季不如过去热，冬季不如过去冷，初霜推迟，终霜提前，霜期缩短20 d左右。②使库区风速加大，风向发生周期性变化。风速加大是由于水面平滑，摩擦力较小。如果水库面积较大，因为白天气温低于四周地区，夜间高于四周地区，所以可形成以一日为周期的水陆风，白天风由水库吹向沿岸，夜间由沿岸吹向水库，其形成原理类似于湖陆风和海陆风。③使库区湿度增加，云雨天气的时空分布发生变化。水库的建立使蒸发量明显增加，从而使空气湿度升高。由于夏季库区水面较凉，气层稳定，所以云雨天气减少；冬季水面较暖，气层不稳定，云和降水增多。在水库的下风侧，空气湿度较大，所以降水量增加。例如，新安江水库建成后，夏季和年降水量减少，冬季降水量略增，水库附近年降水量约减少100 mm，水库中心减少150 mm，离水库较远、地势较高的地方降水量反而增加，个别地方年降水量可增加100 mm，甚至200 mm以上。

随着水利事业的迅速发展，全世界的水库数量和规模均在不断增大。全世界水库的有效容积还在继续增加。这不但可引起局地气候变化，而且还可诱发类似于灌溉的全球性气候效应。

保护地工程是人类为了预防气象灾害、改善小气候环境而设立的一些人工控制设施。冬季主要有冷床、温床、地膜覆盖、塑料大棚和温室等，夏季主要有搭棚遮阴措施，这些设施具有不同的小气候效应。随着建筑材料的不断更新，目前地膜覆盖、塑料大棚和温室的发展很快，其小气候效应类似。

保温效应是温室（包括玻璃温室、塑料大棚和地膜覆盖）的基本小气候效应。由于覆盖物的反射和吸收作用，进入温室的太阳辐射减少。但一方面由于绝大部分太阳辐射可进入室内，而地面长波辐射却很难穿过覆盖物而进入大气；另一方面，温室是一封闭空间，对流和乱流热交换均很弱，所以室内地温和气温均明显高于室外。据研究，温室的辐射效应对提高温度的影响占28％，而乱流减弱对提高温度的影响占72％，即真正的温室效应主要起因于封闭空间对乱流的减弱作用，它与大气保温效应明显不同。