第二章 气候变化的科学认识、影响与适应性

第一节 气候变化问题的科学认识

一、基本概念

（一）天气、气候

1．天气是指短时间（几分钟到几天）发生的气象现象，如雷雨、冰雹、台风、寒潮、大风等。它们常常在短时间内造成集中的、强烈的影响和灾害。

2．气候不同于天气。气候是指某一长时期内（月、季、年、数年到数百年及以上）气象要素（如温度、降水、风等）和天气过程的平均或统计状况，主要反映的是某一地区冷暖干湿等基本特征，通常由某一时期的平均值和距此平均值的离差值（气象上称距平值）表征。公众日常关心的是每天的天气如何，但不少经济活动的决策者和经济计划的制定者，为趋利避害，更关心气候状况，特别是未来的气候。

（二）气候变化

气候变化是指气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两者一起出现了统计意义上的显著变化。离差值增大，表明气候状态不稳定性增加，气候变化敏感性也增大。气候变化是由气候系统的变化引起的，气候系统包括大气圈、冰雪圈、生物圈、水圈、岩石圈（陆地）。我国是世界上气候变化敏感区和脆弱区之一。

引起气候系统变化的原因有多种，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、地球运转轨道的变化和固体地球的变化等。后者包括人类燃烧化石燃料、毁林以及其他工农业活动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。

（三）温室气体和温室效应

大气中的水汽、臭氧、二氧化碳等气体，可以透过太阳短波辐射（指吸收少），使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射（指吸收多），从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应”，二氧化碳等气体则被称为“温室气体”。

如果没有温室气体，则全球地表平均温度应是-18℃，而工业化前很长一段时间全球地面的平均温度实际上是15℃左右。因此，如果大气中的温室气体浓度继续增加，进一步阻挡地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增大长波辐射量。地面温度增加后，水汽将增加（增加大气对地面长波辐射的吸收），冰雪将融化（减少地面对太阳短波的反射），又使地表进一步增温，即形成正反馈使全球变暖更显著。另一方面，水汽增加有可能使天空云量增加，从而使地表降温，形成负反馈。

除了二氧化碳外，目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。对气候变化影响最大的是二氧化碳，二氧化碳的生命期很长，一旦排放到大气中，其寿命可达200年，因而最受关注。排放温室气体的人类活动包括：所有的化石能源燃烧活动排放二氧化碳（在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低），化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏排放二氧化碳和甲烷，水泥、石灰、化工等工业生产过程排放二氧化碳和氧化亚氮，水稻田、牛羊等反刍动物消化过程排放甲烷，土地利用变化减少对二氧化碳的吸收，废弃物排放甲烷和氧化亚氮等。

二、全球气候正经历以变暖为主要特征的变化，近50年的气候变化很可能主要由人类活动造成

近百年来，降水分布也发生了变化。大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少。有些地区极端天气气候事件（厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等）的出现频率与强度增加。

由于气候变暖，使海水产生热膨胀。同时，近百年来极冰的大量融化，使全球海平面上升了10～20cm，大气中温室气体浓度明显增加。二氧化碳的浓度目前已达到368ppm（百万分之一体积），比工业化之前增加了88ppm，这可能是过去42万年中的最高值。

对过去100多年气候的模拟表明，只考虑自然因子作用的模拟结果，与1860～2000年的气候演变差异较大；同时模拟自然因子和人类活动的作用，可以相当好地模拟出过去100多年的气候变化。因而，近百年全球气候变化是由自然的气候波动和人类活动的作用共同造成的。

综上所述，近百年来地球气候正经历一次以全球气候变暖为主要特征的显著变化，这种变暖是由自然的气候波动和人类活动共同引起的。但最近50年的气候变化，很可能主要是由人类活动造成的。

三、近百年我国气候在变暖，季节以冬季地区以西北、华北、东北最为明显

在全球变暖的大背景下，我国近百年的气候也发生了明显变化（秦大河等，2002），主要表现为：

（一）近百年我国气候变化的趋势与全球气候变化的总趋势基本一致。近百年来，我国气温上升了0.4℃～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；我国20世纪90年代是近百年来最暖时期之一，但尚未超过20世纪20～40年代最暖时期。

（二）从地域分布看，我国气候变暖最明显的地区在西北、华北、东北地区，其中西北（陕、甘、宁、新）变暖的强度高于全国平均值。长江以南地区变暖趋势不显著。

（三）从季节分布看，我国冬季增温最明显。1985年以来，我国已连续出现了16个全国大范围的暖冬，1998年冬季最暖，2001年次之。我国降水以20世纪50年代最多，以后逐渐减少，华北地区尤其如此。这意味着华北地区出现了暖干化趋势。

以上所述表明，近百年来中国的气候也在变暖，以西北、华北、东北变暖最明显，其中华北地区出现了暖干化趋势。

四、全球气候将继续变暖

不同的社会经济（如人口增长速率、经济发展速度、社会进步水平和技术进步程度等），对应着不同的温室气体和气溶胶排放水平。IPCC第三次评估报告构造了36种不同温室气体排放情景，基本上涵盖了理想情况（人口增长得到控制、技术迅速改进、经济迅速发展）到不理想情况（人口不断增长，技术和经济发展缓慢）之间的各种情况。其中6种代表性的温室气体排放情景表明，人类活动造成的温室气体排放，将使大气中二氧化碳的浓度从工业化前的280ppmv上升到2100年的540~970ppmv。也就是说，未来100年温室气体排放的幅度将可能在540~970ppmv之间变化。预测未来气候变化的主要工具是气候模式。在这种模式中，考虑了海洋与大气的相互作用，以及温室气体的变化对气候状况的影响。

（一）科学家使用31个复杂气候模式，对6种代表性温室气体排放情景下未来100年的全球气候变化进行了预测。结果表明：全球平均地表气温到2100年时将比1990年上升1.4℃～5.8℃。这一增温值将是20世纪内增温值（0.6℃左右）的2～10倍，可能是近10000年中增温最显著的。21世纪全球平均降水将会增加，但大部分年平均降水量增加的区域很可能同时出现大的年际变化，北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小。全球平均海平面到2100年时将比1990年上升0.09～0.88m，各个区域的上升值将有较大的差异。一些极端事件（如高温天气、强降水、热带气旋强风等）发生的频率会增加。

（二）我国科学家使用国际上先进的全球气候模式和我国区域气候模式，在假定大气二氧化碳浓度继续增加和气溶胶浓度改变的情景下，预测了我国未来气候的变化。结果表明：我国气候将继续变暖。到2020~2030年，全国平均气温将上升1.7℃；到2050年，全国平均气温将上升2.2℃；当大气中二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升2.9℃。我国气候变暖的幅度由南向北递增加。到2030年，我国西北地区气温可能上升1.9℃～2.3℃，西南地区可能上升1.6℃～2.0℃，青藏高原可能上升2.2℃～2.6℃。我国不少地区降水出现增加趋势，东南沿海增加值为最大。长江中下游地区出现变干的趋势，华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。

由上述各点可知，全球变暖将继续下去，即便大气中的温室气体浓度从现在起稳定，这种变暖趋势还要继续几十年。随着污染治理，硫化物气溶胶的排放将减少，因此未来增暖的速率将比过去100年更快。

五、气候变化预测存在着不确定性

由于目前对气候系统的认识有限，上述气候变化预测结果给出的只是可能的变化趋势和方向，包含有相当大的不确定性。降水预测的不确定性比温度的更大。产生不确定性的原因很多，主要有以下原因：

（一）未来大气中温室气体浓度的估算存在不确定性

未来大气中的二氧化碳浓度，直接影响未来气候变暖的幅度。只有弄清了碳循环过程中的各种“汇”和“源”，尤其是陆地生态系统、海洋物理过程和生化过程到底吸收了多少排放的二氧化碳（包括气候系统各圈层之间的相互影响）才能比较准确地判明未来大气中的二氧化碳浓度将如何变化。但现在对温室气体“汇”和“源”的了解还很有限。同时，各国未来的温室气体和气溶胶排放量，取决于当时的人口、经济、社会等状况，这使得现在就准确地预测未来大气中温室气体的浓度相当困难。

（二）可用于气候研究和模拟的气候系统资料不足

我国现有的与气候系统观测有关的观测网，基本是围绕某一部门、某一学科的需要而独立建设和运行的。站网布局、观测内容等方面都不能满足气候系统和气候变化研究和模拟的要求。

（三）用于预测未来气候变化的气候模式系统不够完善

要比较准确地预测未来50～100年的全球和区域气候变化，必须依靠复杂的全球海气耦合模式和高分辨率的区域气候模式。但是，目前气候模式对云、海洋、极地冰盖等引起物理过程和化学过程的描述还很不完善，模式还不能处理好云和海洋环流的效应以及区域降水变化等。就预测我国未来气候变化而言，适合我国使用的气候模式仍处于发展之中，迄今所用的国外模式尚不能准确地构筑我国未来气候变化的情景。