第一节 全球气候变化的历史变迁

本节内容在界定“气候”与“气候变化”含义的基础上，指出气候变暖是全球气候变化的总体趋势，并进一步阐述气候变暖对自然系统和生态系统的影响和后果。

一 “气候”和“气候变化”的界定

研究全球气候的变迁过程，首先需要对“气候”和“气候变化”进行明确界定。根据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的定义，“气候系统”由大气、陆地表面、雪和冰、海洋和其他水体，以及生物组成，是一个复杂的、各部分相互作用的系统。[1]“气候”被定义为“天气的平均状态”（Average Weather），即从数月到数百万年的一段时期内（通常采用30年的时间段），气温、降水，以及风的平均值及变率。[2]《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）对于“气候系统”的定义与政府间气候变化专门委员会的定义基本一致，认为“气候系统”是大气圈、水圈、生物圈和地圈的整体及其相互作用。[3]

关于对“气候变化”的界定，政府间气候变化专门委员会与《联合国气候变化框架公约》的侧重点有所不同。政府间气候变化专门委员会所用的“气候变化”是指气候状态（State of the Climate）的变化，这种变化可以利用统计检验，通过诸如气温、降水，以及风等气候特征的平均值及其变率进行判别，这种特征变化应该持续一定的时间，通常是几十年或者更长时间。政府间气候变化专门委员会所定义的“气候变化”涵盖了气候系统随时间所发生的任何变化，不但包括由自然因素所引起的气候变化，而且包括由人类活动所引起的气候变化。[4]而《联合国气候变化框架公约》则将“气候变化”界定为在类似时期内（Comparable Time Periods）观测到的，由于直接或间接的人类活动改变了地球大气的组成而造成的气候变化，将气候的自然变异排除在外。[5]

政府间气候变化专门委员会与《联合国气候变化框架公约》对于“气候变化”的不同界定，在一定程度上源于二者职能侧重点的不同：政府间气候变化专门委员会的主要职能在于，通过发布关于气候变化的起因、潜在影响，以及反应战略等科学、技术和社会经济的综合评估报告，为人类应对气候变化的行动提供全面的科学参考依据。而《联合国气候变化框架公约》则主要致力于通过全球各方的具体行动，“将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上”[6]，简言之，即尽量减少人类活动对气候变化的影响，对人类活动影响的关注使《联合国气候变化框架公约》更为注重引发气候变化的人为因素。

二 全球气候变化的总体趋势：气候变暖

大气和海洋温度的变化是全球气候变化的一个关键指标。根据政府间气候变化委员会第四次评估报告的数据，在之前的100年间（1906～2006年），全球地表平均温度增加了0.74℃左右。其中，有两个比较明显的增温阶段：第一个阶段从20世纪10年代到20世纪40年代，在近40年间，全球平均温度增加了0.35℃左右；第二个阶段从20世纪70年代至今，全球平均温度增加了0.55℃左右。[7]此外，根据政府间气候变化委员会第五次评估报告的最新数据显示，在1880～2012年的133年间，全球地表平均温度增加了0.85℃左右，并且，过去三个十年已经连续偏暖于1850年以来的任何一个十年。在北半球，1983～2012年可能是过去1400年中最暖的30年（中等信度）。[8]其中，人类有记载以来温度最高的十个年份均发生在1997年至今，而2005年和2010年则是有记载以来全球平均温度最高的两个年份（见图1-1）。[9]

图1-1 观测到的全球平均陆地和海表温度距平变化（1850～2012年）

数据来源：IPCC，Climate Change 2014：Synthesis Report. Contribution of Working Groups Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change ［Core Writing Team，R.K. Pachauri and L.A. Meyer（eds.）］. IPCC，Geneva，Switzerland，p.41.

除了全球总体平均温度呈现上升趋势外，具体到区域分析，北半球比南半球增温幅度大，其中，增温幅度最大的是亚洲大陆腹地、北美洲东北部，以及南美洲东南部。陆地比海洋增温幅度大，近20年来陆地和海洋的增温速率大约分别为0.27℃/年和0.13℃/年（见图1-2）。[10]

图1-2 观测到的地表温度变化（1901～2012年）

数据来源：IPCC，Climate Change 2014：Synthesis Report. Contribution of Working Groups Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ to the Fifth Assessment Report of theIntergovernmental Panel on Climate Change ［Core Writing Team，R.K. Pachauri and L.A. Meyer（eds.）］. IPCC，Geneva，Switzerland，p.41.

三 气候变暖的不利影响

根据政府间气候变化委员会第五次气候变化评估报告的研究结论，“所有大陆和大部分海洋的观测证据表明，许多自然系统正在受到区域气候变化的影响，特别是温度升高的影响”[11]。具体主要体现在以下几个方面。

（一）干旱、强降水和洪涝的风险加大

全球气温的升高会改变降水的数量、强度、频率和类型，从而使得干旱、强降水（日降水量大于95个百分点）和洪涝的风险加大。

首先，气候变暖使地表变干加速，从而增加干旱发生的可能性和强度。政府间气候变化委员会第四次评估报告根据帕尔默干旱强度指数（PDSI）的数据指出，1900～2005年间，撒哈拉、南部非洲、地中海，以及中亚地区少雨，而北美洲和南美洲东部、北欧，以及亚洲北部多雨，但是在降水有所增加的区域，气温升高使得空气更加干燥。政府间气候变化委员会第五次评估报告虽然对气候变暖对干旱影响的研究结论做了部分修正，认为目前并没有足够证据证明全球范围内存在持续干旱趋势，但同时也指出，自20世纪50年代以来，地中海和西非地区的干旱频率和强度均有所增加。[12]

其次，气候变暖会增加强降水和洪涝的风险。根据克劳修斯-克拉柏龙关系式，气温每上升1℃，大气持水量可以增加7%左右。在20世纪，根据海洋表面温度的变化可以估算出海洋上空大气中的水汽增加了5%。由于降水主要来自以存贮在大气中的水汽为来源的天气系统，因此，温度上升会增加降水的强度，以及暴雨和暴雪的风险。总体来说，偏暖的气候会增加强降水和洪涝的风险（见图1-3）。

图1-3 月平均帕尔默干旱强度指数（PDSI）空间分布形势（1900～2002年）

数据说明：PDSI是一种分析干旱强度的主要指数，它通过把以前的降水量和大气中水汽估值（基于气温）代入一个水分统计系统，衡量地表水汽的累计亏值。下图表示这种空间分布形势的符号和强度自1900年以来发生的变化。平滑的黑色曲线表示十年的变化。时间序列基本上对应一种趋势，这种降水分布形势及其变化占全球陆地地区1900～2002年间PDSI线性趋势的67%。

数据来源：Trenberth，K.E.，P.D. Jones，P. Ambenje，R. Bojariu，D. Easterling，A. Klein Tank，D. Parker，F. Rahimzadeh，J.A. Renwick，M. Rusticucci，B. Soden and P. Zhai，“2007：Observations：Surface and Atmospheric Climate Change，” in Solomon，S.，D. Qin，M.Manning，Z. Chen，M. Marquis，K.B. Averyt，M. Tignor and H.L. Miller（eds.），Climate Change 2007：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group Ⅰ to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change，Cambridge University Press，Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA，p.263.

最后，由于气温上升，降水有可能更多以降雨而不是降雪的形式发生，尤其在雪季开始的秋季和雪季结束的春季，以及在气温接近结冰点的地区。这种降水类型的变化在北半球高纬度陆地上表现最为典型，气候变暖使该地区降雨增加，积雪减少，从而减少了夏季的水资源。

（二）热昼、热夜、飓风等极端事件增多

根据相关记录，1950～2000年的50年间，全球每年发生冷夜和冷昼（指低于10个百分点温度的昼夜）的天数总体呈现减少趋势，而每年发生热夜和热昼（指超过90个百分点温度的昼夜）的天数总体呈现增加趋势，其中，热夜天数的增加尤为显著。[13]此外，热带海表温度的变化等因素使热带风暴和飓风自20世纪70年代以来呈现大幅度上升趋势，并且风暴持续时间延长，强度增加。20世纪70年代以来四类和五类飓风的个数增加了75%左右，其中，以发生在北太平洋、印度洋和西南太平洋地区的居多。而北大西洋飓风的个数在过去11年中有9年高于常值，并且在2005年创下飓风发生次数的最高纪录。

（三）冰川和北极冰雪融化，冻土面积减少

图1-4 全球冷夜（昼）、热夜（昼）发生天数的变化趋势（1950～2010年）

数据来源：Hartmann，D.L.，A.M.G. Klein Tank，M. Rusticucci，L.V. Alexander，S. Br.nnimann，Y. Charabi，F.J. Dentener，E.J.Dlugokencky，D.R. Easterling，A. Kaplan，B.J. Soden，P.W. Thorne，M. Wild and P.M. Zhai，“2013：Observations：Atmosphere and Surface，” in Stocker，T.F.，D. Qin，G.-K.Plattner，M. Tignor，S.K. Allen，J. Boschung，A. Nauels，Y. Xia，V. Bex and P.M. Midgley（eds.），Climate Change 2013：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group Ⅰ to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change，Cambridge University Press，Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA，p.210.

根据1978年以来的卫星资料（见图1-4），在1979～2012年间，北冰洋的海冰面积平均每10年减少3.8%左右，[14]夏季的海冰面积每10年减少7.4%左右。全球绝大多数的山地冰川和冰帽持续退缩，其中，在1967～2012年间，北半球3月和4月平均积雪范围每10年缩小1.6%（0.8%～2.4%），6月每十年缩小11.7%（8.8%～14.6%）。目前已有局地和区域的报告资料显示，全球范围内的常年冻土层变暖，地域范围缩小，夏季解冻的常年冻土层厚度增加，冬季季节性冻土层的厚度减少，季节性河冰和湖冰的结冻期缩短。政府间气候变化委员会的报告认为，“普遍变暖是导致地球总冰量损失的原因”[15]。

（四）海平面上升

图1-5 地面气温与海冰、冻土、积雪、冰川面积变化趋势

数据来源：Lemke，P.，J. Ren，R.B. Alley，I. Allison，J. Carrasco，G. Flato，Y. Fujii，G. Kaser，P. Mote，R.H. Thomas and T. Zhang，“2007：Observations：Changes in Snow，Ice and Frozen Ground，” in Solomon，S.，D. Qin，M. Manning，Z. Chen，M. Marquis，K.B. Averyt，M. Tignor and H.L. Miller（eds.），Climate Change 2007：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group Ⅰ to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change，Cambridge University Press，Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA，p.376.

全球海平面上升主要有两个原因：一是海洋热膨胀效应，水温升高导致水体发生膨胀；二是由于冰雪融化导致陆地冰的损失。两种因素对全球海平面上升的贡献大约各占50%。[16]20世纪70年代初以来，观测到的全球平均海平面上升的75%可以由冰川冰量损失和因变暖导致的海洋热膨胀来解释（高信度）（见图1-5）。相关机构通过对数据的估算显示，20世纪全球平均海平面以每年1.7毫米的速度上升，1901～2010年间，全球平均海平面上升了0.19（0.17～0.21）米。并且，1993年以来全球海平面一直以每年3毫米的速度上升，远远高于前半个世纪的平均值。[17]此外，受温度、盐度，以及洋流变化的影响，世界各地的海平面上升并不均匀。根据《IPCC排放情景特别报告》（SRES），到21世纪90年代中期，全球海平面将比1990年上升0.22～0.44米，每年约上升4毫米。并且，与之前一样，未来全球海平面的变化在地理上将是不均衡的，区域海平面的变化幅度在平均值上下0.15毫米之间浮动（见图1-6）。[18]

图1-6 全球平均海平面变化（1900～2010年）

数据来源：Church，J.A.，P.U. Clark，A. Cazenave，J.M. Gregory，S. Jevrejeva，A. Levermann，M.A. Merrifield，G.A. Milne，R.S.Nerem，P.D. Nunn，A.J. Payne，W.T. Pfeffer，D. Stammer and A.S. Unnikrishnan，“2013：Sea Level Change，” in Stocker，T.F.，D. Qin，G.-K. Plattner，M. Tignor，S.K. Allen，J. Boschung，A. Nauels，Y. Xia，V. Bex and P.M. Midgley（eds.），Climate Change 2013：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group Ⅰ to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change，Cambridge University Press，Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA.

除了对自然系统的影响之外，全球气候变暖还会对其他生态系统、社会经济系统，以及人类的健康和福利造成不同程度的影响：诸如生物多样性、生态系统循环、水和食物供给、人类定居地的选择和社会发展，以及产业发展等。