气候变化与人类的影响--新疆气象手册（9）第1篇2章4-5节

20191216

4 气候变化

4．1 监测气候变化的意义

气候和地球上各种自然现象一样，都在不断地变化之中。根据观测事实，地球上的气候一直不停地呈波浪式发展，冷暖干湿相互交替，变化的周期长短不一。

研究地球气候变化的历史，弄清现代气候变化的趋势，这一方面具有重大的理论意义，另一方面为我们按照气候演变规律，采取适当措施及早预防和抗御气候灾害和极端气候事件、合理地开发利用气候资源以及改造不利气候条件等提供科学依据，其实用价值愈来愈显著。

4．2 气候变化的史实

地球形成为行星的时间尺度约为50±5亿年。据地质沉积层的推断，约在20亿年前地球上就有大气圈和水圈。地球气候史的上限，可追溯到20±2亿年。据地质考古资料、历史文献记载和气候观测记录分析，世界上的气候都经历着长度为几十年到几亿年为周期的气候变化。现在为科学界所公认的有：

⑴ 大冰期与大间冰期气候变化：时间尺度为几百万年到几亿年；

⑵ 亚冰期与亚间冰期气候变化：时间尺度约为几十万年；

⑶ 副冰期与副间冰期气候变化：时间尺度约为几万年；

⑷ 寒冷期（或小冰期）与温暖期（或小间冰期）气候变化：时间尺度约为几百年到几千年；

⑸ 世纪及世纪内的气候变化：时间尺度约为几年到几十年。

从时间尺度和研究方法来看，地球气候变化可分为三个阶段：地质时期的气候变化、历史时期的气候变化和近代（也称短期）气候变化。地质时期气候变化时间跨度最大，从距今22亿～1万年，其最大特点是冰期与间冰期交替出现，温度变化振幅可达10℃。历史时期气候变化一般指1万年以来（时间尺度10²～10³年）的气候变化，温度变化幅度1～2℃。近代（短期）气候变化是指最近一、二百年有气象观测资料时期的气候变化，又可细分为三类：一是年代际气候变率，时间尺度10¹～10²年，温度变化幅度0.5～1.0℃；二是年际气候变率，时间尺度10⁰～10¹年，温度变化幅度1.0～2.0℃；三是气候异常，时间尺度10⁻¹～10⁰年，温度变化幅度3.5～5.0℃。

显然，导致气候变化的因子与形成气候的因子（详见上一节）是一致的，这里不再赘述。

4．3 短期气候变化的事实

4．3．1 全球的气候变暖

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的，主要表现为：

⑴ 1860年以来，全球平均温度升高了0.6±0.2℃。近百年来最暖的年份均出现在1983年以后。20世纪北半球的温度增幅，可能是过去1000年中最高的。

⑵ 近百年来，降水分布也发生了变化。大陆地区尤其是中高纬地区降水增加，但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、冰暴、风暴、高温天气和沙尘暴等）的出现频率与强度增加。

⑶ 大气中温室气体浓度明显增加。大气中二氧化碳的浓度目前已达到368ppmv（百万分之一体积），这可能是过去42万年中的最高值。

⑷ 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，可相当好地模拟过去100多年的气候变化。

⑸ 近50年的温度变化，很可能主要是以人类活动排放的温室气体造成的。

4．3．2 中国的气候变暖

在全球变暖的大背景下，近百年中国气候在变暖，以冬季和西北、华北、东北最为明显。现具体叙述如下：

⑴ 近百年中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，中国气温上升了0.4～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；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。

⑵ 从地域分布看，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。

⑶ 从季节分布看，冬季增温最明显。1985年以来，已连续出现了17个全国大范围的暖冬，1998年冬季最暖，2002年次之。

⑷ 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暖干化趋势。

4．4 短期气候变化对自然生态系统的影响

自然生态系统按其生长环境可分成陆生与水生两大类生态系统。前者又可按其植被类型分成森林、草原、荒漠等生态系统，也可按地形划分高山、盆地、海岸带等生态系统。后者可分为海洋和淡水两类生态系统，其中淡水又分静水（湖泊、池塘、水库、湿地与河口湾）生态系统与流水（江、河、溪流）生态系统。

观测表明，全球气候变暖对全球许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前，等等。自然生态系统由于适应能力有限，容易受到严重的、甚至不可恢复的破坏。正面临这种危险的生态（子）系统包括：冰川、珊瑚礁岛、红树林、热带林、极地和高山生态系统、草原湿地、残余天然草地和海岸带生态系统等。随着气候变化频率和幅度的增加，遭受破坏的自然生态系统在数目上会有所增加，其地理范围也将增加。现简单地概括如下：

⑴自然植被的地理分布与物种组成可能发生明显变化；

⑵冰川、冻土和积雪可能减少；

⑶气候变化可能是导致湖泊水位下降和面积萎缩的主要因素之一；

⑷海平面升高将影响海岸带和海洋生态系统；

⑸一些极端天气气候事件可能增加。

4．5 短期气候变化对社会经济系统的影响

气候作为一种重要的自然资源，同时作为自然环境的重要组成部分，从两个不同的方面在社会经济系统中发挥作用。气候变化会程度不同的影响到全球和各地区社会经济的方方面面，如主要农作物及畜牧业的生产、主要江河流域的水资源供需、沿海经济开发区的发展、人类居住环境与人类健康以及能源需求等。人类社会系统对气候变化的敏感性和脆弱性，随其地理位置、时间、社会经济发展水平和环境条件而变化。

气候变化可能带来的许多不利影响，如：

⑴ 大部分热带、亚热带区和多数中纬度地区普遍存在作物减产的可能；

⑵ 对许多缺水地区的居民来说，水的有效利用降低，特别是亚热带区；

⑶ 受到传染疾病影响的人口数量增加；

⑷ 大暴雨事件和海平面升高引起的洪涝，将危及许多低洼和沿海居住区；

⑸ 由于夏季高温而导致用于降温的能源消耗增加。

气候变化也可能带来有利的影响，如：

⑴ 温度升高使中纬度的一些地区存在着作物增产的可能；

⑵ 全球木材供应可能会增加；

⑶ 对某些缺水地区（如南亚部分地区）的居民来讲，可用水量可能增加；

⑷ 中高纬度地区居民因冬季寒冷的死亡率降低；

⑸ 由于出现暖冬，取暖所需能源减少。

4．6 中国如何应对全球气候变化

全球气候变化问题，不仅是科学问题、环境问题，而且是能源问题、经济问题和政治问题。全球气候变化问题将给中国带来许多严峻的挑战：一是国际上要求减排温室气体的压力越来越大；二是减排温室气体的潜力受能源资源结构、技术和资金的制约；三是适应与减缓气候变化影响的问题，尚未真正提上议事日程。

2003年11月24日，全国政协人口资源环境委员会和中国气象局联合召开了《气候变化与生态环境研讨会》，中国科学院院士、中国气象局局长秦大河作了题为“气候变化：科学、影响和对策”的主题报告（本节大部分内容均选自该报告），提出了中国应对全球气候变化的三点建议：① 国家要继续加强气候变化研究，努力提高气候变化研究的水平；② 制定应对气候变化问题的总体规划；③ 建设中国气候系统观测网。

5 人类活动对气候的影响

5．1 人类活动影响概述

自人类社会出现以来直到工业革命时期，人类活动对气候和环境的影响十分有限，气候变化基本上可看作是自然因子作用的结果。而在工业革命后的200多年来，地球村人口剧增、人类活动规模越来越大，这种影响不但可以破坏人类的生存环境，影响到社会的可持续发展，有些人类活动对气候的影响还可以延续数十年到百年，甚至是不可逆转的。

人类活动对气候的影响有两种：一种是自发的影响，即在人类活动中产生的“副产品”—对气候自发地产生了副作用；另一种是自觉的影响，即为了某种目的，采取一定的措施，如气候预测、防灾减灾、合理开发利用自然资源、植树造林、人工草场、人工增水等等，有意识地改变一定范围的气候。在现阶段，以第一种影响占绝对优势，而这种影响以下列三方面表现得最为显著：

⑴ 在工农业生产中排放至大气中的温室气体和各种污染物质，改变大气成分；

⑵ 在农牧业发展和其它活动中改变下垫面的性质；

⑶ 在城市中的城市气候效应。

5．2 人类活动与大气成份的变化

大气中的二氧化碳（CO₂）、臭氧（O₃）、甲烷（CH₄）、一氧化二氮（N₂O）、氟氯烃化合物（CFCs）、一氧化碳（CO）、四氯化碳（CCl₄）等气体的含量不高，只占大气总量的千分之一到万分之一，故被称为痕量气体，但它们可以透过太阳短波辐射（指吸收少），使地球表面升温；却又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（CO₂）等气体的这一作用与“塑料大棚”的“温室”作用类似，故称之为“温室效应”，二氧化碳（CO₂）等气体则被称为“温室气体”。如果大气中没有这些温室气体，地面温度将会比现在降低30℃以上，地球自然环境将是另一幅面貌。这些温室气体含量的变化通过温室效应对气候的变化产生重大影响。

温室效应的影响是指人类生产和生活中产生的CO₂等气体排入大气，增加了大气中温室气体的含量，强化了原本存在的自然温室效应，但另一方面温室气体之间也可以相互影响，例如，研究表明上世纪70年代末期以来臭氧层的O₃量逐年下降现象，主要是由于氟氯烃类化合物（CFCs）、CO和CH₄排入大气造成的。

据估计，在1880～1980年的100年间，对全球增暖的贡献CO₂占66%，CH₄占15%，CFC₁₁和CFC₁₂占8%，N₂O占3%，其它因素占8%。可是在20世纪80年代，CO₂的贡献约占49%，CH₄占18%，CFC₁₁和CFC₁₂占14%，N₂O占6%，其它占13%。亦即20世纪80年代CO₂增暖作用显著减小，CH₄、CFC₁₁和CFC₁₂、N₂O以及其它温室气体作用明显增大，两者的温室效应对增暖效果的贡献几乎各占50%。

人类对这些温室气体的常规监测始于20世纪50年代，发现大气中的CO₂、CH₄、N₂O、CFCs等气体含量在急剧增加，而O₃总量则明显下降。因为O₃减少，到达地面的紫外线辐射便增加。研究表明，大气中O₃总量若减少1%，到达地面的紫外辐射会增加2%，由此将会对人类健康和生态环境带来危害。

应该指出，O₃的减少在南极具有普遍性，因而在南极中心附近形成一个O₃极小区，人们称之为“南极臭氧洞”，并有不断加强和扩大的趋势。

5．3 人类活动与下垫面的改变

人类求生存、求发展的生产、生产活动，非常遗憾地产生了四个方面“副作用”，从而改变了地表：一是森林和天然植被的破坏；二是草场和湿地面积减少和退化；三是天然湖泊减少和人工水面的增加；四是土地利用格局改变，耕地减少，质量下降，土壤退化。

改变了地表亦即改变了大气层的下垫面的物理属性，如吸收太阳辐射的吸收能力、地表面的反射率，热容量和热传导能力等，也改变了下垫面与大气层之间的水、热平衡，引起局地气候的改变，甚而进一步影响大气的能量收支和热能、动能的传输，引起大气环流的改变，造成大范围的气候变化。

5．4 人类活动与城市气候效应

随着人口的急剧增长以及工业、交通运输和城市化的发展，世界能量（主要是天然气、汽油、燃料油和煤等化石燃料）的消耗迅速增长，其中在工业生产、机动车运输中有大量废热排出，居民炉灶和空调以及人、畜的新陈代谢等亦放出一定的热量，这些“人为热”像火炉一样直接增暖大气。另外，在燃烧大量化石燃料时除有废热排放外，还向空气中释放一定量的“人为水汽”和前已叙述的大量的其它温室气体、大气粒子等。

城市是人类活动的中心，在城市里人口密集，下垫面变化最大。工商业和交通运输频繁，耗能最多，有大量温室气体、人为热、人为水汽、微尘、粒子和污染物排放至大气中。因此人类活动对气候的直接影响在城市中表现最为突出。城市气候是在区域气候背景上，经过城市化后，在人类活动影响下而形成的一种特殊局地气候。

从大量观测事实来看，城市气候的特征可归纳为城市“五岛”效应：城市浑浊岛效应；城市热岛效应；城市干岛效应；城市湿岛效应；城市雨岛效应。以及风速减小、多变。

在20世纪80年代初期美国学者兰兹葆曾将城市与郊区各气候要素的对比总结如下表所示。

 城市与郊区气候特征比较

（转引自主要参考文献2，第250页）