中国气候与生态环境演变:2021(第一卷 科学基础)

第1章 总论 主要作者协调人：秦大河、翟盘茂 编审：丁一汇 主要作者：周波涛、朴世龙 贡献作者：余荣、黄磊 执行摘要 自《中国气候与环境演变：2012》出版以来，观测数据和证据日益丰富，其进一步明确了近百年全球变暖背景下中国气候和环境变化的评估结论，更加确认了人类活动是20世纪后期以来中国气候变暖和环境变化的主因（高信度）。随着全球和区域气候系统模式的不断发展，中国区域有关气候系统和生态环境变化的研究能力有所提升，气候变化预估不确定性（高信度）有所减小。同时，随着气候到气候系统的评估理念不断完善，冰冻圈和海洋等气候变化研究得到了快速发展。在气候系统和生态环境变化下，不同环境因素的协同变化与相互作用方面也取得了重大进展，而这将是未来的重要研究方向。 1.1 引言 由人类活动引起的气候变化正在深刻影响着自然生态系统和经济社会。在联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）开展气候变化评估30年之后，在全世界大力推进联合国可持续发展目标（SDGs）、《巴黎协定》落实的背景下，在国内实施生态文明建设、积极应对气候变化国家战略和推动构建人类命运共同体的形势下，2019年启动了《中国气候与生态环境演变：2021》评估报告的编写工作。 从2002年发布《中国西部环境演变评估》（秦大河，2002）以来，2005年出版了《中国气候与环境演变》（秦大河等，2005），2012年第二次出版了《中国气候与环境演变：2012》（秦大河，2012），已经形成中国独特的系列性的气候变化与生态环境演变科学评估报告。中国气候与环境演变评估报告系列始终从气候系统角度出发，参考IPCC 评估报告的评估方法，全面系统地评估了中国气候、生态环境变化与人类经济社会相关信息，客观全面地反映了中国在气候与环境演变方面取得的*新成果；同时该评估报告系列在国家决策咨询和中长期规划，IPCC 第四、第五次评估报告1①编写，以及推动气候系统科学发展和气候变化人才培养方面做出了重要贡献。 《中国气候与生态环境演变：2021》评估报告参照IPCC 评估报告编写的有关原则和要求，力求全面、客观、平衡地反映这一领域从2012年以来的*新科学成果。《中国气候与生态环境演变：2021》进一步突出气候变化与生态环境演变的联系，结合IPCC AR6和其他相关国际重大活动，围绕中国在气候与生态环境演变领域*新研究成果开展评估。**卷主要从气候系统多圈层、陆地海洋生态、极端事件和区域气候变化与归因多个方面评估中国气候与生态环境变化，评估人类活动驱动下中国气候与生态环境未来变化预估成果，为第二、第三卷评估中国气候与生态环境变化影响、适应与应对措施奠定科学基础。 本章首先评估了从2002年发布的《中国西部环境演变评估》开始到2005年**次从西部转向全国发布的《中国气候与环境演变》、2012年发布的《中国气候与环境演变：2012》这三次科学评估报告系列（简称前三次评估报告）的发展。其次，评估了前三次评估报告对国家中长期规划、学科发展和人才培养等方面的贡献。*后，在回顾当前国际有关热点活动的基础上，介绍了本卷的总体框架设计和关键评估结论。 1.2 前三次评估报告的发展 1.2.1 **次评估报告：《中国西部环境演变评估》 2002年发布的《中国西部环境演变评估》作为中国首次发布的气候与环境演变评估报告，**次比较系统地评估了中国西部气候、生态、环境特征及其演变与成因，人类活动对西部环境的影响、未来环境变化预测、历史经验与承载力等，许多关键的评估结论经受了考验。该报告评估得到20世纪气温处于波动上升趋势，1998年为有观测记录以来的*高温度年份，青藏高原是全球温度变化*敏感的地区之一；中国西北及新疆降水量增加，呈现暖湿化趋势，干旱化的整体格局没有转变；随着温度普遍升高和人类活动影响，西部地区环境总体上处于恶化趋势。同时，该报告提出了环境承载力等概念；给出了西部大开发和重大工程实施中，应提前进行灾害综合考察和山地稳定性评估，以防患于未然等建议（秦大河，2002）。这些结论经历了近20年，在气候环境演变及其影响中得到了进一步的证实，新疆地区暖湿化、气候与环境承载力问题也越来越多地受到关注。 1.2.2 第二次评估报告：《中国气候与环境演变》 2005年发布的《中国气候与环境演变》紧密结合IPCC **次至第三次评估报告（FAR、SAR、TAR），在《中国西部环境演变评估》的基础上，将范围拓展到了全国，结合中国突出的气候与环境演变问题，重点针对中国气候、冰冻圈与陆地水环境、陆地生态与环境、近海与海岸带、海洋与陆面以及青藏高原影响、季风、人类活动作用以及未来预估等，完整地从气候系统的各个方面评估了中国区域的气候变化科学问题。《中国气候与环境演变》是**部全面评估中国气候与环境演变基本科学事实、预估未来变化趋势、综合分析其社会经济影响、探寻适应与减缓对策的专著，较全面地反映了地球科学、可持续发展以及环境等领域在气候与环境变化研究方面的*新成果。同时，该报告还为中国科学家参与IPCC AR4的编写提供了重要素材。 《中国气候与环境演变》定量评估了百年温度变化幅度，较系统地评估了过去50年中国极端事件的变化；论述了中国冰冻圈的变化，自然资源、水环境污染势态，空气污染与大气环境趋势等。《中国气候与环境演变》对我国应对气候变化、保护环境具有重要意义，对实现人与自然和谐相处、构建和谐社会产生了积极的影响。该报告在充分和深刻地掌握理解国际*新的关于全球气候历史演变和近代气候变化成果的基础上，对中国不同区域的气候演变与今后全球气候变化将带来的影响进行了详细的评估，其中对中国有特殊意义的海陆差异、青藏高原、人类活动干扰和重大工程对气候与环境的影响等都有充分的表述；气候、环境变化对中国经济、社会和主要生态系统的影响评价与对策建议也很具有针对性。另外，客观地评估了中国气候与环境演变领域研究中的不足之处，这对后续加强气候与环境研究具有重要的指导意义。《中国气候与环境演变》的出版标志着中国气候与环境演变科学评估的框架已基本形成。 1.2.3 第三次评估报告：《中国气候与环境演变：2012》 《中国气候与环境演变：2012》**卷主要从过去时期的气候变化、观测的中国气候和东亚大气环流变化、冰冻圈变化、海洋与海平面变化、极端天气气候变化、全球与中国气候变化的联系、大气成分及生物地球化学循环、全球气候系统模式评估与预估及中国区域气候预估等方面对中国气候变化的事实、特点、趋势等进行了评估，是认识气候变化的科学基础。《中国气候与环境演变：2012》分析了IPCC AR5关注的重点，在《中国气候与环境演变》内容的基础上，其更加突出了冰冻圈、海洋、土地利用与覆盖、极端天气气候、大气成分等内容。《中国气候与环境演变：2012》对于培养与支持中国青年科学家参加IPCC 科学评估活动、促进地球科学与环境科学的进一步发展起到了重要的作用。 1.2.4 科学认知进展 （1）通过更丰富的观测数据和证据确认了全球变暖背景下近百年中国气候和环境变化的评估结论。从2002年发布的《中国西部环境演变评估》到2012年发布的《中国气候与环境演变：2012》，随着卫星遥感技术的发展和观测站点设置、观测频次的调整，观测仪器性能的改善和精度不断提高，科研人员获得的资料数量和质量显著提高，延伸了观测时段，扩大了观测内容，提高了观测精度，使气候系统各圈层变化的信息量大大增加，为深入认识和理解中国气候与环境变化提供了重要证据，有关全球变暖背景下我国观测到的气候与环境变化的评估结论不断得到深化与确认，包括我国近百年温度变化趋势等评估结论不确定性范围逐渐缩小。 （2）进一步确认了人类活动是20世纪后期以来中国气候变暖和环境变化的主因。随着观测资料的增加、检测归因方法和技术的完善，以及气候模式的不断发展，国际对气候变化原因的认识逐渐深化。“人类活动是造成观测到的20世纪中叶以来中国气候变暖的主要原因”这一结论的信度从IPCC TAR 的66%以上提高到IPCC AR4的90%以上。到IPCC AR5，信度进一步提升至95%以上。在我国，20世纪后期以来，在人类活动的影响下，中国气候与环境的变化也逐步得到确认。 （3）气候系统模式的不断发展为气候变化研究和预估奠定了基础。气候系统模式是根据一套描述气候系统中存在的各种物理、化学和生物过程及其相互作用的数学方程组而建立的。自IPCC SAR 提出以来，随着对气候系统中各种物理、化学、生态过程和它们之间相互作用的认识与理解程度的不断深化，以及计算机运算能力的不断提升，气候系统模式的发展取得了长足的进步，也变得越来越庞大和复杂。气候系统模式已从20世纪70年代简单的大气环流模式发展到如今耦合了大气、海洋、陆面、海冰、气溶胶、碳循环等多个模块的复杂气候系统模式。这些模式无论是在物理过程还是在模式的分辨率上都较以前的模式有了显著的改进，这些改进提升了气候变化的研究能力，有助于减小气候变化预估的不确定性。我国在气候系统模式研发方面取得了显著进展。在IPCC SAR 中，我国仅有中国科学院大气物理研究所的一个模式参加，到IPCC AR5时，我国有来自国家气候中心、中国科学院大气物理研究所等四个单位的五个气候系统模式参加，这些模式的复杂程度不断提高，其性能也不断得到改进。 （4）冰冻圈和海洋气候变化研究得到了快速发展。2002年发布的《中国西部环境演变评估》在第3章生态环境演变（上）中，做了距今1万年和小冰期以来中国冰川长期变化和末次冰盛期中国多年冻土的扩张、全新世多年冻土退缩与扩张的趋势预估评估；在第14章专门设立了冰冻圈变化趋势预估，对冰川变化未来趋势、青藏高原及其西部山地多年冻土变化趋势以及积雪对气候变化的响应与长期变化趋势进行了预估。在《中国气候与环境演变：2012》中，从全球和中国冰冻圈组成与分布、冰川、冻土、积雪、海河湖冰直到固态降水变化，已经把有关气候变化的内容涵盖到冰冻圈的方方面面。从国际上看，在IPCC AR4中才开始把观测到的雪、冰和冻土单独成章；直到IPCC AR5才把观测到的冰冻圈变化与大气及其地表的变化、海洋的变化等气候系统圈层的变化并列单独成章。可见，我国在冰冻圈气候变化研究与评估方面比国际上的评估工作更具超前性。在海洋气候变化研究与评估方面，虽然《中国西部环境演变评估》无法涵盖，但在2005年发布的《中国气候与环境演变》第5~6章中专门阐述了中国近海气候、生态与环境变化以及海洋和陆面过程在中国气候变化中的作用；在《中国气候与环境演变：2012》中把海洋与海平面变化作为一个整体，在全球海洋与西太平洋变化背景下，对中国近海温盐和海洋环流变化、物理环境变化、海平面变化、海洋生物地球化学特征变化以及近海海岸带变化进行了科学评估。可以看到，中国气候与环境评估报告以我国近海海洋变化为重点，很早就涉及海洋变化的各个领域。对照2019年IPCC 发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》，国内、国际两份科学评估内容涉及气候系统多圈层，都突出了气候系统中海洋、冰冻圈两大重要分量，而且涉及物理、生态、环境等变化。 1.3 前三次评估报告对国家的贡献 1.3.1 对国家决策咨询和中长期规划的贡献 《中国西部环境演变评估》有专门提供给决策者和有关部门的“对策报告”，就水资源合理利用、生态建设与环境治理等提出了建议；《中国气候与环境演变》分析了应对气候与环境变化的途径，并针对中国七大行政区各自面临的环境问题特点，提出具有针对性的对策和建议；《中国气候与环境演变：2012》给出了适应和减缓气候与环境变化的对策建议。 前三次评估报告始终以评估人类活动影响下的气候与环境变化问题为主线，以坚持人