第1章绪论
全球气候变化已经成为威胁人类生存和发展的巨大挑战，对全球生态环境造成越来越严重的影响，而人类工业活动产生的大量碳排放所导致的温室效应被认为是其主要成因。面对全球气候变化，在一系列国际气候谈判的有力推动下，世界各国纷纷采取积极的减排措施。我国提出二氧化碳排放量力争于 2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和，彰显了中国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路的坚定决心。城市中居住着全球一半以上的人口，是社会经济活动和创新活动高度集中的区域，贡献了全球化石燃料排放二氧化碳的 70%以上，因而城市是实施应对和适应气候变化政策的重要阵地。
1.1 气候变化与温室气体排放
1.1.1 气候变化事实
气候是人类生存和发展所依托的外在环境的重要组成部分，人类和地球上其他生命的存在都依赖于适宜的气候环境。气候是气候系统的全部组成部分在任一特定时段内的平均统计特征。气候变化则是指气候平均值和气候离差值出现了统计意义上的显著变化，它不仅仅表现为单一气象要素的变化，如平均气温、平均降水量、*高气温、*低气温等，其实质还反映了整个气候系统的变化，比如海平面变化、生物多样性受损以及极端天气事件等（ Karl and Trenberth， 2003）。人们常说的全球变暖就是气候变化的重要表现之一。
气候变暖是不争的事实，自 20世纪 50年代以来，观测到的许多变化或者变化幅度在以往几十年或几百年都没出现过，如海平面上升、冰川融化等（ IPCC， 2014）。工业革命以来，人类活动相关的温室气体（ greenhouse gas，GHG）排放导致大气层中的二氧化碳（ carbon dioxide，CO2）、甲烷（ methane，CH4）和一氧化二氮（ nitrous oxide，N2O）的浓度都显著升高（图 1-1）。1750～2011年，人为源累计排放到大气中的 CO2量为（ 880 ± 35）Gt①。2020年，全球二氧化碳浓度达历史新高，达到 415 ppm②，比工业化前（ 1850～1900年平均值，～ 280 ppm）高出近 50%。根据美国国家海洋和大气管理局研究报告， 2020年全球平均表面温度比工业化前水平高（ 1.1±0.1）℃，为有现代气象观测记录以来第二高（*高年份出现在 2016年），而且过去 5 年也是有观测记录以来*暖的 5 年。
图 1-1 全球平均温室气体浓度变化
如图 1-2所示， 1901年以来全球地表温度呈现显著上升趋势，特别是 20世纪 70年代以来上升速率进一步加快。 2002～2011年全球地表温度的 10年平均值比 1961～1990年的平均值高 0.46℃，比 20世纪*暖的 10年（1991～2000年）高 0.21℃。在 1901～2010年间，全球各地降水量没有一致的趋势变化，全球海平面平均上升 190 mm，海洋表层 pH降低。*新检测和归因研究表明： 1951～2010年全球平均变暖约 0.7℃，大部分可归因于人类活动（其中温室气体排放的贡献为0.5～1.3℃，气溶胶等其他人为强迫的贡献为 –0.6～0.1℃）。全球气候系统几乎各个部分都可检测到人类影响，特别是工业化以来，与太阳和火山活动等相关的自然强迫在量值上远小于以大气温室效应增强为代表的人为强迫。
图 1-2 1850～2011年全球地表年平均温度距平变化（相对于 1961～1990年平均值）图片来源：《应对气候变化报告（ 2012）》
气候变化已经对中国产生了广泛的影响。《第三次气候变化国家评估报告》（2015）发布的数据显示，近百年来（ 1909～2011年）我国陆地区域平均增温 0.9～1.5℃；*近五六十年，全国年平均气温上升速率约为 0.21～0.25℃/10a，增温幅度高于全球平均水平。中国北方区域增温大于南方，冷季大于暖季，夜间大于白天。近十五年来，中国平均气温上升趋势有所减缓，但仍然处于百年来气温*高的阶段；变暖趋缓现象在*低和*高气温变化上均有表现，但夜间的增暖停滞现象更明显，冬季升温趋缓现象更为突出；北方和东部地区冬季平均气温上升明显趋缓甚至转而下降，而青藏高原增暖趋缓现象不显著。
近百年来，全国平均年降水量未发生显著的趋势性变化，但具有明显的年代际变化与区域分布差异。全国蒸发量普遍减少，七大流域径流呈减少趋势。东北南部、华北地区、华中西部和西南地区降水量减少，华南、东南、长江下游降水量增加，青藏高原和西北地区降水量也有所增加。中国绝大部分地区水面蒸发呈减少趋势，西北地区减少量*大。 1961～2012年，中国十大一级水资源分区径流总量除东南诸河、西南诸河和西北内陆河表现为增加趋势外，其余流域均表现为减少趋势（吴绍洪和赵宗慈 ， 2009）。
近几十年来，中国大范围的冰川、冻土和海冰面积都呈现出明显的减小趋势。尽管过去三十年积雪面积无显著变化，但全国积雪水当量总体显示微弱增加趋势，其中青藏高原、西北地区显著增加，东北明显下降。从 20世纪 60～70年代至 21世纪初，中国冰川面积退缩了 10.1%，约 92%的冰川作用区存在不同程度的脆弱性，且强度和极强度脆弱区面积占研究区总面积的 41%。1980～2019年，中国沿海海平面上升速率为 3.4 mm/a（图 1-3），高于全球海平面平均上升速率。过去 50年来，中国近海的海表温度有较明显的升高趋势，特别是 20世纪 80～90年代呈现稳定快速的增温，但 1998年以来渤海、黄海和东海的增温趋势减缓。
中国区域极端天气气候事件发生频率增加（表 1-1），区域持续性高温发生频次、强度和影响面积在 20世纪 90年代后由以前的略呈减少趋势变为显著增加趋势。自 20世纪 50年代开始，中国的平均极端*低气温呈明显上升趋势，与低温相关的极端事件强度和发生频率明显减少，区域性极端低温事件发生频次有明显的逐年下降趋势。中国极端强降水日数、极端降水强度和极端降水量都有增强趋势，极端降水事件趋多（郝祥云等 ， 2017）。
图 1-3 1980～2019年中国沿海海平面变化图片来源：《2019年中国海平面公报》
表 1-1 影响中国的各种极端天气气候事件指数的变化趋势及其确定性描述
1.1.2 气候变化效应
1. 气候变化对农业的影响
农业是对气候变化*敏感领域之一，气候变化对农业的影响较为复杂，主要包括以下几个方面。对农作物产量的影响。气候变化导致作物产量波动幅度很大，在一些地区是正效应（提高作物产量），在另一些地区则是负效应。研究结果表明，过去 20多年的气候变暖对东北地区粮食总产增加有明显的促进作用，但是对华北、西北和西南地区的粮食总产增加有一定抑制作用，而对华东和中南地区粮食产量的影响不明显（刘颖杰和林而达 ， 2007）。
对农作物品质的影响。作物品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果，在一定的遗传特性基础上，环境条件至关重要。水稻、小麦、玉米等作物从籽粒灌浆到蜡熟期，环境因子的差异（包括 CO2浓度、温度、水分等）对籽粒品质影响*大。因此气候变化通过影响农作物的生长环境，进而影响农作物品质，且在不同区域的影响存在较大差异。
对农业种植制度的影响。种植制度指一个地区作物种类选择和相互搭配组合的总体安排。一个地区多年所形成的种植制度是当地的气候、土壤等自然条件和经济文化、种植习惯等一系列社会经济条件综合平衡的结果，其中气候条件的影响*为明显，而气候条件中又以温度影响*为显著。温度升高对种植业的影响主要表现在春季土壤解冻期提前，冻结期推迟，作物生长季热量增加，从而使得复种面积扩大，复种指数提高，多熟制向高纬度、向高海拔推进，中晚熟品种种植面积不断扩大。
对农业生产成本的影响。气候变化尤其是气温升高后，土壤有机质的微生物分解将加快，化肥释放周期缩短。在高 CO2浓度下，虽然光合作用的增强能够促进根生物量增加，在一定程度上补偿了土壤有机质的减少（图 1-4）。但土壤一旦受旱，根生物量的积累和分解都将受到限制，这意味着需要施用更多的肥料以满足作物的需要。另外，气候变暖后各种病虫出现的范围也可能扩大并向高纬度地区延伸，目前局限在热带的病源和寄生组织将会蔓延到亚热带甚至温带地区。因此，随着气候变暖，需要增加农药和除草剂的施用量，导致农业生产成本上升。
2. 气候变化对水资源的影响
气候变化将改变全球水文循环的现状，从而引起水资源在时空上的重新分配，影响降水、蒸发、径流、土壤湿度等水循环要素的时空分布。而水循环的变化将进一步影响水资源管理系统及社会经济系统，如供水、灌溉、航运、洪水调度、水土保持及水污染控制等（李峰平等 ， 2013）。
对水资源供需的影响。受气候变化和城市化的影响，我国水资源供需矛盾日益加剧，供水压力不断增大。 2019年，全国用水总量 6021.2亿 m3，比 2000年增长了近 10%。其中，生活用水 871.7亿 m3，占用水总量的 14.5%；工业用水 1217.6亿 m3，占用水总量的 20.2%；农业用水 3682.3亿 m3，占用水总量的 61.2%；人工生态环境补水 249.6亿 m3，占用水总量的 4.1%。地表水源供水量 4982.5亿 m3，占供水总量的 82.8%；地下水源供水量 934.2亿 m3，占供水总量的 15.5%；其他水源供水量 104.5亿 m3，占供水总量的 1.7%。
图 1-4 未来温度升高 1～4℃对中国作物产量的影响百分率 *考虑 CO2肥效；**不考虑 CO2肥效图片来源：《第三次气候变化国家评估报告》
对干旱的影响。干旱灾害是我国*常见、影响*广泛的自然灾害之一。随着气候变暖，1990～2010年期间，中国华北、东北南部以及西南地区干旱灾害更加严重，干旱导致河流断流、水井干涸、农田龟裂，秋冬农作物减产甚至绝收。 2019 年，全国有 30个省（自治区、直辖市）发生了干旱灾害，农作物旱灾受灾面积为 7838千 hm2，旱灾成灾面积 3332千 hm2，旱灾绝收面积 1114千 hm2。
对洪水的影响。洪水灾害也是全球发生频率*高、损失*严重的自然灾害之一。21世纪以来，在全球气候持续异常的背景下，中国洪涝灾害年均直接经济损失近千亿元，且有逐年上升的趋势。 2018年，全国 31省（自治区、直辖市）均发生不同程度洪涝灾害，全国主要江河共发生 7次编号洪水，直接经济损失 1615.47亿元，占当年 GDP的 0.18%（胡畔等 ， 2021）。
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