《公约》仅规定发达国家应在20世纪末将其温室气体排放恢复到其1990年的水平，但没有为发达国家规定量化减排指标。1995年在柏林举行的COPI认为上述承诺不足以缓解全球气候变化；会议据此通过了“柏林授权”，决定谈判制定一项议定书，为发达国家规定2000年后的减排义务及时间表；同时，决定不为发展中国家引入除公约义务以外的任何新义务。
国际社会为制定议定书举行了多次谈判，但由于减、限排温室气体直接涉及各国的经济发展，与会各方难以达成一致。1997年12月1日至11日，COP3（又称“京都会议”）在日本京都举行，会议终于完成谈判，与会各方终于在京都会议上就应减排温室气体的种类、各国具体应承担的减排额度、减排时间表和减排方式作出了具体规定，达成《联合国气候变化框架公约的京都议定书》（简称《京都议定书》），这是人类首次以法规的形式限制温室气体排放。《京都议定书》为发达国家规定了有法律约束力的量化减排指标，而没有为发展中国家规定减排或限排义务（见图2-6至图2-8）。
议定书的生效条件是：55个《公约》缔约方批准且其中的附件一国家（发达国家）缔约方1990年温室气体排放量之和占全部附件一国家缔约方1990年温室气体排放总量的55％。
《京都议定书》第3、4条规定了附件一国家缔约方的温室气体定量减排指标。按照规定，附件一缔约方应该个别地或共同地确保其二氧化碳、甲烷等六种受控的温室气体排放总量（以二氧化碳当量计），2008～2012年的承诺期内比1990年水平至少减少5.2％，到2005年，附件一缔约方应在履行这些承诺方面作出可予证实的进展。
议定书为每个附件一国家确定了“有差别的减排”指标，即欧盟减排8％（各成员国具体的指标由其协商确定，这被称为“欧盟气泡”，其中葡萄牙、希腊、西班牙等欧盟国家不仅不减还可增加排放）；美国减排7％；日本、加拿大减排6％；俄罗斯、乌克兰、新西兰“零”减排；澳大利亚增排8％；冰岛增排10％等。
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