1、全球变化与适应对策全球变化与适应对策一、全球变化的概念一、全球变化的概念二、当代主要的全球变化二、当代主要的全球变化三、国际全球变化研究计划三、国际全球变化研究计划四、全球变化的适应对策四、全球变化的适应对策我们的家园：我们的家园： 空气空气 水水 食物食物 一、全球变化的概念工业革命带来了人类社会的快速发展，但同时也加快了地球表层系统的各种环境变化：全球变暖、全球变暖、生态系统退化、植被带迁移、生物多样性丧失、荒生态系统退化、植被带迁移、生物多样性丧失、荒漠化扩展漠化扩展等，人类社会面临前所未有的资源、环境和发展的严峻挑战。1、人类活动对地球表层系统的影响、人类活动对地球表层系统的影响1、人
2、类活动对地球表层系统的影响、人类活动对地球表层系统的影响人类活动对地球系统的影响，成为现代生态学和现代社会发展的重要科学命题和研究焦点。如何保证地球成为适合人类生存并持续发展的生命支持系统成为当前亟待解决的根本问题。而科学、全面的认识地球生态系统过程发生的各种变化，是确定科学对策的关键。2 2、全球变化的定义、全球变化的定义(1)(1)该词出现于该词出现于2020世纪世纪7070年代，年代，“全球变化全球变化”表达了表达了整个人类社会、经济、政治体系的不稳定状态。整个人类社会、经济、政治体系的不稳定状态。(2)(2)2020世纪世纪8080年代，随着环境问题的突出，自然科学年代，随着环境问题的
3、突出，自然科学家将原来的定义扩展到整个地球环境系统的变化。家将原来的定义扩展到整个地球环境系统的变化。(3)(3)全球变化全球变化：是指由于自然和人为的因素而引起的：是指由于自然和人为的因素而引起的全球性的环境变化，包括全球性的环境变化，包括气候变化、大气组成变气候变化、大气组成变化、土地利用变化、生物多样性变化、荒漠化化、土地利用变化、生物多样性变化、荒漠化。2.2 当代主要的全球变化n全球变化相互影响，人口增长是主要驱动因子2、全球变化的定义 人口呈指数级数增长：1850年10亿；1999年60亿 每增加10亿需要的时间越来越短所需要的时间越来越短所需要的时间越来越短n工业革命后，人口增长
4、的速率与温度升高、工业革命后，人口增长的速率与温度升高、CO2增加、增加、N增加趋势基本一致增加趋势基本一致n人类的改造能力迅速增加人类的改造能力迅速增加 二、主要的全球变化及其成因证据二证据二1. 大气成分变化：CO2CO2对全球温暖化的贡献率60%。工业革命后CO2浓度呈指数增长，工业革命前280umol.mol-1，1958-2010： 315385umol.mol-1。温室气体温室气体工业化前浓度工业化前浓度(1750)1999年浓度年浓度增加速率增加速率(%/a)贡献率贡献率(%)CO22803500.560CH40.81.71.01530N2O0.2880.310.25CH4N2O
5、1. 大气成分变化：大气成分变化：CH4、N2O1. 大气成分变化：臭氧（大气成分变化：臭氧（Ozone） 和氟氯化碳和氟氯化碳（CFCs ） 化石燃料和水泥生产 土地利用变化1. 大气成分变化：大气成分变化：CO2的来源的来源1980-1989: 55亿吨/年；2000-2007: 75亿吨碳/年1980-1989:16亿吨/年；2000-2007: 15亿吨碳/年碳源碳源/汇汇1980 to 19891989 to 1998(1) 化石燃料燃烧和水泥生产化石燃料燃烧和水泥生产 5.5 0.5 6.3 0.6 (2) 土地利用的净释放土地利用的净释放 1.6 0.8 1.6 0.8 (3)
6、大气大气CO2浓度的增加浓度的增加 3.2 0.2 3.3 0.2(4) 海洋吸收海洋吸收 2.0 0.8 2.3 0.8(5) 陆地吸收陆地吸收 = (1) +(2) (3)+(4)1.9 1.3 2.3 1.3Average annual budget of CO2 for 1980 to 1989 and for 1989 to 1998, expressed in Gt C yr 2000：1980-1998年全球碳预算年全球碳预算三个原因：三个原因：工业化后工业化后CO2增加归因于化石燃料燃烧增加归因于化石燃料燃烧（1 1）南极和格林兰）南极和格林兰冰芯冰芯记录：大气中记录：大气中C
7、OCO2 2开始增加的开始增加的时间与同期化石燃料消耗的增长率相近。时间与同期化石燃料消耗的增长率相近。（2 2）北半球大气）北半球大气COCO2 2浓度比南半球的高，因为大多数浓度比南半球的高，因为大多数最强的排放源位于北半球。最强的排放源位于北半球。（3 3）大气中氧含量每年减少）大气中氧含量每年减少3ppm3ppm，这与大气中，这与大气中COCO2 2增增加是相对应的，因为加是相对应的，因为COCO2 2是燃烧的一种产品。是燃烧的一种产品。工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。年100012001400160018002000280300320340360(ppmv)CO2南
8、极冰芯资料显示近南极冰芯资料显示近10001000年大气年大气COCO2 2浓度浓度（2001）土地利用变化引起的碳排放土地利用变化引起的碳排放 土地利用变化大约占全球CO2释放量的15-20%，作用仅次于化石燃料的燃烧。 1850-1998 年间, 土地利用变化引起的全球碳排放达13655 Gt, 其中毁林占87%,草地开垦占13%；同期化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为27030 Gt。 森林采伐：森林减少而少了地上生物量(吸收大气CO2)；残留植物的腐烂和土壤有机物质自然分解而放出大量CO2。Gt (十亿吨, 109 ton) 森林破坏：森林破坏：森林转化为农田，土壤碳损失25%-40%
9、，0-20cm耕作层损失最大(40%)。 森林转化为草地或者轮种地，土壤碳损失20%-27%。热带森林土地利用变化净碳损失0.47 GtC.a-1(植物0.31，土壤0.16)土地利用变化引起的碳排放土地利用变化引起的碳排放 草原破坏：草原破坏：草原的碳库90%以上在土壤中，影响草地生态系统碳库变化的土地利用主要是开垦和过度放牧。 开垦开垦：开垦后的烧荒使植被中的碳都释放到大气中；开垦促进土壤呼吸，加快土壤有机质分解；多年生草本被作物替代后，固定的初级生产量(C)分配到土壤中比例降低，一大部分被收割走损失。开垦后，土壤中的碳损失30-50%。 过度放牧过度放牧：初级生产力降低，家畜采食减少了向
10、土壤中输入的碳。加快土壤呼吸。内蒙古锡林河流域羊草草原的研究显示，过度放牧使表层土壤碳减少12%。土地利用变化引起的碳排放土地利用变化引起的碳排放热带毁林导致的热带毁林导致的CO2排放急剧上升排放急剧上升干扰干扰稳定稳定森林采伐后的碳森林采伐后的碳库动态库动态： ：土壤、死有机物碳土壤、死有机物碳释释放放 全球变暖全球变暖 降水格局改变降水格局改变 气候灾害事件增加气候灾害事件增加 厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象2. 气候变化气候变化2. 气候变暖气候变暖1860年以来，全球表面温度平均上升0.6C，仅过去40年就增加0.2-0.3C。2. 气候变暖气候变暖20世纪是过去世纪是过去2000年中最温暖
11、的年中最温暖的100年。年。近两千年全球地表平均气温变化（相对于1961-1990年30年气候平均）公元公元 200- -1980年年 公元公元1856- -1998年年（根据（根据Mann and Jones, 2003改绘）改绘） 近代的气候变暖与大气中温室气体的浓度大幅度上升密切相关。CO2是最主要的温室气体，对气候的稳定起着关键的作用。2. 气候变暖的气候变暖的原因温室气体能够温室气体能够吸收地表向外发射的长波辐射，减小吸收地表向外发射的长波辐射，减小地球向外空释放能量，并通过大气的再发射向地表地球向外空释放能量，并通过大气的再发射向地表传递热量，使低层大气和地面温度上升，这一过程传递
12、热量，使低层大气和地面温度上升，这一过程称为称为“温室效应温室效应”（）。）。平流层对流层自第二次工业革命以自第二次工业革命以来，大气来，大气CO2浓度显浓度显著增加；尤其是自著增加；尤其是自20世纪世纪60年代，年代，CO2浓浓度与温度以相似的趋度与温度以相似的趋势递增。势递增。 由上可见：由上可见：(1) CO2与温度变化总是以与温度变化总是以相同的趋势演变相同的趋势演变，CO2是是气候变化的一个关键驱动力；气候变化的一个关键驱动力；(2) 人类排放人类排放的的CO2是近代气候变化的主要驱动力；是近代气候变化的主要驱动力；(3) 如果如果CO2及其它温室气体的大气含量增加到及其它温室气体的
13、大气含量增加到400-500ppm以上，地球的平均温度至少要升高以上，地球的平均温度至少要升高2 以上。以上。用模型方法分离自然活动和人类活动对气候的影响：结果显示，有人类活动影响的模拟的气候变化趋势最接近实际情况。2. 气候变暖的原因黑线：观测值 红色：人类变化+自然变化 蓝色：自然变化 海平面上升海平面上升 永冻土层解冻永冻土层解冻 植物生长季延长植物生长季延长 动、植物分布范围向高海拔、高纬度地区移动动、植物分布范围向高海拔、高纬度地区移动 动植物物候节律变化：生育季节、开花时间动植物物候节律变化：生育季节、开花时间 珊瑚礁白化珊瑚礁白化 。2. 气候变暖：气候变暖： 后果后果20世纪已
14、观测到的气候变化的影响 过去100年全球海平面上升10-20cm,平均每年上升1-2mm。 预计到2100年平均上升50 cm。海平面升高冰盖的融化冰盖的融化北冰洋冰盖的缩小北冰洋冰盖的缩小冰川退缩冰川退缩缪尔冰川，缪尔冰川，Alaska阿拉斯加永冻层融化永冻层融解永冻层融解-大量碳释放大量碳释放-加剧全球变暖加剧全球变暖生物向高纬度、高海拔迁移温带森林的砍伐温带森林的砍伐3. 土地利用变化土地利用变化n土地覆盖土地覆盖(land cover)：土壤：土壤/植被系统植被系统的结构，如森林、草地、耕地等。的结构，如森林、草地、耕地等。n土地利用土地利用(land use)：人类利用土地覆：人类利
15、用土地覆盖类型的方式盖类型的方式,例如如何利用森林：生例如如何利用森林：生产木材产木材or保持水土保持水土森林-耕地、牧业用地：全球耕地一半以上于1900年后开垦出来。1961-1991全球土地利用变化全球土地利用变化森林减少森林减少耕地增加耕地增加3. 土地利用变化土地利用变化 改变下垫面的热力特征（如地表反射率等），从而影响气候系统。 通过对陆地碳循环影响大气组成成分（主要是温室气体），进而影响气候变化。 1850-1998 年间, 土地利用变化引起的全球碳排放达13655 Gt, 其中毁林占87%，草地开垦占13%；而同期化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放量为27030 Gt。 影响生物多样
16、性。3. 土地利用变化：影响土地利用变化：影响 地表反射率 水汽流动 碳排放森林森林农田农田3. 土地利用变化：影响气候系统水汽流动水汽流动: 植被的蒸腾蒸散植被的蒸腾蒸散热带森林：天然、很高的植被蒸腾热带森林：天然、很高的植被蒸腾农田：需要额外的水分灌溉农田：需要额外的水分灌溉毁林导致的碳排放毁林导致的碳排放4. 荒漠化荒漠化n定义：由于不恰当的人为活动，导致的定义：由于不恰当的人为活动，导致的干旱、半干旱干旱、半干旱和半湿润和半湿润地带的环境退化现象。包括气候变异和人类地带的环境退化现象。包括气候变异和人类活动在内的多种因素的作用下产生和发展的土壤退化、活动在内的多种因素的作用下产生和发展
17、的土壤退化、水资源减少、植被退化，生产潜力减少水资源减少、植被退化，生产潜力减少我国的荒漠化形势严峻我国的荒漠化形势严峻 达国土面积8% 以2100 km2/yr的速度蔓延 潜在荒漠化面积占国土面积34.6%风蚀、土地沙化风蚀、土地沙化草场退化草场退化n目前物种灭绝速度为自然速度目前物种灭绝速度为自然速度100-1000倍倍n未来灭绝速度将以目前未来灭绝速度将以目前10倍的速度增加倍的速度增加n中国：拥有全球物种的中国：拥有全球物种的10-14%，多样性极为，多样性极为丰富，然而，目前：丰富，然而，目前：61%的野生生境丧失的野生生境丧失40%的生态系统严重退化的生态系统严重退化15-20%的
18、物种濒危的物种濒危5. 生物多样性丧失生物多样性丧失5. 生物多样性丧失 多样性-生态系统稳定性 -高生产力 -重要的经济资源n多样性丧失，生态系统的多样性丧失，生态系统的稳定性降低，进而影响生稳定性降低，进而影响生态系统的结构和功能。态系统的结构和功能。三、国际全球变化研究计划三、国际全球变化研究计划 全球变化是一个多学科的研究领域，需要全球变化是一个多学科的研究领域，需要全世界的科学家联合起来开展研究。目前，全世界的科学家联合起来开展研究。目前，国际上已经展开了多项跨学科的交流与合国际上已经展开了多项跨学科的交流与合作研究项目，并取得了大量研究结果，为作研究项目，并取得了大量研究结果，为制
19、定科学、合理的应对全球变化政策提供制定科学、合理的应对全球变化政策提供了科学依据。了科学依据。 WCRP（世界气候研究计划）：（世界气候研究计划）：1980s (1985) IGBP （国际地圈与生物圈计划）（国际地圈与生物圈计划）:1986 DIVERSITAS（全球生物多样性计划）：（全球生物多样性计划）：1991 IHDP（全球环境变化的人文因素计划）：（全球环境变化的人文因素计划）：1996三、国际全球变化研究计划三、国际全球变化研究计划世界气候研究计划世界气候研究计划(WCRP)： 由世界气象组织由世界气象组织(WMO)和国际科学联合会和国际科学联合会联合主持，联合主持，20世纪世纪
20、80年代开始执行。年代开始执行。 主要研究主要研究气候系统物理方面气候系统物理方面的问题，包括的问题，包括对大气、海洋和地球表面的研究。对大气、海洋和地球表面的研究。目标目标：全球气候的可预报程度；人类活动对气候全球气候的可预报程度；人类活动对气候的影响。的影响。国际地圈生物圈计划国际地圈生物圈计划(IGBP)： 由国际科学联合会由国际科学联合会1986年正式确立。年正式确立。 针对整个地球系统的合作项目，针对整个地球系统的合作项目，重点重点研究研究地圈和生物圈的相互作用，地圈和生物圈的相互作用，目标目标是了解控是了解控制地球系统及其演化的相互作用过程，以制地球系统及其演化的相互作用过程，以及
21、人类活动对地球系统的影响。及人类活动对地球系统的影响。全球生物多样性计划(BIODIVERSITAS) 由国际生物学联合会，环境问题科学委员由国际生物学联合会，环境问题科学委员会、联合国教科文组织联合发起。会、联合国教科文组织联合发起。 主要任务主要任务：通过国际间合作，加强对生物：通过国际间合作，加强对生物多样性的起源、组成、功能、维持和保护多样性的起源、组成、功能、维持和保护及可持续利用的研究。及可持续利用的研究。全球变化的人文因素计划全球变化的人文因素计划(IHDP)： 由国际远景机构联合会、联合国教科文组织、国际社会科学联合会联合制定的计划。 该计划主要侧重社会科学领域的综合研究，分析
22、人类在导致全球变化中所起的作用。 目标：加强对人-地系统复杂相互作用的认识，探索并预测全球环境下的社会，确定社会策略以减缓全球变化的不利影响。四、全球变化的适应对策四、全球变化的适应对策 全球变化研究的不确定性全球变化研究的不确定性 碳政策碳政策 林业和牧业对策林业和牧业对策 农业对策农业对策1.全球变化研究的不确定全球变化研究的不确定 气候变化存在时空差异性；气候变化存在时空差异性； 不同生态系统类型对气候变化的响应和敏感性不同生态系统类型对气候变化的响应和敏感性不同；不同； 未来的气候变化预测存在不确定性，制定适应未来的气候变化预测存在不确定性，制定适应对策应该考虑不同的气候变化情景。对策
23、应该考虑不同的气候变化情景。 气候预测的不确定性：在大气环流模型(GCM)中，大气与海洋、大气与生物圈还没有完全耦合；对于生态系统的描述还不完善；其中的陆面过程模型对于植物的过程和机理描述不充足。 1.全球变化研究的不确定全球变化研究的不确定 全球尺度的气候系统模式的空间分辨率尽管已经增加，在模拟全球、洲际大陆空间尺度上可信度较高，但在较小的国家或省区尺度上分辨率不够； 并且，其科学内涵在区域尺度上也经常是粗糙的，因而对区域模拟的不确定性很大，不同的模式经常给出完全相反的结论。 植被对气候反馈的不确定性：植被对气候反馈的不确定性：现有的陆面模型是以研究区域给定的植被类型和土壤特征为基础，忽略了
24、对气候系统有重要影响的植被类型的潜在变化，即没有考虑植被类型的改变对气候变化的反馈作用。 植被和生态系统变化机理的不确定性植被和生态系统变化机理的不确定性 ：植被对植被对于环境的适应性在不断发生变化，严重影响预于环境的适应性在不断发生变化，严重影响预测结果的准确性；测结果的准确性； 人类活动的范围和强度的不确定性人类活动的范围和强度的不确定性：人类活动：人类活动的影响大多是通过人类的经济活动而出现的，的影响大多是通过人类的经济活动而出现的，经济发展中的不确定因素，使预测难以达到理经济发展中的不确定因素，使预测难以达到理想的程度；想的程度； 干扰的范围及其强度的不确定性：干扰的范围及其强度的不确
25、定性： 是否存在中世纪暖期(WMP)和小冰期(LIA) 历史气候研究中，关于过去两千年来是否存在比20世纪更暖的中世纪暖期存在很大争议： 该争议关系到如何评估20 世纪气候变暖中自然波动与人类活动的贡献问题。 如存在WMP, 意味着20 世纪暖期可能是百年甚至千年尺度的暖期的重现, 与小冰期(LIA)结束后气候转暖有关。而不一定是主要由于人类活动导致。案例案例1.气候变暖的不确定性气候变暖的不确定性 不存在不存在WMP、LIA：美国学者：美国学者Mann M 和英国学者和英国学者Jones P, 他们认为过去千年来上个世纪最暖。他们认为过去千年来上个世纪最暖。 MWP 和和LIA 存在：加拿大
26、学者存在：加拿大学者McIntyre S、McKitrick R 以及美国学者以及美国学者Soon W。 认为认为Mann M的资料在的资料在1550 年之前数据可信度不高年之前数据可信度不高,存在存在6 个错误个错误( 资料核对的误差、不合理的截断及外资料核对的误差、不合理的截断及外推记录、应用过时的资料、地理位置错误、不正确地推记录、应用过时的资料、地理位置错误、不正确地计算树木年轮的主分量以及资料缺少质量控制计算树木年轮的主分量以及资料缺少质量控制) , 重新重新订正后发现订正后发现1550 年之前的温度比年之前的温度比Mann M 预测的高。预测的高。意味着意味着历史时期存在暖期。历史
27、时期存在暖期。 美国科学研究咨询委员会美国科学研究咨询委员会(NRCNA) 对利用代用资料对利用代用资料重建的全球或北半球温度变化的结果进行了评估重建的全球或北半球温度变化的结果进行了评估, 认认为截至为截至2006 年年, 学术界重建的全球或半球温度序列在学术界重建的全球或半球温度序列在900 1600 年时段的可信度较低年时段的可信度较低。 2009 年年, Mann M 在在Science上发表文章上发表文章, 认可了认可了MWP 和和LIA 的存在的存在, 并承认某些区域并承认某些区域MWP 的温暖程度可的温暖程度可能超过了能超过了20 世纪末。世纪末。2.全球碳对策全球碳对策 经过反
28、复争论和研究，基本达成共识，造成全经过反复争论和研究，基本达成共识，造成全球气候变暖的主要根源在于矿物燃料、森林过球气候变暖的主要根源在于矿物燃料、森林过伐、草地过牧和开垦等导致温室气体含量剧增。伐、草地过牧和开垦等导致温室气体含量剧增。 制定了一系列具有国际约束力的文件，如制定了一系列具有国际约束力的文件，如京京都议定书都议定书(1997)、联合国气候变化变化框联合国气候变化变化框架公约架公约(1992)等。等。 增汇、减排增汇、减排 京都议定书京都议定书：工业化发达国家努力在：工业化发达国家努力在2008-2012年把年把CO2排放量比排放量比1990年水平降低年水平降低5%(平均平均值值
29、)。不同国家有所区别。发达国家在限制能源。不同国家有所区别。发达国家在限制能源消费和减排上应承担更大责任。消费和减排上应承担更大责任。(具有法约束力具有法约束力) 哥本哈根气候协议：哥本哈根气候协议：2009.12. 签署了一项签署了一项不具不具法律约束力的意愿声明法律约束力的意愿声明。没有明确各国的温室。没有明确各国的温室气体减排目标。气体减排目标。2.全球碳对策：碳减排全球碳对策：碳减排2009.9.22，联合国气候变化峰会，联合国气候变化峰会 12月月19日，哥本哈根气候变化会议日，哥本哈根气候变化会议 中国政府明确：到中国政府明确：到2020 年温室气体排放比年温室气体排放比2005
30、年下降年下降40%45% ，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展规划中。并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展规划中。 保护现有天然林；自然保护区的建设规划中，充分考虑未来气候变化对生态系统和生物多样性的影响，在选点、面积、数量和管理上特别注意。例如，在保护区面积小的地区、自然地理区的过渡区和未来气候变化引起植被迁移的过渡区增加保护区面积。 开展自然保护区遗传资源调查和区域引种实验。 良种选育：遗传上缓冲性良好的林木种群，能够较好地适应大气中CO2浓度升高的环境； 人工造林：弥补森林资源的不足；但要合理，保证造林成活率。 天然林经营：适当的集约经营将使林分更好地适应气候变化，如适当提
31、前间伐，增大间伐强度。2.全球碳对策：林业对策全球碳对策：林业对策 森林生物多样性保护森林生物多样性保护：过渡类型的保护区为气：过渡类型的保护区为气候变化的物种迁移提供了天然的预选机会；候变化的物种迁移提供了天然的预选机会； 森林病虫害防治森林病虫害防治：水热组合的变化可能进一步：水热组合的变化可能进一步减弱处于气候带边缘的树种的生长力和竞争力；减弱处于气候带边缘的树种的生长力和竞争力； 防火对策防火对策：降水量和温度直接影响可燃程度。：降水量和温度直接影响可燃程度。2.全球碳对策：林业对策全球碳对策：林业对策 在可预见的人口压力下，应对全球变化的农业对策应重点减少不适当的生产、消费, 加强自
32、然和人工的调控机制。 减少化肥用量、增加有机肥； 选育并推广新作物品种； 发展高效灌溉农业、节水农业、雨养农业； 培育后备农业生物资源； 推行生态农业；2.全球碳对策：农业对策全球碳对策：农业对策 主要目标是减少草地土壤碳的丢失，提高土主要目标是减少草地土壤碳的丢失，提高土壤碳含量。壤碳含量。 减缓土壤退化过程：植被恢复将提高土壤碳减缓土壤退化过程：植被恢复将提高土壤碳含量含量 适宜的放牧管理：制定适合不同类型草地的适宜的放牧管理：制定适合不同类型草地的放牧制度和放牧压力；放牧制度和放牧压力； 草地保护：保护现有的重度退化草地和将草地保护：保护现有的重度退化草地和将弃弃耕地、耕地耕地、耕地恢复为草地，可以增加草地固碳恢复为草地，可以增加草地固碳量。量。2.全球碳对策：畜牧业对策全球碳对策：畜牧业对策
