第1章全球变化与水库碳循环
1.1全球变化
全球气候变化已经对自然生态系统以及社会经济系统产生影响，并深刻影响人类的生存和发展，国际社会已日益意识到气候变暖对人类当代及未来生存空间的严重威胁和挑战，以及共同采取应对措施减少和防范气候风险的重要性和紧迫性。为此，联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)[由世界气象组织(World Meteorological Organization，WMO)和联合国环境规划署(United Nations Environment Programme，UNEP)于1988年建立]应运而生，旨在为决策者定期提供针对气候变化的科学基础及其影响和未来风险的评估，以及适应和缓和的可选方案。IPCC成立的三十多年中，阐明了气候变化问题及其原因和后果，提出了适应和缓解风险管理的备选办法。但在这三十多年中，全球变暖有增无减，海平面加速上升。作为全球变暖的根本原因，人类活动造成的温室气体排放年复一年地持续增加。2021年全球平均大气CO2浓度和海平面高度等气候变化核心指标均创下新纪录[1]。气候系统变暖趋势仍在持续，高温热浪、极端降水、强风暴、区域性气象干旱等高影响和极端气候事件频发，气候变化危及人类福祉和地球健康。
1.1.1气候变化
近百年来，受人类活动和自然因素的共同影响，世界正经历着以全球变暖为显著特征的气候变化，工业革命以来全球平均温度已上升约1.0℃[2]。据IPCC第六次评估报告，全球气候正经历着前所未有的变化。相对于工业化前(1850～1900年)，2001～2020年，这20年全球平均地表温度升高了0.99℃；而2011～2020年，这10年全球平均地表温度已经上升约1.09℃。1850年以后的40年，每10年的全球地表温度都相继比此前的任何一个10年要暖[3]。2021年，全球平均地表温度较工业化前高出1.11℃[4]；2002～2021年，全球平均地表温度较工业化前高出1.01℃[1]。根据现场观测、扩展再分析和第六次国际耦合模式比较计划(the 6th phase of the coupled model intercomparisonproject，CMIP6)模式输出结果的比较研究，至21世纪末在2种共享社会经济路径(shared socioeconomic pathways，SSPs)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，预计空气表观温度将分别比工业化前增加3.9℃和6.7℃(图1-1)，且低纬度地区的人群更易受影响[5]。
图1-1在不同共享社会经济路径(SSPs)下，观测结果和CMIP6预测的陆地(a)地表空气表观温度(apparent temperature，APT)和(b).T异常相对于1850～1900年(工业化前)的气候平均值[5]
2010～2020年，超过1/3的地球表面(即欧洲、美国、南部非洲、西伯利亚北部和澳大利亚大部分地区)是开展现代测量以来*温暖的十年。自1980年以来，欧洲大部分地区、东亚和北美东部都出现了新的*高/*低温度纪录。自2020年有记录以来，2020年是*热的一年，而2010年是北美部分地区(约34%的面积)*热的一年。2010年以后，大约60%的地方有地球地表记录新的*高年平均温度[6]。每个月的超高温事件数量变化很大。总的来说，大多数超高温事件记录在9月、6月和3月，而1月和5月似乎更稳定。超高温事件出现*多的地区位于东非、北非和西亚；其次是在中非和西非、东南亚等[6]。
中国是全球气候变化的敏感区和影响显著区之一。20世纪中叶以来，中国区域升温率高于同期全球平均水平；2021年，我国平均气温为1901年以来的*高值，地表平均气温较常年值偏高0.97℃，高温、暴雨洪涝、强对流、干旱等极端天气气候事件多发重发；华北地区平均降水量为1961年以来*多[1]。2022年夏季，全球大范围创下高温纪录，中国、美国等大多数北半球国家出现了40℃以上极端高温天气，多地*高气温突破历史极值。2022年6月13日至8月30日，我国中东部出现自1961年有完整气象观测记录以来综合强度*强的高温过程，高温持续时间长，极端性强[7]。1961～2021年，中国极端强降水事件呈增多趋势；20世纪90年代后期以来，极端高温事件明显增多，登陆中国台风的平均强度波动增强[1]。线性趋势分析表明，1961～2015年中国暴雨雨量和雨日从东南沿海向西北内陆呈明显“增—减—增”的空间分布格局，且呈增长趋势的站点占主导，分别高达80.88%和79.81%。从西北内陆到东南沿海的年代剖面分析，表明中国暴雨雨量和雨日随着年代推移在迅速增长[8]。美国1900～2018年降水总量、降水日数和降水强度总体上都在增加，轻、中、强三种强度类型的降水均存在不均匀变化，强度越大的事件发生频次和总量变化速率越大，导致弱降水对全年总降水的贡献较小，强降水对全年总降水的贡献较大[9]。
对1983～2019年全球热带气旋降水的时空特征研究表明，东北太平洋、南太平洋、西北太平洋和北大西洋四个区域的区域平均和极端热带气旋降水总量有所增加。北大西洋区域的极端热带气旋降水总量[0.37mm/(d？a)]的*高增幅出现在RI(rapid intensification，快速增强)_ocean(海洋)类，是所有盆地平均正增强趋势的2.6倍；北大西洋、东北太平洋和南太平洋区域的RI_land(陆地)类均表现出区域平均热带气旋降水空间范围的显著增加[10]。
对全球未来极端降水的模型预测表明，1.5℃和2℃升温这两个变暖目标都将加剧全球大部分地区的极端湿润事件和降水强度，并加剧热带地区的连续干旱日[11]；而撒丁岛的EURO-CORDEX(欧洲协调区域降尺度试验)未来(2071～2100年)平均降水量将普遍减少，撒丁岛西南部的年平均降水量将减少25%，同时极端降水事件将增加，特别是在东部和南部地区，极端事件预计将增加30%[12]。在RCP8.5(representative concentration pathway
8.5，代表性浓度路径8.5)情景下，地中海南部和马格里布地区的日极端降水幅度有显著下降的趋势(达到.10mm/10a)，而北部则呈不显著增加的趋势。尽管未来趋势截然不同，但预计整个地区50年逐日降水极端值将大幅增加(高达100%)，这种百年一遇的极端情况随时可能发生在地中海的任何地方，全年*湿日对全年总降水量的贡献预计将增加(5%～30%)[13]。
未来在全球增温1.5℃时，中国夏天暖湿事件的平均风险将分别增加2.3倍和1.16倍；增温2℃时的平均风险将分别增加2.83倍和1.29倍，而中国大部分地区暖干事件风险降低。升温1.5℃和2℃时，中国暖湿事件平均增加5.48倍和10.01倍；华北和华南地区的风险增加*多，约为8倍以上。两种变暖气候下的暖干事件增加幅度较小，分别为1.82倍和2.04倍；风险增加*多的地区主要是中国北方；在大多数地区，温暖/潮湿事件的风险显著增加，并且大于温暖/干燥事件的风险[14]。随着气候变暖，处于亚洲中部的天山极端降水将发生强劲变化(与1976～2005年相比)。当气温从2.0℃上升到3.0℃时，天山地区受到的极端影响将大幅上升，近85.70%和60.19%的土地将分别受到年总湿日降水量和小雨日数的强劲增长的影响，而将气候变暖控制在2.0℃而不是3.0℃，可以显著降低极端降水发生的频率、强度和持续时间的影响[15]。
1.1.2全球冰川与海平面变化
全球冰川整体处于消融退缩状态，20世纪80年代中期以来消融加速。在人为增加大气中CO2浓度导致的全球变暖的情况下，北极地表空气温度的上升速度是全球平均水平的两倍多，被称为“北极放大”现象[16]。北极冰川和冰帽的质量正在迅速减少，2010～2017年，北极海冰损失(609±7)亿t冰，对全球海平面上升的贡献为(0.240±0.007)mm/a[17]；1979～2021年，北极海冰范围呈显著减少趋势，3月和9月北极海冰范围平均每10年分别减少2.6%和12.7%[1]。由于气候变暖的极地放大，这一过程将在21世纪持续下去[17]。
2003～2013年，格陵兰岛东南和西北部产生损失[(280±58)Gt/a]的70%主要来自冰动力，西南占总损失加速度的54%[(25.4±1.2)Gt/a]，其次是西北(34%)。2020年9月至2021年8月，格陵兰冰盖损失约1660亿t冰[4]。在南极洲，阿蒙森海和南极半岛分别占冰动力总损失[(180±10)Gt/a]的64%和17%。阿蒙森海区域对加速损失贡献*大[(11±4)Gt/a]，而由于表面质量平衡局部增加[(63±5)Gt/a]，南极洲东部的毛德皇后地是唯一质量增加显著的区域[18]。
南极冰盖储存的水分足以使全球海平面上升58m[19]，*近的证据表明，南极冰盖的边缘冰流失正在加速[18]。中国天山乌鲁木齐河源1号冰川、阿尔泰山区木斯岛冰川、祁连山区老虎沟12号和长江源区小冬克玛底冰川均呈加速消融趋势。2021年，乌鲁木齐河源1号冰川东、西支末端分别退缩了6.5m和8.5m，其中西支末端退缩距离为有观测记录以来的*大值[1]。
全球气温升高从海水恒温膨胀和大陆冰川融化两个方面影响全球海平面上升。由于冰盖和深海温度的响应时间尺度长，即使在表面大气温度稳定之后这些过程也将持续数百年[20]。全球海洋上层2000m持续增暖，2021年海洋热含量达历史新高[4]。根据全球潮汐统计网络的数据，自1880年以来，全球平均海平面上升了0.21～0.24m，而且在过去几十年里上升速度加快[21，22]，这威胁着全世界的沿海社区和生态系统。1993～2021年，全球平均海平面的上升速率为3.3mm/a；2021年，全球平均海平面达到有卫星观测记录以来的*高位[1]。2006～2018年的海平面上升处于加速状态(3.7mm/a)，并会在未来持续上升，且呈现不可逆的趋势[23]。全球海平面上升具有区域差异，我国位于海平面上升速率相对较大的西太平洋区域，受水文气象要素和地面沉降的影响[24]，上升速率高于全球平均水平。1980～2021年，中国沿海海平面上升速率为3.4mm/a，高于同期全球平均水平[1]。
不同的全球增温情景导致未来不同幅度的全球海平面上升。Jevrejeva等给出了至2100年全球平均温度在21世纪3种不同变暖程度的情景：①变暖1.5℃，海平面上升52(中位数)～87cm(95%)；②变暖2.0℃，海平面上升63(中位数)～112cm(95%)；③RCP8.5的高排放情景下，海平面上升86(中位数)～180cm(95%)[25]。一些分析预测冰融化的速度会更快，例如，Bamber等[26]认为，到2100年海平面上升可能超过3m；到2200年，在+5℃的情景下，由于南极洲西部和东部的不稳定，冰盖对海平面上升的贡献约为7.5m。南极冰盖不稳定性是影响未来海平面上升预估的*大不确定性因素之一。
1.1.3对自然和人类系统的影响
气候变化已经对自然和人类系统造成了广泛的不利影响，随着气候变暖以及生态脆弱性的加剧，将对人类和生态系统造成更加普遍和不可逆的影响。
气候变化造成的影响还广泛存在于生态系统、健康、生计、关键基础设施、经济以及人道主义危机等多方面。在气候变化影响下，评估的全球超过4000个物种中，约一半的物种已经向更高纬度或更高海拔转移，并且2/3的春季物候已经提前[23]。气候变化将使香脂的原产地范围向北转移，而将其欧洲种群的范围转移到西北；美洲适宜草兔(L.capensis)生存的生态位覆盖范围将扩大，而欧洲种群将面临31%～95%的栖息地损失[27]。红树林作为一种喜
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