David Viner James IL Morison和Craig Wallace
1.1介绍
植物种类、植被类型和农业种植模式的地理分布表明，气候对植物生长有很强的控制作用。raybet雷竞技最新太阳能辐射、温度降水值和季节模式通过各种直接和间接机制是植物生长的关键决定因素。其他气候特点也是主要的影响因素，比如风速还有风暴频率。由于最近的(可能是人为的)气候变化，生态系统发生了变化(Walther et al.， 2002)。raybet雷竞技最新例如，在北极，从土著居民的知识到卫星图像，有几条证据表明，随着灌木覆盖面积的增加和初级生产力的增加，物种分布已经发生了变化(Callaghan et al.， 2004)。另一个例子是，挪威中部山区的植物物种组成在过去70年间发生了变化，低地物种进入，雪床和高海拔物种消失(Klanderud & Birks, 2003)。Parmesan和Yohe(2003)对深入研究的高山草本植物、鸟类和蝴蝶的数据进行了元分析，发现平均每十年向两极移动约6公里，或海拔每十年移动6米，而且春天开始的日期每十年提前2天。在农业方面，近期气候变化影响植物生长和种植潜力或性能的例子非常明显。raybet雷竞技最新例如，在阿尔伯塔省(加拿大)，由温度限制确定的潜在玉米种植区在上个世纪向北移动了200-300公里(Shen et al.， 2005)。然而，气候变化不仅raybet雷竞技最新影响温带地区。例如，在一些干旱的地区降水增加，导致灌木密度增加，生态系统其他部分发生变化(例如Brown et al.， 1997)。总的来说，政府间气候变化专门委员会(IPCC, 2001年1b)得出结论，“从集raybet雷竞技最新体证据来看，最近的区域温度变化对许多物理和生物系统产生了可识别的影响，这是高度可信的”。随着人类活动继续扰乱气候系raybet雷竞技最新统，这些最近的气候变化可能会加速，许多综述已经预测了对生态系统(例如Izaurralde等人，2005年)以及对粮食供应和环境的严重后果食品安全(例如Reilly et al.， 2003;伊斯特林和Apps, 2005)。本章概述了最近、过去和未来的人为气候变化。raybet雷竞技最新IPCC的许多贡献者已经汇总、审查和总结了许多相关研究
报告(IPCC, 2001a-c)，因此我们在很大程度上依赖于这一权威信息来源。
1.2气候系统raybet雷竞技最新
最近和未来的人为气候变化必须在自然气候变化的背景下加以考虑。raybet雷竞技最新地球气候是海洋、大气、地raybet雷竞技最新层圈、冰冻圈和生物圈等许多组成部分复杂相互作用的结果。尽管气候系统最终是由外部驱raybet雷竞技最新动的太阳能，任何内部成分的变化，以及它们之间的相互作用，以及所接收到的太阳辐射的变化，都可能导致气候条件的变化。这些影响通常被认为是“强迫”，即导致气候变化的能量输入和输出的变化。raybet雷竞技最新因此，气候变化有许多原因，它们在不同的时间尺度上起作用。raybet雷竞技最新在最长的时间尺度上是这样的机制地质过程和地球绕太阳轨道的变化(Milankovitch-Croll效应)。后者被认为是冰期和间冰期循环的机制。运动引起的地质过程板块随之而来的物理地形、大陆分布、海洋盆地形状和连通性的重大变化显然影响了全球气候模式。raybet雷竞技最新地质过程也可以通过火山作用在更短的时间尺度上起作用。大型的、爆炸性的火山喷发可以注入数百万吨烟尘和灰烬进入大气层中部，在那里它们反射太阳辐射，形成了“全球烟尘面纱”。的坦博拉火山1815年东南亚火山爆发导致全球大面积降温，欧洲出现了“没有夏天的一年”(例如engville, 2003;奥本海默,2003)。这种火山raybet雷竞技最新事件对气候的影响通常在1或2年后衰减皮勒1991年6月爆发，造成世界部分地区1-2年平均气温下降0.25 ~ 5℃;Hansen et al.， 1996)。然而，一些研究表明，非常罕见的、区域性的所谓超级火山爆发可以在足够的时间内改变气候，从而导致物种的彻底灭绝(Rampino, 2002)，尽管这一点存在很大争议。raybet雷竞技最新
除了地质和轨道的变化，气候系统对raybet雷竞技最新固有和周期性敏感内部的变化在它的任何一个组成部分中，比如洋流。这些可以是年代际的时间尺度，例如年代际太平洋振荡．或者变化可能是在接近年际的时间尺度上，例如有充分记录的厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)。在ENSO事件期间海洋上涌在赤道东太平洋的气流减弱，导致海面温度和海平面的变化风的模式极大地影响气候，从而影响整个地区的生物圈raybet雷竞技最新。例如，在厄尔尼诺年，中国的玉米产量下降了5% (Tao et al.， 2004)，而在澳大利亚，小麦产量与降雨减少的严重程度密切相关(例如Nicholls, 1985)。NAO具有广泛的生态效应(例如Ottersen et al.， 2001)，如确定欧洲生长季节的长度，这在广泛的物候观测中可见一斑(见第4章，Menzel, 2003)。还有与NAO指数已经在欧洲和北美的作物产量中发现(例如Gimeno等人，
2002)。由于气候系统各组成部分之间存在反馈关系，这种内部变化对气候的整体影响难以预测。raybet雷竞技最新例如，洋流变化可能会温暖高纬度地区，导致积雪减少，这反过来又导致更多的地表暴露和更多的太阳能吸收，从而产生正反馈。
1.3人为气候变化机制raybet雷竞技最新
尽管目前公众对气候变化的讨论主要集中在raybet雷竞技最新bet雷竞技 燃烧、二氧化碳排放和增强的“温室效应”，必须指出的是，人类引起的气候变化还有其他组成部分。raybet雷竞技最新人类活动通过砍伐森林、植树造林、耕种、矿物开采、灌溉、排水和洪水，已经并将继续大规模地改变地球表面。这些土地覆盖的巨大变化改变了地表短波反射率和水文和热性能陆地表面的。因此，正如许多研究表明的那样，用牧场取代森林改变了地表能量平衡，增加了用于加热空气和减少蒸发的辐射能的比例(例如von Randow等人，2004年)。相反，在以前干旱的地区，灌溉的大规模扩张改变了土地覆盖和土壤太阳辐射吸收并增加了转化为蒸发的能量分配，以及改变了地表-大气交换的季节性模式(例如Adegoke等，
问题的关键温室效应增强人类改变了大气中主要的辐射吸收气体——CO2、CH4、N2O和各种卤碳化合物——的浓度，导致了气候系统的辐射强迫。raybet雷竞技最新这些气体的释放主要是由于工业、运输和家庭活动，在较小程度上是由于农业活动和土地利用变化(IPCC, 2001年a)。对过去1000年大气中CO2、CH4和N2O的直接和间接测定结果显示，近期CO2、CH4和N2O的浓度显著且前所未有地增加(图1.1)。这些增加的开始与北半球在18世纪末和19世纪的快速工业化相一致，因此自1750年以来，全球平均大气二氧化碳浓度增加了31%;大约75%的增长来自化石燃料的燃烧，25%来自土地利用的变化(IPCC, 2001年a)。对来自冰芯的扩展数据集的分析表明，当前大气中二氧化碳的浓度是过去42万年中最高的，并且很可能是过去2000万年中的最高浓度(IPCC, 2001年)。甲烷浓度增加的百分比更大，自1750年以来上升了151%，而同期氧化亚氮浓度增加了17% (IPCC, 2001年a)。与浓度增加有关的估计辐射强迫
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