第一节 全球气候变化问题的产生及其威胁

一 全球气候变化问题的提出

全球气候变化是指气候在统计学意义上、气候在全球范围内持续10年或更长时间平均状态的巨大改变或者变动。气候变暖、气候变冷、酸雨、臭氧层破坏、灾害天气等都是全球气候变化的典型表现。世界气象学者普遍认为，近些年来全球范围内极端气候事件的频发与全球气候变暖有着密切的关系，因此，全球气候变暖是人类面临的最严峻的生存问题之一，关乎人类未来的发展。

2001年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的第三次气候变化评估报告指出，近一百多年来，大气中温室气体浓度明显增加，我们所处的地球正经历着一次以全球变暖为主要特征的显著变化，自1860年以来全球平均气温上升了0.6℃±0.2℃。

早在19世纪，气候变暖这一问题及其危害就已逐渐为人所知。1827年，法国科学家约瑟夫·傅里叶（Jean Baptiste Fourier）最早证实了“温室效应”。他发现有一些气体能通过捕捉部分从地球表面反射的长波热辐射，而使地球表面像罩着一层玻璃一样保持温暖。1859年，英国科学家约翰·廷斗（John Tyndall）在他的实验室测试空气中氧与氮的透光性时顺便测试了手边的碳，发现碳完全不透光；后来他又发现二氧化碳（CO2）也不透光。这些不透光的气体后来皆称为“温室气体”。1896年，诺贝尔化学奖获得者瑞典科学家史凡特·阿列纽斯（Svante Arrhenius）认为，煤炭在持续燃烧的过程中通过与空气中的氧气结合不断生成CO2，从而使地球温度上升。他还预言：如果大气中的CO2体积分数增加1倍，地表温度增高4℃～6℃。

此后，英、美科学家也证明存在“全球暖化可能性”。1938年，乔治·卡林达（George Callendar，英国气象学家）分析了19世纪末世界各地零星观测CO2的资料，认为与19世纪初相比，全球CO2浓度上升了6%，首次获得了CO2增加的迹象，并发现随着CO2浓度上升，全球存在变暖倾向，因而在世界上引起很大反响。而美国斯克里普斯海洋研究所的凯林（Charles David Keeling）等科学家研究发现，工业革命以前大气中CO2含量大约是280ppm左右，一直相对稳定，但从第一次工业革命后开始持续上升，不到300年时间，大气中CO2的体积分数从280ppm急剧攀升到355ppm。20世纪90年代末，美国气候科学家迈克尔·曼、雷蒙德·布拉德利和马尔科姆·休斯对近千年来北半球温度序列进行了“重构”，认为20世纪温室效应加剧，全球变暖加快了节奏，如同一根曲棍球杆朝上的击球面，在1900年之前地球气温一直保持大致平稳，然后突然猛增。这就是著名的气候变化之“曲棍球杆曲线”。该项研究成果被IPCC第三次研究报告引用。2008年迈克尔·曼等人又给出了近两千年的全球温度序列，这次的序列不再是“曲棍球杆”了，而像一根“湿面条”，当然这根“湿面条”也是在走不断上升“路线”的。

2007年，IPCC第四次评估报告指出，全球平均地表温度在过去的100年间已经上升了0.74℃。

表1-1是IPCC对不同浓度下CO2对气温增长影响的预测，当CO2浓度增加3.5倍时，温度上升6.3倍。图1-1是1977～2008年全球CO2浓度变化趋势。

由图1-1可知，CO2浓度1977年不到340ppm, 2008年增长到了380ppm以上。大气中，CO2浓度增长幅度在不断地上升，且这种增长趋势势不可挡。大气中CO2浓度很高，主要是发达国家为了经济的快速发展，早期排放了大量的CO2。现在发展中国家也处于当年发达国家的经济发展阶段，CO2的排放量也很高。即使发达国家与发展中国家同时实施减排措施，在今后相当长的时间内CO2浓度还将不断上升。图1-2是全球气温变化趋势图。

由图1-2可知，在1977～2008年期间，全球气温在不断上升，温度上升的幅度也在不断地增加。有研究表明，相对于工业化前，全球平均气温上升了0.8℃，陆地升温的幅度大约是海洋的2倍。

2013年9月27日，政府间气候变化专门委员会（IPCC）在瑞典斯德哥尔摩召开新闻发布会，公布了第五次评估报告（AR5）第一工作组报告决策者摘要的主要内容。从这次报告可知，1880～2012年，全球的平均气温约上升了0.85℃。特别是近30年的温度变化，这三十年的任何一个10年的平均温度都要高于1850年后的任何一个10年。2014年11月初，IPCC在哥本哈根发布了第五次评估的综合报告，显示1880～2012年，全球地表平均气温大约上升了0.85℃，在北半球，1983～2012年可能是过去1400年中最暖的30年。

中国科学家钱维宏教授对21世纪将全球气温上升值控制在2℃以内的提法提出质疑，认为，21世纪的全球平均温度最多上升0.6℃，不可能达到2℃的阈值。

世界气象组织2009年、2010年的报告显示，2008年是近150年来10个最暖的年份之一，比1961～1990年的平均气温高了0.31℃。2010年是有记录以来3个最热的年份之一，共有18个国家出现史上最高温度。2011年北半球许多国家的高温、干旱创了历史纪录。

二 人类活动及农业对全球气候变化的影响

（1）人类活动的影响

全球气候变化主要有两大影响因素：自然力和人类活动力。自然力的影响主要来自日地关系以及气候系统内部的相互作用与反馈，如太阳辐射、大气环流、火山活动和海洋运动等。据研究，近百年和近千年全球平均气温与太阳活动的相关系数分别为0.88和0.73，与火山活动的相关系数分别为-0.4和-0.49。人类活动力的影响主要包括人类燃烧化石燃料导致硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化以及毁林等引起的大气中温室气体浓度的增加。目前的大量研究成果证明，导致近百年全球气候持续变暖的主要因素是人为因素，即工业革命加快了世界各国的工业化和城市化发展进程，从而加剧了温室气体的排放。同样出于工业化和城市化的原因，对森林资源的消耗急剧增加，大量的砍伐导致全球森林覆盖率不断降低。这些因素均导致全球“温室效应”持续增强。IPCC第四次研究报告公布，在地球气候变暖的所有因素中，人为因素占据了90%。也有研究认为，人类活动使得大气层中温室气体的浓度增加了25%。

首先，看化石燃料燃烧的作用。1988年，美国气象科学家詹姆斯·汉森（James Hansen）在美国国会听证会上首次提出气候变暖的危险性，他也因对燃烧化石燃料等人类活动可能导致全球变暖风险提出警告，被尊为“全球变暖研究之父”。目前研究表明，化石燃料燃烧与人类改变自然活动所排放的CO2量比率为3：1。

其次，看贸易及全球化对温室效应的影响。气候变暖很多情况是由贸易和经济全球化的外部性带来的。这里所说的外部性主要体现在，由于贸易和全球化，许多本可以在距消费地很近的地方生产的产品却远距离生产，并通过船舶和飞机运输到世界各地，这一过程将产生大量CO2。例如，从新西兰运送1公斤奇异果到英国，会排放1千克CO2，假如在英国境内产销，CO2排放量仅为50克，相差了20倍之多。但同时贸易和经济全球化使得减排技术和设施能在全球自由流通，对抑制温室气体的排放所产生的全球变暖也有积极的影响。

（2）农业的影响

农业既排放温室气体，又固碳，因此在未来世界经济发展中承担着双重责任，既要减排，又要固碳。

从已有研究成果获得的结论看，农业排放温室气体的强度达到危言耸听的地步。首先，从总体评价来看，农业对全球气候变化的影响虽然次于工业，但是影响的增长速度有过之无不及。CO2、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等痕量气体浓度的增加直接导致了温室效应，其贡献率约75%（有研究认为，CH4占到20%, N2O占到7%）。CH4含量在空气中的增长率比CO2高很多，尽管浓度较低。IPCC在1995年发表的第二次气候变化评估报告指出，从1750～1990年共240年间空气中含量较低的CH4增加了145%，而含量较高的CO2只增加了30%。IPCC第四次报告显示，农业排放温室气体，占比为14%，这一比例远远高于交通运输业；全球范围内农业排放的CH4占由于人类活动造成CH4排放总量的50%, N2O占60%。该报告预测，如果不实施特别的农业政策，预计到2030年，农业源CH4和N2O排放量将比2005年分别增加60%和35%～60%。

其次，从种植业的影响看，占农业影响的大头。这里不仅是说农业种植业本身的影响，而且值得强调是农业种植对森林及其他植被破坏的影响最大。CH4和N2O两种气体主要来自于农业生产。一般来说，农业植物的生长通过吸收CO2进行光合作用释放氧气，在很大程度上减缓了全球变暖的程度。但稻田、沼泽等局部缺氧介质却不断地释放甲烷。而且随着世界人口的增加，为满足人口快速增长对粮食增加的需求，同时使“集约化农业”得到迅速发展，人们会向土壤中加入大量的氮元素，从而增加N2O的排放。《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》中都明确指出了种植业对气候变化的影响，源自于种植业常用生产方式的不合理，如土壤结构、土地使用、农家肥和化学肥料使用、农作物秸秆的发酵和燃烧等不合理的操作方式，均会直接或间接地影响农业温室气体排放。各国在向联合国气候变化框架公约缔约方大会提交国家报告时须对这些方面予以考虑。

更为严重的是，人类的农业生产活动，森林的砍伐、荒地的开拓、草场过度放牧、“现金植物”引发各类生态系统的严重退化，草场退化、农田侵蚀、土地沙化等问题层出不穷。而对森林或草场的破坏引起的CO2浓度变化是双向叠加的：一方面，由于破坏森林和草场导致植物减少，其通过光合作用吸收固定CO2的功能下降；另一方面，植物因燃烧或腐败物分解不断地向空气中排放CO2和其他温室气体。20世纪50年代全球拥有热带雨林1227平方公里，而到了80年代中期，约有一半以上遭到了破坏。如南美地区为畜牧场的改建砍伐了72%的森林，而这里是以前热带雨林面积最大的地区，非洲（扎伊尔、加蓬等国）的“现金植物”占据了原始森林一半以上的地盘。东南亚地区的热带雨林曾占了世界的1/4，仅20世纪80年代全球每年就失去了710 × 104公顷热带森林，每年退化44 × 105公顷热带森林。这一方面带来全球1/3的陆地受到沙漠化侵袭，另一方面造成森林吸收CO2功能下降，加剧全球气候变暖。

此外，从养殖业的影响看，大有不断恶化的趋势。大量研究表明，反刍动物（牛、水牛、绵羊、山羊和骆驼）消化过程中排放的屁、粪便释放了一定的CH4，尤其是储存在澙湖和蓄粪池中有机质的厌氧发酵过程释放了大量CH4。联合国粮农组织（FAO）2006年的报告《牲畜的巨大阴影——环境问题与选择》指出：从温室气体排放的总量来看，畜牧业排放的温室气体占全球总排放量的18%，这一比例已经超过了交通运输行业的温室气体排放量；而从温室气体排放的种类来看，畜牧业排放了全球9%的CO2, 37%的CH4, 65%的N2O 。世界观察研究所（WWI）则认为畜牧业对温室气体的排放量远远超过联合国粮农组织的估计，其2009年11月～12月刊登在《世界观察》的报告——《牲畜与气候变化》指出：畜牧业及其相关副产品产业排放的温室气体占全球的一半以上，高达51%。

值得欣慰的是，农业又承担了固碳和吸碳作用，成为可以抵消影响全球气候变化负效应的一支积极力量。“碳汇”就是从空气中吸收碳的过程、活动或机制。农业作物可以通过光合作用，吸收部分CO2，放出O2，这一过程能够将空气中的CO2转化成糖、纤维素等各种形式的碳水化合物在植物体内进行存储和固定，从而在降低空气中CO2浓度的同时，增加氧气的含量。农业“碳汇”通过土壤碳汇和植被碳汇两种形式进行。在土壤碳汇形式下，植物以光合作用吸收CO2形成有机质，在植物死亡后以有机碳的形式进入土壤储存起来。据估算，土壤碳汇量占陆地总碳量的2/3，是植被碳汇量的3倍。在植被碳汇形式下，植物以光合作用吸收CO2形成有机质并在体内储存。森林等陆生植物是植被碳汇的主要渠道，但水生生物的碳汇作用也不可小觑。低等级的藻类中，小球藻的碳含量为46.38%，栅藻的碳含量为51.28%，水华鱼腥藻的碳含量为68.76%，而水生高等植物和水生动物的碳汇能力更大。

因此，农业对大气中碳含量的作用体现在两方面，既是碳源，又是碳汇，并且从理论上说，农作物的固碳作用体现在吸收了农业系统自身排放的温室气体的同时部分抵消了工业系统及其他系统的温室气体排放。

更有研究表明，在未来的20～50年，农田土壤固碳能力会随着农艺方式的改进有所增加。相关国家在长时期保护性耕作之后土壤有机碳含量明显增加，如北美土壤的有机碳含量在10年保护性耕作之后增加了7%～30%。此外，对土壤使用生物黑炭可以快速稳定提高贫瘠土壤的有机碳含量，同时显著改善土壤结构，提高旱地作物的生产能力和品质。由此可见，转变全球气候变暖的趋势，改变农业发展模式至关重要。

三 全球气候变化对人类生存的威胁

气候变暖对陆地生态的威胁是十分严重的，随着全球地表平均气温上升，绝大部分地区极端热事件会增多，极端冷事件会减少，变暖趋势会在全球范围内广泛蔓延。根据当前温度的变动趋势，在未来几十年中，全球大多数地区的暖日和暖夜的频率可能会不断地增加；与之相反的是，冷日和冷夜的频率可能会慢慢地减少。

近年来，世界许多国家都出现了百年一遇的极端气候现象，给各国造成了巨大的损失。在气候变化带来的灾害面前，无论是发展中国家还是发达国家都难以幸免于难。英国科学家马克·林纳斯对数千份科学文件进行精心研究后撰写了《改变世界的6℃》一书，描述了地球气温升高6℃之后全球面临的灾难，现简述如下。

首先是海平面上升的危害。温度上升导致的冰川、雪山融化是海平面上升的主要原因。据IPCC第三次评估报告的统计，目前北半球中高纬度河湖结冰期缩短约2周；最近几十年来，北极海冰减薄了40%，春夏季的海冰范围减少10%～15%，冰川面积比19世纪60年代末减少了10%，退缩范围较大；极地永久冻土带因地球变暖而消融退化。该报告警告，若任由其发展，到22世纪全球平均气温可能上升1.4℃～5.8℃，海平面将上升9～88厘米，这将给人类每年带来3000多亿美元的经济损失。不仅如此，一些岛国可能在未来的50年内消失。目前，加拿大的哥伦比亚冰川已经比过去降低了一二百米。据林纳斯预测，假如气温再上升1℃，乞力马扎罗峰一直戴了11000年的雪白冰帽将不复存在，欧洲的阿尔卑斯山的冰雪也将全部融化，澳大利亚大堡礁的珊瑚则因此遭受灭顶之灾。假如气温上升2℃，格陵兰岛的冰盖亦不复存在，联合国人居中心调研发现，海平面上升1米，海拔4米的陆地都将受到威胁。我国是世界上受海平面上升影响最严重的地区之一。从2000年开始，我国陆续发布的海平面公告显示：海平面不断上升，且上升速度加快。全国70%以上的大城市分布在18000多公里的海岸线上，城市密集分布的珠江、长江、黄河三角洲附近海平面到2050年将上升9～107厘米；到2030年，上海相对海平面将比2010年上升12厘米，到2050年上升25厘米。

其次，气候变化破坏了生物多样性，进而摧毁了生态系统。地质历史记录表明生态系统具备一些自然适应气候变化的能力（又称“生态系统的弹性”），但综合气候变化、相关扰动（例如洪水、干旱、野火、虫害、海洋酸化）和其他全球变化驱动因子（如土地利用变化、污染、过度开采资源）等因素严重影响了自然适应气候的能力，到2100年许多生态系统弹性有可能将损失殆尽。IPCC第三次评估报告指出，受气候变化的影响，近40年来北半球植物乳化期、开花期、迁移期和病虫害暴发期均有不同程度的延长，约为每10年延长1～4天；对生态系统的影响则是使动植物活动区北移和上移。这是气候使植物生态系统弹性减弱的重要原因。一些重要研究成果也充分证明了这一点。英国《自然》杂志上曾发表过一篇由多国科学家联合组成的国际团队所著的研究报告，称气候变暖将导致全球1/4的陆地动植物在未来50年内灭绝。也就是说，100多万个物种将在半个世纪后从地球上消失。科学家们对欧洲、南非、澳大利亚等地的1103个物种的研究发现，气温升高严重影响了很多物种适宜的栖息地，到2050年，这些地区15%～37%的物种将要灭绝。

最后，气象灾害的危害。全球气温上升导致大范围降雨、持续的干旱和高温等气象灾害不断发生。有资料表明，气候变暖首先会导致严重两极分化的气候在非洲出现。近年来非洲南部连年暴雨，导致莫桑比克、南非、津巴布韦、赞比亚等国洪涝灾害频发，热带旋风袭击马达加斯加和莫桑比克；冰火两重天的对比则是，摩洛哥和阿尔及利亚等北非国家持续多年干旱少雨，珍稀物种濒临灭绝，土地沙漠化现象加剧，撒哈拉沙漠扩张的速度惊人。厄尔尼诺现象近20～30年来的暴发非常频繁、强烈和持久。1976～1997年20多年来厄尔尼诺现象分别在1976～1977年、1982～1983年、1986～1987年、1991～1993年和1994～1995年出现过5次。20世纪最严重的厄尔尼诺现象在1982～1983年给全世界造成80亿美元的财产损失，导致了约1500人的死亡，并随着不断加剧的全球变暖而更加活跃。与此同时，拉尼娜现象也频繁出现，一般出现厄尔尼诺现象的第二年就会出现拉尼娜现象，会引起飓风、暴雨、冰冻等极端天气并导致灾害频发，有时拉尼娜现象会持续2～3年。

正因为气象灾难频发才导致了世界各国遭受巨大经济损失。1987年，孟加拉国47个县（该国共64个县）遭受暴雨的侵袭，造成了该国有史以来最大的一次洪灾，联合国每年耗费2000万美元对其实施粮食供给计划。2005年，卡特里娜飓风袭击美国，切断了数十万户家庭的供电，淹没了数以万计的房屋，导致了一百多万人无家可归。2010年的高温席卷了全球，导致了美国南加州火灾；俄罗斯山火频发，莫斯科气象历史纪录达到了130年的新高；格鲁吉亚森林持续燃烧了3天；日本高温不断，217人在半个月内因中暑死亡；印度西北部地区50℃的极端高温导致近300人被热死。

就中国的情况来看，气候形势也异常严峻。2008年罕见的低温雨雪冰冻灾害肆虐南方，2009年东北、华北等多地发生严重旱灾。国家气候中心公布，2010年为21世纪以来中国气候最为异常的一年，降水量为21世纪最多，高温屡破极值，夏季高温日数为1961年以来最多，极端降水事件为1961年以来最多，台风登陆比例为有记录以来最高，西南地区特大干旱刷新气象记录，东北、华北冬春持续低温40年罕见，新疆出现近60年来最严重雪灾，气象灾害造成的损失为21世纪以来之最。

更为严重的是，气候变化对人类生产生活的影响将是一个长期的过程，如若不采取强有力的应对措施，后果不堪设想。国内外不同学者和专家构建出了多种模型，预测未来不同的排放情况对人类生产生活的影响。其中，以IPCC在第四次报告中构建的SRES模型（如表1-2所示）最为经典，得到最多认同。

A1场景描述了世界经济快速增长、更新更高效的技术迅速推广、世界人口在21世纪中叶达到峰值的场景，是低排放情况，温室气体排放量控制得最好，农产品的生产和供应受到不利影响也最小。同时，A1场景划分出三个亚场景，包括A1F1化石燃料密集场景、A1T非化石燃料场景和A1B各种能源平衡不依赖于特定能源的场景。A2描述世界人口急速增长，经济发展、技术变革缓慢的场景，是一种高排放情况，农产品的生产和供应受到的影响最大。B1描述的情形与A1类似，但经济结构向服务经济和信息经济转变。B2描述的人口和经济发展适中的情形，更加符合未来全球的实际发展情况。但也许多学者的研究认为，无论在哪种气候变化情形下，人类生产生活都将遭受巨大影响。

总的来看，在过去的近两百年里，我们已经向大气中排放了过多的CO2及其他温室气体，致使全球气温不断攀升，使我们赖以生存的地球环境不断发生变化。气候变化从海平面上升、生物多样性，气候灾害和人类健康等多方面影响着人们的生产生活，并威胁着全球70亿人的生存。国际研究机构——国际粮食政策研究所（IFPRI）2009年9月30日公布的一项研究报告指出，如果全球变暖趋势未得到有效控制，到21世纪中叶全球将发生粮食大量减产，并由此带来物价飞涨。

在未来，以全球变暖为主要特征的气候变化将是人们共同面临的前所未有的危机。解决气候问题的意义就是拯救地球，保护我们共同居住的家园。