中国气候变化影响研究概况

中国气候变化影响研究概况

摘　要：介绍了目前我国在未来气候变化影响研究方面的概况，气候影响研究采用的方法多为政府间气候变化专业委员会(IPCC)第二工作组提出的气候变化影响评价方法。未来气候变化影响研究是在大气中CO₂浓度加倍，或气温、降水变化的情景下，进行未来农业、林业、水资源、生态环境以及海平面上升等方面的潜在影响研究，其中有模型研究、实验室研究、宏观研究和适应对策研究等。这些研究采用的未来气候情景多为GCM模型预测的气候情景。
关键词：气候变化； 气候影响； 模型
分类号：X16　文献标识码：A　文章编号：1001-6929(2000)01-0036-04

Review of the Climate Change Impact Study in China

TIAN Guang-sheng
(Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing　100012)

Abstract：The climate change impact study in China were reviewed.Most of the climate impact research methods are climate change impact assessment methods recommended by the Second Working Group of International Panel on Climate Change(IPCC).The research is on the potential impact of atmospheric CO₂ concentration doubling,precipitation change and temperature increase scenarios on agriculture,forestry,water resources,ecological environment and sea level increase,etc.and involves model research,laboratory research,regional research and adaptation measures research,etc.The future climate scenarios are mostly those in GCM model.
Keywords：climate change; climate impact; model▲

　　1979年世界气候大会之后，拟定了世界气候计划，1985年在奥地利的利维克国际会议上，评价了二氧化碳和其他温室气体在气候变化方面的影响，由此开始了全球变暖的国际活动。1987年中国国家气候委员会成立，同时分别成立了与世界气候计划相对应的气候研究、气候应用、气候影响和气候资料等分会。政府间气候变化专业委员会(IPCC)1988年成立，中国国家气候变化协调小组1990年2月正式成立，下设科学评价、影响评价、对策和国际公约4个小组。从此拉开了中国气候变化研究的序幕。

1　气候变化对农业的潜在影响研究

1.1　农业系统中碳的循环作用
　　在大气中二氧化碳的平衡可以用下式简单描述：
　　二氧化碳增加量=化石燃料排放量-
海洋吸收量±生物影响量
　　对于生物影响量，一般指森林的影响，而对农牧业的影响研究较少。研究者以宏观计算为主，辅以实验分析方法，用我国0.93×10⁸ hm²耕地，3.9×10⁸ hm²草地上的各种作物和牧草，计算了农业系统中碳的吸收、固定、排放和转移等四部分，因此农业系统碳循环的平衡可用下式表示：
　　碳的平衡(B_i)=碳的吸收量(V_i)-碳的排放量(E_i)=碳的固定量(F_i)+碳的转移量(T_i)
　　当B_i>0，即V_i>E_i或F_i+T_i>0，说明农业系统在1 a内有一定碳的积累，亦即吸收了大气中的二氧化碳，因此称其为二氧化碳的汇，否则为碳之源。
　　通过计算，1990年我国农业系统吸收二氧化碳的量为652×10⁶ t碳，排放量为585×10⁶ t碳，占吸收量的89.7%，当年固定的碳量为59×10⁶ t碳，占吸收碳量的9.05%，转移碳量为7.7×10⁶ t碳，占吸收碳量的1.18%。首次得到中国1990年农业系统为二氧化碳的弱汇^［1］。
1.2　二氧化碳浓度倍增对农作物的潜在影响
1.2.1　模型研究
　　a. 气候变化对农作物的影响研究，近年来我国先后引进了美国佛罗里达州立大学和夏威夷大学主持研制的CERES系列作物模式，其中包括小麦、水稻、玉米、大豆等作物模型，并在某种程度上作了这些作物模型在我国的适应性分析研究^［2］。金之庆^［3］等利用美国环保局改进了的可以用于气候变化影响研究的，美国佛罗里达州立大学Jones等人的SOYGRO(V5.42)作物模型，分析了气候变化对我国大豆生产的利弊。
　　b. 吴连海^［4］以CERES小麦模型原形为基准，而小麦群体的光合作用和吸收作用模型采用荷兰Wageningen大学SUCROS模式，对参数进行了修正，其模拟结果和北京、河南的田间实验资料进行比较，得到两者结果基本一致。即适宜品种在强冬性和弱冬性品种之间变化，气候变化不会超过此范围；小麦的适宜播种期，随秋季温度的提高而推迟。
　　c. 张宇等^［5］对国际水稻研究所和荷兰Wageningen大学理论生产生态系共同研制的ORYZA1水稻模型，在我国的应用效果进行了研究。试验田选在江西和湖南省，从1992～1993年3个试验田进行早、中、晚稻共7个品种20个播种期的实验，结果说明该模式是一个比较原始、基本的模式，它对群体分布、光合作用、呼吸各器官生长的模拟有较好的理论性和适用性，就一定地区来说只要输入气象资料即可模拟作物整个生长过程，各要素的时间变化趋势与实测值比较一致，但有较大的平均相对误差，有待完善和改进。
　　d. 高素华等^［6］在1992年以1951～1987年的农作物产量和气象资料，采用多元回归模式建立了主要农作物气象产量预测模型，结果表明，华北冬小麦为减产趋势，而西北为增产趋势；水稻在各生产区均为增产趋势；东北、华北、西北和西南地区的玉米为增产趋势，长江中下游和华南为减产趋势。
1.2.2　实验室研究
　　曹仁林^［7］等用开顶式熏气罩进行不同CO₂浓度对花生、大豆叶片光合作用率的影响研究，结果表明：①花生、大豆叶片光合作用率随CO₂浓度增加而提高，呈显著正相关；②在温度为32～39 ℃范围内，叶片光合作用率随温度升高而提高；③在大致相同条件下，花生叶片光合作用强度要比大豆叶片高。

2　气候变化对森林的影响

　　大气中CO₂浓度增加及气候变化对森林的影响研究包括：在大气中CO₂浓度倍增的情况下，净光合作用、生物量产量和气孔的水汽传导率及水分利用率的变化；CO₂浓度与温度共同作用的影响及养分供应的影响；暗呼吸、根茎比、光合适应现象等以及气候变化对植物带、树种的影响^［8］。
2.1　实验室研究
　　在人工气候箱内，CO₂浓度增高的情况下，对红松、兴安落叶松幼苗的短期实验表明，CO₂浓度倍增后，对两个幼苗的高生长和粗生长的影响不明显，兴安落叶松幼苗的平均每株生物量较正常CO₂浓度下增加12.2%，红松幼苗偏低，两个树种幼苗的净光合速率的暗呼吸速率以及它们的日变化、季变化受到影响，但变化随树种和时间而异。
2.2　宏观研究
2.2.1　生态信息系统
　　生态信息系统GREEN，它可显示中国各地影响树种分布的气候要素，其中有年平均温度、最冷月平均最低温度、最热月平均最高温度、极端最低温度、年平均降水量、旱季降水量(<40 mm的月数)、干燥度(降水量/蒸发量)、海拔高度和具体的树种分布^［1］。
2.2.2　森林生产力现状和分布规律
　　收集全国60多个森林群落的生物生产力数据，数据点分布于我国寒温带至热带各气候带以及带内的垂直景观，反映出中国森林生产力随自然地理环境变化的分布格局。森林生产力的地理分布与环境中的水、热条件密切相关，森林生物量呈明显的地理规律性变化，地上部分年凋落量随纬度和海拔高度增加而减少，而凋落物现存量呈相反的变化趋势。水、热条件是限制中国森林生产力的主要因素，它决定了中国大部分地区森林生产力的水平和地理分布格局。
2.2.3　气候变化对森林生产力影响的预测
　　根据未来2030年中国气候变化的情景预测，利用中国森林气候生产力模型，预测中国森林生产力的分布格局，与当前气候情景下的模拟结果相似，即从南向西北森林第一性生产力递减，说明未来气候变化没有改变中国森林生产力的地理分布格局。但就森林生产率和产量而言，呈不同程度的增加。森林生产力变化率的地理分布格局与森林气候生产力的地理分布格局恰好相反，即未来气候变化后中国森林第一性生产力的变化率从东南向西北递增。即东南部生产力变化较小，约1%～2%，在西北地区生产力的变化率在6%～8%，甚至达到10%。
2.2.4　气候变化对森林植被分布格局的可能影响
　　运用建立的生态信息系统GREEN，依据2030年的气候情景，对油松、马尾松、杉木、云南松、兴安落叶松、红松和珍稀濒危树种珙桐、秃杉进行了研究，结果表明：兴安落叶松、红松的南界北移和北界南移，这是由于气候变化使分布面积减少约8.5%；马尾松和杉木的北界南移，南界北移，分布面积分别减少约9.7%和8%；而云南松、珙桐和秃杉的南北界明显变化，云南松分布面积新增加31.6%，珙桐的极限分布面积减少了20.2%，秃杉减少了57.1%。
2.2.5　气候变化对树木物候的影响
　　物候学是记录植物生长发育以及动物的季节活动，从而了解气候变化对动植物生长发育阶段的影响和自然季节变化规律的科学。温度、降水、日照等是气候变化的物理指标，而物候是反映气候变化对植物发育阶段影响的综合性生物指标，它们之间有着一定的相关性。用逐步回归法挑选出气温是影响北京春季树木开花期的主要因子。在此基础上建立了物候与年平均气温的线性统计模式，以此计算了全球平均气温升高0.5～2.0 ℃及大气中CO₂浓度倍增情况下，我国主要树种物候期的可能变化。结果表明，如果我国各地年平均气温升高1 ℃，则春季物候期大约提前3～5 d，而秋季物候则推迟3～5 d，绿叶期延长6～10　d。

3　气候变化对水资源的影响研究

3.1　概述
　　气候变化对水资源的影响，目前主要研究两个方面的问题，即气候变化对年径流空间分布、月径流年内分配及相应的洪涝、干旱影响和未来2030年水资源的供需平衡问题。
3.2　模型研制
3.2.1　随机天气模型
　　目前我国研制了3种随机天气模型，即基于模式识别与灰关联聚类的随机模型、随机典型分布模型和正交变换随机模型^［1］。
3.2.2　流域水文模型
　　a. 湿润气候区的月水量平衡模型，主要用于长江流域及珠江流域的东江，该模型主要有蒸发力和实际蒸发计算，土壤水分计算和径流计算等4部分^［9］。
　　b. 干旱、半干旱气候区的月水量平衡模型
　　在黄河上游流域产汇流，有3个特点：降雨以超渗流为主，人类活动影响显著，以及融雪径流占一定比重。干旱、半干旱地区月水量平衡模型将径流分为地面径流和地下径流两部分，其模型输入降水量、气温、蒸发资料，输出模拟径流量和陆面蒸发量。
3.3　水资源综合评价模型
　　这是一个将气候变化对天然径流的影响，通过流域或地区的供水系统、供水工程和各用水分区，用水部门转化成供水及需水影响的模型，它们有：用水分区供需水平衡模型、水库群调度模型、地下水均衡模型和农田水平衡模型等。
3.4　研究的流域
　　在东亚季风气候影响下，我国水文循环的时空变化十分显著。在960万km²的国土上，多年平均降水量为6.19×10⁶ m³，折合水深为648 mm，到达地面后，其中56%通过土壤、植被、蒸发返回大气，44%由大小河流排泄入海或消耗于沙漠或湖泊中。总径流折合成径流深为284 mm，年径流的70%以上集中于汛期，在北方甚至集中于汛期几场暴雨。
　　研究选择位于我国不同气候区并具有代表性的6个流域，它们是松花江流域、京津唐地区、黄河中上游、淮河流域蚌埠以上、长江流域的汉江以及珠江流域的东江等。
3.5　气候变化对水资源影响的经济评价
　　由研究得到各流域的缺水量，分别计算工、农业缺水造成的经济损失。在工业缺水的经济评价中，主要根据工业部门的缺水量、产值以及各部门的投入产出关系，求出不同的缺水率及相应的经济损失率，并建立二者的统计关系，再考虑计划工业产值及工业净产值率，从而计算出工业缺水的经济损失。农业缺水损失由每立方米水灌溉增产效益推求。

4　海平面上升的影响研究

　　全球性海平面上升，是由于全球气候变暖、海水增温、冰川融化、海水体积增大所致。区域性的相对海平面上升，是由于地壳构造下降，松散土层压实下沉，超采地下水引起的地面沉降等因素引起的。近50 a来中国沿海海平面变化与全球海平面变化一致，也呈上升趋势，其上升速率为1.7±0.3 mm/a，较全球海平面上升速率1.5 mm/a还大些^［10］。
4.1　中国沿海海平面变化预测模型
　　中国沿海海平面变化预测模型的设计，既考虑了全球海平面上升，也考虑了沿海海平面相对升降的特点，如下式表示：

Z(t)=Z₁(t)+ζ(t)　　　(1)

式中：Z₁(t)——温室效应引起的全球海平面上升值；
　　　ζ(t)——沿海不同区域地壳垂直变化和地面沉降等因素引起的相对海平面变化。
　　中国沿海5个区域未来海平面上升的预测见表1^［1］。

表1　中国沿海5个区域未来海平面上升预测
Table 1 Predicted fuature sealevel rise for five coastal regions in China　　cm

表2　未来海平面上升时珠江三角洲可能淹没面积
Table 2 Possible submergeol areas of the zhujiang delta under the future sea lael rising circumstances