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中图分类号:X24文献标识码:A文章编号:16749944(2016)12024505
1引言
气候变化已经被看做是当今人类社会面临的共同挑战,中国作为拥有13亿人口的发展中国家,也成为了遭受气候变化不利影响最为严重的国家之一。与此同时,中国现已成为世界上年温室气体排放量最大的国家[1],长期以来中国政府对气候变化问题都高度重视,并在巴黎气候大会前向《联合国气候变化框架公约(UNFCCC)》提交了《中国国家自主贡献》,总结和规划了应对气候变化所实施的政策与行动[2]。然而在中国,公众对于气候变化问题的关注度还很低[3],但社会意识及环境态度又能够决定社会行动,如果公众具有强烈的气候变化意识将能够极大程度地促进低碳政策的完善及低碳社会的发展建设[4]。
气候变化是一个长期性的问题,青少年将是受气候变化影响最大的群体[5],近年来的一些极端天气事件的频发及气候的变化趋势也预示着气候变化将会在未来给当今的青少年群体带来更多的威胁及挑战。同时,青少年也将对未来的气候变化减缓决策及应对方式有重要影响。首先,青少年仍处于世界观价值观的形成时期,对青少年气候素养的培养将有助于应对公众的气候变化关注度降低等问题,也有助于应对气候变化带来的各方面挑战。其次,青少年对采取积极行动富有激情、想象力及活力,这在当今的社交与媒体时代将对气候变化问题有更重要的贡献,例如:青少年在家庭中提倡气候友好型行为;在学校及一些课外群体中扮演重要的信息交流者;能够通过社交媒体接触并传递全球性的信息[6]。
青少年想要应对气候变化以求未来的发展,不仅需要具备气候科学知识,还应具有减缓气候变化的行为驱动,以及在个人及群体层面拥有实施气候友好行为的信心。然而,中国现有的对青少年气候变化教育方面的研究多集中于传递气候变化知识来增加青少年对于气候变化的原因及其影响的理解,却缺乏对最终的亲环境行为的探究及培养。因此,了解中国青少年对减缓气候变化问题的行动参与意愿情况及探究其参与意愿的影响因素,对今后开展气候变化教育、培养气候素养、建设低碳社会就显得尤为重要[7]。
国外已有一些研究基于环境心理学及行为学来探讨有效的气候变化交流机制以及影响个人气候行为的影响因素。笔者的研究就基于计划行为理论来进一步探究中国青少年减缓气候变化的行为意愿的影响因素。计划行为理论(the Theory of Planned Behavior,TPB)是一个被广泛接受的来预测个人亲环境行为的理论模型[8]。该理论指出,对于最终的行为,行为意愿是最具影响力的预测指标,并且行为意愿又主要由3个因素决定:行为态度、主观规范及知觉行为控制,即态度越积极、认为周围重要他人越支持、自我感知的行为能力越强,行为意愿就越强。在Schindler的研究中态度还被定义为针对特定环境问题的态度[9]。一些调查研究也表明,对于特定的环境问题,比如对气候变化而言,关注度越高,以及地方脆弱性危机感知越强,越能够激发个人节约能源的意愿[10,11],而对气候变化的怀疑也将阻碍对减缓气候变化的行为参与。因此针对气候变化问题,态度可再细分为3个主要维度:①对气候变化的怀疑度;②对气候变化的关注度;③基于气候变化的地方脆弱性危机感知。以计划行为理论为基础,细分气候变化态度的复杂性及特殊性,将有助于进一步探究影响青少年减缓行为参与意愿的重要因素。同时也希望该研究结果还能够运用今后的气候变化教育,培养出参与减缓气候变化及低碳发展的青少年。
2研究对象与方法
2.1调查地点
研究于2014年12月20日至2015年5月30日开展问卷调查。由于非城市地区尤其是农村地区对自然资源的依赖性更高,对气候变化敏感度及脆弱性也更高,因此了解这一地区青少年气候变化行动意愿将更有助于应对气候变化的影响。而在中国,不同地区对气候变化的敏感程度存在差异,因此研究参考了中国1960年以来极端天气的分布及变化情况,如夏季高温天的变化等,最终选取了12个省的非城市地区开展问卷调查。这些调查地点的海拔跨度从50~3000 m,并且包括了内陆地区及沿海地区,以求尽可能代表中国大部分地区的情况。每个非城市地区选取1所小学进行调查研究,共12所学校。
2.2调查内容
调查问卷基于计划行为理论及细分的气候变化态度,测量了对气候变化的怀疑度(如“我认为气候变化是一个真实存在的问题”等)、对气候变化的关注度(如“我不会去关注电视或报纸上有关气候变化的报道”等)、基于气候变化的地方脆弱性危机感知(如“我认为气候变化不会对我居住的这个地方造成影响”等)、知觉行为控制(如“我觉得我的努力对减缓气候变化不会有什么帮助”等)、主观规范(如“我的家人认为减缓气候变化的节能行为是没有必要的”等)、减缓气候变化的行为意愿(如“接下来的一年里,我愿意为减缓气候变化而捐出自己部分零花钱”等)和一些社会学变量,测量题目主要基于国内外相关领域学者的研究结论根据实际情况而设定。为保证调查质量,问卷采用了正向-负向题设计,且先由专家进行讨论,修改后又先后进行了两次预实验(N1 = 150,N2 = 88),最终问卷共包含51个问题。所有感知变量及减缓意愿都使用了李克特五点量表进行测量(非常同意-同意-保持中立-不同意-非常不同意)。社会学变量多采用填空题及选择题,其中性别、年龄、地区、家庭成员数、家庭私家车及摩托车拥有情况被用于了之后的分析。
2.3信度检验
信度检验是测定所设计的量表是否具有可靠性和稳定性的有效分析方法,根据Cronbach alpha(α)值评价量表的可靠性,一般认为α大于0.7被认为可信度较高。利用SPSS 22.0软件对最终问卷中所测的感知变量及减缓意愿进行信度检验,结果如表1所示,对气候变化的关注度、基于气候变化的地方脆弱性危机感知、知觉行为控制、主观规范、减缓气候变化的行为意愿的α值均大于0.75,对气候变化的怀疑度的α值接近于0.7,仍在可接受的范围。由此说明本次调查的问卷具有较高的可靠性,所有变量所得分值将进一步用于的数据分析。
2.4调查参与情况
该调查研究一共邀请到了1229名年龄在9~13岁的青少年参加。
3研究结果
3.1信息来源途径
在参与调查的青少年中,绝大多数青少年已经听说过气候变化(图1)。对于气候变化的信息来源呈现出多元化的途径,且可能同时存在多种信息获取途径,因此途径累计百分比超过100 %。在这些传播途径中,大众媒体作为信息来源的比重最大,例如电视(69.7 %)、网络(49.7 %)。其次,课内外课程教育对气候变化的认知也占有很大比重,如课外书籍(47.3 %)、学校课程(38.2 %)。从家人那里获知气候变化(35.9 %)或者从报刊杂志上获得此信息(34.3 %)相比其他途径而言比重相对较少,但仍有超过1/3的参与者提及。大众媒体作为青少年获取气候变化信息的最主要来源,其对气候变化的报道将可能影响着青少年的气候变化情感感知与参与(表3)。
3.2青少年减缓气候变化行为意愿的影响因素分析
基于计划行为理论及细分的气候变化态度探究青少年参与减缓气候变化情的行为意愿的影响因素,如表3
结果表明在社会学变量中只有性别对最终的减缓意愿有显著影响(B=-0.06,p>0.05),且表现为女生对气候变化的减缓意愿会强于男生。分析所有情感感知变量对减缓意愿的影响时发现,对气候变化的怀疑度(B=0.00,p>0.05)和基于气候变化的地方危机感知(B=-0.01,p>0.05)这两个气候变化态度对最终的减缓意愿没有直接影响,而对气候变化的关注度(B=0.16,p
3.3气候变化态度与行为意愿的关系
由于对气候变化的怀疑度和基于气候变化的地方危机感知这两个变量在回归分析中对最终的减缓意愿没有直接显著的影响,而同属于态度的对气候变化的关注度对减缓意愿却是极显著的影响,因此研究建立了中介模型来进一步探究这3个感知变量与减缓意愿之间的关系(图2)。
结果显示:对气候变化的怀疑度可以通过对气候变化的关注度作为中介变量来影响减缓意愿(直接效应c’=-0.12,p
4讨论与建议
(1)从理论上基础来分析,在Ajzen提出的计划行为理论中行为态度、主观规范及知觉行为控制能够影响个人的行为意愿。通过实证研究,基于理论进行的回归模型分析也发现,青少年对气候变化的关注度、行为主观规范和知觉行为控制等情感感知变量能够有效地影响减缓气候变化的行为意愿。因此,要鼓励青少年更多亲环境亲气候的行为以应对气候变化,就必须关注影响青少年行为参与意愿的重要情感因素,从而更有效地开展气候变化教育。
根据研究中分析总结的影响青少年参与意愿的直接因素,气候变化教育对情感感知变量的关注应注意以下几点:①气候变化教育的重点应该是提高青少年对气候变化问题的关注度。通过有效地信息传递,建立青少年自身与气候变化的相关性,并真正意识到气候变化与个人生活及行为的息息相关,从而激发参与减缓气候变化的行动意愿。②气候变化教育应当注重主观规范对行为意愿的重要作用。主观规范对于行为意愿具有极强的影响力,这就需要今后的教育注重创建良好的群体认同感,让青少年个人接受到来自他人的积极性期望,从而触发他们行为意愿的增强。③今后的气候变化教育也可以通过提高知觉行为控制来鼓励更多的行为参与,即提高青少年个人的行动能力以及对自我行为作用力的信心。Moser等的研究表明在气候变化教育中,直接教授青少年适应和减缓气候变化的解决措施比只传递气候变化的形成原因及影响更能有效地提高个人的行动能力感知以及对自我行为作用力的信心,从而付出行动参与其中[13,14]。
(2)根据研究的中介模型分析,虽然对气候变化的怀疑度和地方脆弱性危机感知并没有直接对行为意愿有显著影响,但它们却是有效的间接影响因素,能够通过影响关注度来间接地影响行为意愿。这说明,这种负向的气候变化态度与行为意愿间还存在某种距离,但这种间隙一定程度上可以通过积极的气候变化态度来调节,因而深入理解了这3个态度变量之间的作用机制将更有助于全面地分析影响青少年参与减缓气候变化行为意愿的因素。根据模型结果,可以通过克服青少年对气候变化问题在空间尺度和时间尺度的距离,降低青少年对气候变化的怀疑度或者增加青少年对当地来自气候变化的危机感知,来吸引青少年对气候变化的关注,从而获得最终的减缓行为的参与。
(3)研究还发现性别在减缓气候变化的行为参与意愿上存在显著差异。针对青少年而言已有研究表明,当面对气候变化问题时女性比男性具有更强的气候变化危机感知,甚至对于其他环境问题也如此[15]。而研究的结果也进一步证明,女性在气候变化问题上有更强烈的行为意愿来参与到减缓气候变化的行动中。而这种性别差异导致的行为意愿差异可能由社会经历的不同而引起,同时这种差异还有可能和价值观有关,如利己主义或共享主义,而这种价值观的形成也会与家庭背景、同龄人的影响有关。
随着极端气候事件的频发,气候变化所带来的生态危机、经济危机及社会危机也日益显著,国际社会也在加强各方面的合作以控制温室气体排放,应对气候变化。政府提出了低碳社会的发展策略,制定了一系列阻止碳排放高速增长的低碳减排政策,但低碳社会的发展不能仅仅依靠政府,还需要鼓励更多居民的日常行动参与,以及培养青少年的低碳意愿及行为,才能真正实现低碳社会的可持续发展,应对长期的气候变化问题。为鼓励公众参与,激励青少年的行为响应,政府及社会可以通过气候变化教育入手,做出以下努力。
第一,针对不同的地区细化气候变化教育活动。研究建立模型及提出的行为意愿影响因素能够反映出,心理认知过程在对于理解和实施减缓气候变化教育行为的重要性。已有研究证实了当地的气候变化信息将更有助于激发个人的参与[16],同时,强调个人经历和当地影响的信息交流更可能触发对气候变化问题的关注及减缓行为的发生[10, 17]。因此,基于地方信息的、结合地方气候特点的气候变化教育活动更能有效地克服个人对气候变化的心理距离,改善对气候变化的情感感知,进而影响减缓气候变化的行为参与[18]。
第二,鼓励开展多形式的气候变化教育来增强公众及青少年的气候变化行为参与。气候变化信息来源途径的多样化体现出了对多形式教育模式的需求。气候变化教育的类型主要可分为正规教育、非正规教育及非正式教育。正规教育主要依托于学校,以传授气候变化基本知识为主;非正规教育一般指在非正规的教育场所开展气候变化教育活动,如植物园、动物园、博物馆等;非正式教育主要依靠大众媒体作为信息渠道开展气候变化的宣传教育。多形式的教育模式能够提高气候变化教育的有效性,但教育活动应该不仅仅传播气候变化知识,还要注重对气候变化情感感知的培养,强化个人与气候变化的联系,激发个人对气候变化的关注及自我责任意识,最终引导和鼓励行动的参与。
5结语
基于对全国多地区的青少年调查研究,结果具有广泛性,对未来开展气候变化教育、提高青少年对气候变化问题的参与具有理论参考价值及实践指导意义,也对政府应对气候变化、进行公众的宣教工作、加强公众的参与有一定的参考价值。但研究仅针对青少年开展,结果又具有一定局限性,针对不同年龄段、不同社会特征人群的气候变化教育建议有待于进一步的探索及验证。
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我国作为全球面积第三大国,幅员辽阔,从南到北,气候的差异性相当显著,一年中的光照、风力、湿度、云量、大气环流等都具有及其复杂的特点,在一定程度上来讲,我国的气候中光照和热量的关系最为密切:一是热量随着纬度的增加而减少,还有光照随着纬度的增加和水分的减少而增加,最为明显的是,我国的气候中热量与光照在全世界都是独树一帜,也具有其他国家所不具备的丰富性。
对于气候的不同因素来说,呈现出热量与光照的反比,就以从北方地区到四川盆地的这一变化来说,更是明显,但是这明显又不符合全世界的规律,同样处于北半球的欧洲大陆、地中海、北非一直到大西洋彼岸的北美大陆,以及从西伯利亚直到中亚再到伊朗、向东南直到印度次大陆的这一地区,都是伴随着纬度的递减相应的热量不断的增加,光照时间与太阳能资源也是逐渐的增多,这与全球行星风系的运行规律是一致的,同时,降雨量的多寡和风力的多少都受到这一系统的影响,但是由于在中国的西南方向,青藏高原的高耸使得这一气候系统被改变了,青藏高原的存在使东亚地区的这一风向被改变了,长江流域原本应该是光照时数和太阳能资源比北方地区丰富,但实际情况却不是这样,中国的青藏地区是国内太阳能资源最为丰富且太阳光照时间最长的地区,尤其是在青海冷湖,一年的有效光照时间为3600小时,仅次于撒哈拉沙漠,也就是说一年中有效光照的时间为应有光照时间的90%左右,但是这一地区的热量在全国却是最差的,比较一下就可以发现,欧洲地区基本上是热量随着向南、向西而逐渐增加,从北欧的斯堪的纳维亚地区一路向南,经德国、法国、再到西班牙,光照时间越来越长,随之热辣越来越充足,西班牙是欧洲最为暖热的地区,当然也是光照最为充足的地区,但是在这样一个地区,水分却是很稀少的资源,由于气候干燥,较多的热量条件被用于灌溉农业和水果园艺业,不能像气候湿润地区那样广泛的种植农作物,因此,我国的南方地区的热量和水分条件在世界同纬度地区都是最优越的,能够养活6亿多人口的确是气候所赐的福分,但是,由于多雨,日照时间必然会偏少,也就有了那种由北向南日照时间逐渐减少的情况,尤其是到了四川和贵州一带,日照时间居然达到了全球最少的情况,这是很有趣有很特殊的情况,也许只适合我国的地理国情吧,但是由于日照时间的长短和太阳能辐射并不是成为正比的,所以说,并不等于说光照时间短的地方太阳能就偏少,就像广东沿海地区,光照时间别比方大部分地区都少很多,但由于一年中太阳光照的角度很大,时间长,太阳辐射量还是能与北方地区等量齐观,尤其是在夏半年,由于太阳光直射北回归线,在这附近的许多地方获得有效的太阳能资源要远比北方许多地区更多些, 在一年中直射的角度偏大,太阳能资源相对较为集中,在每年的夏半年太阳能资源的利用前景相当可观,若是在这一地区长期生活的人就可以感受到,这里的太阳光几乎总是从正重大的角度射下来,天空总是明澈净亮的。
随着向内地的纵深,太阳光照时数由于地形变化而逐渐减少,就拿长江中下游平原和四川盆地相比较,长江中下游平原的热量资源明显差于四川盆地,但是光照时数和太阳能资源均好于四川盆地,这不能不说是地形因素起了重要作用。和北方广大地区相比较,这两个地区又是相形见绌的,没有能够突出的阳光优势,北方地区的光照时间和太阳能资源在同纬度地区仅仅比中亚地区偏少,同时因为季风气候的影响,降水量比较丰富。?在这一地区, 决定农作物生长的必要条件是光照,还有雨热同季的优势,尤其是夏季降水量十分集中,呈现出越往北越集中的趋势,华北地区以及东北的部分地区一年中降水量有70%―60%集中在夏季,但是热量也随之减少,但是太阳能资源并没有因为太阳斜射角度越来越大而损失太多,这是由于气候逐渐变得干旱造成的。
综上所述,我国的气候环境中光照与气候,热量之间的关系呈现出此消彼涨的情况,尤其是在从北方到南方的广大腹地,阳光照射时间随着热量和雨水的增加越来越少,太阳辐射量也越来越少,一年中有效的照射时间也越来越少,这样也就形成了世界上独树一帜的气候局面,热量的增加与减少随着地形与纬度的变化,以及地形的变化起伏呈现及其复杂的情况,而这些因素直接导致我国气候条件的复杂多变。
1对象与方法
1.1对象2011年12月,采用分层随机整群方法,抽取省、市、区三级疾控中心5家、卫生监督所5家、三甲医院2家、二甲医院1家、社区卫生服务中心3家,共16家医疗卫生单位在职职工。发放问卷400份,回收有效问卷393份,有效率98.3%。
1.2方法采用由中国疾控中心编制的调查问卷。问卷由个人基本信息、对气候变化的关注、气候变化相关知识的认知、获取知识的途径、参与适应气候变化工作的态度等内容组成。其中气候变化相关知识包括引起全球气候变化原因(2题)、气候变化对全球的影响(8题)、气候变化造成的健康影响(6题),共16题,答对1题得1分,得分≥10分为及格。所有调查员经培训考核合格,督导员审核复查,保证问卷的完整性和有效性。
1.3数据处理用EpiData3.1双机录入,SPSS13.0进行统计分析。关注度及知晓情况分析采用Pearson卡方检验。影响正确认知得分的因素分析先用单因素logisitc回归筛选出自变量(纳入标准α=0.10,β=0.15),再进行多因素logisitc回归分析(纳入标准α=0.10,β=0.15,采用向前似然比法选入变量)。
2结果
2.1基本情况共调查医疗卫生专业人员393人,男性174人(44.3%),女性219人(55.7%),年龄范围20~62岁,平均(35.42±10.13)岁。疾控中心147人,卫生监督所101人,医院及社区卫生服务中心145人。初级职称209人,中级112人,副高级31人,正高级18人,职称项缺失23人。已开展与气候变化相关工作的单位有7家,2家单位对下级单位(或服务对象)开展过应对热浪或气候变化的指导和培训,4家单位对本单位人员开展过相关培训。
2.2气候变化关注度列出教育、公众健康、气候变化、收入、住房、食品安全、环境污染、医疗保障、物价、消防安全等10个社会热点问题,213人(54.2%)选择关注气候变化,列第八位。列出重金属污染、气候变化、精神卫生、卫生的社会决定因素、控烟、饮水、食品安全、营养、空气污染、饮用水卫生、传染病、慢性疾病控制等12个公共卫生问题,184人(46.8%)关注气候变化,列第五位。不同单位级别、职称、性别对气候变化的关注度无统计学差异,不同年龄对气候变化的关注有统计学差异(χ2=10.286,P=0.016),>40岁以上被调查者对之的关注度较高。
2.3气候变化认知
2.3.1知晓情况:86.2%的人员知晓气候变化这一环境问题,其中完全知晓的占23.4%(92/393),知道但不是很清楚的占62.8%(247/393),不太了解的占10.7%(42/393),不知道不关心的占3.1%。56.7%(223/393)的人已感受到全球气候变化带来的影响,并认为问题非常严重,且在不断恶化中;35.1%(138/393)的人感受到变化,但还能承受;7.9%(31/393)的人认为没有变化或无明显感觉。不同单位所属系统(χ2=10.969,P=0.083)、不同文化程度(χ2=4.653,P=0.571)、不同性别(χ2=1.345,P=0.723)专业人员知晓情况间差异无统计学意义;不同单位级别(χ2=13.049,P=0.035)、不同年龄组(χ2=20.536,P=0.015)、不同职称(χ2=21.594,P=0.006)知晓情况间差异有统计学意义,省级单位、40岁以上、高级职称者知晓率较高。
2.3.2正确认知情况:16道题的知晓率为(71.9±25.3)%,其中全对者85人,占21.6%,不及格118人,占30.0%。78.1%(307/393)的被调查者认为人类的生活生产活动是导致全球气候变化的主要因素,82.7%(325/393)的被调查者认为气候变化与二氧化碳过量排放有直接关系。气候变化对全球的影响认知中,认知度较高的是旱灾和洪灾增多、海平面升高、人类健康受到威胁;气候变化引发的健康风险认知中,认知度较高的是极端气候事件、空气污染加剧和水资源水质改变引发的健康风险。见表1。
2.3.3获取知识途径:依次为网络(87.0%)、电视广播(84.5%)、报纸书刊(79.6%)、会议培训(34.6%)。
2.4影响正确认知因素将认知得分及格与否作为因变量,分别对性别、年龄、民族、文化程度、单位所属系统、单位级别、职称、工作年限、对气候变化影响的自我感觉、是否参加过培训、对气候变化工作的重要性认识、是否主动获取知识、是否参加过相关活动、是否愿意参与适应气候变化的相关工作进行单因素logisitc回归分析(等级变量以等级最低者设为参照组)。筛选出的变量为:对气候变化影响的自我感觉、是否参加过培训、对气候变化工作的重要性认识、是否主动获取知识、是否愿意参与相关工作。经多因素logisitc回归分析,是否愿意参与相关工作、是否参加过培训是影响因素,认为该工作具有一定的重要性是保护因素。
1.1气候变化对园林设计形式的影响
气候剧变导致的环境变化,特别是重要园林元素的变化,会使原有的园林设计形式失去了存在的可能性。例如,过去多水的地区现在由于缺水而不得不放弃设计大面积的水体;瞬时暴雨的增加使得园林需要解决洪涝灾害所造成的影响;温带地区植物的季相变化随着气温升高而消失,以及气候变化所导致的园林所需特色植物的消失。
1.2气候变化对园林设计内涵的影响
在以往,园林设计主要是与美学、文化、艺术相关联,在气候变化条件下,生态、环境在园林设计中所占比重越来越大,而且气候变化所带来的各种问题也将纳入园林设计的内涵。面对气候变化带来的新环境,园林设计需要考虑如何适应它;面对气候变化给城市和生态环境带来的灾难,园林设计需要考虑如何防止和缩减这些灾难造成的损失EDAW的詹姆士•赛普斯(JamesSipes)和安妮•罗琳斯(AnneRollings)分析了卡特琳娜飓风的灾难性后果、对人口的变化影响和重建的原则,并为重建提供了一个可持续性的分析模型。这与以往园林设计师的工作相比有了明显的差异。另外,过去园林设计对气候的作用只局限于对微气候的调节和改善,但现在园林设计将需要应对气候变化这个既是地方性又是全球性的问题。
1.3气候变化对园林设计理念的影响
随着人类在技术方面的不断发展,人们似乎越来越具有和自然抗衡的能力。气候变化危机使人们重新认识到大自然的力量。天人合一,设计结合自然,这些理念将得到重新评价。很多违背场地条件、忽视自然影响和气候变化、破坏环境的景观模式也将被限制和摒弃。园林设计将更加注重保护原生自然资源、减少开发对自然状况的影响和恢复场地的自然机能。
2.园林设计应对气候变化
中图分类号 X24 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2012)06-0164-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.06.027
气候变化问题、气候变化及其不利影响所导致的现实或潜在的大量气候移民已成为21世纪人类社会面临的严峻挑战,是现阶段人类社会普遍关注的核心问题之一。随着全球气候模式的变化,全球气候变暖确定性的增加已导致地球海洋洋流流向的变化,使得热带海洋表面气温不断上升,全球海洋风暴持续时间延长、强度增加,海平面上升,荒漠化加剧,干旱、洪涝频繁多发,气候开始变得极端无常。极端而无常的气候,催生了大量的“气候移民”,他们因气候变化、生态失衡、地质变异和环境污染等原因而受灾不得不进行迁移。环境正义基金会主席史蒂夫·特伦特指出“气候变化影响家庭、基础设施、食物、水及人类健康,还将会导致史无前例的大规模人群迁移”[1]。据联合国环境和人类安全组织、香港发展与救援NGO组织——香港乐施会等组织机构在2009年的预计,在1998-2007年间,全球每年受气候灾害影响的气候难民人数约为2.43亿人;2015年后气候难民人数将达到3.75亿人以上。目前,不少国家和地区的气候难民已开始进行自发和有组织的气候移民,世界上现在已有约2 600万因为气候变化而被迫迁徙的气候移民,到2050年,全球估计将有2亿人沦为“气候移民”[2]。
气候移民是人们应对气候变化压力的重要机制之一。关涉气候移民的研究,早在莱文斯坦的迁移法则中就将不适宜的气候、不公平的法律、重税、不适宜的社会环境和经济刺激等看作是造成人口迁移的主要因素[3]。美国地理学家Ellen Churchill Semple更是认为“寻找更好的土地、适宜的气候和容易居住的环境是人们迁移的动机”[4]。尽管早期人们将气候变化作为一种重要因素纳入了对气候移民的解释和理解之中,但随后就逐渐消失了,直到20世纪80年代末,才有一些关于气候移民的理论著作问世。20世纪90年代初期,有关气候移民规模的预测方逐渐为人们所认识。但由于早期关于气候移民的研究和政策讨论偏重于以未来为导向的警示性预测,而不是观察分析迁移流,以致产生了两种不同的观点:自然科学家认为环境恶化和迁移之间存在内在联系[5],社会科学家认为环境仅仅是影响人们迁移因素中的一种[6]。当前,有关气候移民的争议仍旧存在,但学科间的认识分异逐渐减少,环境科学家和人口学家都认为自然环境是迁移的动力因素,气候变化对人口迁移的影响力逐渐凸显,观察或试验研究逐渐取代预测,但其研究结果仍旧非常有限。
如何以已有研究为基础,突破社会文化交叉法、经济视角的牵绊,提升人们对气候风险导致气候移民问题严重性的认知,对气候移民进行概念上的梳理与界定,类型上的归类与划分,剖析造成气候移民问题的制约性因素,将气候移民从经济迁移大流中分离出来已是一个摆在世人面前不容回避的现实性、迫切性的重要议题,深刻认识把握这一全球性的社会现象,有助于人类与自然生态环境的和谐共存与可持续发展。
1 气候变化的表现形式以及对人口迁移的影响1.1 气候变化的表现形式
工业革命以来的人类活动,尤其是发达国家在工业化过程中大量消耗能源资源,导致大气中温室气体浓度增加,引起全球气候近50年来以变暖为主要特征的显著变化,对全球自然生态系统产生了明显影响,气候变化现象怪异难料,沙尘暴、飓风、雪灾、干旱、洪涝等气候灾害的能量与数量不断升级,已对自然系统、生物系统和人类环境产生了较大影响,给人类社会的生存和发展已带来严重挑战,已成为人类最迫切需要关注与解决的问题。
基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)和《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)第一款对气候变化的定义,并结合不断变化发展着的社会现实,本文对气候变化的概念定义为:气候变化是指经过相当一段时间的观察,自然气候变化或人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候在平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间(典型的为10年或更长)的气候变动[7]。其原因或因于自然自身的演变历程,或为外界条件使然,亦或是人为因素造成的大气组成成分和自然资源利用的改变。如此,对气候变化诸现象展开分析,既突出了气候变化中的人为致因又可与主要由自然原因导致的气候变率相区别。
总体看来,现阶段气候变化的主要表现形式主要有以下两个方面:
中图分类号 X32;F205 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2015)09-0008-05
doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2015.09.002
气候变化已对我国的粮食安全、水安全、生态安全、能源安全、城镇运行安全以及人民生命财产安全构成严重威胁,适应气候变化任务繁重[1]。适应政策是政府为实现我国适应气候变化目标制定的强制任务、行为准则、行动方式、步骤和措施的统称,具体包括规划、政策和法规等,是适应行动措施得以落实的重要保证[2-3]。自2007年国务院《国家应对气候变化方案》以来,政府各部门相继和实施一批适应气候变化相关的政策与法规指导适应行动[4]。根据国际经验,适应政策执行中需要开展监控和评估,以了解政策实施的进展和效果,加深对政策及其实施机制和障碍的认识,有利于及时加以调整或为今后政策制定和实施提供经验借鉴[5]。
适应气候变化政策评估可分为政策制定过程评估、政策组成要素完整性和合理性评估和实施效果评估。Preston等[7]对美国、英国和澳大利亚的57项适应气候变化的政策组成要素完整性进行评估,发现没有一项政策涵盖了评估框架的全部评价要素,对非气候因素、适应能力等的作用考虑不够,政策平均评分为总分的37%。Lempert和Groves对美国Inland Empire公用事业局《城市水管理规划》适应未来气候变化的实施效果进行评估,并提出了规划方案调整建议[8]。Hardee和Mutunga[9]评价了41个最不发达国家的《国家适应行动计划》,发现其适应战略不能很好地满足发展需求。Bouwer[10]发现英国、意大利、西班牙、瑞典和波兰在执行欧盟水框架中考虑气候变化适应时政策设计和实施存在显著差异。Biesbroek发现“国家适应战略”在欧洲国家实施过程中面临多层次治理和政策整合等困难 [11-12]。Urwin & Jordan通过以英国的农业、生态保护和水资源政策为例,指出现有跨部门适应政策需要考虑整合及协同问题[13]。以上开展的一系列的适应政策评估,对各国适应政策的制定、要素完整性和实施效果进行评估,深入的揭示了各国适应政策中存在的问题和不足。
本文首次尝试系统地对我国现有的适应政策与行动进行梳理,通过统一的适应政策评估框架和方法,对国家和部门层面的适应政策进行半定量评估,旨在了解适应政策实施的进展和效果,加深对政策及其实施机制和障碍的认识,为今后政策制定和实施提出可供决策参考的建议。作为发展中大国以及易受气候变化不利影响的脆弱国家之一,我国的适应经验可为国际社会特别是其他发展中国家提供借鉴。
1 适应政策评估对象和方法
1.1 评估对象
根据2008年至2012年我国的《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书[4]、中国第二次国家信息通报[6]以及公布的政府文件[14]等,自2007年国务院《国家应对气候变化方案》以来中国政府部门共适应气候变化相关政策与法规117项,构成了我国适应气候变化政策的基本框架,为我国适应气候变化工作提供了重要基础,为开展适应行动起到重要的指导作用。但117项适应气候变化相关政策与法规中绝大多数为将适应气候变化纳入到部门、行业主流业务的“主流化”适应政策,而针对性指导部门和行业开展适应行动的“专门化”政策较少。从2007年以来,我国政府制定的适应气候变化“专门化”政策共有8项(见表1),此类政策从应对气候变化的角度出发,深入的指导、协调与部署国务院及其组成部门如何开展适应气候变化业务,具有显著的典型性和代表性,也是适应气候变化政策评估的研究对象。
1.2 适应气候变化政策评估进展与方法
鉴于我国适应政策制定的过程、执行效果相关信息的原始记录保存、可获得性等方面的因素,本文采用适应政策组成要素的完整性和合理性评估思路,采用Preston开发的适应政策组成要素评估框架[7]。将适应政策的制定划分为4个阶段,分别是目标设定、适应能力与资源评估、决策、实施与评估,并进一步细化为19个流程。基于适应政策制定的阶段和流程,设计我国适应政策评估指标体系(见表2),并根据每个流程实现的情况评分(见表3)。
2 评估结果
根据适应政策要素组成评估框架,最高综合评分为38分,最低综合评分为0分。评估结果如下:
(1)适应气候变化政策平均分为15.8分,约为总分的41.6%。最高为《国家适应气候变化战略》24分,最低为《海洋领域应对气候变化工作方案》和《应对气候变化对外合作管理办法》7分(见图1)。适应政策平均分不足总分的50%,说明政策组成元素缺项较多,仍有较大的改进空间;《应对气候变化国家方案》、《适应气候变化国家战略》和《应对气候变化科技发展专项规划》得分较高,是由于政策组成元素较全面。而《海洋领域应对气候变化工作方案》和《应对气候变化对外合作管理办法》侧重具体工作部署,对适应能力和资源配置、决策的科学和社会基础表述不足。
(2)从适应政策制定的四个阶段来看,适应政策的目标设定平均为11.5分,适应能力与资源评估平均为2.6分,决策平均为6.6分,实施与评估平均为9.2分。适应政策目标设定清晰,实施的主体和机制明确。适应政策的主要短板是实现适应目标的资源配置不清楚,决策的科学基础表述模糊(见图2)。
(3)从适应政策制定的19个流程来看,适应目标或优先领域(O1)、与现有政策的一致性(D7)、主流化(D8)、适应政策传达与推广(I1)为12分以上。社会资本评估(A2)、非气候因素(D3)评估为0分,自然资源评估(A3)、实物资本评估(A4)、清楚科学假设与不确定性(D5)为2分(见图2)。突现出适应政策制定在自然资源评估、社会资本评估、实物资本评估、非气候因素、科学假设与不确定等方面存在严重不足。
3 结 论
采用适应政策组成要素评估框架,对我国最有代表性的“专门化”适应气候变化政策进行评价,认为我国适应政策平均评分为总分的41.6%,与美国、英国和澳大利亚的57项适应政策平均评分为总分的37%相当,整体处于相近水平。同时,揭示了我国适应气候变化政策存在的问题:
(1)我国适应政策的目标清晰,但支撑落实的适应资源匹配不明确。适应目标设定较高,但与之对应的适应能力与适应资源匹配不明确;如现有适应政策仅提到适应气候变化行动中人力资源的重要性、加强资金投入等,对适应行动所需的社会资本、自然资源和实物资本基本涉基本没有涉及,使我国适应政策的实施面临巨大的能力与资源的来源问题。
(2)我国适应政策决策重视利益相关方和影响评估基础,但仍不完整。比较重视利益相关方参与,采用气候因素评估的结果作为决策基础,但忽视了对非气候因素的评估,对当前气候变化领域的科学假设和不确定性考虑不足;对气候变化的影响相对重视,但对适应决策很关键的未来风险评估不足,使针对未来适应行动的科学基础仍然较弱。
(3)适应政策推广实施较好,但监督不足,适应成效评估较弱。适应政策向下传达渠道明确,由省级政府和相关机构负责实施,实施机制相对较完善,但对适应政策实施过程的监督不足,只有《应对气候变化国家方案》和《适应气候变化国家战略》有相对完整的实施与监督机制,多数没有明确的监督机制表述。同时,现有政策对成效评估多数没有明确的成效评估工作安排,需要进一步完善。
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中图分类号:F1133文献标识码:A文章编号:16710169(2012)04000805进入21世纪,气候变化已成为全球面临的共同挑战,世界各国正努力采取多种措施,以减少气候变化对人类生存发展的威胁,推动低碳转型和可持续发展。由于一直以来气候变化议题都具有“全球性、政治性、长期性、不确定性”等显著特点\[1\](P267-268),这使得应对气候变化的国际协调格外复杂和艰难。作为应对气候变化全球机制的重要平台,气候变化谈判不仅事关全人类的命运,而且还与谈判各方的经济政治利益密切相关\[2\](P111-120)。然而,从哥本哈根到德班,全球应对气候变化的谈判形势和舆论氛围悄然生变,直接影响各国温室气体减排的政策取向和谈判策略。本文在梳理德班气候大会主要进展的基础上,着重分析全球应对气候变化的新情况、新动向,提出我国更好地参与国际气候谈判、增强应对气候变化能力的对策建议,为构建适应气候变化的国家战略提供支撑。
一、“德班气候大会”的主要进展
2011年底,第17届联合国气候大会(以下简称“德班会议”)在南非德班召开。虽然会议期间出现了加拿大退出《京都议定书》等事件,但总体而言,与会各方表现出更为理智的态度和务实的谈判策略,按照“巴厘路线图”推动谈判的意愿也比较清晰。经过反复磋商,德班会议取得了一定的积极进展。从中方的角度来看,德班会议的成果集中体现在以下方面:一是基本实现了“三个坚持”,即坚持《联合国气候变化公约》、《京都议定书》和“巴厘路线图”,坚持双轨制的谈判模式,坚持“共同但有区别的责任”原则;二是对《京都议定书》的第二承诺期达成妥协,这无疑是发展中国家最为关心的问题;三是启动绿色气候基金,在减排资金安排上有所突破;四是在2010年坎昆协议的基础上,进一步细化了减排技术、能力建设以及透明度等方面的机制。另外,德班会议还对2020年后进一步加强《气候变化公约》的实施进行了深入讨论,并设定了相关进程。然而,德班会议也有不尽如人意之处。会议未能全部完成“巴厘路线图”的谈判,坎昆协议和德班会议成果的落实也尚需时日,而发达国家自身减排以及向发展中国家提供资金和技术转让的政治意愿仍明显不足,这成为影响应对气候变化全球合作的主要障碍。
同时,回顾过去20多年来的谈判历程可以发现,联合国气候变化谈判一直是步履蹒跚,各方矛盾和纷争不断,谈判主导权争夺激烈。由于约束力有限,一些通过反复讨价还价艰难达成的减排方案在各国执行过程中大打折扣。在谈判机制和模式上,发达国家力推“并轨”,以在国际气候谈判中最终达成单一的协议,进而使发展中国家承担更多的减排责任,而发展中国家则坚持“”谈判,坚守“巴厘路线图”的原则\[3\](P9-16)。这表明现有应对气候变化的全球机制越来越显现其局限性,迫切需要创新谈判机制,以推动气候变化谈判取得实质性进展。如何破解欧盟、美国、日本等主要发达国家之间及其与三个发展最快的新兴经济体——中国、巴西、印度之间的利益纠葛,避免国际气候变化谈判沦为国际政治新格局的博弈工具,是未来应对气候变化全球机制创新的核心和关键所在。
尽管德班会议及其取得的成果对维护现行的应对气候变化全球机制具有积极作用,但在欧债危机、“页岩气革命”、“弃核风潮”等因素的影响下,全球特别是发达国家应对气候变化及温室气体减排的整体氛围发生了一些微妙的变化。值得注意的是,与哥本哈根会议前后的“喧嚣与鼓噪”相比,“气候变化”的话题不再热得烫手,而是似有转冷的迹象。在法国等主要发达国家,有关德班会议的报道很少见诸主要媒体,这与哥本哈根会议形成了鲜明对比,一些科学家和政治家将气候变暖由一个边缘概念变为全球主流共识的努力似乎正面临新的挑战和质疑\[4\](P36-37)。碳捕获与封存技术(CCS)应用前景不明朗、相关研究资助力度减弱、公众关注度下降等因素,使未来应对气候变化的形势更加错综复杂,全球减排资金机制和技术应用的不确定性加剧。
中图分类号:F206 文献标识码:A 文章编号:1671-0169(2014)01-0041-06
气候变化是当前国际社会普遍关注的全球化重大问题。许多观测资料表明,地球正在经历以全球气候变暖和极端气候事件频率/强度增加为主要特征的气候变化问题。气候变化正成为~种缓慢发生的灾害,给人类社会带来严重影响,其潜在损失给世界各国提出了适应气候变化的要求。
有关气候变化影响的研究,主要集中在由气候变化带来的一般性物理影响,包括作物生长和虫害、径流量及水资源短缺、疾病与健康、生态系统、动物迁移等。对能源系统与气候变化之间的关系,更多的研究关注“能源消费对GHG排放及气候变化问题”,而对能源部门的气候变化易损性研究并不多,且大多仅着眼于能源系统一个方面。从能源供应链不同层次的视角,Schaeffer等对目前能源系统的气候变化易损性问题进行了总结和归纳;Mideksa等综述了气候变化对电力市场的影响;从区域的视角,Wil-banks研究了气候变化对美国能源生产和使用的影响;Ebinger归纳了能源部门适应气候变化影响的若干关键问题;Yau等则综述了气候变化对热带地区商业建筑和技术服务的影响。
本文以气候变化对能源系统的影响为主题,对近十几年来的最新国际文献进行全面的综述及展望。在阐述主流研究问题的同时,归纳比较了其中的关键研究方法及各自优缺点。最后根据目前研究的特点,提出了可能的发展方向。
一、气候变化对能源需求侧的影响研究
气候变化对能源需求端影响的研究广泛关注气温变化对建筑/居民部门能源需求,尤其是电力需求。这是因为,气温升高趋势导致冬季更为舒适而夏季更为不适,进而使取暖需求降低,制冷需求增加,取暖制冷又大多由电力支撑。McGilligan等指出建筑部门是容易受到气候变化尤其是全球变暖挑战的部门。IPCC第三次评估报告将气候变化对建筑部门的影响总结为“电力需求增加,而能源供给可靠性降低”。
许多学者针对不同国家、地区,探讨了气候变化/CO2浓度增加对能源需求/消费的影响,其中大多数研究针对取暖制冷能源需求。如Bhartendu等用回归方法估算了在大气中CO2浓度增加一倍情景下,美国安大略省的冬季取暖和夏季制冷带来的能源需求变化。Baxter等采用能源终端利用模型估计了到2010年全球变暖的两种情景下,美国加利福尼亚州的能源消费和用能峰值变动情况。Ruth等综合气候因素和社会经济因素,研究了气候变化对美国马里兰州能源需求的影响,并依据HadCM2提供的温度情景进行预测,指出经济因素的影响要大于气候因素。Mirasgedis等利用PRECIS(Providing RegionalClimates for Impacts Studies)模型得到气候参数情景,进一步建立了希腊气候变化对电力需求的影响模型,并用模型预测未来气候情景下电力需求的变化口妇(如表1所示)。
从表1中可以看出,气候变化对能源需求影响的研究结果差异较大,主要是因为:(1)研究对象的不同;(2)研究方法的区别;(3)预测情景的选取不同。这说明,为了解气候变化对一个国家或地区能源需求的影响,不能直接挪用其他国家或地区的研究结论,而应该采用合适的研究方法并根据预设的气候变化情景开展特定国家或地区的研究。
二、气候变化对能源供给侧的影响研究
气候变化对能源供给端的影响研究中,大多是围绕可再生能源的开发利用,主要研究由气候因子变化所造成的能源资源禀赋以及生产能力的改变。可再生能源生产受气候条件影响比化石能源更大,因为这种“能源”与全球能量守恒及所导致的大气流动柏关心。因此,未来全球气候变化将对可再生能源供给产生较大影响。
Pasicko等研究了气候变化对克罗地亚太阳能、风能和水能的影响,其气候情景数据来自全球气候模型ECHAM5-MPIOM和区域动态降尺度气候模型RegCM,在IPCC未来气候情景A2(2011-2040和2041-2070)基础上得比结论:气候变化对克罗地亚沿海及濒临区域可再生能源的影响最大,其巾第一阶段风速预计增加20%,将使风力发电增产一倍,对光伏发电的影响为中性,2050年以后水电生产预计将减产10%。Pryor等综述了气候变化对风能的影响,并得出结论:有时气候变迁可能会使风能产业受益,有时则对风能发展有负面影响,具体地,(1)对风力资源(风力强度和风力资源变化)的影响;(2)对风力农场运营维护及涡轮设计的影响,包括极端风速/狂风、冰冻、海面结冰/永动等因素的影响。
巴西的能源供给很大程度上依赖于可再生能源资源,2007年可再生能源占总能源生产的47%,所以巴西可再生能源的气候变化易损性问题引起较多关注。De Lucena等分析了在一系列长期气候预测排放情景下(IPCC的A2和H2),巴西水电生产和液态生物燃料生产的易损性,结果表明最贫穷地区的能源易损性逐渐增大,生物燃料(尤其是生物柴油)和电力生产(尤其是水电)将受到负面影响。他们还通过模拟IPCC的A2和B2情景下的风力条件,分析了全球气候变化对巴西风力发电潜力的可能影响。其中,巴西的降尺度风力预测数据源自由Hadley中心开发的PRECIS模型。
三、现有研究方法
很大比例的研究均涉及以不同气候情景来分析能源供需的变化。因此,下面分别就气候情景预测方法和供需影响评估研究方法来论述现有的关键研究方法。
(一)气候情景预测方法
目前IPCC气候情景是应用最为广泛也较为权威的温室气体排放及气候变化情景。IPCC致力于开发大气海洋一般循环模型(General Circulation Model,GCM),可以预测较高精度的5*5经纬度格点气候模式,主要包括英国的HadCM3、美国的PCM、加拿大的CGCM2。IPCC根据不同的社会、人口、环境、技术和经济发展轨迹,开发了四组全球范围内的排放预测情景(如表2所示)。
由于气候变化对能源的影响研究基本上集中于局部区域或城市尺度,非全球尺度,而IPCC提供的预测情景难以直接应用手微观区域范围,因此,需要得到降尺度的气候情景。从现在文献来看,降尺度气候变化情景预测方法大致可以分为两类;动态降尺度方法和统计降尺度方法。其中,动态降尺度方法主要指的是应用区域气候模型(Regional Climate Model,RCM)来分解气候情景,如美国的NARCCAP项目,欧洲的PRUDENCE和ENSEMBLES模型。统计降尺度方法则主要是通过运用大尺度气候资料和局部区域气候变量间的实证关系函数,推测区域未来气候情景。动态降尺度在理论上优于统计降尺度,并且即使无法获取区域地表观测变量,也可以应用于任何区域地点,但缺点是计算量大且对计算机的要求很高。统计(实证)降尺度方法不需要诸如地标山川、粗略地图等额外数据,但需要气候原地数据,相对RCM来讲,计算成本小。
(二)供需影响评估研究方法
从目前文献来看,评估气候变化对能源供需影响的研究方法大致包括三类:热平衡模拟法、度日回归的计量方法和能源生产仿真模型。
1.热平衡模拟法。热平衡模拟法以能量平衡和热传导为基础,建筑物参数(窗体材料等)、住户参数以及气候参数为主要指标,用仿真软件来模拟天气变化对建筑物热量收支及能耗的影响。如Roetzel等用建筑模拟软件EnergyPlus,模拟了希腊雅典不同的建筑设计方案和居住人数情景下,IPCC气候变化A2情景(2020,2050,2080)对单元办公室舒适度和能源消费的影响。Xu等利用降尺度的GCM气候数据预测了2040、2070、2100年加利福尼亚建筑能源消费,研究发现:制冷技术条件若保持不变,在IPCC最差的碳排放情景(A1F1)下,加利福尼亚一些地区未来100年制冷用电将增加50%;在IPCC最可能情景(A2)下,制冷电耗将增加25%。仿真软件是EnergyPlus和DOE-2.1E,模拟方案包括16种不同的商业建筑原型。热平衡模拟法的优点在于不需要详尽的能源消费或能源需求的实地数据,减轻了数据收集负担。但其缺点是软件内部参数较多,模拟较为复杂,系统性差,仿真结果与实际建筑能效结果可能出现不一致。
2.度日回归的计量方法。基于度日(冷度日和暖度日)指标的计量经济学回归方法是气候对能源需求侧的影响评价研究中最常采用的研究方法类型,这方面的研究始于1980年代后期。度日是研究气温与能源消费之间关系时最常用到的一种时间温度指标,是指日平均温度与规定的基准温度间的实际离差。为了研究方便,度日又分为:采暖供热度日(Heating Degree Day,HDD,简称热度日)和制冷降温度日(Cooling Degree Day,CDD,简称冷度日)。凡是平均温度低于基础温度的均计入热度日数,而高于基准温度的均计入冷度日数。基准温度由人为设定,一般取18℃作为人体最舒适温度。将冷度日和暖度日作为回归元引入能源供需回归模型中,即为最常见的度日回归的计量方法。度日计量回归模型由于方法简单、适用性强、结果稳健等得到广泛应用,但其缺点在于需要收集大量的时间序列数据作为变量条件。
3.能源生产仿真模型。能源生产仿真模型主要用于气候变化对可再生能源生产影响的研究中,一般将气候因子变量作为原始输入变量,进而利用降尺度方法得到对机组运行起作用的有效气候因子,最后由产量仿真模型进行模拟。如De Lucena等胡在分析巴西水电生产和液态生物燃料生产的气候变化易损性时运用了能源生产仿真模型。首先,由大尺度GCM模型预测得到目标年的天然降雨量,然后用统计降尺度方法ARMAl2季节调整模型预测得到局部盆地详细的水流量信息,两者结合预测水电机组注入水流量,最后以此作为输入变量输入到能源生产仿真模型来预测水电产量。
四、当前研究特点及未来发展方向
(一)供需预测研究中存在较多的不确定性问题
由于气候变化是较长期的影响和反应过程,考虑气候变化影响的能源供需预测研究的预测范围大多是几十年甚至上百年。不同的气候情景直接影响预测结果,而未来温室气体排放总量、大气温室气体浓度和全球气候变化均存在较高的不确定性,这直接导致能源供需的长期预测结果同样存在不确定性。例如,水电生产取决于水流量和全年不同时间的变化,长期趋势预测不会捕捉到这样详细的信息。此外,能源生产与使用除受气候变化的影响外,还会受众多其他因素的影响,如经济增长模式、土地利用、人口增长、技术水平、社会和文化差异等。因此,目前气候变化对能源系统影响的预测研究还仅仅是方向性和趋势性的情景分析,而非准确的预测结果,更加确定性的预测是未来研究中的重要问题。
(二)气候变化影响研究较多,适应性研究较少
中图分类号:X171.4文献标识码:A
一、气候变化的原因
气候变化的定义。气候变化一般是指长期气候状态在统计学意义上的重大变化或持续时间较长的气候变动,它不但包括平均值的变化,而且也包括变化率的变动。通常是由不同时期的温度和降水量等气候重要因素来统计对比而得出的结论,对比的离差值越大,就表明近些年气候变化幅度越大,气候就越不稳定。而气候变化很明显的表现就是全球气候变暖,今日的地球比过去两千年都要热。
(一)气候变化的人为因素
全球科学家一致认为:气候变化有百分之九十的可能是人类的责任,人类今日对大自然的改造已经超出自然的承受能力。这些人为因素主要是由于人类的工业革命,工业革命虽然渐渐地解放了人类的双手,但为人类提供了破坏自然的工具,特别是发达国家工业化生产所产生的影响。燃烧化石燃料、毁林造田、砍伐植被等人类活动引起温室气体的浓度大量上升,温室效应增强,进而引起全球气候变暖。据有关权威部门统计,自十八世纪五十年代以来,全球二氧化碳累计排放量已经达到一万多亿吨,其中的百分是八十都是来自发达国家。另一方面,由于对森林的乱砍乱伐,大量开荒造田,建设房屋,这样就破坏了植被,减少了将二氧化碳固定转化成有机物的机会。再加上人类对水资源的大量开采应用,地面水资源面积逐渐减小,降雨量大大降低,也会减少了溶解二氧化碳的机会,打破了大自然二氧化碳转化的动态平衡,消耗小于产生,这样进一步让温室气体增加,最终二氧化碳在大气层内形成温室效应,阻止热量反射回去,造成气候变暖。
(二)气候变化的自然因素
气候变化也是一种自然现象,自然万物发展自有其规律。引起气候变化的主要自然因素有太阳辐射、地球构造、大气环流、气候自身系统震荡、火山爆发等,这些因素都是气候变化的主要因素,而且不管人类是否影响这些都是客观存在的。
二、气候变化与水保生态建设
(一)水保生态建设的必要性。我国作为最大的发展中国家,极端气候频繁发生在我国产生严重的影响。长期制约着我们生活条件的改善,和社会经济的发展,并给我国的水资源、自然环境、粮食安全等方面产生很多的影响。水是生命之源,土是万物生灵之本。有了水土就有了植被,植被对碳有固定作用,可以减少温室气体。因此为了积极应对气候的进一步恶略变化,就要搞好水土保持生态建设这一历史任务。
(二)水土保持生态建设对策
1、政府采取适当的宏观调控
为了满足社会经济发展需要,和生态建设的需求,目前,我国政府已经制定并开始实施了一系列相关政策,为实现社会与自然和谐发展打下了良好的基础;但是由于这些政策和法律还不够完善存在很多的空白,为了进一步完善现有的水土保护机制,我们还要采取跟多的生态建设计划和规定。加大政府对水土保护的重视程度,重点治理水土流失问题,并协调各方面水利工作,以防止水土流失的问题进一步严峻。
2、引用先进技术改善环境
科技是第一生产能力,而在治理水土流失的过程中,适时的引进先进的科学技术更有利于环境的改善。例如先进的耕种技术、生物工程,提高植被的生长速度,改善耕地条件,逐渐的提高森林覆盖率,增加固土能力,提高土地的含水量。从而减少水土的流失,逐渐恢复生态稳定。
3、建设可持续发展保护水土模式
要建立可持续发展的保护模式,需要构建一个应对水土流失的联合体,主要包括农、林、牧、渔业等的优势互补,构建一个全方位、系统的有效循环模式。在不同地区还要有不同的应对方法,在缺水地区要限制高水耗产业,并压缩水稻面积,扩大蓄水面积,修建水坝,保障上下游水资源平衡、山前山后地下水供给,鼓励雨水和微咸水的收集和转化应用。在水充足地区积极地保护绿洲采取有利措施减少生态水流失,建设经济调水工程均衡供水平衡。此外采用更高的技术提高城市污水处理的效率,把每一滴水都充分应用起来。还要控制地下水的开采力度,报地下水位的提升速度与人类开采速度基本平衡。
4、增强水土保护意识
大自然孕育了人类,人类却反过来让自然伤痕累累。要知道人类只有一个地球,土地资源是整个生态圈生生不息的根本动力,它养育人类为花草植被的生长提供养分,并发挥着吸碳固碳的重要作用。所以应对气候的变化,首先每个人都要树立保护水土资源的意识,二要树立“低碳减排,人人有责”的观念,三要充分认识到水土保护的过程和日常简单的措施。这些任务艰巨而又长期,所以一定要从点滴做起,持之以恒才能见到成效。
结语
气候变化引起了气温变暖、降水量忽高忽低波动较大等问题已经给全球的生态建设和全球的生态安全带来影响。然而气候条件是相对稳定的,具有宏观可调控的规律。认识气候变化的规律,对我们的水土保持工作是十分重要的。此外水土保持工作还要充分考虑到气象的因素,提高对气象因素的重视程度。同时积极的采取措施趋利避害,发展循环经济,促进经济与自然协调发展,建设家园美好明天。
参考文献:
近些年来,随着极端气候出现的频率越来越高,气候变化问题已经成为世界各国及社会公众最普遍关注的环境问题之一。由于自然循环和地球气候系统的扰动,引起水分循环的变化,从而引起水资源在时空上的重新分布以及水资源数量的改变,最终对社会经济与世界各国的发展产生深刻的影响。研究气候变化问题不但对气候对水文系统的影响和建立大气环流模型与水文模型的耦合有帮助,而且对未来水资源系统的运行管理、开发利用及规划设计具有重要意义。
1 气候变化对水文学的影响分析
通过降水变化和温度两个要素对各主要水文要素产生影响,气候变化主要是依靠这两个方面来影响至区域水文系统。
1.1 降水。降水是一切水资源的总来源。由此便会引发部分地区发生暴雨和干旱,从而导致蒸发和降水的增加,气温的升高会导致水文循环愈加激烈。
1.2 蒸发。实际情况下,蒸发还受其它因素的影响。通常情况下,当其它条件没有太大变化,气温升高将导致区域潜在蒸发增加。
1.3 径流。径流是气候变化中水文水资源系统响应研究的重点。
1.4 土壤水分。在气候变化下,含量受到影响而改变现有的时空分布规律,土壤水分影响着区域蒸发和径流的形成,在温带地区,降水变化对土壤水分的影响相对较小。气候变化下,土壤水分的响应程度低于径流的响应程度。土壤水分的变化百分率比降水的变化百分率更大,但大多是集中于干旱流域。
气候变化对水文系统有非常大的影响,而在传统研究水文学时,仅仅是从降水开始以后加入研究,到流域出口断面;同样气象学家的研究对象也是到降水时止。这样便割裂了水的循环,忽视了气候-水文之间的相互作用。决定气候变化因子不仅仅是大气内部的过程,还有各种物理化学过程,包括下边界(陆地水文- 生态、海洋系统)和大气上边界(太阳行星系统)等等。
正确认识气候-水文的相互作用,对我们进行水文设计、开发利用和运行管理有重大意义。以往在陆地水文循环与气候系统间存在一个误区,这就是气候学者较少研究流域水文循环动力机制与反馈作用,气候/ 天气过程研究仅仅到降水为止,把陆地水文过程看作是静态的,水利(水资源) 工程设计:要求的水文计算,未来被看作是过去的重复或外延。这种假定值得商榷。都是以几十年-几百年时间尺度的水文过程稳定不变为前提。
下面以长江中下游地区为例,简要说明流域洪水频率的变化。
南京下关水文站自1912年到1991年70年水位资料中(缺失1938-1946年资料),其中9.0m以上水位在1940年以前只有一次,1941年到1960年二十年间有2次,而1960-1991年三十年来已发生7次。
如果根据1912年至1991年70年最高水位资料分成一段及三段分别推算各段水位出现频率,结果见下表。
由此可见,近年最高水位的统计特性有显著的变化,最高水位的出现也越来越频繁。尽管流域的下垫面条件发生很大改变是呈现这一现象的原因之一,但是近年来温度的升高无疑也是影响水位变化的重要因素,而且这种影响会越来越显著。
据有专家分析,长江中下游地区在21世纪中后期由于受到温室效应影响,气温在各种排放情景下都将持续增加,其中21世纪中期的年平均温度将增加1.8-2.8℃,到21世纪末,增加值会达到3.1℃-4.3℃。气温的升高使得降水量也显著增加。陈玲飞,王红亚在《中国小流域径流对气候变化的敏感性分析》中根据模型计算得到,长江中下游地区气温每升高1℃、2℃,降水量增加4.1%、8.4%。
2 建立基于GCMs的流域水文模型
在全球气候变暖的大背景条件下,全球的降水量分布必然发生改变,有些地区降水量增加,有些地区降水量减少,因此建立研究可靠稳定的气象/水文模型将是未来水文学发展的前沿。
在水文设计中,一般根据水文资料来建立适合本流域的水文模型,然后根据设计情况的降水来推求洪水过程,继而对本流域提出相应的对策措施。同样,水文气象模型的建立也可以遵循这样几个步骤:其中水文模型的建立与未来气候变化情景的生成是关键。
2.1 设计或选定未来气候变化情景。
2.2 计算分析区域水文循环过程及水文变量,以选定的未来气候变化情景作为模型输入。
2.3 选择、建立及验证流域水文模型。
2.4 根据水文水资源的变化规律和影响程度,评价气候变化对水文水资源的影响,提出相适应的对策和措施。
目前,生成未来气候变化情景的方法有任意情景设置、长系列水文气象资料的统计相关法和基于GCMs 输出等3种基本方法。选择和使用区域水文模型来评价气候变化对水文水资源的影响时,应考虑下列几个因素:模型的内在精度;模型率定和参数变化;现有的资料及其精度;模型的通用性和适用性;以及与GCMs的兼容性。目前,用于估算区域水文水资源对气候变化响应的水文模型主要有以下三大类:经验统计模型、概念性水文模型、分布式水文模型。
3 存在问题
基于GCMs的水文模型,存在以下不足:①研究内容主要集中在气候变化对流域径流平均变化的影响上,而有关气候变化对水文极端事件的影响研究相对薄弱。②GCMs的输出结果和水文模型耦合的研究法存在不足。主要存在由陆面水温的降水与径流过程都存在很强的次网格不均匀性产生的精度问题,已经缺乏对水文物理过程和大气系统内部变化等的深刻认识,气候情景的生成、水文模型的结构以及GCMs与水文模型在不同时空尺度的转化等方面的不确定性因素而引发的不确定性问题。③模型的单向性问题,此气候模型输出的产品驱动流域水文模型,水文模型给出水文要素变化,而模型输入仅仅只有生成的气候情境,是一种被动式接受的反响型模型,此法并未体现水文过程-大气相互作用互为反馈的功能,缺乏真正的水文模型与气候模型的耦合研究。
4 结语
随着计算机和观测技术的快速发展,人们对全球气候和区域气候的研究更深入,通过新模型的建立和预测,气候变化对水文学的影响研究更加完善。
参考文献:
[1]陈涛.中国网民关于气候变化的认知状况调查[J].价值工程, 2011(32)
虽然目前关于气候变化的预测还存在着很多不确定性[1],其预测的结果也不一定准确,但是现有大量证据已表明:由于人类活动的影响,大气中二氧化碳浓度已由工业革命前的 280μmol/mol 增加到 90 年代初期的 350μmol/mol[2、3],与此相对应,地球表面的年平均温度在一个多世纪以来也上升了 0.6℃[4]。因此,人类活动所引起的温室效应在不断加强是毋庸置疑的。许多科学家坚信:即使以目前 co2 排放的速率计算,到本世纪中后期,大气中二氧化碳浓度将倍增[4~6],因此,在未来的一百年中全球气候格局将发生变化基本上是可以肯定的。目前,虽然各种大气环流模型 (gcms) 对未来气候变化预测的量上不尽相同,但其所预测的未来气候变化的总体趋势基本趋于一致[7]。纵观现有对大气中二氧化碳浓度倍增后有关未来气候变化的预测结果,可归结为以下几点:①全球平均气温将升高 1.5~4.5℃,全球气候带将向极地方向发生一定程度的位移;②最低温度的增幅比最高温度的增幅大,夜晚温度的增幅比白天温度的增幅大,冬季增温比夏季增温明显;③全球降雨量总体上有所增加,但全球降雨的格局将发生改变,降雨量可能因不同的地区和不同的季节而有很大的区别(如沿海地区的降雨将增加,而内陆地区的降雨则不变甚至减少);④由于蒸散作用所损失的水分远大于降雨增加的量,因此中纬度内陆地区的夏季干旱将明显增加[7]。由于未来气候的变化可能将对全球的生态环境、社会和经济等产生巨大的影响,这是人们对气候变化密切关注的主要原因。
森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性。目前,虽然全球森林面积仅占地球陆地面积的约 26%,但是其碳储量占整个陆地植被碳储量的 80% 以上,而且森林每年的碳固定量约占整个陆地生物碳固定量的 2/3[8],因此,森林在维护全球碳平衡中具有重大的作用。此外,森林还为人类社会的生产活动以及人类的生活提供丰富的资源;在维护区域性气候和保护区域生态环境(如防止水土流失)等方面,森林也有着很大的贡献,所以,森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用。由于森林与气候之间存在着密切的关系,气候的变化将不可避免地对森林产生一定程度的影响。反过来,因全球森林生态系统是一个巨大的碳库,受气候变化的影响,它对大气中的 co2 起着源或汇的作用,从而进一步加强或抵消未来气候的变化。因此,未来气候的变化对森林的影响及森林对气候的反馈作用已引起人们极大的关注,并进行了大量的研究[7~9、13]。人们通过气室实验和模型模拟,在时间尺度上从几天到几世纪及在空间尺度上从叶片到个体、种群、群落、生态系统、景观、区域及全球等各个层次来阐述气候变化对树木生理、物种组成和迁移、森林生产力以及物种和植被分布等多方面的影响。
1 全球气候变化对森林生态系统结构和物种组成的影响
森林生态系统的结构和物种组成是系统稳定性的基础,生态系统的结构越复杂、物种越丰富,则系统表现出良好的稳定性,其抗干扰能力越强;反之,其结构简单、种类单调,则系统的稳定性差,抗干扰能力相对较弱。千万年来,不同的物种为了适应不同的环境条件而形成了其各自独特的生理和生态特征,从而形成现有不同森林生态系统的结构和物种组成。由于原有系统中不同的树木物种及其不同的年龄阶段对 co2 浓度上升及由此引起的气候变化的响应存在着很大的差别。因此,气候变化将强烈地改变森林生态系统的结构和物种组成。气候变化可能通过以下途径使森林物种组成和结构发生改变。
(1)温度胁迫:温度是物种分布的主要限制因子之一,高温限制了北方物种分布的南界,而低温则是热带和亚热带物种向北分布的限制因素。在未来气候变化的预测中,全球平均温度将升高,尤其是冬季低温的升高,这对于一些嗜冷物种来说无疑是一个灾害,因为这种变化打破了它们原有的休眠节律,使其生长受到抑制;但对于嗜温性物种来说则非常有利,温度升高不仅使它们本身无需忍受漫长而寒冷的冬季,而且有利于其种子的萌发,使它们演替更新的速度加快,竞争能力提高。
(2)水分胁迫:虽然现有大气环流模型预测全球降雨量将有所增加,但是由于地区和季节的不同而存在很大的差别。例如预测的结果还表明,在中纬度内陆地区其降雨会相对
减少尤其是在夏季,在一些热带地区其干旱季节也将延长。此外,气温升高也将导致地面蒸散作用增加,使土壤含水量减少,植物在其生长季节中水分严重亏损,从而使其生长受到抑制,甚至出现落叶及顶梢枯死等现象而导致衰亡。但是对于一些耐旱能力强的物种(如一些旱性灌丛)来说,这种变化将会使它们在物种间的竞争中处于有利的地位,从而得以大量地繁殖和入侵。
(3)物候变化:冬季和早春温度的升高还会使春季提前到来,从而影响到植物的物候,使它们提前开花放叶,这将对那些在早春完成其生活史的林下植物产生不利的影响,甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡,从而导致森林生态系统的结构和物种组成的改变。
(4)日照和光强的变化:日照时数和光照强度的增加,将有利于阳性植物的生长和繁育,但对于耐阴性植物来说,其生长将受到严重的抑制,尤其是其后代的繁育和更新将受到强烈的影响。
(5)有害物种的入侵:有害物种往往有较强的适应能力,它们更能适应强烈变化的环境条件而处于有利地位。因此,气候变化的结果可能使它们更容易侵入到各个生态系统中,从而改变由于系统的种类组成和结构。此外,气候变化还将通过改变树木的生理生态特性(如气孔的大小和密度、叶面积指数等)和生物地球化学循环等途径对不同物种产生影响。而不同物种的耐性、繁殖能力和迁移能力在新系统的形成中也起着重要的作用。总之,气候变化对森林生态系统的结构和物种组成的影响是各个因素综合作用的结果。它将使一些物种退出原有的森林生态系统中,而一些新的物种则入侵到原有的系统中,从而改变了原有森林生态系统的结构和物种组成。这些影响对不同森林生态系统之间的过渡区域可能尤为严重。
2 全球气候变化对物种和森林类型分布的影响
气候是决定森林类型(或物种)分布的主要因素,影响森林生态系统特点和分布的两个最为显著的气候因子是温度的总量和变量以及降雨量。植被(物种)分布规律与气候之间的关系早就被人们所认知,并由此而提出一系列气候—植被分类系统(如 holdridge 生命带、thorn thwaite水分平衡及 kira 温暖指数和寒冷指数等)。当前,人们正是基于气候与植被(或物种)间的关系来描绘未来气候变化下物种和森林分布的情形。而另一个有利于气候变化对物种和森林分布影响的证据是来自于全新世大暖期物种的迁移和灭绝,但是,与全新世相比,未来全球温度升高的速率更大,全球自然景观也因人类活动的影响而发生了巨大的变化,因此,未来气候变化将给物种和森林的分布带来更为严重的影响。目前,大多数有关气候变化对森林类型分布影响的预测都是根据模拟所预测的未来气候情形下森林类型分布图与现有气候条件下森林分布图的比较而得到,其结果都认为各森林类型将发生大范围的转移[13~16]。例如 smith 等人[13]利用 holdridge 模型,根据 gcms 对气候变化的估测结果来预测未来植被分布的变化,他们发现森林类型的分布将发生相当大的转移,例如北方森林转化为寒温带森林、寒温带森林转化为暖温带森林等,寒温带和热带森林的面积趋于增加,北方森林、暖温带森林和亚热带森林的面积则将减少。neilson[17] 同样发现森林覆盖的显著转移。然而需要指出的是这仅仅考虑了气候因素对森林分布的影响,而其它环境因子在森林的分布中实际上也起着很大的作用;此外,他们通常把某一森林类型作为一个整体(如温带森林等),而且认为它与气候之间是一种平衡关系,但实际情况并非如此。因为不同物种对气候变化的响应以及迁移能力等差异很大,因此,森林类型的转移(如从北方森林转化为寒温带森林)在很大程度上取决于不同物种通过景观的运动和新物种侵入现有群落中的能力。对于大多数物种来说,其迁移的时间尺度或许是几个世纪[18]。
由于在不同的区域其未来气候变化的情形不一致,而不同的森林类型也有其独特的结构和功能等特点,因此,气候变化对各个森林类型的影响是不同的。
(1)热带森林生态系统:一般认为,随着全球气候变暖,热带雨林的更新将加快。总体上,热带雨林将侵入到目前的亚热带或温带地区,雨林面积将有所增加,如李霞等[16]对我国植被在不同气候变化条件下(温度升高 4℃,降雨增加 10%;温度升高 4℃,降雨不变及温度升高 4℃,降雨减少 10%3 种情况)的模拟预测认为:全球气候变化后,我国热带雨林的面积将显著增加。但是有些地区降雨的减少也可能加速季雨林和干旱森林向热带稀树草原 (sava na)的转变。此外,从对环境变化的适应性来看,热带森林比温带森林更娇气一些,它的生长与水分的可利用性和季节性关系更为密切,所以热带森林在其干旱的边缘地带被草地或稀树草原的吞食以及周围村落等人为活动等影响下,可能会变得
比较脆弱。全球气候变暖的模式表明:湿热带区域的平均气温上升比中、高纬度地区要小,一般只有 1~2℃,但降雨量可能增加较多,降雨过多,土壤积水,就要限制湿热带许多森林的生长。此外,不按季节的降雨,会使大多数树木不落叶,地面的枯枝落叶层不能形成,节肢动物,如蜈蚣、甲虫等因缺乏栖息生境和食物而大量减少,由此影响到生物链上的一系列物种,进而影响整个森林生态系统的物质流、能量流,使原本复杂多样的森林生态系统失稳、简单化,直至构成一个更为脆弱的新平衡体系。此外,随全球变暖而增加的热带风暴对热带森林的结构和组成以及分布也将产生重大的影响。
(2)温带森林:温带森林是受人类活动干扰最大的森林,地球上现存的温带森林几乎都成片断化分布,因此,未来气候变化对温带森林的影响是巨大的。一般认为,随着全球气候变暖,温带将向极地方向扩展,而温带森林也将侵入到当前北方森林地带,而在其南界则将被亚热带或热带森林所取代,同时由于温带内陆地区将受到频繁的夏季干旱的影响,从而导致温带森林景观向草原和荒漠景观的转变。因此,温带森林面积的扩张或缩小主要取决于其侵入到北方森林的所得和转化为热带或亚热带森林及草原的所失。目前大部分模拟预测都认为温带森林面积将减少[13、15~17]。此外,由于温度的升高及夏季干旱频度和强度的增加,火干扰可能对未来气候变化下温带森林的变化起着决定作用。
(3)北方森林:北方森林被认为是目前地球上最为年轻的森林生态系统,还处于不断地形成和发育之中,易于受到各种外部因素的干扰。而在未来的气候变化中,由于高纬度地区的增温幅度远比低纬度地区的增温幅度大,因此,目前的研究基本一致地认为气候变化对北方森林的影响要比对热带和温带森林的影响大得多,而且其面积将大大减少[13、15、17]。
3 全球气候变化对森林生产力的影响
森林生产力是衡量树木生长状况和生态系统功能的主要指标之一。大气中 co2 浓度上升及由此而引起的气候变化被认为将改变森林的生产力。这主要表现在 co2 浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用两个方面。一般认为,co2 浓度上升对植物将起着“肥效”作用。因为,在植物的光合作用过程中,co2 作为植物生长所必须的资源,其浓度的增加有利于植物通过光合作用将其转化为可利用的化学物质,从而促进植物和生态系统的生长和发育。目前,大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也表明 co2 浓度上升将使植物生长的速度加快从而对植物生产力和生物量的增加起着促进作用,尤其是对 c3 类植物其增加的程度可能更大[19~24]。但是,并不是所有的植物都对 co2 浓度升高表现出一定的敏感性,也有一些研究表明:即使在高水平营养供给下,同样还有许多物种对 co2 浓度的升高没有反应[25~27]。此外,co2 浓度升高对植物的影响根据其所在的生物群区、光合作用方式和生长形式的不同而存在着较大的差异。wisley[28] 分析了目前的有关研究发现:来自热带和温带生物群区的植物比来自极地生物群区的植物对 co2 升高的响应大;来自温带森林的物种比来自温带草原的物种对 co2 的响应大;落叶树比常绿树对 co2 的升高更为敏感。简言之,生长速率快的物种比生长速率慢的物种对 co2 升高的响应更大[28~29]。然而需要指出的是所有这些实验几乎都是在人工气室中的盆栽实验,其实验时间相对较短(从数天到几年),而且有充足的养分和水分供给。此外,对于那些生长在野外的植物如何受 co2 浓度升高的长期影响还不是很清楚,尤其是有关木本植物影响的研究在盆栽实验中往往选择幼苗作为对象,而其成熟个体所受的影响是否与其幼苗一样也不清楚[29]。一般认为,co2 浓度升高对森林生产力和生物量的增加在短期内能起到促进作用,但是不能保证其长期持续地增加[27],因为,在竞争环境中生长的树木对 co2 升高的反应常常表现出比单个生长的树木的反应要小[30],而森林物种组成的长期变化也能间接地影响森林生产力[20]。此外,co2 浓度的升高将使植物叶片和冠层的温度增加以及气孔传导率下降[21、31、32],从而使植物受到热量的胁迫,使其生长被抑制。co2 所引起的温度升高似乎对植物的生长又将进一步产生负面作用,因为大气环流模型对气候的预测结果认为晚上的增温幅度将比白天要高,这样就可能使植物在晚上的暗呼吸作用加大,从而白白“耗费”大部分初级生产力;其次,温度的升高将增加土壤水分蒸发量,导致土壤水分下降,从而可能引起植物的“生理干旱”,限制植物的光合作用和生长速度[28];此外,温度的升高还会增加土壤微生物的活性,加速有机质的分解速率和其它物质循环,改变土壤中的碳氮比,使植物的生长受到氮素缺乏的制约[22、33~35]。因此,要准确评估
co2 浓度上升对森林生产力和生物量的影响还存在很大的困难,这不仅需要综合考虑各个影响因素,而且也要求我们进行长期的野外观测和实验。
除受上述各种因素影响外,森林生产力和生物量也受到气候因素(温度和降雨)的强烈影响。由于生产力与气候(水热因子)间存在着一定的关系,因此,人们常用气候模型(如 miam i模型、筑后模型等)估算大尺度生产力。对于未来气候变化对生产力的影响也常利用大气环流模型 (gcms) 对未来气候预测的结果通过各种气候模型来模拟,然后与当前气候情形下所模拟的结果相比较[36、37]。由于不同的 gcm 对未来气候预测的结果不同,因此对生产力变化的预测也表现出一定的差异。此外,气候变化对森林生产力影响的预测仅仅考虑气候与生产力的线性平衡关系,而没有考虑其它因素的影响;在预测过程中假定森林植被的分布不随气候的变化而发生改变;预测中所选用的气候因子是其年平均的年际变化,而没有考虑其季节变化。所以,其预测的结果并不能准确地反映出未来的实际情况。
4 存在的问题及建议
前面论述了气候变化对森林生态系统物种的组成和结构、物种和森林类型分布以及系统生产力的可能影响。但是需要指出的是,当前有关气候变化对森林生态系统影响的研究还存在很多的不足之处,主要体现在以下几点:
(1)对温室气体所引起的气候变化的预测存在着严重的局限性:首先,大气环流模型 (gcms) 对未来气候情形的预测通常采用大网格(50×50 经纬网格或更大)模拟,从而降低了对气候变化预测的准确性(尤其是对一些特殊区域),因此,这往往制约了人们对气候变化影响的评估;其次,这些模型本身极大地简化了控制气候的复杂的物理过程,其结果是使得这些模型在区域气候变化的预测上常常不一致,因此,其预测的气候情形很难说是未来气候的预言[38]。
(2)仅考虑气候因素的影响而忽略了其它环境因子的作用:目前大多数有关气候变化对森林生态系统潜在影响的预测都是根据一个假设,即气候(温度和水分)对树木物种的分布、森林类型以及生物群区和森林生态系统过程发挥最主要的限制作用,是控制树木物种和森林类型分布的惟一因素。这意味着在现有的模拟预测研究中是利用当前树木(或森林)分布与气候间的相关性来预测其未来分布的变化。基于这一假设,大多数预测结果表明:树木物种及森林的分布将发生很大的变化,而且这些变化也许与显著的树木死亡、森林下降和森林覆盖的丧失相关。然而,制约树木和森林分布的气候因子间的相关性可能将随气候变化而改变。在所预测的未来气候变化情形下,冬季尤其是在北方将增温快,因此,对未来气候增温的趋势而简单地引起现有气候带北移的假设是不合理的。所以,尽管这些模型对当前气候—植被间关系的模拟与实际相当吻合,但对未来气候变化情形下物种与森林的预测则不一定适用。此外,除气候因素外,树木和森林的分布还受到一些区域性环境因子(如土壤类型、质地、深度和组成、水分的可利用性、坡度、坡向、海拔及现有物种的组成等)的影响。尽管某一地方的气候对一些树木和森林比较适宜,但是区域性环境因子可能限制其在该地的分布。综上所述,仅仅从气候因素的变化来预测未来树木和森林的分布有其局限性和主观性。
(3)现有气候变化对树木和森林生态系统影响的研究常集中在单个物种或是把各个森林类型作为一个整体,忽略了不同物种之间的竞争机制。众所周知,自然界不同的物种都是互相影响互相依存的,每一个物种通过对资源的竞争占据着生态系统内相关的时间和空间位置,即每个物种有其独自的生态位(niche)。生态位的概念又可分为基本生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche)。基本生态位是指物种在理论上所能占据的最大生态位空间位置,实际生态位是指理论生态位和物种竞争作用的结果,即物种在生态系统中实际占据的生态位空间。但是物种的生态位并非一成不变。由于每个物种对气候变化的反应不同,当一个物种暴露在新的气候条件下,往往可能改变其原有的竞争组合,而与其他物种形成新的竞争关系。因此随着气候的变化,实际生态位也将随着不同物种竞争组合的变化而发生改变。而生态系统的演替和发展正是这种不同物种间相互竞争作用的结果。由此可见,物种间的竞争在生态过程中起着重要的作用。但是现有气候变化模拟的预测却认为:只要某地气候条件没有限制,那么相关的树木就可以在该地分布。这往往混淆了基本生态位和实际生态位间的概念,也就是说这些预测缺乏对物种竞争的了解,因此,它们很难真实地反映未来树木和森林的分布状况。当然,有一些模型也能很好地反映出物种的竞争关系,如林分模型(stand model or gap model),但是由于其模拟的尺度较小(常小于 1h
m2),因而在放大到区域和全球尺度上时容易出现偏差。
(4)关于物种迁移的评估:由于现有模型的预测只考虑气候因素,认为气候与物种和森林之间存在着一种平衡关系,因此其结果认为气候变化能立即导致物种和森林的位移。然而,实际上物种对气候的变化往往有一定的耐性,其迁移在时间尺度上常常表现出滞后于气候变化的速率,这种滞后的时间尺度可达一、二百年甚至
更长[18]。因此,物种的迁移与气候的变化是非平衡的。此外,物种对气候变化的适应还受其迁移能力、迁移速率和地形及地貌的影响。与全新世气候变化对物种迁移的影响相比,未来气候变化对物种的影响更大,因为受人类活动的影响,自然景观已经发生了很大的变化,而景观的破碎化已经成为物种迁移的严重障碍。因此,即使一些地方的气候适于物种的生存,但可能因自然景观的隔离而使物种不能到达,从而可能造成一些物种的灭绝。但是当前的预测模拟却很少或者没有考虑物种的耐性、迁移能力、迁移速率以及迁移障碍等因素对物种的影响。
(5)没有考虑森林变化对气候变化的反馈作用及其进一步对森林的影响:森林与气候之间通过陆地表面与大气间的物质、能量和水分的相互交换而互为
影响[39~41]。气候变化对森林的影响是多方面的,包括对森林生产力和生物量、森林的物种组成和结构、森林的分布、森林的生物地球化学循环和森林的水分平衡等,而森林的这些变化可能对气候产生一定的反馈作用。首先,森林碳循环的改变,可能使森林成为大气中 co2 的源或汇,造成大气中 co2 浓度的升高或降低,从而进一步加强或削弱全球变暖趋势;其次,森林结构和分布的变化将改变地表原有的反射率和全球的水循环模式。所有这些将对气候的变化产生一定的影响,从而进一步影响到森林的结构和功能,因此,森林与气候间的相互作用是非常复杂的。所以,现在有关的模型预测研究中为了避免这种复杂的关系,往往很少考虑到气候变化所引起的森林变化对气候的反馈作用。