农业基础气象 2

第七章气候基本概念气候是一地多年的大气平均统计状况。即温度、湿度、降水、气压、风、云等气象要素的多年（30年）平均值。气候系统是指包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、分布和变化的统一的物理系统。气候变化是指较长时期的气候演变，也泛指各种时间尺度的气候演变，如地质时期气候变迁、历史时期气候变迁和现代气候演变等。气候是不稳定的，具有连续波动的性质。只有波动向一个方向变化，并使自然地理环境的其他因素发生改变时，才称气候变迁。气候和气候系统气候形成的因素气候带和气候型气候变化气候变化与农业目录气候气候系统第一节气候和气候系统气候——概念定义：气候（climate）是指某一地区或全球范围内多年的大气统计状态。即某一地方地球大气的温度、气压、湿度、风、降水等气象要素在较长时期内的平均值或统计量。气象要素的各种统计量是表征一地气候的基本依据。一定地区、一定时段内的气候是相对稳定的。气候——概念世界气象组织（WordMeteorologicOrganization，WMO）将表现气候统计状态的基本时段规定为30年。在基本时段内更短时段的气候振动称为气候变率。气候一词源自古希腊文，意为倾斜，指各地气候的冷暖同太阳光线的倾斜程度有关。气候与人类社会有密切关系，许多国家很早就有关于气候现象的记载。我国春秋时期用圭表测日影以确定季节，秦汉时期逐步形成了二十四节气的概念，至北魏又有了七十二候的完整记载，以5日为一候，3候为一气，把一年分为24节气和72候，各有其气象和物候特征，合称为气候。气候——概念由于太阳辐射在地球表面分布的差异，以及海洋、陆地、山脉、森林等不同性质的下垫面在到达地表的太阳辐射的作用下所产生的物理过程不同，使气候除具有温度大致按纬度分布的特征外，还具有明显的地域性特征。一般认为：天气和气候的时间尺度不同，天气是短时间内的大气状态，它的形成可以近似地认为是大气内部的动力过程。而气候是较长时段内的大气统计状态。天气是气候背景上的脉动，气候是天气的综合表现。气候系统——概念定义：指包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、分布和变化的统一的物理系统。气候系统的属性气候系统具有以下4个属性：1.热力属性：包括空气、水、冰和陆地表面的温度。2.动力属性：包括风、洋流及与之相联系的垂直运动和冰体运动。3.水分属性：包括空气湿度、云量及云中含水量、降水量、土壤湿度、河湖水位、冰雪等。4.静力属性：包括大气和海水的密度和压强、大气的组成成分、大洋盐度及气候系统的几何边界和物理常数等。辐射因素下垫面因素环流因素人为因素第二节气候形成的因素一、辐射因素（一）辐射总量全年获得太阳辐射最多的地区是赤道，辐射总量随着纬度的升高逐渐减少，极小值出现在极地。这种能量分布的不均匀，必然导致地表各纬度带的气温产生差异，从而产生热带、温带和寒带的气候带状分布特征。一、气候形成的辐射因素（二）辐射差额的变化辐射量随纬度的增加而减小，辐射的年较差随纬度的增加而增大。各地的辐射差额决定了温度差异，而温度差异必然影响气压、风及其它气候要素的分布，因而产生各地气候上的差异。太阳辐射差额决定了全球气候分布的基本轮廓。北半球大气上界太阳辐射总量随纬度的分布(×41868kj/m2)纬度0102030405060708090全年321.0317.0303.5283.0254.0220.0182.5152.0137.5133.0夏半年160.5170.0174.5175.0170.0161.0149.0138.5134.5133.0冬半年160.5147.0129.0108.084.059.033.513.53.00.0夏冬差0.023.045.567.086.0102.0115.5125.0131.5133.0二、下垫面因素（一）海陆分布对气候的影响海陆分布，使温度的纬向带状分布发生变形，在同一气候带中可出现不同的气候型。二、下垫面因素（二）海气相互作用和洋流对气候的影响海洋对大气的作用：供给大气热量和水汽。大气对海洋的作用：通过向下的动量输送，产生风动洋流和海水的上下翻涌运动。海气相互作用：影响气候年际间的变动，以热带地区海气相互作用的影响最为强烈。瓦克（walker）环流厄尔尼诺/ElNino现象由于赤道太平洋海区东冷西热，因此在赤道太平洋上空形成一个纬向热力环流。南美西岸强烈的下沉气流在冷海水的影响下，降温后流向低纬度，再从低纬度随偏东信风向西吹去，到达西太平洋后因受热上升转向称为高空西风，以补充东部冷海区的下沉气流，所以在赤道太平洋的垂直剖面上，就形成大气低层为偏东风，大气上层为偏西风的闭合环流，称为沃克（Walker）环流沃克（Walker）环流赤道太平洋西东暖冷偏东风偏西风上升下沉在赤道附近洋面上，信风推动海水自东向西流动，因此北半球低纬度大洋东边为寒流，西边为暖流。高纬度大洋东边为暖流，西边为寒流。大气环流和洋流使海洋的水分、CO2、盐分等进入大气，大气的CO2、气溶胶等进入海洋，通过互相调节，达到海气之间的辐射和热量平衡，影响大气温度和降水，从而形成各种各样的天气和气候。洋流全球洋流分布示意图审图号：GS京（2023）2271号二、下垫面因素（三）地形对气候的影响地形对气候的影响主要表现在2个方面：1.地形本身所形成的独特的气候；2.地形对邻近地区气候的影响。高大的纬向山脉在水平方向上是气候的天然分界线。由于山脉的阻挡，使得北方高纬度的冷空气不易南下，低纬度的暖湿气流不易北上。由于随着海拔的升高，温度降低，因此在低纬度的一些高大山脉，从山麓到山顶依次出现热带、温带和寒带气候。北疆冷温带气候天山山脉(海拔3000米)南疆暖温带气候审图号：GS京（2023）2271号二、下垫面因素（四）冰雪覆盖对气候的影响1.冰雪覆盖降低了地面和大气的温度冰雪覆盖有致冷作用，冰雪表面对太阳辐射的透射率很小，反射率很大。冰雪面的热导率小，与大气之间热交换微弱，在冰雪表面常出现逆温，而且冰雪融化还要消耗热量，使地面供给大气的热量减少，导致气温下降。二、下垫面因素（四）冰雪覆盖对气候的影响2.冰雪覆盖减少了冰雪面上空气中的水汽含量在冰雪表面，水蒸气蒸发难，空气向冰雪表面输送热量和水分，水汽凝华在冰面，使空气变干。这样，冰雪面上的空气缺少水汽，大气逆辐射减弱，加剧了地面降温，使冰雪表面形成的气团干而且冷。二、下垫面因素（四）冰雪覆盖对气候的影响3.冰雪面积的变化导致气候异常由于冰雪的致冷作用，导致地面气压升高，地面冷高压强大、持续时间长，高空形成冷涡。冰雪覆盖面积变化，则气压场发生相应的变化，环流改变，从而导致气温异常、降水异常。三、环流因素1.大气环流的特性决定了进入某一地区的气团性质，从而决定着一定气团作用下的天气和气候。比如我国冬季受大陆性气团的影响和控制，气候寒冷干燥；而夏季受海洋性气团的影响和控制，气候温暖湿润。2.在低压经常控制的地区，云雨较多，获得的太阳辐射就比同纬度其他地方要少，温度较低；反之，在高压经常控制的地区，云雨较少，获得的太阳辐射就比同纬度其他地方要多，温度较高；所以在世界上有许多地区，虽然纬度相当，但由于大气环流的不同，常有不同的气候。三、环流因素3.大气环流维持了气候的相对稳定性。地表年辐射差额低纬度地区为正值，高纬度为负值，但低纬度温度不是不断地升高，高纬度温度也不是不断地降低。同样，也没有发现某个地方的降水量在持续上升或减少。各地的温度和降水量总是在一定的水平上变化，保持着相对的稳定性，这主要归功于大气环流对热量和水汽的输送。4.当大气环流形势趋向其长期平均的正常状态时，其作用下的各地的天气气候情况也是正常的；当大气环流形势在个别年份或个别时期异常时，便会发生该年份或该时期天气气候的反常，主要表现为旱涝和冷暖的异常。四、人为因素人类活动对气候的影响主要体现在3个方面：1.改变下垫面性质森林、草原、农田（沙漠化效应、绿洲效应）水库（湖泊效应）城市（城市热岛效应）四、人为因素2.改变大气成分

CO2、CH4（温室气体，天然气主要成分）

N2O、氟氯烃化合物（温室气体，破坏臭氧层）气溶胶（阳伞效应）3.人为释放热量各种能源和人畜新陈代谢放热（火炉效应）气候带气候型世界主要气候带内的农业第三节气候带和气候型一、气候带气候带的概念：气候带是根据气候要素或气候因子带状性的分布特征而划分的纬向地带，它是最大的气候区划单位，它大致与纬线平行，环绕地球呈带状分布。气候带的特点：在同一气候带内，气候在某些主要方面具有近似的特性。气候带的分类：全球气候可以分为6个气候带。一、气候带（一）赤道气候带位置：10°N-10°S，如亚马孙河流域、刚果等地。气候特点：全年高温少变，温度年较差很小（5.0℃以下），降水丰沛（1000-2000mm,max10000mm），全年分配均匀。一、气候带（二）热带气候带位置：10°-23°27′N、S如台湾、广州、汕头、南宁一线以南地区。气候特点：温度高，温度年较差较大，降水量大（1000-1500mm），降水集中于夏半年，一年可分为热、雨、凉三季。一、气候带（三）副热带气候带位置：23°27′-33°N、S气候特点：温度年较差、日较差大大陆西岸：盛行西北风，气候干燥大陆东岸：盛行东南风，气候湿润大陆西岸：少植被，多沙漠。如北非撒哈拉沙漠，南非卡拉哈里沙漠，南美的阿达卡马沙漠，西南亚的阿拉伯沙漠。大陆东岸：我国秦岭、淮河一线以南至热带气候带北界，为湿润气候区。一、气候带（四）暖温带气候带位置：33°-45°N、S气候特点：夏季受副热带高压影响大陆西岸高温干燥大陆东岸炎热潮湿冬季受盛行西风带控制大陆西岸温暖湿润大陆东岸寒冷干燥一、气候带（五）冷温带气候带位置：45°-66°33′N、S气候特点：大陆西岸海洋性气候夏季凉爽冬季温和，温度年较差较小气候湿润，降水全年分配均匀大陆东岸大陆性气候夏季凉爽冬季严寒，温度年较差很大气候干燥，降水少且集中于夏季一、气候带（六）极地气候带位置：极圈内气候特点：最热月月平均温度≤10℃苔原气候：最热月月平均温度0-10℃

夏季极地大陆气团冬季北极气团冻原气候：最热月月平均温度≤0℃

全年北极气团一、气候带寒带苔原气候是极地气候带的气候类型之一。北半球分布在北美大陆和亚欧大陆的北部边缘、格陵兰岛沿海的一部分及北冰洋中的若干岛屿；在南半球则分布在马尔维纳斯群岛、南设得兰群岛和南奥克尼群岛等地。二、气候型气候型的概念：气候型是根据气候特征所划分的类型，是第二级的气候区域单位。气候型的特点：同一气候型中有比较一致的气候要素特征。比如按照下垫面性质的差异，将世界气候划分为大陆性气候、海洋性气候、地中海气候、草原气候、荒漠气候、高原气候等不同的气候型。同一气候带里，会有不同的气候型。不同的气候带中，出现同类的气候型。世界气候类型分布审图号：GS京（2023）2271号二、气候型（一）大陆性气候气温年、日较差大，夏季炎热冬季寒冷，降水稀少，集中于夏季，冬季干燥。温带大陆性气候主要分布：在中国的兰州、银川、呼和浩特、二连浩特。二、气候型（二）海洋性气候气温年、日较差小，夏季凉爽冬季温和，降水丰富，全年分配均匀。我国没有温带海洋性气候。温带海洋性气候出现在西海岸，受西海岸气流影响，我国只有东海岸，西面是内陆。二、气候型（三）季风气候夏季高温湿润多雨，富有海洋性冬季寒冷干燥少雨，富有大陆性我国季风气候主要分布我国东部，主要有：温带季风气候、亚热带季风气候、热带季风气候三种。亚热带季风气候，主要在华东沿海地区；温带季风气候，东北，华北沿海地区；热带季风气候，南部沿海，海南岛等地区。二、气候型（四）地中海气候夏季高温干燥少雨，富有大陆性冬季温暖湿润多雨，富有海洋性分布于南北纬30°-40°大陆西岸，包括地中海沿岸、黑海沿岸、美国加利福尼亚州、澳大利亚西南部伯斯和南部阿德莱德一带，南非西南部，以及智利中部等地区，因地中海沿岸地区最典型而得名。二、气候型（五）草原气候典型的大陆性气候，气温年、日较差大，降水集中于夏季热带草原气候：夏季炎热多雨，冬季温暖少雨温带草原气候：夏季温暖，冬季严寒，降水少在我国内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区，蒙古境内，中亚地区和欧洲南部，北美洲落基山脉以东的美国西部地区均有分布。二、气候型（六）沙漠气候极端化的大陆性气候，气温年、日较差很大，气候干燥，降水稀少。中国塔里木盆地属典型的温带沙漠气候。二、气候型（七）山地气候气温比同纬度的平地低，是盛夏避暑的好去处。降水多在迎风坡（湿坡），背风坡（干坡）因焚风效应降水少。山地垂直气候：从山脚到山顶从热带到寒带二、气候型（八）高原气候因为地形的原因白天气温高，晚上气温低，温度变化趋向于极端，日较差和年较差大。高原气候，是指高原条件下形成的气候。全球中纬度和低纬度地区的著名高原：有中国的青藏高原、云贵高原、内蒙古高原和黄土高原，美国西部高原，南美玻利维亚高原和东非高原等。由于它们的地理位置、海陆环境、海拔高度和高原形态上的差异，气候也各不相同，该气候区的自然景观以垂直变化显著为重要特色。三、世界主要气候带内的农业（一）热带雨林气候带与农业热带雨林气候带（tropicalrainforestclimatebelt）的气候条件，为生物生存和发展提供了极为有利的环境，因而发育着热带雨林植被。雨林内植物种类极为丰富，附生、寄生植物甚多，还有多种藤本植物及老茎生花现象。因林内阴暗潮湿、叶尖滴水，故称为“雨林”。典型的植物为龙脑香科植物，代表性藤本有过江龙等，寄生植物有鸟巢蕨等。在这种生物气候条件下发育了典型的砖红壤。由于热带雨林内植物繁多，果实等食物丰富，因而动物种类也很多，有大象、野牛等巨型动物，还有各种猿猴和飞鸟。三、世界主要气候带内的农业（一）热带雨林气候带与农业过分湿热的热带雨林环境不利于人类的健康生活，原始热带雨林中易于感染种种疾病和瘟疫，受到交通运输条件的影响，交通不便的地区，居住的主要是原始土著，农业生产工具简陋，生产效率低下。而在某些交通便利、开发程度较高的热带雨林地带，当地居民则栽培了适应于热带雨林特点的多种作物，如可可、橡胶、油棕、椰子、咖啡、香蕉、甘蔗、木薯、胡椒、山药、玉米、水稻等。一些地区发展了多年生作物栽培的种植园，成为世界市场上许多抢手产品如橡胶、油棕、咖啡、可可、香料等的生产基地。这说明热带雨林带具有很大的开发利用潜力。三、世界主要气候带内的农业（二）热带稀树草原气候带与农业热带稀树草原气候带（savannaclimatebelt）的气候适宜于饲养反刍动物，疫病相对较少。通常人们把热带雨林带和热带稀树草原边界，称为畜牧经济的湿润限界。在这里主要栽培作物除了优质茶树、柑橘、香蕉外，还有玉米、水稻、菜豆、花生、谷子和山药等。其中有些是需要在干季成熟的新种类，菜豆、花生即属此类。次要的栽培作物除上述油棕、椰子、木薯、可可、橡胶、咖啡外，还有向日葵等。三、世界主要气候带内的农业（三）热带、亚热带的半荒漠、荒漠气候带与农业热带、亚热带的半荒漠气候带（semi-desertclimatebelt）、荒漠气候带（desertclimatebelt）由于气候十分干旱，水分条件很差，植物贫乏。仅有稀疏的旱生灌木和少数草本植物，以及一些雨后生长的短生植物。有大片赤地裸露的无植被地区，一般不能农耕。在某些比较湿润的地带可以发展固定的放牧业，其余地区偶尔可进行游牧、狩猎和食物采集。错落分布的绿洲农业，是荒漠带中的特殊景观。三、世界主要气候带内的农业（四）热带草原气候带、温带草原气候带与农业热带草原气候带（tropicalprairieclimatebelt）、温带草原气候带（temperateprairieclimatebelt）这两个地带从占优势的农业经营类型看，主要有：草地系统的牧场放牧制（欧亚大陆内部和北非）、大农场经营制（北美洲中西部、南美洲巴塔哥尼亚）和耕作业系统的谷物业经营制（北美洲中部地区）、个别地区属耕作业系统的块根作物栽培制（马达加斯加西部）。应该指出，在畜牧业经营方面，必须注意草原的保护和承受能力，防止并避免过度放牧现象，以免草原退化。三、世界主要气候带内的农业（五）亚热带森林气候带与农业亚热带森林气候带（sub-tropicforestclimatebelt）占优势的农业经营类型，在地中海地区、美国加利福尼亚州的西部沿海和非洲西南端，属多年生作物栽培系统中的栽培园地类型，在澳大利亚西南部为耕作业系统中的草田轮作制，而在南美洲智利中部为草地系统的大农场经营制。大陆东岸的亚热带森林气候带，在北半球主要分布在中国的长江流域、日本南部和美国东南部；在南半球主要分布在澳大利亚东南部、非洲东南部及南美洲东南部。亚热带大陆东岸的气候属于亚热带季风湿润气候。这类气候条件下，主要形成常绿阔叶林，土壤类型为亚热带的黄壤和红壤。三、世界主要气候带内的农业（五）亚热带森林气候带与农业亚热带森林气候带年降水量较多，相对集中于夏季，夏季气温比较高，故可种植水稻、花生、大豆、棉花、甘薯和某些蔬菜。由于冬季较温和，因而可全年耕作，实行一年二熟制或一年三熟制。冬季通常种植油菜、冬麦或饲料等较耐寒的作物。在农业经营类型上，我国长江流域、日本南部、澳大利亚东南部及南美东南部部分地区属耕作业系统的谷物业经营制。美国东南部属多年生作物栽培系统的园地类型，南美洲东南部有相当大面积属草地系统的大农场经营制类型。三、世界主要气候带内的农业（六）温带阔叶林气候带与农业温带阔叶林气候带（temperatebroadleafforestclimatebelt）的土壤主要为棕色森林土、灰棕壤和褐色土。动物区系种类少于亚热带森林气候带，但其个体数量较多，主要以有蹄类、鸟类、啮齿类和一些食肉动物最为活跃。温带阔叶林气候带中的中国华北、东北、朝鲜北部和日本北部广大地区，人们利用季风的特殊优势，在高温多雨的夏季，把高产的水稻农作物推向高纬，同时又根据各地水利条件的不同，发展玉米、高粱、小麦、大豆等作物，构成以谷物经营制和块根作物栽培制为主的耕作业系统。至于北美北部地区，则与东亚情况有明显差别。三、世界主要气候带内的农业（七）亚寒带针叶林气候带与农业亚寒带针叶林气候带（sub-frigidconiferforestclimatebelt）由于冬季漫长，夏季温暖，降水量主要集中于夏季，因而农业以种植夏谷和饲料为主。部分地区饲料生产采取多年种植形式，如美国东北部、加拿大东南部、瑞典中部以及波罗的海的奶牛业地带等。本地带气候严寒，人烟稀少，农业经营不占重要地位，仅在偏南部地区有属耕作业系统的谷物经营制。亚寒带针叶林气候带以北的高纬度地带，冬季风雪弥漫，夏季极为短促，土壤冻结，沼泽化严重，植被属于以苔藓、地衣为主的苔原带，除以驯鹿放牧为主外，无农业可言。气候变化的事实气候变化的原因气候变化的研究方法第四节气候变化一、气候变化的事实（一）大气圈1.全球变暖趋势仍在持续2020年，全球平均温度较工业化前水平（1850～1900年平均值）高出1.2℃，是有完整气象观测记录以来的三个最暖年份之一；2011～2020年，是1850年以来最暖的十年。2020年，亚洲陆地表面平均气温比常年值（本报告使用1981~2010年气候基准期）偏高1.06℃，是20世纪初以来的最暖年份。1850～2020年全球平均温度距平（相对于1850～1900年平均值）一、气候变化的事实（一）大气圈2.中国是全球气候变化的敏感区，升温速率明显高于同期全球平均水平1951~2020年，我国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率为0.26℃/10年。近20年是20世纪初以来的最暖时期，1901年以来的10个最暖年份中，除1998年，其余9个均出现在21世纪。1901～2020年中国地表年平均气温距平一、气候变化的事实（一）大气圈3.中国平均年降水量呈增加趋势，降水变化区域间差异明显1961～2020年，中国平均年降水量呈增加趋势，平均每10年增加5.1mm；20世纪80～90年代我国平均年降水量以偏多为主，21世纪最初十年总体偏少，2012年以来降水持续偏多。1961～2020年，东北中北部、江淮至江南大部、青藏高原中北部、西北中部和西部年降水量呈明显的增加趋势，其中江南东部、青藏高原中北部、新疆北部和西部降水增加趋势尤为显著；而东北南部、华北东南部、黄淮大部、西南地区东部和南部、西北地区东南部年降水量呈减少趋势。1961～2020年中国平均年降水量距平一、气候变化的事实（一）大气圈4.高温、强降水等极端事件增多增强，中国气候风险水平趋于上升1961～2020年，我国极端强降水事件呈增多趋势，极端低温事件减少，极端高温事件自20世纪90年代中期以来明显增多；20世纪90年代后期以来登陆我国台风的平均强度波动增强。1961～2020年，我国气候风险指数呈升高趋势；1991～2020年，我国气候风险指数平均值（6.8）较1961～1990年平均值（4.3）增加了58%。1961～2020年中国极端高温事件1961～2020年中国极端降水事件1961～2020年中国气候风险指数变化一、气候变化的事实（二）水圈1.海洋变暖加速，全球平均海平面加速上升1958～2020年，全球海洋热含量（上层2000m）呈显著增加趋势，且海洋变暖在20世纪90年代后显著加速。1990～2020年，全球海洋热含量增加速率为9.6×1022J/10年，是1958～1989年增暖速率的5.6倍。2020年，全球海洋热含量为有现代海洋观测记录以来的最高值；2011～2020年是有现代海洋观测记录以来海洋最暖的10个年份。全球海平面的上升速率，从1901~1990年的1.4mm/年，增加至1993~2020年的3.3mm/年；2020年为有卫星观测记录以来的最高值。1958～2020年全球海洋热含量（上层2000米）距平变化一、气候变化的事实（二）水圈2.中国沿海海平面变化总体呈波动上升趋势1980～2020年，我国沿海海平面上升速率为3.4mm/年，高于同期全球平均水平。2020年，我国沿海海平面较1993～2011年平均值高73mm，为1980年以来的第三高位。1980～2020年中国沿海海平面距平变化（相对于1993～2011年平均值）一、气候变化的事实（二）水圈3.中国地表水资源量年际变化明显20世纪90年代以偏多为主，2003～2013年总体偏少，2015年以来地表水资源量转为以偏多为主。2020年，长江和松花江流域地表水资源量均为1961年以来最多，淮河流域为1961年以来第三多。1961～2020年中国地表水资源量距平变化一、气候变化的事实（二）水圈4.青海湖水位持续回升1961～2004年，青海湖水位呈显著下降趋势；2005年以来，青海湖水位连续16年回升，累计上升3.47m；2016～2020年水位加速上升，2020年已达到20世纪60年代初期的水位。1961~2020年青海湖水位变化一、气候变化的事实（三）冰冻圈1.全球山地冰川整体处于消融退缩状态，1985年以来山地冰川消融加速

2020年，全球参照冰川总体处于物质高亏损状态，平均物质损失量为982mm水当量。我国天山乌鲁木齐河源1号冰川、阿尔泰山区木斯岛冰川和长江源区小冬克玛底冰川均呈加速消融趋势，2020年冰川物质损失量分别为712、666和264mm水当量，物质损失强度均低于全球参照冰川平均水平。天山乌鲁木齐河源1号冰川一、气候变化的事实（三）冰冻圈2.北极海冰范围呈减少趋势1979～2020年，北极海冰范围呈一致性的下降趋势，3月和9月海冰范围平均每10年分别减少2.6%和13.1%；2020年9月北极海冰范围为有卫星观测记录以来的同期第二低值。1979～2015年，南极海冰范围波动上升；但2016年以来海冰范围总体以偏小为主。1979～2020年9月北极海冰范围变化1979～2020年2月南极海冰范围变化一、气候变化的事实（三）冰冻圈3.青藏高原积雪区平均积雪覆盖率略有增加，年际振荡明显2020年，我国东北及中北部、青藏高原和西北积雪区平均积雪覆盖率分别为38.6%、35.4%和27.8%，其中西北积雪区平均积雪覆盖率为近5年最低。2002～2020年中国主要积雪区积雪覆盖率变化一、气候变化的事实（三）冰冻圈4.青藏高原多年冻土退化明显1981～2020年，青藏公路沿线多年冻土区活动层厚度呈显著的增加趋势，平均每10年增厚19.4cm；2020年，平均活动层厚度为有观测记录以来的第四高值。2004～2020年，活动层底部温度呈显著的上升趋势，多年冻土退化明显。青藏公路沿线多年冻土区活动层厚度和活动层底部温度变化一、气候变化的事实（四）生物圈1.中国植被覆盖稳定增加，呈现变绿趋势2000~2020年，我国年平均归一化差植被指数（NDVI）呈显著的上升趋势；2016～2020年，我国平均NDVI较2000～2019年平均值上升6.0%，为2000年以来植被覆盖状况最好的五年；2020年，我国平均NDVI较2000～2019年平均值上升7.6%，为2000年以来的最高值。2000～2020年卫星遥感（EOS/MODIS）中国年平均归一化差植被指数变化一、气候变化的事实（四）生物圈2.中国不同地区代表性植物春季物候期呈提前趋势1963～2020年，北京站玉兰、沈阳站刺槐、合肥站垂柳、桂林站枫香树和西安站色木槭展叶期始期平均每10年分别提前3.4天、1.4天、2.3天、2.8天和2.7天；秋季物候期年际波动较大。2020年，北京站玉兰展叶期始期偏早15天，为有观测记录以来最早。1963～2020年中国不同地区代表性植物展叶期始期变化一、气候变化的事实（四）生物圈3.区域生态气候稳步向好2005～2020年，石羊河流域荒漠面积呈减小趋势；沙漠边缘外延速度总体趋缓。2000～2020年，广西石漠化区秋季植被指数呈显著的增加趋势，区域生态状况趋于好转。2005～2020年石羊河流域荒漠面积与降水量和工程输水量变化一、气候变化的事实（四）生物圈4.中国海域的活造礁石珊瑚覆盖率呈下降趋势2010年以来，南海珊瑚热白化现象不断出现，气候变暖对南海珊瑚礁的影响逐渐凸显。2020年，受夏季海水温度持续偏高影响，南沙群岛、西沙群岛、海南岛、台湾岛、雷州半岛和北部湾等海域均出现严重的珊瑚热白化事件。2020年珊瑚白化事件一、气候变化的事实（五）气候变化驱动因子1.全球主要温室气体平均浓度均创新高，中国青海瓦里关全球大气本底站CO2浓度逐年上升2020年，主要温室气体浓度仍在持续上升。1990年～2019年，我国青海瓦里关全球大气本底站CO2浓度逐年稳定上升；2019年，瓦里关站CO2、CH4和N2O的年平均浓度分别达到：411.4±0.2ppm、1931±0.3ppb和332.6±0.1ppb，与北半球中纬度地区平均浓度大体相当，均略高于2019年全球平均值。一、气候变化的事实（五）气候变化驱动因子2.区域大气本底站气溶胶光学厚度总体呈下降趋势2004～2014年，北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山区域大气本底站气溶胶光学厚度（AOD）年平均值波动增加；2015～2020年，均呈明显降低趋势。2020年，上甸子站可见光波段（中心波长440nm）气溶胶光学厚度平均值为0.36±0.20，较2019年略有降低；临安站和龙凤山站气溶胶光学厚度平均值分别为0.45±0.25和0.26±0.19，较2019年均有大幅下降。2004～2020年北京上甸子区域大气本底站观测到的气溶胶光学厚度变化2004～2020年浙江临安区域大气本底站观测到的气溶胶光学厚度变化2004～2020年黑龙江龙凤山区域大气本底站观测到的气溶胶光学厚度变化二、气候变化的原因造成气候变化的原因概况起来可分为自然因素和人为因素2大类。其中，自然因素包括外部强迫因子和气候系统内部变化两种，人为因素包括人类消耗化石燃料以及破坏森林、草地等引起大气中温室气体浓度升高的因素。二、气候变化的原因（一）气候变化的自然因素1.气候变化的外部胁迫因子气候变化的外部胁迫因子是指气候系统以外通过改变气候系统的辐射收支来影响气候的因素，主要包括太阳辐射的变化和火山爆发2类。二、气候变化的原因（一）气候变化的自然因素2.气候系统的内部变化除太阳辐射变化、火山爆发等外部强迫因子可以造成平均态的气候变化以及气候极端事件外，气候系统内部各部分之间的相互作用，即气候系统内部产生的自然气候变化与变率，也可以造成气候变化。气候系统内部的自然变化中，最重要的方面是大气与海洋环流的变化或脉动。这种环流变化是造成区域尺度各种气候因素变化的主要原因。大气与海洋环流的变化有时可伴随着陆面的变化。二、气候变化的原因（二）气候变化的人为因素1.人类活动对温室气体浓度的影响政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告中指出，由于人类活动的影响，2011年大气中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）浓度都显著升高，目前其浓度已远远超过根据冰芯记录的800000年前的浓度值。二氧化碳是最主要的温室气体，2000-2009年，来自化石燃料和水泥生产排放的二氧化碳量以每年3.2%的比例上升，其排放速度明显高于1999年的1.0%的排放速度；2011年来自化石燃料排放的碳量（C）达到9.5Pg（1Pg=1015g）。二、气候变化的原因（二）气候变化的人为因素2.人类活动对土地利用的影响土地利用的变化，如植被覆盖的人为破坏、森林砍伐、造林活动和人为引起的草原退化等，也是引起气候变化的原因之一。一方面，土地利用的变化可以直接或间接地改变温室气体的吸收和排放；另一方面，土地利用的改变可以通过改变地表的反射率、粗糙度、土壤湿度与地气感热通量的增加和潜热通量的减少，使地表温度升高，降水和蒸发减少，从而明显改变区域性气候。三、气候变化的研究方法（一）地质时期古气候的主要研究方法1.生物学方法这是地质时期和历史时期气候变迁研究中应用最广泛的一种方法。各种古生物（包括喜冷、喜暖、喜干和喜湿的古植物和古动物）的生存范围、分布区域以及随时间的变化，都可以为古气候研究提供极好的证据。比如应用极广的微体古生物（包括植物孢粉、微体动物象介子生物的化石等）。我们可以通过分析这些微体古生物的数量、分布范围等，来研究气候变迁。三、气候变化的研究方法（一）地质时期古气候的主要研究方法2.地质学方法包括通过研究不同地点和不同时期地层沉积相的变化，恢复沉积环境，并与现代的气候调节比较，以确定古气候状况。这里沉积作用指的是固体物质从空气或水体的悬浮或融解状态重沉积下来的过程。如黄土是一种风积物，从粉尘物质的产生、搬运、沉降到发育微黄土的全过程中，一直暴露于地表空间，受到当时大气圈及区域生物气候条件的直接影响。这样可以通过分析黄土—古土壤层中粉尘颗粒的大小，来确定当时的风速大小、气候干燥度等。通过分析孢粉等含量可以知道当时古生物的生长情况，从而知道气温、降水等的变化。三、气候变化的研究方法（一）地质时期古气候的主要研究方法3.冰川学方法同位素含量与降雪的温度有关，因此可以根据氧同位素来推算古代温度。一般在中高纬度地区温度下降1℃，δ180（氧同位素的变化值）约降低0.07%。利用冰盖中氧同位素的含量，可以确定气温序列，但这一序列是什么年代的，则需要定年。积雪的物理状况有明显的季节变化，因此使冰盖在垂直方向上形成明显的层状结构，每年一层，就如同树木年轮一样，这样在冰盖表层就可以用肉眼直接分辨年层。三、气候变化的研究方法（一）地质时期古气候的主要研究方法4.矿物分析法即通过对岩石、矿物的分析研究获取古气候变迁的历史。另外也可以通过地球化学的方法推测过去的气候。比如如果某地层中含有煤层，则可推断当时气候湿润；如果有珊瑚，则当时为热带海洋气候；如果有石膏和岩盐则为干燥气候；如果有冰迹物则为寒冷气候等。三、气候变化的研究方法（一）地质时期古气候的主要研究方法5.考古学方法从古代人类分布，农业生产的方式，考古的发现，口头的传说和历史文献中，可以发现历史上气候变迁的情况，气候变迁曾经造成多个文明的毁灭。三、气候变化的研究方法（二）现当代气候变化的主要研究方法1.气候监测气候监测是20世纪70年代提出的一个名词，其意义是对整个气候系统进行全面的观测，以便及时发现气候系统状况的任何值得注意的变化。气候监测是气候系统研究的基础，主要包括大气常规观测、海洋及其他系统成员的常规观测以及一些非常规观测系统。对于大气常规观测，20世纪30年代以前，世界范围内的气候观测仅限于地面气温、降水量及气压的地面观测。20世纪30年代以后才逐渐有了高空观测。三、气候变化的研究方法（二）现当代气候变化的主要研究方法2.气候诊断气候监测是通过各种观测手段，取得有关气候系统的物理量序列，然后通过各种分析手段来判断气候变化和气候异常，这就是气候诊断。气候诊断的内容非常广泛，主要包括气候异常的诊断、气候变化的诊断、气候异常事件的诊断和气候变化原因的监测等。三、气候变化的研究方法（二）现当代气候变化的主要研究方法3.气候数值模拟由物理、化学定律得出控制大气运动的动力学方程、静力方程、连续方程、热力学放长、状态方程、水汽方程等。由这些方程合在一起就是一组控制气候及其变化的偏微分方程组。原则上，当给定了太阳辐射合其他特定的边界条件以及初始条件，就可以通过计算数学的方法来求解这个偏微分方程组，这就是气候数值模拟。气候变化与世界农业气候变化与中国农业适应全球气候变化的农业对策第五节气候变化与农业一、气候变化与世界农业（一）世界农业对气候的敏感性现阶段世界气候正处于一个极其振荡不稳的变化时期，异常气候在世界不同地区频繁发生。全球气候有普遍变暖的趋势，高纬度地区的增暖特别明显，南北温差大大缩小。季风降水出现极向迁移，中纬度较低的地区偏干，降水减少；中纬度较高的地区则偏湿，降水增加。全球干旱加剧，变干在中纬度内陆地区尤为明显。气候变率加大，例如温度、湿度、蒸发量、降水量等气候要素的相对变率在许多地方已超过历史记录。一、气候变化与世界农业（一）世界农业对气候的敏感性对农业来说，气候变化的最严重影响莫过于作物水分有效性的降低。一方面，由于气候变暖，地面温度和大气温度升高，干旱程度加剧，使得农田蒸散量增大，植物和土壤的水分损耗率增大，农业缺水现象严重；另一方面，由于季风降水的极向迁移，许多旱作农业区云量增多，湿度加大，降水增多，洪涝概率上升，水土流失加重，农业收成锐减。因此未来世界农业对气候的敏感性增大，脆弱性上升。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响1.温室气体增加对农业的影响二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）、氯氟烃、氮氧化物（NOx）等都是温室气体，这些气体含量的增加将使全球气候变暖的趋势加剧。在总的温室效应中，二氧化碳所起的作用占55%～57%，甲烷占13％～15％，氯氟烃占10%～20%，氮氧化物占5%~7%。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（1）温度升高使≥10℃的持续天数和积温增加，影响作物的生长季温度升高使≥10℃的持续天数和积温增加，对那些农业生产常常受温度限制的地区，不仅延长了植物可利用的生长季（如无霜期），而且缩短了作物成熟所需要的生长期。以加拿大大草原为例，这里年平均温度增加1℃，相当于生长季延长约10天。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（1）温度升高使≥10℃的持续天数和积温增加，影响作物的生长季变暖对生长季和生长期长度的影响因地、因作物而异。对于欧洲的小麦，年平均温度升高1℃，生长季延长约10天，而日本中部却只有8天。在纬度较高的中纬度地区和高纬度地区，年平均温度升高不超过2～3℃，一般会延长作物的生长季；当超过了2～3℃后，就会降低作物对水分的利用率，生长季就受到了限制。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（2）温度升高会改变作物水分的有效性不管降水量能否保持不变，温度的变化都会影响作物生长对水分的利用。在中纬度地区，年平均温度升高1℃，蒸发量大约增加5%。在某些作物的生长初期，这种影响不大，但到作物生长盛期以后，土壤水分亏缺将要大得多，这就意味着需要大大增加灌溉量。在灌溉条件不良的地区，往往导致农业生产潜力的明显下降。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（3）温度升高会影响作物布局温度升高使气候带向两极、向高海拔移动，农业布局、农业生态环境也随之发生相应变化，这在欧亚大陆的中纬度反映得最明显。气候变暖有助于减少农业受气候制约的地区。例如在高纬度和高海拔地区，农田面积有望扩大。这种扩大可能在俄罗斯的亚洲地区和北欧最明显，其次是北美北部、日本北部、阿根廷南部、新西兰等地。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（4）温度升高明显影响动植物的生长发育速率在45°以上的中纬度地区，除纬度高（＞60°）和海拔高外，气候对动植物生长的制约常常以温度为主导。温度决定了生长季和放牧季的可能长度，往往对植物生长发育过程和生长速率有很大的作用。一般来说，植物对温度的反应是，温度不达到一定的临界值，生长发育就不会开始，达到后，随着温度的升高，生长发育速度明显呈线性增长，直到某一最适温度。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响2.温度升高对农业的影响（5）温度升高影响家畜的产量温度升高、气候变暖会引起草场和饲料作物的变化，以此对家畜饲养造成影响。幼小动物不像成年动物那样能忍耐较大的温度变化幅度，夏季温度的升高，特别是在那些具有大陆性气候特征、目前夏季温度已接近牲畜可忍受极限值的地区（如美国中南部），有可能造成牲畜的死亡，从而使牲畜产量下降。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响3.降水异常对农业的影响降水异常主要表现在旱涝频率的上升、降水变率的增大和季风降水的极向迁移上。由于厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等气候异常事件的冲击，最近几十年里，世界上许多地方，出现了有史以来创纪录的极旱、极涝气候。一、气候变化与世界农业（二）气候变化对世界农业的影响4.气候变率加大对农业的影响气候极端事件的不断发生意味着这个地球的气候变率正在加大。仅从气候要素平均值的变化上无法正确理解全球气候变化给人类带来的影响，必须在普遍规律研究的基础上，仔细分析气候极值的时空分布特征，研究异常气候产生的原因。气候极端事件的发生常使农业受灾增加，农业生产成本提高。农业生产和农业经济的盈利与亏损往往取决于有利天气和不利天气的相对频率。极端的干旱、洪涝、高温、低温和极端的风灾都是异常天气、异常气候的典型表现，农业对大气中所发生的这些异常现象反应尤为敏感。二、气候变化与中国农业（一）气候变化对中国农作物种植的影响气候变化使我国农业生产区的热量资源普遍增加、农业气候带北移，导致熟制边界北移，作物的种植范围扩大。农业生产布局与结构调整的影响最主要表现在种植制度的变化上。归纳起来有4个方面：①农业熟制变化，多熟制地区向北向高海拔区扩展；②冬小麦种植区域北移；③东北玉米带北移东扩；④晚熟品种种植面积扩大。二、气候变化与中国农业（一）气候变化对中国农作物种植的影响1.气候变化对中国作物种植的影响在全球气候变暖的大背景下，东北平原出现了持续而显著的增温现象，20世纪80年代以来，平均气温上升了1.0~2.5℃，积温增加，作物有效生育期延长，物候期提前。东北地区满足玉米生长≥10℃的有效积温2300～2400℃线因气候变暖北移后，相应地玉米种植区也发生北移，而原来玉米生长的优势地区，由于满足了更加喜温的作物水稻的种植条件，加上水稻在经济收益上又更有优势，所以被扩充的水稻所取代。二、气候变化与中国农业（一）气候变化对中国农作物种植的影响2.气候变化对中国作物熟制的影响自1980年以来，我国年平均气温呈上升趋势，春季土壤解冻期提前，秋季冻结期推迟，生长季热量增加，已使一年二熟、一年三熟的种植界限向北、向高海拔推移，复种面积扩大，复种指数提高。多熟制向北推移，作物品种由早熟向中晚熟演变，作物单产增加。二、气候变化与中国农业（二）气候变化对中国农业病虫害的影响气候变暖的幅度随纬度升高而增加，使得南北温差缩小，夏季风相对加强，秋季副热带高压减弱东撤的速度相对缓慢。在这种环流背景影响下，稻飞虱、稻纵卷叶螟、黏虫等迁飞性害虫在春季向北迁入的始见期提前，可迁入的北界向北扩展；秋季冷空气出现迟，造成害虫向南回迁的开始时间和终见期均推迟，危害的时间延长。在大气环流出现异常改变之后，这些迁飞性害虫南北往返迁飞的路径也将受到一定的影响，从而使害虫集中危害的地区分布发生相应的变化。二、气候变化与中国农业（三）气候变化对主要中国粮食作物产量和品质的影响1.气候变化对中国作物产量的影响对于一种农作物而言，当温度、降水条件较好或达到非常适宜的情况时，产量会高，反之则减产。气温升高会使西北地区小麦、棉花等农作物增产。冬季气温升高，使冬小麦越冬死亡率大大降低，并且各地也会选用抗寒性或冬性稍弱但丰产性较好的品种，使产量有所提高。春小麦的苗期和籽粒形成期发育速度受温度影响最大。二、气候变化与中国农业（三）气候变化对主要中国粮食作物产量和品质