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中圖分類號:X24文獻標識碼:A文章編號:16749944(2016)12024505
1引言
氣候變化已經被看做是當今人類社會面臨的共同挑戰,中國作為擁有13億人口的發展中國家,也成為了遭受氣候變化不利影響最為嚴重的國家之一。與此同時,中國現已成為世界上年溫室氣體排放量最大的國家[1],長期以來中國政府對氣候變化問題都高度重視,并在巴黎氣候大會前向《聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC)》提交了《中國國家自主貢獻》,總結和規劃了應對氣候變化所實施的政策與行動[2]。然而在中國,公眾對于氣候變化問題的關注度還很低[3],但社會意識及環境態度又能夠決定社會行動,如果公眾具有強烈的氣候變化意識將能夠極大程度地促進低碳政策的完善及低碳社會的發展建設[4]。
氣候變化是一個長期性的問題,青少年將是受氣候變化影響最大的群體[5],近年來的一些極端天氣事件的頻發及氣候的變化趨勢也預示著氣候變化將會在未來給當今的青少年群體帶來更多的威脅及挑戰。同時,青少年也將對未來的氣候變化減緩決策及應對方式有重要影響。首先,青少年仍處于世界觀價值觀的形成時期,對青少年氣候素養的培養將有助于應對公眾的氣候變化關注度降低等問題,也有助于應對氣候變化帶來的各方面挑戰。其次,青少年對采取積極行動富有激情、想象力及活力,這在當今的社交與媒體時代將對氣候變化問題有更重要的貢獻,例如:青少年在家庭中提倡氣候友好型行為;在學校及一些課外群體中扮演重要的信息交流者;能夠通過社交媒體接觸并傳遞全球性的信息[6]。
青少年想要應對氣候變化以求未來的發展,不僅需要具備氣候科學知識,還應具有減緩氣候變化的行為驅動,以及在個人及群體層面擁有實施氣候友好行為的信心。然而,中國現有的對青少年氣候變化教育方面的研究多集中于傳遞氣候變化知識來增加青少年對于氣候變化的原因及其影響的理解,卻缺乏對最終的親環境行為的探究及培養。因此,了解中國青少年對減緩氣候變化問題的行動參與意愿情況及探究其參與意愿的影響因素,對今后開展氣候變化教育、培養氣候素養、建設低碳社會就顯得尤為重要[7]。
國外已有一些研究基于環境心理學及行為學來探討有效的氣候變化交流機制以及影響個人氣候行為的影響因素。筆者的研究就基于計劃行為理論來進一步探究中國青少年減緩氣候變化的行為意愿的影響因素。計劃行為理論(the Theory of Planned Behavior,TPB)是一個被廣泛接受的來預測個人親環境行為的理論模型[8]。該理論指出,對于最終的行為,行為意愿是最具影響力的預測指標,并且行為意愿又主要由3個因素決定:行為態度、主觀規范及知覺行為控制,即態度越積極、認為周圍重要他人越支持、自我感知的行為能力越強,行為意愿就越強。在Schindler的研究中態度還被定義為針對特定環境問題的態度[9]。一些調查研究也表明,對于特定的環境問題,比如對氣候變化而言,關注度越高,以及地方脆弱性危機感知越強,越能夠激發個人節約能源的意愿[10,11],而對氣候變化的懷疑也將阻礙對減緩氣候變化的行為參與。因此針對氣候變化問題,態度可再細分為3個主要維度:①對氣候變化的懷疑度;②對氣候變化的關注度;③基于氣候變化的地方脆弱性危機感知。以計劃行為理論為基礎,細分氣候變化態度的復雜性及特殊性,將有助于進一步探究影響青少年減緩行為參與意愿的重要因素。同時也希望該研究結果還能夠運用今后的氣候變化教育,培養出參與減緩氣候變化及低碳發展的青少年。
2研究對象與方法
2.1調查地點
研究于2014年12月20日至2015年5月30日開展問卷調查。由于非城市地區尤其是農村地區對自然資源的依賴性更高,對氣候變化敏感度及脆弱性也更高,因此了解這一地區青少年氣候變化行動意愿將更有助于應對氣候變化的影響。而在中國,不同地區對氣候變化的敏感程度存在差異,因此研究參考了中國1960年以來極端天氣的分布及變化情況,如夏季高溫天的變化等,最終選取了12個省的非城市地區開展問卷調查。這些調查地點的海拔跨度從50~3000 m,并且包括了內陸地區及沿海地區,以求盡可能代表中國大部分地區的情況。每個非城市地區選取1所小學進行調查研究,共12所學校。
2.2調查內容
調查問卷基于計劃行為理論及細分的氣候變化態度,測量了對氣候變化的懷疑度(如“我認為氣候變化是一個真實存在的問題”等)、對氣候變化的關注度(如“我不會去關注電視或報紙上有關氣候變化的報道”等)、基于氣候變化的地方脆弱性危機感知(如“我認為氣候變化不會對我居住的這個地方造成影響”等)、知覺行為控制(如“我覺得我的努力對減緩氣候變化不會有什么幫助”等)、主觀規范(如“我的家人認為減緩氣候變化的節能行為是沒有必要的”等)、減緩氣候變化的行為意愿(如“接下來的一年里,我愿意為減緩氣候變化而捐出自己部分零花錢”等)和一些社會學變量,測量題目主要基于國內外相關領域學者的研究結論根據實際情況而設定。為保證調查質量,問卷采用了正向-負向題設計,且先由專家進行討論,修改后又先后進行了兩次預實驗(N1 = 150,N2 = 88),最終問卷共包含51個問題。所有感知變量及減緩意愿都使用了李克特五點量表進行測量(非常同意-同意-保持中立-不同意-非常不同意)。社會學變量多采用填空題及選擇題,其中性別、年齡、地區、家庭成員數、家庭私家車及摩托車擁有情況被用于了之后的分析。
2.3信度檢驗
信度檢驗是測定所設計的量表是否具有可靠性和穩定性的有效分析方法,根據Cronbach alpha(α)值評價量表的可靠性,一般認為α大于0.7被認為可信度較高。利用SPSS 22.0軟件對最終問卷中所測的感知變量及減緩意愿進行信度檢驗,結果如表1所示,對氣候變化的關注度、基于氣候變化的地方脆弱性危機感知、知覺行為控制、主觀規范、減緩氣候變化的行為意愿的α值均大于0.75,對氣候變化的懷疑度的α值接近于0.7,仍在可接受的范圍。由此說明本次調查的問卷具有較高的可靠性,所有變量所得分值將進一步用于的數據分析。
2.4調查參與情況
該調查研究一共邀請到了1229名年齡在9~13歲的青少年參加。
3研究結果
3.1信息來源途徑
在參與調查的青少年中,絕大多數青少年已經聽說過氣候變化(圖1)。對于氣候變化的信息來源呈現出多元化的途徑,且可能同時存在多種信息獲取途徑,因此途徑累計百分比超過100 %。在這些傳播途徑中,大眾媒體作為信息來源的比重最大,例如電視(69.7 %)、網絡(49.7 %)。其次,課內外課程教育對氣候變化的認知也占有很大比重,如課外書籍(47.3 %)、學校課程(38.2 %)。從家人那里獲知氣候變化(35.9 %)或者從報刊雜志上獲得此信息(34.3 %)相比其他途徑而言比重相對較少,但仍有超過1/3的參與者提及。大眾媒體作為青少年獲取氣候變化信息的最主要來源,其對氣候變化的報道將可能影響著青少年的氣候變化情感感知與參與(表3)。
3.2青少年減緩氣候變化行為意愿的影響因素分析
基于計劃行為理論及細分的氣候變化態度探究青少年參與減緩氣候變化情的行為意愿的影響因素,如表3
結果表明在社會學變量中只有性別對最終的減緩意愿有顯著影響(B=-0.06,p>0.05),且表現為女生對氣候變化的減緩意愿會強于男生。分析所有情感感知變量對減緩意愿的影響時發現,對氣候變化的懷疑度(B=0.00,p>0.05)和基于氣候變化的地方危機感知(B=-0.01,p>0.05)這兩個氣候變化態度對最終的減緩意愿沒有直接影響,而對氣候變化的關注度(B=0.16,p
3.3氣候變化態度與行為意愿的關系
由于對氣候變化的懷疑度和基于氣候變化的地方危機感知這兩個變量在回歸分析中對最終的減緩意愿沒有直接顯著的影響,而同屬于態度的對氣候變化的關注度對減緩意愿卻是極顯著的影響,因此研究建立了中介模型來進一步探究這3個感知變量與減緩意愿之間的關系(圖2)。
結果顯示:對氣候變化的懷疑度可以通過對氣候變化的關注度作為中介變量來影響減緩意愿(直接效應c’=-0.12,p
4討論與建議
(1)從理論上基礎來分析,在Ajzen提出的計劃行為理論中行為態度、主觀規范及知覺行為控制能夠影響個人的行為意愿。通過實證研究,基于理論進行的回歸模型分析也發現,青少年對氣候變化的關注度、行為主觀規范和知覺行為控制等情感感知變量能夠有效地影響減緩氣候變化的行為意愿。因此,要鼓勵青少年更多親環境親氣候的行為以應對氣候變化,就必須關注影響青少年行為參與意愿的重要情感因素,從而更有效地開展氣候變化教育。
根據研究中分析總結的影響青少年參與意愿的直接因素,氣候變化教育對情感感知變量的關注應注意以下幾點:①氣候變化教育的重點應該是提高青少年對氣候變化問題的關注度。通過有效地信息傳遞,建立青少年自身與氣候變化的相關性,并真正意識到氣候變化與個人生活及行為的息息相關,從而激發參與減緩氣候變化的行動意愿。②氣候變化教育應當注重主觀規范對行為意愿的重要作用。主觀規范對于行為意愿具有極強的影響力,這就需要今后的教育注重創建良好的群體認同感,讓青少年個人接受到來自他人的積極性期望,從而觸發他們行為意愿的增強。③今后的氣候變化教育也可以通過提高知覺行為控制來鼓勵更多的行為參與,即提高青少年個人的行動能力以及對自我行為作用力的信心。Moser等的研究表明在氣候變化教育中,直接教授青少年適應和減緩氣候變化的解決措施比只傳遞氣候變化的形成原因及影響更能有效地提高個人的行動能力感知以及對自我行為作用力的信心,從而付出行動參與其中[13,14]。
(2)根據研究的中介模型分析,雖然對氣候變化的懷疑度和地方脆弱性危機感知并沒有直接對行為意愿有顯著影響,但它們卻是有效的間接影響因素,能夠通過影響關注度來間接地影響行為意愿。這說明,這種負向的氣候變化態度與行為意愿間還存在某種距離,但這種間隙一定程度上可以通過積極的氣候變化態度來調節,因而深入理解了這3個態度變量之間的作用機制將更有助于全面地分析影響青少年參與減緩氣候變化行為意愿的因素。根據模型結果,可以通過克服青少年對氣候變化問題在空間尺度和時間尺度的距離,降低青少年對氣候變化的懷疑度或者增加青少年對當地來自氣候變化的危機感知,來吸引青少年對氣候變化的關注,從而獲得最終的減緩行為的參與。
(3)研究還發現性別在減緩氣候變化的行為參與意愿上存在顯著差異。針對青少年而言已有研究表明,當面對氣候變化問題時女性比男性具有更強的氣候變化危機感知,甚至對于其他環境問題也如此[15]。而研究的結果也進一步證明,女性在氣候變化問題上有更強烈的行為意愿來參與到減緩氣候變化的行動中。而這種性別差異導致的行為意愿差異可能由社會經歷的不同而引起,同時這種差異還有可能和價值觀有關,如利己主義或共享主義,而這種價值觀的形成也會與家庭背景、同齡人的影響有關。
隨著極端氣候事件的頻發,氣候變化所帶來的生態危機、經濟危機及社會危機也日益顯著,國際社會也在加強各方面的合作以控制溫室氣體排放,應對氣候變化。政府提出了低碳社會的發展策略,制定了一系列阻止碳排放高速增長的低碳減排政策,但低碳社會的發展不能僅僅依靠政府,還需要鼓勵更多居民的日常行動參與,以及培養青少年的低碳意愿及行為,才能真正實現低碳社會的可持續發展,應對長期的氣候變化問題。為鼓勵公眾參與,激勵青少年的行為響應,政府及社會可以通過氣候變化教育入手,做出以下努力。
第一,針對不同的地區細化氣候變化教育活動。研究建立模型及提出的行為意愿影響因素能夠反映出,心理認知過程在對于理解和實施減緩氣候變化教育行為的重要性。已有研究證實了當地的氣候變化信息將更有助于激發個人的參與[16],同時,強調個人經歷和當地影響的信息交流更可能觸發對氣候變化問題的關注及減緩行為的發生[10, 17]。因此,基于地方信息的、結合地方氣候特點的氣候變化教育活動更能有效地克服個人對氣候變化的心理距離,改善對氣候變化的情感感知,進而影響減緩氣候變化的行為參與[18]。
第二,鼓勵開展多形式的氣候變化教育來增強公眾及青少年的氣候變化行為參與。氣候變化信息來源途徑的多樣化體現出了對多形式教育模式的需求。氣候變化教育的類型主要可分為正規教育、非正規教育及非正式教育。正規教育主要依托于學校,以傳授氣候變化基本知識為主;非正規教育一般指在非正規的教育場所開展氣候變化教育活動,如植物園、動物園、博物館等;非正式教育主要依靠大眾媒體作為信息渠道開展氣候變化的宣傳教育。多形式的教育模式能夠提高氣候變化教育的有效性,但教育活動應該不僅僅傳播氣候變化知識,還要注重對氣候變化情感感知的培養,強化個人與氣候變化的聯系,激發個人對氣候變化的關注及自我責任意識,最終引導和鼓勵行動的參與。
5結語
基于對全國多地區的青少年調查研究,結果具有廣泛性,對未來開展氣候變化教育、提高青少年對氣候變化問題的參與具有理論參考價值及實踐指導意義,也對政府應對氣候變化、進行公眾的宣教工作、加強公眾的參與有一定的參考價值。但研究僅針對青少年開展,結果又具有一定局限性,針對不同年齡段、不同社會特征人群的氣候變化教育建議有待于進一步的探索及驗證。
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我國作為全球面積第三大國,幅員遼闊,從南到北,氣候的差異性相當顯著,一年中的光照、風力、濕度、云量、大氣環流等都具有及其復雜的特點,在一定程度上來講,我國的氣候中光照和熱量的關系最為密切:一是熱量隨著緯度的增加而減少,還有光照隨著緯度的增加和水分的減少而增加,最為明顯的是,我國的氣候中熱量與光照在全世界都是獨樹一幟,也具有其他國家所不具備的豐富性。
對于氣候的不同因素來說,呈現出熱量與光照的反比,就以從北方地區到四川盆地的這一變化來說,更是明顯,但是這明顯又不符合全世界的規律,同樣處于北半球的歐洲大陸、地中海、北非一直到大西洋彼岸的北美大陸,以及從西伯利亞直到中亞再到伊朗、向東南直到印度次大陸的這一地區,都是伴隨著緯度的遞減相應的熱量不斷的增加,光照時間與太陽能資源也是逐漸的增多,這與全球行星風系的運行規律是一致的,同時,降雨量的多寡和風力的多少都受到這一系統的影響,但是由于在中國的西南方向,青藏高原的高聳使得這一氣候系統被改變了,青藏高原的存在使東亞地區的這一風向被改變了,長江流域原本應該是光照時數和太陽能資源比北方地區豐富,但實際情況卻不是這樣,中國的青藏地區是國內太陽能資源最為豐富且太陽光照時間最長的地區,尤其是在青海冷湖,一年的有效光照時間為3600小時,僅次于撒哈拉沙漠,也就是說一年中有效光照的時間為應有光照時間的90%左右,但是這一地區的熱量在全國卻是最差的,比較一下就可以發現,歐洲地區基本上是熱量隨著向南、向西而逐漸增加,從北歐的斯堪的納維亞地區一路向南,經德國、法國、再到西班牙,光照時間越來越長,隨之熱辣越來越充足,西班牙是歐洲最為暖熱的地區,當然也是光照最為充足的地區,但是在這樣一個地區,水分卻是很稀少的資源,由于氣候干燥,較多的熱量條件被用于灌溉農業和水果園藝業,不能像氣候濕潤地區那樣廣泛的種植農作物,因此,我國的南方地區的熱量和水分條件在世界同緯度地區都是最優越的,能夠養活6億多人口的確是氣候所賜的福分,但是,由于多雨,日照時間必然會偏少,也就有了那種由北向南日照時間逐漸減少的情況,尤其是到了四川和貴州一帶,日照時間居然達到了全球最少的情況,這是很有趣有很特殊的情況,也許只適合我國的地理國情吧,但是由于日照時間的長短和太陽能輻射并不是成為正比的,所以說,并不等于說光照時間短的地方太陽能就偏少,就像廣東沿海地區,光照時間別比方大部分地區都少很多,但由于一年中太陽光照的角度很大,時間長,太陽輻射量還是能與北方地區等量齊觀,尤其是在夏半年,由于太陽光直射北回歸線,在這附近的許多地方獲得有效的太陽能資源要遠比北方許多地區更多些, 在一年中直射的角度偏大,太陽能資源相對較為集中,在每年的夏半年太陽能資源的利用前景相當可觀,若是在這一地區長期生活的人就可以感受到,這里的太陽光幾乎總是從正重大的角度射下來,天空總是明澈凈亮的。
隨著向內地的縱深,太陽光照時數由于地形變化而逐漸減少,就拿長江中下游平原和四川盆地相比較,長江中下游平原的熱量資源明顯差于四川盆地,但是光照時數和太陽能資源均好于四川盆地,這不能不說是地形因素起了重要作用。和北方廣大地區相比較,這兩個地區又是相形見絀的,沒有能夠突出的陽光優勢,北方地區的光照時間和太陽能資源在同緯度地區僅僅比中亞地區偏少,同時因為季風氣候的影響,降水量比較豐富。?在這一地區, 決定農作物生長的必要條件是光照,還有雨熱同季的優勢,尤其是夏季降水量十分集中,呈現出越往北越集中的趨勢,華北地區以及東北的部分地區一年中降水量有70%―60%集中在夏季,但是熱量也隨之減少,但是太陽能資源并沒有因為太陽斜射角度越來越大而損失太多,這是由于氣候逐漸變得干旱造成的。
綜上所述,我國的氣候環境中光照與氣候,熱量之間的關系呈現出此消彼漲的情況,尤其是在從北方到南方的廣大腹地,陽光照射時間隨著熱量和雨水的增加越來越少,太陽輻射量也越來越少,一年中有效的照射時間也越來越少,這樣也就形成了世界上獨樹一幟的氣候局面,熱量的增加與減少隨著地形與緯度的變化,以及地形的變化起伏呈現及其復雜的情況,而這些因素直接導致我國氣候條件的復雜多變。
1對象與方法
1.1對象2011年12月,采用分層隨機整群方法,抽取省、市、區三級疾控中心5家、衛生監督所5家、三甲醫院2家、二甲醫院1家、社區衛生服務中心3家,共16家醫療衛生單位在職職工。發放問卷400份,回收有效問卷393份,有效率98.3%。
1.2方法采用由中國疾控中心編制的調查問卷。問卷由個人基本信息、對氣候變化的關注、氣候變化相關知識的認知、獲取知識的途徑、參與適應氣候變化工作的態度等內容組成。其中氣候變化相關知識包括引起全球氣候變化原因(2題)、氣候變化對全球的影響(8題)、氣候變化造成的健康影響(6題),共16題,答對1題得1分,得分≥10分為及格。所有調查員經培訓考核合格,督導員審核復查,保證問卷的完整性和有效性。
1.3數據處理用EpiData3.1雙機錄入,SPSS13.0進行統計分析。關注度及知曉情況分析采用Pearson卡方檢驗。影響正確認知得分的因素分析先用單因素logisitc回歸篩選出自變量(納入標準α=0.10,β=0.15),再進行多因素logisitc回歸分析(納入標準α=0.10,β=0.15,采用向前似然比法選入變量)。
2結果
2.1基本情況共調查醫療衛生專業人員393人,男性174人(44.3%),女性219人(55.7%),年齡范圍20~62歲,平均(35.42±10.13)歲。疾控中心147人,衛生監督所101人,醫院及社區衛生服務中心145人。初級職稱209人,中級112人,副高級31人,正高級18人,職稱項缺失23人。已開展與氣候變化相關工作的單位有7家,2家單位對下級單位(或服務對象)開展過應對熱浪或氣候變化的指導和培訓,4家單位對本單位人員開展過相關培訓。
2.2氣候變化關注度列出教育、公眾健康、氣候變化、收入、住房、食品安全、環境污染、醫療保障、物價、消防安全等10個社會熱點問題,213人(54.2%)選擇關注氣候變化,列第八位。列出重金屬污染、氣候變化、精神衛生、衛生的社會決定因素、控煙、飲水、食品安全、營養、空氣污染、飲用水衛生、傳染病、慢性疾病控制等12個公共衛生問題,184人(46.8%)關注氣候變化,列第五位。不同單位級別、職稱、性別對氣候變化的關注度無統計學差異,不同年齡對氣候變化的關注有統計學差異(χ2=10.286,P=0.016),>40歲以上被調查者對之的關注度較高。
2.3氣候變化認知
2.3.1知曉情況:86.2%的人員知曉氣候變化這一環境問題,其中完全知曉的占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),不知道不關心的占3.1%。56.7%(223/393)的人已感受到全球氣候變化帶來的影響,并認為問題非常嚴重,且在不斷惡化中;35.1%(138/393)的人感受到變化,但還能承受;7.9%(31/393)的人認為沒有變化或無明顯感覺。不同單位所屬系統(χ2=10.969,P=0.083)、不同文化程度(χ2=4.653,P=0.571)、不同性別(χ2=1.345,P=0.723)專業人員知曉情況間差異無統計學意義;不同單位級別(χ2=13.049,P=0.035)、不同年齡組(χ2=20.536,P=0.015)、不同職稱(χ2=21.594,P=0.006)知曉情況間差異有統計學意義,省級單位、40歲以上、高級職稱者知曉率較高。
2.3.2正確認知情況:16道題的知曉率為(71.9±25.3)%,其中全對者85人,占21.6%,不及格118人,占30.0%。78.1%(307/393)的被調查者認為人類的生活生產活動是導致全球氣候變化的主要因素,82.7%(325/393)的被調查者認為氣候變化與二氧化碳過量排放有直接關系。氣候變化對全球的影響認知中,認知度較高的是旱災和洪災增多、海平面升高、人類健康受到威脅;氣候變化引發的健康風險認知中,認知度較高的是極端氣候事件、空氣污染加劇和水資源水質改變引發的健康風險。見表1。
2.3.3獲取知識途徑:依次為網絡(87.0%)、電視廣播(84.5%)、報紙書刊(79.6%)、會議培訓(34.6%)。
2.4影響正確認知因素將認知得分及格與否作為因變量,分別對性別、年齡、民族、文化程度、單位所屬系統、單位級別、職稱、工作年限、對氣候變化影響的自我感覺、是否參加過培訓、對氣候變化工作的重要性認識、是否主動獲取知識、是否參加過相關活動、是否愿意參與適應氣候變化的相關工作進行單因素logisitc回歸分析(等級變量以等級最低者設為參照組)。篩選出的變量為:對氣候變化影響的自我感覺、是否參加過培訓、對氣候變化工作的重要性認識、是否主動獲取知識、是否愿意參與相關工作。經多因素logisitc回歸分析,是否愿意參與相關工作、是否參加過培訓是影響因素,認為該工作具有一定的重要性是保護因素。
1.1氣候變化對園林設計形式的影響
氣候劇變導致的環境變化,特別是重要園林元素的變化,會使原有的園林設計形式失去了存在的可能性。例如,過去多水的地區現在由于缺水而不得不放棄設計大面積的水體;瞬時暴雨的增加使得園林需要解決洪澇災害所造成的影響;溫帶地區植物的季相變化隨著氣溫升高而消失,以及氣候變化所導致的園林所需特色植物的消失。
1.2氣候變化對園林設計內涵的影響
在以往,園林設計主要是與美學、文化、藝術相關聯,在氣候變化條件下,生態、環境在園林設計中所占比重越來越大,而且氣候變化所帶來的各種問題也將納入園林設計的內涵。面對氣候變化帶來的新環境,園林設計需要考慮如何適應它;面對氣候變化給城市和生態環境帶來的災難,園林設計需要考慮如何防止和縮減這些災難造成的損失EDAW的詹姆士•賽普斯(JamesSipes)和安妮•羅琳斯(AnneRollings)分析了卡特琳娜颶風的災難性后果、對人口的變化影響和重建的原則,并為重建提供了一個可持續性的分析模型。這與以往園林設計師的工作相比有了明顯的差異。另外,過去園林設計對氣候的作用只局限于對微氣候的調節和改善,但現在園林設計將需要應對氣候變化這個既是地方性又是全球性的問題。
1.3氣候變化對園林設計理念的影響
隨著人類在技術方面的不斷發展,人們似乎越來越具有和自然抗衡的能力。氣候變化危機使人們重新認識到大自然的力量。天人合一,設計結合自然,這些理念將得到重新評價。很多違背場地條件、忽視自然影響和氣候變化、破壞環境的景觀模式也將被限制和摒棄。園林設計將更加注重保護原生自然資源、減少開發對自然狀況的影響和恢復場地的自然機能。
2.園林設計應對氣候變化
中圖分類號 X24 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2012)06-0164-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.06.027
氣候變化問題、氣候變化及其不利影響所導致的現實或潛在的大量氣候移民已成為21世紀人類社會面臨的嚴峻挑戰,是現階段人類社會普遍關注的核心問題之一。隨著全球氣候模式的變化,全球氣候變暖確定性的增加已導致地球海洋洋流流向的變化,使得熱帶海洋表面氣溫不斷上升,全球海洋風暴持續時間延長、強度增加,海平面上升,荒漠化加劇,干旱、洪澇頻繁多發,氣候開始變得極端無常。極端而無常的氣候,催生了大量的“氣候移民”,他們因氣候變化、生態失衡、地質變異和環境污染等原因而受災不得不進行遷移。環境正義基金會主席史蒂夫·特倫特指出“氣候變化影響家庭、基礎設施、食物、水及人類健康,還將會導致史無前例的大規模人群遷移”[1]。據聯合國環境和人類安全組織、香港發展與救援NGO組織——香港樂施會等組織機構在2009年的預計,在1998-2007年間,全球每年受氣候災害影響的氣候難民人數約為2.43億人;2015年后氣候難民人數將達到3.75億人以上。目前,不少國家和地區的氣候難民已開始進行自發和有組織的氣候移民,世界上現在已有約2 600萬因為氣候變化而被迫遷徙的氣候移民,到2050年,全球估計將有2億人淪為“氣候移民”[2]。
氣候移民是人們應對氣候變化壓力的重要機制之一。關涉氣候移民的研究,早在萊文斯坦的遷移法則中就將不適宜的氣候、不公平的法律、重稅、不適宜的社會環境和經濟刺激等看作是造成人口遷移的主要因素[3]。美國地理學家Ellen Churchill Semple更是認為“尋找更好的土地、適宜的氣候和容易居住的環境是人們遷移的動機”[4]。盡管早期人們將氣候變化作為一種重要因素納入了對氣候移民的解釋和理解之中,但隨后就逐漸消失了,直到20世紀80年代末,才有一些關于氣候移民的理論著作問世。20世紀90年代初期,有關氣候移民規模的預測方逐漸為人們所認識。但由于早期關于氣候移民的研究和政策討論偏重于以未來為導向的警示性預測,而不是觀察分析遷移流,以致產生了兩種不同的觀點:自然科學家認為環境惡化和遷移之間存在內在聯系[5],社會科學家認為環境僅僅是影響人們遷移因素中的一種[6]。當前,有關氣候移民的爭議仍舊存在,但學科間的認識分異逐漸減少,環境科學家和人口學家都認為自然環境是遷移的動力因素,氣候變化對人口遷移的影響力逐漸凸顯,觀察或試驗研究逐漸取代預測,但其研究結果仍舊非常有限。
如何以已有研究為基礎,突破社會文化交叉法、經濟視角的牽絆,提升人們對氣候風險導致氣候移民問題嚴重性的認知,對氣候移民進行概念上的梳理與界定,類型上的歸類與劃分,剖析造成氣候移民問題的制約性因素,將氣候移民從經濟遷移大流中分離出來已是一個擺在世人面前不容回避的現實性、迫切性的重要議題,深刻認識把握這一全球性的社會現象,有助于人類與自然生態環境的和諧共存與可持續發展。
1 氣候變化的表現形式以及對人口遷移的影響1.1 氣候變化的表現形式
工業革命以來的人類活動,尤其是發達國家在工業化過程中大量消耗能源資源,導致大氣中溫室氣體濃度增加,引起全球氣候近50年來以變暖為主要特征的顯著變化,對全球自然生態系統產生了明顯影響,氣候變化現象怪異難料,沙塵暴、颶風、雪災、干旱、洪澇等氣候災害的能量與數量不斷升級,已對自然系統、生物系統和人類環境產生了較大影響,給人類社會的生存和發展已帶來嚴重挑戰,已成為人類最迫切需要關注與解決的問題。
基于聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)和《聯合國氣候變化框架公約》(UNFCCC)第一款對氣候變化的定義,并結合不斷變化發展著的社會現實,本文對氣候變化的概念定義為:氣候變化是指經過相當一段時間的觀察,自然氣候變化或人類活動直接或間接地改變全球大氣組成所導致的氣候在平均狀態統計學意義上的巨大改變或者持續較長一段時間(典型的為10年或更長)的氣候變動[7]。其原因或因于自然自身的演變歷程,或為外界條件使然,亦或是人為因素造成的大氣組成成分和自然資源利用的改變。如此,對氣候變化諸現象展開分析,既突出了氣候變化中的人為致因又可與主要由自然原因導致的氣候變率相區別。
總體看來,現階段氣候變化的主要表現形式主要有以下兩個方面:
中圖分類號 X32;F205 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2015)09-0008-05
doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2015.09.002
氣候變化已對我國的糧食安全、水安全、生態安全、能源安全、城鎮運行安全以及人民生命財產安全構成嚴重威脅,適應氣候變化任務繁重[1]。適應政策是政府為實現我國適應氣候變化目標制定的強制任務、行為準則、行動方式、步驟和措施的統稱,具體包括規劃、政策和法規等,是適應行動措施得以落實的重要保證[2-3]。自2007年國務院《國家應對氣候變化方案》以來,政府各部門相繼和實施一批適應氣候變化相關的政策與法規指導適應行動[4]。根據國際經驗,適應政策執行中需要開展監控和評估,以了解政策實施的進展和效果,加深對政策及其實施機制和障礙的認識,有利于及時加以調整或為今后政策制定和實施提供經驗借鑒[5]。
適應氣候變化政策評估可分為政策制定過程評估、政策組成要素完整性和合理性評估和實施效果評估。Preston等[7]對美國、英國和澳大利亞的57項適應氣候變化的政策組成要素完整性進行評估,發現沒有一項政策涵蓋了評估框架的全部評價要素,對非氣候因素、適應能力等的作用考慮不夠,政策平均評分為總分的37%。Lempert和Groves對美國Inland Empire公用事業局《城市水管理規劃》適應未來氣候變化的實施效果進行評估,并提出了規劃方案調整建議[8]。Hardee和Mutunga[9]評價了41個最不發達國家的《國家適應行動計劃》,發現其適應戰略不能很好地滿足發展需求。Bouwer[10]發現英國、意大利、西班牙、瑞典和波蘭在執行歐盟水框架中考慮氣候變化適應時政策設計和實施存在顯著差異。Biesbroek發現“國家適應戰略”在歐洲國家實施過程中面臨多層次治理和政策整合等困難 [11-12]。Urwin & Jordan通過以英國的農業、生態保護和水資源政策為例,指出現有跨部門適應政策需要考慮整合及協同問題[13]。以上開展的一系列的適應政策評估,對各國適應政策的制定、要素完整性和實施效果進行評估,深入的揭示了各國適應政策中存在的問題和不足。
本文首次嘗試系統地對我國現有的適應政策與行動進行梳理,通過統一的適應政策評估框架和方法,對國家和部門層面的適應政策進行半定量評估,旨在了解適應政策實施的進展和效果,加深對政策及其實施機制和障礙的認識,為今后政策制定和實施提出可供決策參考的建議。作為發展中大國以及易受氣候變化不利影響的脆弱國家之一,我國的適應經驗可為國際社會特別是其他發展中國家提供借鑒。
1 適應政策評估對象和方法
1.1 評估對象
根據2008年至2012年我國的《中國應對氣候變化的政策與行動》白皮書[4]、中國第二次國家信息通報[6]以及公布的政府文件[14]等,自2007年國務院《國家應對氣候變化方案》以來中國政府部門共適應氣候變化相關政策與法規117項,構成了我國適應氣候變化政策的基本框架,為我國適應氣候變化工作提供了重要基礎,為開展適應行動起到重要的指導作用。但117項適應氣候變化相關政策與法規中絕大多數為將適應氣候變化納入到部門、行業主流業務的“主流化”適應政策,而針對性指導部門和行業開展適應行動的“專門化”政策較少。從2007年以來,我國政府制定的適應氣候變化“專門化”政策共有8項(見表1),此類政策從應對氣候變化的角度出發,深入的指導、協調與部署國務院及其組成部門如何開展適應氣候變化業務,具有顯著的典型性和代表性,也是適應氣候變化政策評估的研究對象。
1.2 適應氣候變化政策評估進展與方法
鑒于我國適應政策制定的過程、執行效果相關信息的原始記錄保存、可獲得性等方面的因素,本文采用適應政策組成要素的完整性和合理性評估思路,采用Preston開發的適應政策組成要素評估框架[7]。將適應政策的制定劃分為4個階段,分別是目標設定、適應能力與資源評估、決策、實施與評估,并進一步細化為19個流程。基于適應政策制定的階段和流程,設計我國適應政策評估指標體系(見表2),并根據每個流程實現的情況評分(見表3)。
2 評估結果
根據適應政策要素組成評估框架,最高綜合評分為38分,最低綜合評分為0分。評估結果如下:
(1)適應氣候變化政策平均分為15.8分,約為總分的41.6%。最高為《國家適應氣候變化戰略》24分,最低為《海洋領域應對氣候變化工作方案》和《應對氣候變化對外合作管理辦法》7分(見圖1)。適應政策平均分不足總分的50%,說明政策組成元素缺項較多,仍有較大的改進空間;《應對氣候變化國家方案》、《適應氣候變化國家戰略》和《應對氣候變化科技發展專項規劃》得分較高,是由于政策組成元素較全面。而《海洋領域應對氣候變化工作方案》和《應對氣候變化對外合作管理辦法》側重具體工作部署,對適應能力和資源配置、決策的科學和社會基礎表述不足。
(2)從適應政策制定的四個階段來看,適應政策的目標設定平均為11.5分,適應能力與資源評估平均為2.6分,決策平均為6.6分,實施與評估平均為9.2分。適應政策目標設定清晰,實施的主體和機制明確。適應政策的主要短板是實現適應目標的資源配置不清楚,決策的科學基礎表述模糊(見圖2)。
(3)從適應政策制定的19個流程來看,適應目標或優先領域(O1)、與現有政策的一致性(D7)、主流化(D8)、適應政策傳達與推廣(I1)為12分以上。社會資本評估(A2)、非氣候因素(D3)評估為0分,自然資源評估(A3)、實物資本評估(A4)、清楚科學假設與不確定性(D5)為2分(見圖2)。突現出適應政策制定在自然資源評估、社會資本評估、實物資本評估、非氣候因素、科學假設與不確定等方面存在嚴重不足。
3 結 論
采用適應政策組成要素評估框架,對我國最有代表性的“專門化”適應氣候變化政策進行評價,認為我國適應政策平均評分為總分的41.6%,與美國、英國和澳大利亞的57項適應政策平均評分為總分的37%相當,整體處于相近水平。同時,揭示了我國適應氣候變化政策存在的問題:
(1)我國適應政策的目標清晰,但支撐落實的適應資源匹配不明確。適應目標設定較高,但與之對應的適應能力與適應資源匹配不明確;如現有適應政策僅提到適應氣候變化行動中人力資源的重要性、加強資金投入等,對適應行動所需的社會資本、自然資源和實物資本基本涉基本沒有涉及,使我國適應政策的實施面臨巨大的能力與資源的來源問題。
(2)我國適應政策決策重視利益相關方和影響評估基礎,但仍不完整。比較重視利益相關方參與,采用氣候因素評估的結果作為決策基礎,但忽視了對非氣候因素的評估,對當前氣候變化領域的科學假設和不確定性考慮不足;對氣候變化的影響相對重視,但對適應決策很關鍵的未來風險評估不足,使針對未來適應行動的科學基礎仍然較弱。
(3)適應政策推廣實施較好,但監督不足,適應成效評估較弱。適應政策向下傳達渠道明確,由省級政府和相關機構負責實施,實施機制相對較完善,但對適應政策實施過程的監督不足,只有《應對氣候變化國家方案》和《適應氣候變化國家戰略》有相對完整的實施與監督機制,多數沒有明確的監督機制表述。同時,現有政策對成效評估多數沒有明確的成效評估工作安排,需要進一步完善。
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中圖分類號:F1133文獻標識碼:A文章編號:16710169(2012)04000805進入21世紀,氣候變化已成為全球面臨的共同挑戰,世界各國正努力采取多種措施,以減少氣候變化對人類生存發展的威脅,推動低碳轉型和可持續發展。由于一直以來氣候變化議題都具有“全球性、政治性、長期性、不確定性”等顯著特點\[1\](P267-268),這使得應對氣候變化的國際協調格外復雜和艱難。作為應對氣候變化全球機制的重要平臺,氣候變化談判不僅事關全人類的命運,而且還與談判各方的經濟政治利益密切相關\[2\](P111-120)。然而,從哥本哈根到德班,全球應對氣候變化的談判形勢和輿論氛圍悄然生變,直接影響各國溫室氣體減排的政策取向和談判策略。本文在梳理德班氣候大會主要進展的基礎上,著重分析全球應對氣候變化的新情況、新動向,提出我國更好地參與國際氣候談判、增強應對氣候變化能力的對策建議,為構建適應氣候變化的國家戰略提供支撐。
一、“德班氣候大會”的主要進展
2011年底,第17屆聯合國氣候大會(以下簡稱“德班會議”)在南非德班召開。雖然會議期間出現了加拿大退出《京都議定書》等事件,但總體而言,與會各方表現出更為理智的態度和務實的談判策略,按照“巴厘路線圖”推動談判的意愿也比較清晰。經過反復磋商,德班會議取得了一定的積極進展。從中方的角度來看,德班會議的成果集中體現在以下方面:一是基本實現了“三個堅持”,即堅持《聯合國氣候變化公約》、《京都議定書》和“巴厘路線圖”,堅持雙軌制的談判模式,堅持“共同但有區別的責任”原則;二是對《京都議定書》的第二承諾期達成妥協,這無疑是發展中國家最為關心的問題;三是啟動綠色氣候基金,在減排資金安排上有所突破;四是在2010年坎昆協議的基礎上,進一步細化了減排技術、能力建設以及透明度等方面的機制。另外,德班會議還對2020年后進一步加強《氣候變化公約》的實施進行了深入討論,并設定了相關進程。然而,德班會議也有不盡如人意之處。會議未能全部完成“巴厘路線圖”的談判,坎昆協議和德班會議成果的落實也尚需時日,而發達國家自身減排以及向發展中國家提供資金和技術轉讓的政治意愿仍明顯不足,這成為影響應對氣候變化全球合作的主要障礙。
同時,回顧過去20多年來的談判歷程可以發現,聯合國氣候變化談判一直是步履蹣跚,各方矛盾和紛爭不斷,談判主導權爭奪激烈。由于約束力有限,一些通過反復討價還價艱難達成的減排方案在各國執行過程中大打折扣。在談判機制和模式上,發達國家力推“并軌”,以在國際氣候談判中最終達成單一的協議,進而使發展中國家承擔更多的減排責任,而發展中國家則堅持“”談判,堅守“巴厘路線圖”的原則\[3\](P9-16)。這表明現有應對氣候變化的全球機制越來越顯現其局限性,迫切需要創新談判機制,以推動氣候變化談判取得實質性進展。如何破解歐盟、美國、日本等主要發達國家之間及其與三個發展最快的新興經濟體——中國、巴西、印度之間的利益糾葛,避免國際氣候變化談判淪為國際政治新格局的博弈工具,是未來應對氣候變化全球機制創新的核心和關鍵所在。
盡管德班會議及其取得的成果對維護現行的應對氣候變化全球機制具有積極作用,但在歐債危機、“頁巖氣革命”、“棄核風潮”等因素的影響下,全球特別是發達國家應對氣候變化及溫室氣體減排的整體氛圍發生了一些微妙的變化。值得注意的是,與哥本哈根會議前后的“喧囂與鼓噪”相比,“氣候變化”的話題不再熱得燙手,而是似有轉冷的跡象。在法國等主要發達國家,有關德班會議的報道很少見諸主要媒體,這與哥本哈根會議形成了鮮明對比,一些科學家和政治家將氣候變暖由一個邊緣概念變為全球主流共識的努力似乎正面臨新的挑戰和質疑\[4\](P36-37)。碳捕獲與封存技術(CCS)應用前景不明朗、相關研究資助力度減弱、公眾關注度下降等因素,使未來應對氣候變化的形勢更加錯綜復雜,全球減排資金機制和技術應用的不確定性加劇。
中圖分類號:F206 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0169(2014)01-0041-06
氣候變化是當前國際社會普遍關注的全球化重大問題。許多觀測資料表明,地球正在經歷以全球氣候變暖和極端氣候事件頻率/強度增加為主要特征的氣候變化問題。氣候變化正成為~種緩慢發生的災害,給人類社會帶來嚴重影響,其潛在損失給世界各國提出了適應氣候變化的要求。
有關氣候變化影響的研究,主要集中在由氣候變化帶來的一般性物理影響,包括作物生長和蟲害、徑流量及水資源短缺、疾病與健康、生態系統、動物遷移等。對能源系統與氣候變化之間的關系,更多的研究關注“能源消費對GHG排放及氣候變化問題”,而對能源部門的氣候變化易損性研究并不多,且大多僅著眼于能源系統一個方面。從能源供應鏈不同層次的視角,Schaeffer等對目前能源系統的氣候變化易損性問題進行了總結和歸納;Mideksa等綜述了氣候變化對電力市場的影響;從區域的視角,Wil-banks研究了氣候變化對美國能源生產和使用的影響;Ebinger歸納了能源部門適應氣候變化影響的若干關鍵問題;Yau等則綜述了氣候變化對熱帶地區商業建筑和技術服務的影響。
本文以氣候變化對能源系統的影響為主題,對近十幾年來的最新國際文獻進行全面的綜述及展望。在闡述主流研究問題的同時,歸納比較了其中的關鍵研究方法及各自優缺點。最后根據目前研究的特點,提出了可能的發展方向。
一、氣候變化對能源需求側的影響研究
氣候變化對能源需求端影響的研究廣泛關注氣溫變化對建筑/居民部門能源需求,尤其是電力需求。這是因為,氣溫升高趨勢導致冬季更為舒適而夏季更為不適,進而使取暖需求降低,制冷需求增加,取暖制冷又大多由電力支撐。McGilligan等指出建筑部門是容易受到氣候變化尤其是全球變暖挑戰的部門。IPCC第三次評估報告將氣候變化對建筑部門的影響總結為“電力需求增加,而能源供給可靠性降低”。
許多學者針對不同國家、地區,探討了氣候變化/CO2濃度增加對能源需求/消費的影響,其中大多數研究針對取暖制冷能源需求。如Bhartendu等用回歸方法估算了在大氣中CO2濃度增加一倍情景下,美國安大略省的冬季取暖和夏季制冷帶來的能源需求變化。Baxter等采用能源終端利用模型估計了到2010年全球變暖的兩種情景下,美國加利福尼亞州的能源消費和用能峰值變動情況。Ruth等綜合氣候因素和社會經濟因素,研究了氣候變化對美國馬里蘭州能源需求的影響,并依據HadCM2提供的溫度情景進行預測,指出經濟因素的影響要大于氣候因素。Mirasgedis等利用PRECIS(Providing RegionalClimates for Impacts Studies)模型得到氣候參數情景,進一步建立了希臘氣候變化對電力需求的影響模型,并用模型預測未來氣候情景下電力需求的變化口婦(如表1所示)。
從表1中可以看出,氣候變化對能源需求影響的研究結果差異較大,主要是因為:(1)研究對象的不同;(2)研究方法的區別;(3)預測情景的選取不同。這說明,為了解氣候變化對一個國家或地區能源需求的影響,不能直接挪用其他國家或地區的研究結論,而應該采用合適的研究方法并根據預設的氣候變化情景開展特定國家或地區的研究。
二、氣候變化對能源供給側的影響研究
氣候變化對能源供給端的影響研究中,大多是圍繞可再生能源的開發利用,主要研究由氣候因子變化所造成的能源資源稟賦以及生產能力的改變??稍偕茉瓷a受氣候條件影響比化石能源更大,因為這種“能源”與全球能量守恒及所導致的大氣流動柏關心。因此,未來全球氣候變化將對可再生能源供給產生較大影響。
Pasicko等研究了氣候變化對克羅地亞太陽能、風能和水能的影響,其氣候情景數據來自全球氣候模型ECHAM5-MPIOM和區域動態降尺度氣候模型RegCM,在IPCC未來氣候情景A2(2011-2040和2041-2070)基礎上得比結論:氣候變化對克羅地亞沿海及瀕臨區域可再生能源的影響最大,其巾第一階段風速預計增加20%,將使風力發電增產一倍,對光伏發電的影響為中性,2050年以后水電生產預計將減產10%。Pryor等綜述了氣候變化對風能的影響,并得出結論:有時氣候變遷可能會使風能產業受益,有時則對風能發展有負面影響,具體地,(1)對風力資源(風力強度和風力資源變化)的影響;(2)對風力農場運營維護及渦輪設計的影響,包括極端風速/狂風、冰凍、海面結冰/永動等因素的影響。
巴西的能源供給很大程度上依賴于可再生能源資源,2007年可再生能源占總能源生產的47%,所以巴西可再生能源的氣候變化易損性問題引起較多關注。De Lucena等分析了在一系列長期氣候預測排放情景下(IPCC的A2和H2),巴西水電生產和液態生物燃料生產的易損性,結果表明最貧窮地區的能源易損性逐漸增大,生物燃料(尤其是生物柴油)和電力生產(尤其是水電)將受到負面影響。他們還通過模擬IPCC的A2和B2情景下的風力條件,分析了全球氣候變化對巴西風力發電潛力的可能影響。其中,巴西的降尺度風力預測數據源自由Hadley中心開發的PRECIS模型。
三、現有研究方法
很大比例的研究均涉及以不同氣候情景來分析能源供需的變化。因此,下面分別就氣候情景預測方法和供需影響評估研究方法來論述現有的關鍵研究方法。
(一)氣候情景預測方法
目前IPCC氣候情景是應用最為廣泛也較為權威的溫室氣體排放及氣候變化情景。IPCC致力于開發大氣海洋一般循環模型(General Circulation Model,GCM),可以預測較高精度的5*5經緯度格點氣候模式,主要包括英國的HadCM3、美國的PCM、加拿大的CGCM2。IPCC根據不同的社會、人口、環境、技術和經濟發展軌跡,開發了四組全球范圍內的排放預測情景(如表2所示)。
由于氣候變化對能源的影響研究基本上集中于局部區域或城市尺度,非全球尺度,而IPCC提供的預測情景難以直接應用手微觀區域范圍,因此,需要得到降尺度的氣候情景。從現在文獻來看,降尺度氣候變化情景預測方法大致可以分為兩類;動態降尺度方法和統計降尺度方法。其中,動態降尺度方法主要指的是應用區域氣候模型(Regional Climate Model,RCM)來分解氣候情景,如美國的NARCCAP項目,歐洲的PRUDENCE和ENSEMBLES模型。統計降尺度方法則主要是通過運用大尺度氣候資料和局部區域氣候變量間的實證關系函數,推測區域未來氣候情景。動態降尺度在理論上優于統計降尺度,并且即使無法獲取區域地表觀測變量,也可以應用于任何區域地點,但缺點是計算量大且對計算機的要求很高。統計(實證)降尺度方法不需要諸如地標山川、粗略地圖等額外數據,但需要氣候原地數據,相對RCM來講,計算成本小。
(二)供需影響評估研究方法
從目前文獻來看,評估氣候變化對能源供需影響的研究方法大致包括三類:熱平衡模擬法、度日回歸的計量方法和能源生產仿真模型。
1.熱平衡模擬法。熱平衡模擬法以能量平衡和熱傳導為基礎,建筑物參數(窗體材料等)、住戶參數以及氣候參數為主要指標,用仿真軟件來模擬天氣變化對建筑物熱量收支及能耗的影響。如Roetzel等用建筑模擬軟件EnergyPlus,模擬了希臘雅典不同的建筑設計方案和居住人數情景下,IPCC氣候變化A2情景(2020,2050,2080)對單元辦公室舒適度和能源消費的影響。Xu等利用降尺度的GCM氣候數據預測了2040、2070、2100年加利福尼亞建筑能源消費,研究發現:制冷技術條件若保持不變,在IPCC最差的碳排放情景(A1F1)下,加利福尼亞一些地區未來100年制冷用電將增加50%;在IPCC最可能情景(A2)下,制冷電耗將增加25%。仿真軟件是EnergyPlus和DOE-2.1E,模擬方案包括16種不同的商業建筑原型。熱平衡模擬法的優點在于不需要詳盡的能源消費或能源需求的實地數據,減輕了數據收集負擔。但其缺點是軟件內部參數較多,模擬較為復雜,系統性差,仿真結果與實際建筑能效結果可能出現不一致。
2.度日回歸的計量方法?;诙热眨ɡ涠热蘸团热眨┲笜说挠嬃拷洕鷮W回歸方法是氣候對能源需求側的影響評價研究中最常采用的研究方法類型,這方面的研究始于1980年代后期。度日是研究氣溫與能源消費之間關系時最常用到的一種時間溫度指標,是指日平均溫度與規定的基準溫度間的實際離差。為了研究方便,度日又分為:采暖供熱度日(Heating Degree Day,HDD,簡稱熱度日)和制冷降溫度日(Cooling Degree Day,CDD,簡稱冷度日)。凡是平均溫度低于基礎溫度的均計入熱度日數,而高于基準溫度的均計入冷度日數。基準溫度由人為設定,一般取18℃作為人體最舒適溫度。將冷度日和暖度日作為回歸元引入能源供需回歸模型中,即為最常見的度日回歸的計量方法。度日計量回歸模型由于方法簡單、適用性強、結果穩健等得到廣泛應用,但其缺點在于需要收集大量的時間序列數據作為變量條件。
3.能源生產仿真模型。能源生產仿真模型主要用于氣候變化對可再生能源生產影響的研究中,一般將氣候因子變量作為原始輸入變量,進而利用降尺度方法得到對機組運行起作用的有效氣候因子,最后由產量仿真模型進行模擬。如De Lucena等胡在分析巴西水電生產和液態生物燃料生產的氣候變化易損性時運用了能源生產仿真模型。首先,由大尺度GCM模型預測得到目標年的天然降雨量,然后用統計降尺度方法ARMAl2季節調整模型預測得到局部盆地詳細的水流量信息,兩者結合預測水電機組注入水流量,最后以此作為輸入變量輸入到能源生產仿真模型來預測水電產量。
四、當前研究特點及未來發展方向
(一)供需預測研究中存在較多的不確定性問題
由于氣候變化是較長期的影響和反應過程,考慮氣候變化影響的能源供需預測研究的預測范圍大多是幾十年甚至上百年。不同的氣候情景直接影響預測結果,而未來溫室氣體排放總量、大氣溫室氣體濃度和全球氣候變化均存在較高的不確定性,這直接導致能源供需的長期預測結果同樣存在不確定性。例如,水電生產取決于水流量和全年不同時間的變化,長期趨勢預測不會捕捉到這樣詳細的信息。此外,能源生產與使用除受氣候變化的影響外,還會受眾多其他因素的影響,如經濟增長模式、土地利用、人口增長、技術水平、社會和文化差異等。因此,目前氣候變化對能源系統影響的預測研究還僅僅是方向性和趨勢性的情景分析,而非準確的預測結果,更加確定性的預測是未來研究中的重要問題。
(二)氣候變化影響研究較多,適應性研究較少
中圖分類號:X171.4文獻標識碼:A
一、氣候變化的原因
氣候變化的定義。氣候變化一般是指長期氣候狀態在統計學意義上的重大變化或持續時間較長的氣候變動,它不但包括平均值的變化,而且也包括變化率的變動。通常是由不同時期的溫度和降水量等氣候重要因素來統計對比而得出的結論,對比的離差值越大,就表明近些年氣候變化幅度越大,氣候就越不穩定。而氣候變化很明顯的表現就是全球氣候變暖,今日的地球比過去兩千年都要熱。
(一)氣候變化的人為因素
全球科學家一致認為:氣候變化有百分之九十的可能是人類的責任,人類今日對大自然的改造已經超出自然的承受能力。這些人為因素主要是由于人類的工業革命,工業革命雖然漸漸地解放了人類的雙手,但為人類提供了破壞自然的工具,特別是發達國家工業化生產所產生的影響。燃燒化石燃料、毀林造田、砍伐植被等人類活動引起溫室氣體的濃度大量上升,溫室效應增強,進而引起全球氣候變暖。據有關權威部門統計,自十八世紀五十年代以來,全球二氧化碳累計排放量已經達到一萬多億噸,其中的百分是八十都是來自發達國家。另一方面,由于對森林的亂砍亂伐,大量開荒造田,建設房屋,這樣就破壞了植被,減少了將二氧化碳固定轉化成有機物的機會。再加上人類對水資源的大量開采應用,地面水資源面積逐漸減小,降雨量大大降低,也會減少了溶解二氧化碳的機會,打破了大自然二氧化碳轉化的動態平衡,消耗小于產生,這樣進一步讓溫室氣體增加,最終二氧化碳在大氣層內形成溫室效應,阻止熱量反射回去,造成氣候變暖。
(二)氣候變化的自然因素
氣候變化也是一種自然現象,自然萬物發展自有其規律。引起氣候變化的主要自然因素有太陽輻射、地球構造、大氣環流、氣候自身系統震蕩、火山爆發等,這些因素都是氣候變化的主要因素,而且不管人類是否影響這些都是客觀存在的。
二、氣候變化與水保生態建設
(一)水保生態建設的必要性。我國作為最大的發展中國家,極端氣候頻繁發生在我國產生嚴重的影響。長期制約著我們生活條件的改善,和社會經濟的發展,并給我國的水資源、自然環境、糧食安全等方面產生很多的影響。水是生命之源,土是萬物生靈之本。有了水土就有了植被,植被對碳有固定作用,可以減少溫室氣體。因此為了積極應對氣候的進一步惡略變化,就要搞好水土保持生態建設這一歷史任務。
(二)水土保持生態建設對策
1、政府采取適當的宏觀調控
為了滿足社會經濟發展需要,和生態建設的需求,目前,我國政府已經制定并開始實施了一系列相關政策,為實現社會與自然和諧發展打下了良好的基礎;但是由于這些政策和法律還不夠完善存在很多的空白,為了進一步完善現有的水土保護機制,我們還要采取跟多的生態建設計劃和規定。加大政府對水土保護的重視程度,重點治理水土流失問題,并協調各方面水利工作,以防止水土流失的問題進一步嚴峻。
2、引用先進技術改善環境
科技是第一生產能力,而在治理水土流失的過程中,適時的引進先進的科學技術更有利于環境的改善。例如先進的耕種技術、生物工程,提高植被的生長速度,改善耕地條件,逐漸的提高森林覆蓋率,增加固土能力,提高土地的含水量。從而減少水土的流失,逐漸恢復生態穩定。
3、建設可持續發展保護水土模式
要建立可持續發展的保護模式,需要構建一個應對水土流失的聯合體,主要包括農、林、牧、漁業等的優勢互補,構建一個全方位、系統的有效循環模式。在不同地區還要有不同的應對方法,在缺水地區要限制高水耗產業,并壓縮水稻面積,擴大蓄水面積,修建水壩,保障上下游水資源平衡、山前山后地下水供給,鼓勵雨水和微咸水的收集和轉化應用。在水充足地區積極地保護綠洲采取有利措施減少生態水流失,建設經濟調水工程均衡供水平衡。此外采用更高的技術提高城市污水處理的效率,把每一滴水都充分應用起來。還要控制地下水的開采力度,報地下水位的提升速度與人類開采速度基本平衡。
4、增強水土保護意識
大自然孕育了人類,人類卻反過來讓自然傷痕累累。要知道人類只有一個地球,土地資源是整個生態圈生生不息的根本動力,它養育人類為花草植被的生長提供養分,并發揮著吸碳固碳的重要作用。所以應對氣候的變化,首先每個人都要樹立保護水土資源的意識,二要樹立“低碳減排,人人有責”的觀念,三要充分認識到水土保護的過程和日常簡單的措施。這些任務艱巨而又長期,所以一定要從點滴做起,持之以恒才能見到成效。
結語
氣候變化引起了氣溫變暖、降水量忽高忽低波動較大等問題已經給全球的生態建設和全球的生態安全帶來影響。然而氣候條件是相對穩定的,具有宏觀可調控的規律。認識氣候變化的規律,對我們的水土保持工作是十分重要的。此外水土保持工作還要充分考慮到氣象的因素,提高對氣象因素的重視程度。同時積極的采取措施趨利避害,發展循環經濟,促進經濟與自然協調發展,建設家園美好明天。
參考文獻:
近些年來,隨著極端氣候出現的頻率越來越高,氣候變化問題已經成為世界各國及社會公眾最普遍關注的環境問題之一。由于自然循環和地球氣候系統的擾動,引起水分循環的變化,從而引起水資源在時空上的重新分布以及水資源數量的改變,最終對社會經濟與世界各國的發展產生深刻的影響。研究氣候變化問題不但對氣候對水文系統的影響和建立大氣環流模型與水文模型的耦合有幫助,而且對未來水資源系統的運行管理、開發利用及規劃設計具有重要意義。
1 氣候變化對水文學的影響分析
通過降水變化和溫度兩個要素對各主要水文要素產生影響,氣候變化主要是依靠這兩個方面來影響至區域水文系統。
1.1 降水。降水是一切水資源的總來源。由此便會引發部分地區發生暴雨和干旱,從而導致蒸發和降水的增加,氣溫的升高會導致水文循環愈加激烈。
1.2 蒸發。實際情況下,蒸發還受其它因素的影響。通常情況下,當其它條件沒有太大變化,氣溫升高將導致區域潛在蒸發增加。
1.3 徑流。徑流是氣候變化中水文水資源系統響應研究的重點。
1.4 土壤水分。在氣候變化下,含量受到影響而改變現有的時空分布規律,土壤水分影響著區域蒸發和徑流的形成,在溫帶地區,降水變化對土壤水分的影響相對較小。氣候變化下,土壤水分的響應程度低于徑流的響應程度。土壤水分的變化百分率比降水的變化百分率更大,但大多是集中于干旱流域。
氣候變化對水文系統有非常大的影響,而在傳統研究水文學時,僅僅是從降水開始以后加入研究,到流域出口斷面;同樣氣象學家的研究對象也是到降水時止。這樣便割裂了水的循環,忽視了氣候-水文之間的相互作用。決定氣候變化因子不僅僅是大氣內部的過程,還有各種物理化學過程,包括下邊界(陸地水文- 生態、海洋系統)和大氣上邊界(太陽行星系統)等等。
正確認識氣候-水文的相互作用,對我們進行水文設計、開發利用和運行管理有重大意義。以往在陸地水文循環與氣候系統間存在一個誤區,這就是氣候學者較少研究流域水文循環動力機制與反饋作用,氣候/ 天氣過程研究僅僅到降水為止,把陸地水文過程看作是靜態的,水利(水資源) 工程設計:要求的水文計算,未來被看作是過去的重復或外延。這種假定值得商榷。都是以幾十年-幾百年時間尺度的水文過程穩定不變為前提。
下面以長江中下游地區為例,簡要說明流域洪水頻率的變化。
南京下關水文站自1912年到1991年70年水位資料中(缺失1938-1946年資料),其中9.0m以上水位在1940年以前只有一次,1941年到1960年二十年間有2次,而1960-1991年三十年來已發生7次。
如果根據1912年至1991年70年最高水位資料分成一段及三段分別推算各段水位出現頻率,結果見下表。
由此可見,近年最高水位的統計特性有顯著的變化,最高水位的出現也越來越頻繁。盡管流域的下墊面條件發生很大改變是呈現這一現象的原因之一,但是近年來溫度的升高無疑也是影響水位變化的重要因素,而且這種影響會越來越顯著。
據有專家分析,長江中下游地區在21世紀中后期由于受到溫室效應影響,氣溫在各種排放情景下都將持續增加,其中21世紀中期的年平均溫度將增加1.8-2.8℃,到21世紀末,增加值會達到3.1℃-4.3℃。氣溫的升高使得降水量也顯著增加。陳玲飛,王紅亞在《中國小流域徑流對氣候變化的敏感性分析》中根據模型計算得到,長江中下游地區氣溫每升高1℃、2℃,降水量增加4.1%、8.4%。
2 建立基于GCMs的流域水文模型
在全球氣候變暖的大背景條件下,全球的降水量分布必然發生改變,有些地區降水量增加,有些地區降水量減少,因此建立研究可靠穩定的氣象/水文模型將是未來水文學發展的前沿。
在水文設計中,一般根據水文資料來建立適合本流域的水文模型,然后根據設計情況的降水來推求洪水過程,繼而對本流域提出相應的對策措施。同樣,水文氣象模型的建立也可以遵循這樣幾個步驟:其中水文模型的建立與未來氣候變化情景的生成是關鍵。
2.1 設計或選定未來氣候變化情景。
2.2 計算分析區域水文循環過程及水文變量,以選定的未來氣候變化情景作為模型輸入。
2.3 選擇、建立及驗證流域水文模型。
2.4 根據水文水資源的變化規律和影響程度,評價氣候變化對水文水資源的影響,提出相適應的對策和措施。
目前,生成未來氣候變化情景的方法有任意情景設置、長系列水文氣象資料的統計相關法和基于GCMs 輸出等3種基本方法。選擇和使用區域水文模型來評價氣候變化對水文水資源的影響時,應考慮下列幾個因素:模型的內在精度;模型率定和參數變化;現有的資料及其精度;模型的通用性和適用性;以及與GCMs的兼容性。目前,用于估算區域水文水資源對氣候變化響應的水文模型主要有以下三大類:經驗統計模型、概念性水文模型、分布式水文模型。
3 存在問題
基于GCMs的水文模型,存在以下不足:①研究內容主要集中在氣候變化對流域徑流平均變化的影響上,而有關氣候變化對水文極端事件的影響研究相對薄弱。②GCMs的輸出結果和水文模型耦合的研究法存在不足。主要存在由陸面水溫的降水與徑流過程都存在很強的次網格不均勻性產生的精度問題,已經缺乏對水文物理過程和大氣系統內部變化等的深刻認識,氣候情景的生成、水文模型的結構以及GCMs與水文模型在不同時空尺度的轉化等方面的不確定性因素而引發的不確定性問題。③模型的單向性問題,此氣候模型輸出的產品驅動流域水文模型,水文模型給出水文要素變化,而模型輸入僅僅只有生成的氣候情境,是一種被動式接受的反響型模型,此法并未體現水文過程-大氣相互作用互為反饋的功能,缺乏真正的水文模型與氣候模型的耦合研究。
4 結語
隨著計算機和觀測技術的快速發展,人們對全球氣候和區域氣候的研究更深入,通過新模型的建立和預測,氣候變化對水文學的影響研究更加完善。
參考文獻:
[1]陳濤.中國網民關于氣候變化的認知狀況調查[J].價值工程, 2011(32)
雖然目前關于氣候變化的預測還存在著很多不確定性[1],其預測的結果也不一定準確,但是現有大量證據已表明:由于人類活動的影響,大氣中二氧化碳濃度已由工業革命前的 280μmol/mol 增加到 90 年代初期的 350μmol/mol[2、3],與此相對應,地球表面的年平均溫度在一個多世紀以來也上升了 0.6℃[4]。因此,人類活動所引起的溫室效應在不斷加強是毋庸置疑的。許多科學家堅信:即使以目前 co2 排放的速率計算,到本世紀中后期,大氣中二氧化碳濃度將倍增[4~6],因此,在未來的一百年中全球氣候格局將發生變化基本上是可以肯定的。目前,雖然各種大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候變化預測的量上不盡相同,但其所預測的未來氣候變化的總體趨勢基本趨于一致[7]??v觀現有對大氣中二氧化碳濃度倍增后有關未來氣候變化的預測結果,可歸結為以下幾點:①全球平均氣溫將升高 1.5~4.5℃,全球氣候帶將向極地方向發生一定程度的位移;②最低溫度的增幅比最高溫度的增幅大,夜晚溫度的增幅比白天溫度的增幅大,冬季增溫比夏季增溫明顯;③全球降雨量總體上有所增加,但全球降雨的格局將發生改變,降雨量可能因不同的地區和不同的季節而有很大的區別(如沿海地區的降雨將增加,而內陸地區的降雨則不變甚至減少);④由于蒸散作用所損失的水分遠大于降雨增加的量,因此中緯度內陸地區的夏季干旱將明顯增加[7]。由于未來氣候的變化可能將對全球的生態環境、社會和經濟等產生巨大的影響,這是人們對氣候變化密切關注的主要原因。
森林生態系統是地球陸地生態系統的主體,它具有很高的生物生產力和生物量以及豐富的生物多樣性。目前,雖然全球森林面積僅占地球陸地面積的約 26%,但是其碳儲量占整個陸地植被碳儲量的 80% 以上,而且森林每年的碳固定量約占整個陸地生物碳固定量的 2/3[8],因此,森林在維護全球碳平衡中具有重大的作用。此外,森林還為人類社會的生產活動以及人類的生活提供豐富的資源;在維護區域性氣候和保護區域生態環境(如防止水土流失)等方面,森林也有著很大的貢獻,所以,森林在維系地球生命系統的平衡中具有不可替代的作用。由于森林與氣候之間存在著密切的關系,氣候的變化將不可避免地對森林產生一定程度的影響。反過來,因全球森林生態系統是一個巨大的碳庫,受氣候變化的影響,它對大氣中的 co2 起著源或匯的作用,從而進一步加強或抵消未來氣候的變化。因此,未來氣候的變化對森林的影響及森林對氣候的反饋作用已引起人們極大的關注,并進行了大量的研究[7~9、13]。人們通過氣室實驗和模型模擬,在時間尺度上從幾天到幾世紀及在空間尺度上從葉片到個體、種群、群落、生態系統、景觀、區域及全球等各個層次來闡述氣候變化對樹木生理、物種組成和遷移、森林生產力以及物種和植被分布等多方面的影響。
1 全球氣候變化對森林生態系統結構和物種組成的影響
森林生態系統的結構和物種組成是系統穩定性的基礎,生態系統的結構越復雜、物種越豐富,則系統表現出良好的穩定性,其抗干擾能力越強;反之,其結構簡單、種類單調,則系統的穩定性差,抗干擾能力相對較弱。千萬年來,不同的物種為了適應不同的環境條件而形成了其各自獨特的生理和生態特征,從而形成現有不同森林生態系統的結構和物種組成。由于原有系統中不同的樹木物種及其不同的年齡階段對 co2 濃度上升及由此引起的氣候變化的響應存在著很大的差別。因此,氣候變化將強烈地改變森林生態系統的結構和物種組成。氣候變化可能通過以下途徑使森林物種組成和結構發生改變。
(1)溫度脅迫:溫度是物種分布的主要限制因子之一,高溫限制了北方物種分布的南界,而低溫則是熱帶和亞熱帶物種向北分布的限制因素。在未來氣候變化的預測中,全球平均溫度將升高,尤其是冬季低溫的升高,這對于一些嗜冷物種來說無疑是一個災害,因為這種變化打破了它們原有的休眠節律,使其生長受到抑制;但對于嗜溫性物種來說則非常有利,溫度升高不僅使它們本身無需忍受漫長而寒冷的冬季,而且有利于其種子的萌發,使它們演替更新的速度加快,競爭能力提高。
(2)水分脅迫:雖然現有大氣環流模型預測全球降雨量將有所增加,但是由于地區和季節的不同而存在很大的差別。例如預測的結果還表明,在中緯度內陸地區其降雨會相對
減少尤其是在夏季,在一些熱帶地區其干旱季節也將延長。此外,氣溫升高也將導致地面蒸散作用增加,使土壤含水量減少,植物在其生長季節中水分嚴重虧損,從而使其生長受到抑制,甚至出現落葉及頂梢枯死等現象而導致衰亡。但是對于一些耐旱能力強的物種(如一些旱性灌叢)來說,這種變化將會使它們在物種間的競爭中處于有利的地位,從而得以大量地繁殖和入侵。
(3)物候變化:冬季和早春溫度的升高還會使春季提前到來,從而影響到植物的物候,使它們提前開花放葉,這將對那些在早春完成其生活史的林下植物產生不利的影響,甚至有可能使其無法完成生命周期而導致滅亡,從而導致森林生態系統的結構和物種組成的改變。
(4)日照和光強的變化:日照時數和光照強度的增加,將有利于陽性植物的生長和繁育,但對于耐陰性植物來說,其生長將受到嚴重的抑制,尤其是其后代的繁育和更新將受到強烈的影響。
(5)有害物種的入侵:有害物種往往有較強的適應能力,它們更能適應強烈變化的環境條件而處于有利地位。因此,氣候變化的結果可能使它們更容易侵入到各個生態系統中,從而改變由于系統的種類組成和結構。此外,氣候變化還將通過改變樹木的生理生態特性(如氣孔的大小和密度、葉面積指數等)和生物地球化學循環等途徑對不同物種產生影響。而不同物種的耐性、繁殖能力和遷移能力在新系統的形成中也起著重要的作用??傊?,氣候變化對森林生態系統的結構和物種組成的影響是各個因素綜合作用的結果。它將使一些物種退出原有的森林生態系統中,而一些新的物種則入侵到原有的系統中,從而改變了原有森林生態系統的結構和物種組成。這些影響對不同森林生態系統之間的過渡區域可能尤為嚴重。
2 全球氣候變化對物種和森林類型分布的影響
氣候是決定森林類型(或物種)分布的主要因素,影響森林生態系統特點和分布的兩個最為顯著的氣候因子是溫度的總量和變量以及降雨量。植被(物種)分布規律與氣候之間的關系早就被人們所認知,并由此而提出一系列氣候—植被分類系統(如 holdridge 生命帶、thorn thwaite水分平衡及 kira 溫暖指數和寒冷指數等)。當前,人們正是基于氣候與植被(或物種)間的關系來描繪未來氣候變化下物種和森林分布的情形。而另一個有利于氣候變化對物種和森林分布影響的證據是來自于全新世大暖期物種的遷移和滅絕,但是,與全新世相比,未來全球溫度升高的速率更大,全球自然景觀也因人類活動的影響而發生了巨大的變化,因此,未來氣候變化將給物種和森林的分布帶來更為嚴重的影響。目前,大多數有關氣候變化對森林類型分布影響的預測都是根據模擬所預測的未來氣候情形下森林類型分布圖與現有氣候條件下森林分布圖的比較而得到,其結果都認為各森林類型將發生大范圍的轉移[13~16]。例如 smith 等人[13]利用 holdridge 模型,根據 gcms 對氣候變化的估測結果來預測未來植被分布的變化,他們發現森林類型的分布將發生相當大的轉移,例如北方森林轉化為寒溫帶森林、寒溫帶森林轉化為暖溫帶森林等,寒溫帶和熱帶森林的面積趨于增加,北方森林、暖溫帶森林和亞熱帶森林的面積則將減少。neilson[17] 同樣發現森林覆蓋的顯著轉移。然而需要指出的是這僅僅考慮了氣候因素對森林分布的影響,而其它環境因子在森林的分布中實際上也起著很大的作用;此外,他們通常把某一森林類型作為一個整體(如溫帶森林等),而且認為它與氣候之間是一種平衡關系,但實際情況并非如此。因為不同物種對氣候變化的響應以及遷移能力等差異很大,因此,森林類型的轉移(如從北方森林轉化為寒溫帶森林)在很大程度上取決于不同物種通過景觀的運動和新物種侵入現有群落中的能力。對于大多數物種來說,其遷移的時間尺度或許是幾個世紀[18]。
由于在不同的區域其未來氣候變化的情形不一致,而不同的森林類型也有其獨特的結構和功能等特點,因此,氣候變化對各個森林類型的影響是不同的。
(1)熱帶森林生態系統:一般認為,隨著全球氣候變暖,熱帶雨林的更新將加快??傮w上,熱帶雨林將侵入到目前的亞熱帶或溫帶地區,雨林面積將有所增加,如李霞等[16]對我國植被在不同氣候變化條件下(溫度升高 4℃,降雨增加 10%;溫度升高 4℃,降雨不變及溫度升高 4℃,降雨減少 10%3 種情況)的模擬預測認為:全球氣候變化后,我國熱帶雨林的面積將顯著增加。但是有些地區降雨的減少也可能加速季雨林和干旱森林向熱帶稀樹草原 (sava na)的轉變。此外,從對環境變化的適應性來看,熱帶森林比溫帶森林更嬌氣一些,它的生長與水分的可利用性和季節性關系更為密切,所以熱帶森林在其干旱的邊緣地帶被草地或稀樹草原的吞食以及周圍村落等人為活動等影響下,可能會變得
比較脆弱。全球氣候變暖的模式表明:濕熱帶區域的平均氣溫上升比中、高緯度地區要小,一般只有 1~2℃,但降雨量可能增加較多,降雨過多,土壤積水,就要限制濕熱帶許多森林的生長。此外,不按季節的降雨,會使大多數樹木不落葉,地面的枯枝落葉層不能形成,節肢動物,如蜈蚣、甲蟲等因缺乏棲息生境和食物而大量減少,由此影響到生物鏈上的一系列物種,進而影響整個森林生態系統的物質流、能量流,使原本復雜多樣的森林生態系統失穩、簡單化,直至構成一個更為脆弱的新平衡體系。此外,隨全球變暖而增加的熱帶風暴對熱帶森林的結構和組成以及分布也將產生重大的影響。
(2)溫帶森林:溫帶森林是受人類活動干擾最大的森林,地球上現存的溫帶森林幾乎都成片斷化分布,因此,未來氣候變化對溫帶森林的影響是巨大的。一般認為,隨著全球氣候變暖,溫帶將向極地方向擴展,而溫帶森林也將侵入到當前北方森林地帶,而在其南界則將被亞熱帶或熱帶森林所取代,同時由于溫帶內陸地區將受到頻繁的夏季干旱的影響,從而導致溫帶森林景觀向草原和荒漠景觀的轉變。因此,溫帶森林面積的擴張或縮小主要取決于其侵入到北方森林的所得和轉化為熱帶或亞熱帶森林及草原的所失。目前大部分模擬預測都認為溫帶森林面積將減少[13、15~17]。此外,由于溫度的升高及夏季干旱頻度和強度的增加,火干擾可能對未來氣候變化下溫帶森林的變化起著決定作用。
(3)北方森林:北方森林被認為是目前地球上最為年輕的森林生態系統,還處于不斷地形成和發育之中,易于受到各種外部因素的干擾。而在未來的氣候變化中,由于高緯度地區的增溫幅度遠比低緯度地區的增溫幅度大,因此,目前的研究基本一致地認為氣候變化對北方森林的影響要比對熱帶和溫帶森林的影響大得多,而且其面積將大大減少[13、15、17]。
3 全球氣候變化對森林生產力的影響
森林生產力是衡量樹木生長狀況和生態系統功能的主要指標之一。大氣中 co2 濃度上升及由此而引起的氣候變化被認為將改變森林的生產力。這主要表現在 co2 濃度升高的直接作用和氣候變化的間接作用兩個方面。一般認為,co2 濃度上升對植物將起著“肥效”作用。因為,在植物的光合作用過程中,co2 作為植物生長所必須的資源,其濃度的增加有利于植物通過光合作用將其轉化為可利用的化學物質,從而促進植物和生態系統的生長和發育。目前,大部分在人工控制環境下的模擬實驗結果也表明 co2 濃度上升將使植物生長的速度加快從而對植物生產力和生物量的增加起著促進作用,尤其是對 c3 類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對 co2 濃度升高表現出一定的敏感性,也有一些研究表明:即使在高水平營養供給下,同樣還有許多物種對 co2 濃度的升高沒有反應[25~27]。此外,co2 濃度升高對植物的影響根據其所在的生物群區、光合作用方式和生長形式的不同而存在著較大的差異。wisley[28] 分析了目前的有關研究發現:來自熱帶和溫帶生物群區的植物比來自極地生物群區的植物對 co2 升高的響應大;來自溫帶森林的物種比來自溫帶草原的物種對 co2 的響應大;落葉樹比常綠樹對 co2 的升高更為敏感。簡言之,生長速率快的物種比生長速率慢的物種對 co2 升高的響應更大[28~29]。然而需要指出的是所有這些實驗幾乎都是在人工氣室中的盆栽實驗,其實驗時間相對較短(從數天到幾年),而且有充足的養分和水分供給。此外,對于那些生長在野外的植物如何受 co2 濃度升高的長期影響還不是很清楚,尤其是有關木本植物影響的研究在盆栽實驗中往往選擇幼苗作為對象,而其成熟個體所受的影響是否與其幼苗一樣也不清楚[29]。一般認為,co2 濃度升高對森林生產力和生物量的增加在短期內能起到促進作用,但是不能保證其長期持續地增加[27],因為,在競爭環境中生長的樹木對 co2 升高的反應常常表現出比單個生長的樹木的反應要小[30],而森林物種組成的長期變化也能間接地影響森林生產力[20]。此外,co2 濃度的升高將使植物葉片和冠層的溫度增加以及氣孔傳導率下降[21、31、32],從而使植物受到熱量的脅迫,使其生長被抑制。co2 所引起的溫度升高似乎對植物的生長又將進一步產生負面作用,因為大氣環流模型對氣候的預測結果認為晚上的增溫幅度將比白天要高,這樣就可能使植物在晚上的暗呼吸作用加大,從而白白“耗費”大部分初級生產力;其次,溫度的升高將增加土壤水分蒸發量,導致土壤水分下降,從而可能引起植物的“生理干旱”,限制植物的光合作用和生長速度[28];此外,溫度的升高還會增加土壤微生物的活性,加速有機質的分解速率和其它物質循環,改變土壤中的碳氮比,使植物的生長受到氮素缺乏的制約[22、33~35]。因此,要準確評估
co2 濃度上升對森林生產力和生物量的影響還存在很大的困難,這不僅需要綜合考慮各個影響因素,而且也要求我們進行長期的野外觀測和實驗。
除受上述各種因素影響外,森林生產力和生物量也受到氣候因素(溫度和降雨)的強烈影響。由于生產力與氣候(水熱因子)間存在著一定的關系,因此,人們常用氣候模型(如 miam i模型、筑后模型等)估算大尺度生產力。對于未來氣候變化對生產力的影響也常利用大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候預測的結果通過各種氣候模型來模擬,然后與當前氣候情形下所模擬的結果相比較[36、37]。由于不同的 gcm 對未來氣候預測的結果不同,因此對生產力變化的預測也表現出一定的差異。此外,氣候變化對森林生產力影響的預測僅僅考慮氣候與生產力的線性平衡關系,而沒有考慮其它因素的影響;在預測過程中假定森林植被的分布不隨氣候的變化而發生改變;預測中所選用的氣候因子是其年平均的年際變化,而沒有考慮其季節變化。所以,其預測的結果并不能準確地反映出未來的實際情況。
4 存在的問題及建議
前面論述了氣候變化對森林生態系統物種的組成和結構、物種和森林類型分布以及系統生產力的可能影響。但是需要指出的是,當前有關氣候變化對森林生態系統影響的研究還存在很多的不足之處,主要體現在以下幾點:
(1)對溫室氣體所引起的氣候變化的預測存在著嚴重的局限性:首先,大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候情形的預測通常采用大網格(50×50 經緯網格或更大)模擬,從而降低了對氣候變化預測的準確性(尤其是對一些特殊區域),因此,這往往制約了人們對氣候變化影響的評估;其次,這些模型本身極大地簡化了控制氣候的復雜的物理過程,其結果是使得這些模型在區域氣候變化的預測上常常不一致,因此,其預測的氣候情形很難說是未來氣候的預言[38]。
(2)僅考慮氣候因素的影響而忽略了其它環境因子的作用:目前大多數有關氣候變化對森林生態系統潛在影響的預測都是根據一個假設,即氣候(溫度和水分)對樹木物種的分布、森林類型以及生物群區和森林生態系統過程發揮最主要的限制作用,是控制樹木物種和森林類型分布的惟一因素。這意味著在現有的模擬預測研究中是利用當前樹木(或森林)分布與氣候間的相關性來預測其未來分布的變化?;谶@一假設,大多數預測結果表明:樹木物種及森林的分布將發生很大的變化,而且這些變化也許與顯著的樹木死亡、森林下降和森林覆蓋的喪失相關。然而,制約樹木和森林分布的氣候因子間的相關性可能將隨氣候變化而改變。在所預測的未來氣候變化情形下,冬季尤其是在北方將增溫快,因此,對未來氣候增溫的趨勢而簡單地引起現有氣候帶北移的假設是不合理的。所以,盡管這些模型對當前氣候—植被間關系的模擬與實際相當吻合,但對未來氣候變化情形下物種與森林的預測則不一定適用。此外,除氣候因素外,樹木和森林的分布還受到一些區域性環境因子(如土壤類型、質地、深度和組成、水分的可利用性、坡度、坡向、海拔及現有物種的組成等)的影響。盡管某一地方的氣候對一些樹木和森林比較適宜,但是區域性環境因子可能限制其在該地的分布。綜上所述,僅僅從氣候因素的變化來預測未來樹木和森林的分布有其局限性和主觀性。
(3)現有氣候變化對樹木和森林生態系統影響的研究常集中在單個物種或是把各個森林類型作為一個整體,忽略了不同物種之間的競爭機制。眾所周知,自然界不同的物種都是互相影響互相依存的,每一個物種通過對資源的競爭占據著生態系統內相關的時間和空間位置,即每個物種有其獨自的生態位(niche)。生態位的概念又可分為基本生態位(fundamental niche)和實際生態位(realized niche)?;旧鷳B位是指物種在理論上所能占據的最大生態位空間位置,實際生態位是指理論生態位和物種競爭作用的結果,即物種在生態系統中實際占據的生態位空間。但是物種的生態位并非一成不變。由于每個物種對氣候變化的反應不同,當一個物種暴露在新的氣候條件下,往往可能改變其原有的競爭組合,而與其他物種形成新的競爭關系。因此隨著氣候的變化,實際生態位也將隨著不同物種競爭組合的變化而發生改變。而生態系統的演替和發展正是這種不同物種間相互競爭作用的結果。由此可見,物種間的競爭在生態過程中起著重要的作用。但是現有氣候變化模擬的預測卻認為:只要某地氣候條件沒有限制,那么相關的樹木就可以在該地分布。這往往混淆了基本生態位和實際生態位間的概念,也就是說這些預測缺乏對物種競爭的了解,因此,它們很難真實地反映未來樹木和森林的分布狀況。當然,有一些模型也能很好地反映出物種的競爭關系,如林分模型(stand model or gap model),但是由于其模擬的尺度較?。ǔP∮?1h
m2),因而在放大到區域和全球尺度上時容易出現偏差。
(4)關于物種遷移的評估:由于現有模型的預測只考慮氣候因素,認為氣候與物種和森林之間存在著一種平衡關系,因此其結果認為氣候變化能立即導致物種和森林的位移。然而,實際上物種對氣候的變化往往有一定的耐性,其遷移在時間尺度上常常表現出滯后于氣候變化的速率,這種滯后的時間尺度可達一、二百年甚至
更長[18]。因此,物種的遷移與氣候的變化是非平衡的。此外,物種對氣候變化的適應還受其遷移能力、遷移速率和地形及地貌的影響。與全新世氣候變化對物種遷移的影響相比,未來氣候變化對物種的影響更大,因為受人類活動的影響,自然景觀已經發生了很大的變化,而景觀的破碎化已經成為物種遷移的嚴重障礙。因此,即使一些地方的氣候適于物種的生存,但可能因自然景觀的隔離而使物種不能到達,從而可能造成一些物種的滅絕。但是當前的預測模擬卻很少或者沒有考慮物種的耐性、遷移能力、遷移速率以及遷移障礙等因素對物種的影響。
(5)沒有考慮森林變化對氣候變化的反饋作用及其進一步對森林的影響:森林與氣候之間通過陸地表面與大氣間的物質、能量和水分的相互交換而互為
影響[39~41]。氣候變化對森林的影響是多方面的,包括對森林生產力和生物量、森林的物種組成和結構、森林的分布、森林的生物地球化學循環和森林的水分平衡等,而森林的這些變化可能對氣候產生一定的反饋作用。首先,森林碳循環的改變,可能使森林成為大氣中 co2 的源或匯,造成大氣中 co2 濃度的升高或降低,從而進一步加強或削弱全球變暖趨勢;其次,森林結構和分布的變化將改變地表原有的反射率和全球的水循環模式。所有這些將對氣候的變化產生一定的影響,從而進一步影響到森林的結構和功能,因此,森林與氣候間的相互作用是非常復雜的。所以,現在有關的模型預測研究中為了避免這種復雜的關系,往往很少考慮到氣候變化所引起的森林變化對氣候的反饋作用。