气候变化对动物的影响
气候变化对动物的影响范文第1篇
关键词 环境地质；气候；可持续发展
中图分类号[P66] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0102-02
随着自然科学和生产力的高速发展，人类不断的对地球进行大规模的人为改造，加上一些自然因素，使得我们赖以生存的自然环境正在变化，特别是20世纪以来，全球性的环境地质问题日趋尖锐，水资源短缺、水质恶化、地面沉降、沙漠化、冰川融化等一系列环境地质问题正在给人类的生产生活带来影响，与之俱来的全球气候变暖正在加剧，因此，保护生态环境、共建美好家园成为全世界关注的话题。环境地质与气候是相辅相成、共同发展的，不同的气候条件造就了不同的环境地质，不同的环境地质又会直接或间接的影响着气候。
1地质特点是研究古代气候的依据
从古至今，地质与气候相互影响，相互作用，共同影响着地球环境的局部甚至整体。不同地质时代的气候变迁，我们可以通过这一时期的地质特点间接的去研究。根据这一地质时代的岩石性质、古老的土壤、地形以及古生物化石，来推断地质时期气候状况。例如：在某一地区中如发现冰碛石、冰擦痕、漂石等，这就是寒冷时期冰川活动的证明；某地区的灰化土下面埋藏有古红色土，可推知古代那里曾经有过炎热的气候；沙漠地区发现有干涸河谷地形和湖岸线的遗迹，就表示该地是由湿润气候转变为沙漠的；生物化石是说明地质时代气候状况的良好根据，如果有马匹或走禽的化石，表示这里曾是草原气候等等；通过上述方法对地层沉积物的广泛分析，证实整个地质时期地球气候曾经历了巨大的变化。反复有过几次大冰期，其中震旦纪大冰期、石炭一二迭纪大冰期和第四纪大冰期为科学家所公认的近期的三次大冰期，在三次大冰期之间为温暖的大间冰期气候。
2 大型水利工程对局部地区气候的影响
当前，世界各地都在大兴水利工程，包括建水电站、建水库、引水灌溉、河道改造等，这些人工工程给人类创造了巨大的经济和社会效益，造福了全人类。
但也改变了当地的地质环境，并影响当地的气候条件。由于水具有调节功能，水汽蒸发的过程实际上是一个吸热的过程，大型水利工程建成之后，其所在地水面面积增大，使得库区空气湿度相对增加，导致气温的日较差、年较差缩小，对库区气温有一定的影响，水平方向开阔地带以为为1km~2km，垂直方向一般在400m以下，逆温天气减少，大气层结构的稳定度趋于中性。库区年平均气温也有所改变，夏季平均温度降低0.9℃~1.2℃，春冬季节平均温度增高0.3℃~1.0℃，类似沿海地区受海洋性气候的影响。目前，虽然特大型水库对生态和环境的影响在国际上还未达成一致，但是一般认为大范围的气候受到水库蓄水的影响并不明显。
3 火山活动和地形变化对气候的影响
大气透明度直接影响着太阳辐射到达地面的强弱。而火山活动对大气透明度有着直接的影响，由于不会受到雨水冲刷而跌落，强火山爆发喷出的硫酸气溶胶和火山尘能喷入平流层，它们强烈的反射和散射太阳辐射，能削弱到达地面的太阳辐射。据分析，虽然火山尘只在高空中停留几个月时间，但硫酸气溶胶形成的火山云则可在平流层漂浮数年，对地面产生长时间的净冷却效应。据历史记载，1815年4月初Tambora 火山（8.25°S，118.0°E）爆发时，500km3内有三天不见天日，各方面估计喷出的固体物质可达100km3~300km3。大量的浓烟云长期绕平流层漂浮，太阳辐射明显减弱，以致欧美各国普遍在1816年出现了“无夏之年”。
地震和火山的活动造成了地形地貌的变化，而地形地貌的变化又影响着地面粗糙度和反射率的变化，从而导致气候发生改变。纵观历史，地球上的造山运动几乎与冰期同步，例如，高大的喜马拉雅山脉，对进入亚洲中部的海洋季风形成障碍，因此使得内蒙古、新疆在第三纪的候变得湿润，而现在却变得干旱。
4 气候变迁对环境地质的影响
4.1气候变化与水环境相互作用
水是大气环流和水文循环中的重要要素，气候变化与水循环是同步进行的，并且相互作用相互影响。气候变化对河流和湖泊的水环境影响，是相对复杂的过程。人类改造社会的活动，包括引水灌溉、建水库、排污染物、人工增雨等会给水环境带来一定的影响；另一方面，全球气候变暖和降水变化引起水资源量和时空上的分布变化，是影响水环境的重要自然因素。
现代生产生活中排放的污水，如处理不当，影响到河流湖泊的水质和生态环境，则可能进一步加剧地表水环境和水生态状况的恶化。因此，研究不同污染物对气候要素的变化机理，分析其对水环境可能造成的影响，对未来水资源系统的规划设计、开发利用都具有重要意义。另外，水体的温度以及大气水文循环过程中的降雨、蒸发等过程受到气候变化的直接影响，对环境产生重要改变。如温度变化控制着水体中生态、水文条件；而降雨、蒸发量控制着地表径流量，影响到水体内营养盐和污染物的迁移转化过程，改变着水体的物理、化学和生物特性，也改变着洪涝干旱发生的频率和量级。
水环境生态变化研究涉及到人类和自然界发展的各个方面，气候变化是影响水质的一个重要因素。在气候变化的大背景下，定量化气候改变对水质的影响，确定各类水质对气候变化敏感度的大小，在人类活动的基础上，研究各种改善水质的措施，如改变土地的利用类型、限制农肥使用量等等，为合理制定改善水环境的措施提供技术支持。在气候变化的基础上，水资源系统的结构也受到气温和降雨的影响，造成地表水体水量的减少、加大旱涝等自然灾害发生的程度等等，导致水体质量的恶化和环境问题发生的可能概率，增加水资源系统的脆弱性。
4.2 气候变化对生物植被的影响
植被是自然生态系统中最活跃的因子.能够指示自然环境中的某些组成成分，如大气、水、土壤、岩石的变化，是景观生态环境变化的综合指示器。生态环境的物种越丰富、结构越复杂，其抗干扰能力就越强，系统表现出良好的稳定性；繁殖，物种单调、结构简单，其抗干扰能力相对较弱，系统的稳定性也会变差。千万年来，为了适应不同的环境条件，不同的物种形成了其各自独特的生态和生理特征，从而组成了现有不同的物种和森林生态系统结构。由于原有系统中不同的物种、不同的年龄阶段对CO2浓度上升及由此引起气候变化的响应存在很大差别，因此，森林生态系统的结构和物种组成将受到气候变化的强烈改变。森林物种的组成和结构可能通过以下途径发生改变。
1）水分胁迫：根据现有的大气环流模型预测，全球降雨量将有所增加，但是由于季节和地区的不同，其预测结果也存在很大差别。例如，一些热带地区的干旱季节将延长，在中纬度内陆地区其降雨量在夏季会相对减少。此外，气温升高也会增加地面的蒸散作用，减少土壤的含水量，从而使植物在生长季节出现水分供应不足，使其成长受到抑制，甚至出现顶梢枯死、落叶等现象而最终枯亡。但是另一方面，对与一些抗旱能力强的物种来讲，这种气候变化使得它们在物种之间的竞争处于有利地位，从而得到大量的繁殖和入侵，表现出顽强的生命力；
2）温度胁迫：物种分布的主要限制因子之一就是温度，低温限制了热带和亚热带物种分布的北界，高温则限制了北方物种分布的南界。在对未来气候变化的预测中，全球平均气温都将会升高，这将对物种的成长带来一定影响。尤其是冬季气温的升高，会打破一些嗜冷性物种原有的休眠节律，抑制其生长，对这些物种来将无疑是一种灾难；但对于嗜温性物种来讲，温度的升高有利于其种子的萌发，使它们本身无需再忍受漫长而寒冷的冬季，加快演替更新的速度，提高其竞争的能力，对他们的生长来说，无疑是有利的；
3）光强和日照的变化：光照强度和日照时间的增加，一方面有利于阳性植物的生长和繁育；另一方面则会抑制耐阴性植物的生长，尤其是会强烈影响到其后代的更新和繁育；
4）物候变化：全球气温的升高，会导致春季提前到来，从而影响到植物的物候，使他们提前生长，开花放叶。这将影响到那些在早春完成其生活史的林下植物，甚至有可能使它们无法完成生命周期而走向物种的终结，由此导致森林生态系统物种组成和生态结构的变化；
5）有害物种的入侵：由于有害物种具有较强的适应能力和顽强的生命力，它们更能适应强烈变化的气候大环境，在物种竞争中处于有利地位。
总之，气候变化对森林物种的组成和生态系统结构的影响是多个因素综合渗透的结果，它将使一些新的物种入侵到原有系统之中，也会使一些物种退出原有的生态系统中，从而改变原有森林的物种组成和生态系统结构，这些变化会严重影响到不同森林生态系统之间的过渡区域。
5 发展低碳经济、建立可持续发展的道路
现代经济和生活水平高速发展，对能源的需求越来越大，钢铁、汽车、冶金等重工业源源不断的消耗着地球上有限的资源――煤、石油、天然气等。这些碳资源的过渡开采，改变的地球表层的地质环境，严重影响了生态环境，甚至影响了气候条件，一些地区没有了以往茂密的树木森林、山泉小溪，取而代之的是气候严重干旱，水源匮乏，以前常见的鸟类兽类逐渐淡出人们的视野。
低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后迈向生态文明的又一次重大进步，它将引领未来经济社会的可持续发展。低碳经济主要包括低碳生产与低碳消费，其实质是能源的高效、清洁利用，低碳或无碳等绿色能源的广泛开发与普遍使用，以及碳排放的显著减少；核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。太阳能、风能等绿色新能源正在得到全世界重视，加大新能源产业的开发力度，改变能源结构，逐渐降低对碳能源的过度依赖，并最终把新型能源推上舞台取代地球上有限的碳能源，是全人类共同奋斗的目标。
参考文献
气候变化对动物的影响范文第2篇
气候变暖作为全球变化的主要表现之一，已经成为一个不争的事实［1－3］。自工业化革命以来，人类活动包括化石燃料的燃烧和土地利用／覆盖度的变化，已使地球大气层中CO2的浓度上升了30％，造成地球表面的平均温度在20世纪升高了（0．60±0．2）℃，预计到21世纪末地球的平均温度还将继续上升1．4～5．8℃［4，5］。IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）第3次评估报告对北半球的树木年轮和沉积核等估算数据以及仪器观测的数据所得到的地球表面温度变化进行了总结，并结合各种气候模型模拟了过去的气温变化，以IS92a（温室气体排放方案）情景对未来100年全球平均温度进行了预测。尽管各种方法所估算的结果在量上存在一定的差别［6］，但温度上升的趋势是一致的。由于所有的物理、化学和生物学过程都对温度反应敏感，上述地质历史上前所未有的气候变化将对陆地植物和动物的生长和分布以及生态系统的结构和功能产生深远的影响，并通过生态系统和全球碳循环反馈于全球气候变化［7］。 陆地碳循环作为全球碳循环中最重要的环节之一，涉及问题最多，也最复杂，陆地生态系统作为最可能的未知碳汇所在地已成为目前研究的热点区域［8］，它同时也是目前研究中存在最不确定性的生态系统之一［9－12］。草地作为陆地植被中重要的植被类型之一，在区域气候变化及全球碳循环中扮演着重要的角色［13，14］，日益受到碳循环研究者的重视，对其相关的研究也得到了较快的发展。草地生态系统覆盖地球表面土地面积的1／4～1／3［15］，其面积约为44．5×108 hm2，碳贮量达761Pg，其中植被占10．6％，土壤占89．4％［16］，研究草地生态系统碳循环有助于增进对全球碳循环的理解，更加准确评估碳循环及其由此引起的气候变化具有十分重要的作用。 1 对草地生态系统净初级生产力（NPP）的影响 草地生态系统净初级生产力是指单位时间、单位面积上草地植被光合产物与自养呼吸的差值，它是草地生态系统最主要的碳输入方式。气候变暖不仅可以直接影响光合作用来改变生态系统的NPP，还可以通过改变土壤氮素矿化速率，土壤水分含量，间接影响生态系统的NPP［17，18］，是反映群落固碳能力的重要指标。 研究发现，气候变暖可以增加NPP。Morgan等［19］指出，在未来温度升高2．6℃的条件下，美国矮草草原的生产力将增加。周华坤等［20］采用国际冻土计划（ITEX）模拟增温效应的结果表明，在温度增加1℃以上的情况下，矮嵩草（Kobresia humilis）草甸的地上生物量增加3．53％，其中禾草类增加12．30％，莎草类增加1．18％；也有研究表明，气候变暖使得西欧寒温草地生态系统的多年生禾本科非克隆类草叶面积指数增加，但增加的主要原因是由于增加了单株的分蘖数而不是增加了单位分蘖的叶面积［21］，从而增加草地生态系统NPP。 但也有研究发现，气候变暖可以降低NPP，尽管光合作用在增温条件下可以固定更多的CO2，但是气候变暖可导致自养呼吸的增加，最终使得NPP降低［22］。Smith等［23］通过研究指出，随着温度上升2～3℃以及与之相伴的降水量的下降，在亚洲干旱和半干旱区域的草地生物量将下降40％～90％。模拟全球变暖带来的温度升高和降水变化对植被生产力和土壤水分的影响表明，温度升高造成环境适应差的野古草（Arundine hirta）生产力显著下降，致使整个群落的生产力降低；将相同的自然植被用渗漏测定计移入海拔50m的生产力显著低于移入高海拔460m实验点，而对铁杆蒿（Artemisia sacrorum）和黄背草（Themeda japonica）的影响较小［24］。肖向明等［25］运用CENTURY模型模拟的结果表明，除气候变暖水分限制条件促进高CO2水平情况外，未来气候变化导致羊草（Leymus chinensis）草原和大针茅（Stipagrandis）草原的NPP显著下降［26，27］。气候变化导致草原NPP下降的原因，据张国胜等［28］对高寒草甸牧草生长的研究认为，尽管气温有所升高，但牧草返青期气温回升速度在逐年减缓，牧草枯黄期气温降低速度逐年增大；虽然降水量总体有所增加，但是主要分布在冬季，对植被生长发育不利，主要优势牧草嵩草（Kobresia）生长高度下降，高质量牧草减少，生物量减少，进而影响了草地NPP。 因此，草地生态系统的NPP对气候变化的响应不同，是受气候变暖条件下水分、CO2浓度、温度等关键因子及各关键因子交互作用的影响，同时不同草地类型的NPP的响应也是不同的。但总体来看，低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低，而中高纬度地区通常表现为升高或不变。 2 对土壤呼吸的影响 土壤呼吸是指未经扰动的土壤中产生CO2的所有代谢过程，包括土壤微生物呼吸、土壤无脊椎动物呼吸和植物根系呼吸3个生物学过程以及土壤中含碳物质的化学氧化过程［29，30］。其中，普遍认为森林和草原土壤无脊椎动物呼吸的作用不是十分明显。因此，在森林以及草地生态系统中，土壤微生物呼吸以及植物根系呼吸成为土壤呼吸研究中的重要组成部分，其中根系呼吸的贡献率随生态系统的不同差异很大［31］（表1），尤其是一直作为研究难点的植物根系呼吸与土壤微生物呼吸的区分问题近年来逐渐受到关注［32］。 土壤呼吸之所以与气候变化有关系，是因为土壤呼吸所释放的CO2是温室气体之一，大气中CO2的不断升高加剧了温室效应，可能导致全球变暖。全球变暖会大大刺激呼吸作用，导致更多的CO2释放到大气捕捉热量。因此，在气候系统与全球碳循环之间形成了一个正反馈环，使二者被加强［33］。气候变化几乎影响到植物土壤呼吸过程的各个方面，在生物化学和生理方面，呼吸系统包括许多酶以驱动糖酵解、三羧酸循环和电子传递链［34－37］。在高温范围内，腺苷酸（包括腺苷－磷酸，AMP；腺苷二磷酸，ADP；腺苷三磷酸，ATP）和底物供应对调控呼吸作用通量具有重要作用［38］。 #p#分页标题#e# 气候变化对根呼吸的影响主要是温度高低决定的。当温度较低，呼吸速率主要受生化反应限制时，根呼吸也是随着温度升高呈指数增加［39，40］。温度较高时，那些主要依赖扩散运输代谢和代谢产物成限制因子，超过35℃，原生质体开始降解。低温时如果氧气含量较低，扩散运输物理过程限制呼吸［41］。温度变化也影响根的生长，间接地影响根呼吸，一年生草本［42］和多年生草本［43－46］在温度较高时生长较快。控制试验［47］也证明了根的伸长生长具有一个最适温度，超过最适温度后开始下降，而且最适温度在不同类群中差异很大，部分原因是由于植物适应了不同温度。由于温度变化导致根的生长间接地影响根呼吸与植物发育阶段。例如：来自坦桑尼亚的塞伦盖蒂（Serengeti）草原11个研究地点的平均值表明，各月的根生物量在6月最高，2月最低；大豆（Glycine max）和高粱（Sorghum bicolor）根呼吸释放CO2从营养阶段到开花阶段显著增加，然后下降［48］。苋属植物（Amaran－thus）的根呼吸则在营养生殖阶段最高，之后随着发育阶段的延长而降低，枝条和根活动的物候变化对土壤呼吸的季节性有重要作用［49］。另外，在沿海拔梯度和土壤加温的研究中发现草地自然群落中根呼吸主要与光合有效辐射（PAR）相关，而不是与土壤温度相关［50，51］。因此，气候变暖在短时间内尽管可以刺激根系自养呼吸，从而使土壤呼吸产生大量的CO2，但增温并不能长期使土壤呼吸持续增加，即随增温时间的延长，土壤呼吸（根呼吸）对温度变化表现出一定的适应（acclimation）和驯化（adaptation）现象，从而降低和缓解草地生态系统对全球变暖的正反馈效应［52，53］。 根系自养呼吸和微生物异氧呼吸是草地土壤释放CO2的主体。土壤温度、湿度、微生态环境的变化都会影响到土壤微生物量、微生物活性和微生物群落结构。气候变暖导致土壤温度升高，进一步刺激土壤微生物，从而通过控制土壤有机质分解速率和养分有效性最终影响陆地生态系统的碳平衡［54］。因此，研究草地土壤微生物对气候变暖的响应对预测草地生态系统碳贮量有至关重要的作用［55］。目前，有关气候变暖对土壤微生物量的影响还没有统一的结论，主要存在以下不同观点：其一是减少，例如Rinnan等［56］通过对亚北极地区苔原生态系统增温进行研究，发现增温15年后，增温点的微生物量明显低于对照点，即温度升高降低了土壤微生物量；其二是不变，例如张乃莉等［57］认为变温对土壤微生物量没有影响，更多的研究也得出了类似的结论［58，59］；关于温度升高增加土壤微生物量的报道很少［60，61］。由于手段和技术的原因，这部分研究还存在很大的不确定性，很难完全解释气候变暖对土壤微生物活动产生的影响，需要对此进行更深入和全面的研究。 土壤呼吸随温度的变化习惯上用Q10表示，在生理生态学中指5～20℃，温度每增加10℃呼吸增加的倍数。定义如下：Q10＝RT0＋10／RT0（其中，RT0和RT0＋10分别是参比温度T0和温度T0＋10℃时的呼吸速率）。当温度和土壤呼吸之间的关系用一个指数函数拟合时，Q10就可以通过方程Q10＝e10b中的系数b估计出来。Q10的微小变化可能引起对土壤呼吸评价的很大变化，从而导致对未来土壤碳损失量预测的重大误差。因此，充分理解温度及其他因素对土壤呼吸敏感性的影响是预测未来气候变化下土壤碳平衡的关键。但是正如前面所述，土壤呼吸各分室对温度的敏感性不同，且土壤呼吸温度敏感性存在着相当大的时空变化，这可能与温度以外的土壤理化性质等因素的空间分异有关。一般对于不同生态系统和不同尺度土壤呼吸的Q10不尽相同，根据将近15年所整理的数据，全球Q10的中间值为2．4，变化范围是1．3～3．3［62］，高纬度地区大于低纬度地区，温带草原Q10为2．0～3．0。 3 对凋落物的影响 草地生态系统凋落物是指草地生态系统内，由植物、动物和土壤微生物组分的残体构成，也称残落物，其中微生物是生态系统的重要组成部分，在草原生态系统的物质循环和能量转化中占有重要地位［63］。残落物是为分解者（微生物）提供物质和能量来源的有机物质的总称，包括地上部分的枯枝落叶以及地下根系的凋落物，通常以月或年来表示单位时间内植被的凋落物量，即单位面积、单位时间地面上形成的凋落物量。凋落物包括枯立木、倒朽木、枯草、地表凋落物和地下枯死生物量等，是草地生态系统碳库的重要组成部分，在维系生态系统结构和功能中具有不可替代的作用，是维系植物体地上碳库与土壤碳库形成循环的主要通道之一。凋落物分解过程研究因其在生物地球化学循环中的重要地位而具有悠久的历史［64］，20世纪80年代后期，国际学术界即开始关注气候变暖、大气CO2浓度倍增对凋落物分解速率的可能影响［65］。 气候变暖对凋落物分解的影响，一方面体现在影响凋落物的生产量和质量［66］。一般认为，气候变化对于凋落物在碳素和营养循环中起着重要作用［67］。气候变暖通过延长植物生长季和改变植物物候条件间接影响着凋落物的量。而纬度和海拔差异对凋落物的影响也十分明显，一般随纬度增高凋落物的产量下降。Heaney和Proctor［68］在哥斯达黎加2 500m的垂直海拔带上，发现海拔升高，凋落物分解速率下降2．7倍。主要原因可能是温度升高导致草地植被地上生物量的减少［69，70］，从而影响了凋落物的量；凋落物的质量是影响凋落物分解的内在因素，通常是以凋落物含养分量的高低来衡量，并以各种含碳化合物与养分含量的比值来表示，也可以养分含量直接表示。在气候变暖对凋落物质量的影响方面，单独的气温上升会增加凋落物的产量，但对凋落物的质量是否会有明显的影响还未见报道［71］。如果考虑导致温室效应的大气CO2浓度的上升，则会有凋落物C／N增加的效应，C／N的增加使分解速率下降［67］。不同植物产生的凋落物数量和化学成分也有很大差异。凋落物中木质素／氮能够比氮素浓度更好地预测分解速率［72］，同时凋落物本身的一些生物学特性对凋落物分解也有很大的影响，如凋落物的分解与其初始碳、氮和磷浓度有紧密的关系，孙晓燕等［73］研究结果进一步表明，参与分解的凋落物种类即功能群多样性的增加可能使得混合效应产生的可能性增加，但凋落物的生物学特性是产生混合效应的主要决定因素。#p#分页标题#e# 另一方面气候变暖也影响凋落物的分解速率。例如王其兵等［74］评价气候变化对草甸草原、羊草草原和大针茅草原混合凋落物分解过程的可能影响时发现：较之当前气候，在气温升高2．7℃，降水基本保持不变的气候变化情景下，这3种草原类型凋落物的分解速率分别提高了15．38％，35．83％和6．68％；而在温度升高2．2℃或更高，降水减少20％或更高的气候变化情景下，各种凋落物的分解速率将降低。Noah和Craine［75］利用Q10研究了温度升高对凋落物分解的影响，表明不同枯落物分解对温度的敏感性不同。这对于探讨当前全球气候变化条件下系统内物质循环具有科学的指导作用。 总之，气候变暖主要影响凋落物产生的量和质量以及分解速率，但是气候变暖不仅仅是温度的升高，伴随着还有一些其他环境因子的变化，例如大气CO2浓度的上升、土地利用和覆盖物的变化以及土壤水分和养分供应变化对凋落物的影响，草地生态系统物种组成以及物种之间的相互作用等，是由于温度升高这个单一还是多因素相互作用共同导致的结果对凋落物产生的量和质量以及分解速率造成影响，还需要进一步的研究和试验验证。 4 对土壤碳库的影响 在草地生态系统中，土壤的碳贮量约占草地总碳贮量的89．4％［76］。因此，土壤碳库的微小变动都会对大气CO2浓度产生重要影响，而且土壤有机碳含量关系着在全球气候变化和生物多样性发育上的服务功能［77，78］。因此，草地土壤碳库碳贮量及其变化和调控机制的研究是草地碳循环研究的核心［79］。土壤碳库包括土壤中的有机碳和无机碳。由于无机碳以碳酸盐的形式存在，活性很低，对环境因子的反应不敏感，所以研究主要侧重于土壤有机碳库。土壤是大气CO2的主要来源之一，每年释放68～75Pg碳到大气中［76］，土壤碳储量约是大气碳库的2倍，是植被碳库的3倍［80］。土壤CO2排放量与温度之间的正反馈关系受到了广泛关注，气候变暖加剧了土壤碳的排放。由于影响这种反馈关系的因素非常复杂，因此，在土壤碳循环研究中还存在很大的争议。目前主要有2种观点：其一，认为土壤温度上升将极大提高土壤碳的释放，气候变暖后土壤是一个相当大的碳源［22，81，82］；而另一种观点认为，土壤有机碳的分解对气候变暖具有适应性，随着温度持续上升，土壤呼吸对温度的敏感性下降［82］，即土壤碳循环对气候变暖的反馈是有限的。在草地生态系统中，土壤有机碳的来源主要是植物残根，凋落物层的分解也向土壤输入一部分有机碳。草原中土壤碳主要以有机质的形式存在，而且主要集中于0～20cm的表层土壤中［83］。一般来说，气候因子主要是通过影响植被以及凋落物的分解速率改变进入土壤的有机质数量。王淑平等［84］对中国东北样带（NECT）土壤碳、氮、磷的梯度分布及其与气候因子关系的研究发现，土壤有机碳含量和降水量之间呈显著正相关，温度对土壤有机碳的影响很复杂，土壤有机碳含量和年均温相对海拔的偏相关系数呈显著负相关，即适宜的温度有利于土壤有机碳的积累，否则对有机碳的积累具有负效应。此外，不同生态系统土壤有机碳含量对气候变化反应不一，例如：陶贞等［85］对高寒草甸土壤有机碳研究发现，随着全球气候变暖，大气CO2的施肥效应将促使高寒草甸生态系统地上部分固碳量增加，有利于土壤上部根和有机质的积累。但是研究发现［86］，北极苔原生态系统因施肥效应导致土壤根部有机质分解大于地上植物产量，造成苔原生态系统土壤有机碳损失。 气候因子对草地生态系统土壤碳库的影响不是单方面的，它通过碳输入和输出影响着草地土壤碳库的大小，是一个复杂的过程。主要是气候因子决定了植被种类的分布、光合产物生成量和土壤微生物的活动强度，因此对土壤有机碳的固定和矿化分解过程有极大的影响。从整体上讲，气候变暖对草地生态系统土壤碳库的影响有2个方面［6］，一方面温度升高改变了植物生长速度，提高了草地植被的净第一性生产力和固碳能力，植被向土壤输入更多的碳，从而有利于土壤碳库的增加；另一方面，温度升高，土壤微生物及酶的活性受到影响，改变了土壤原有的理化性质，加速土壤矿化速率，导致土壤有机碳分解，土壤呼吸加剧等，使土壤碳库储量减少。 5 问题与展望 全球变暖对草地生态系统的影响是一个复杂和长期的生态过程。目前，尽管关于气候变暖对草地生态系统土壤碳循环的影响及反馈机制取得了大量研究成果，但是气温变暖不仅仅是温度的升高，伴随着例如大气CO2浓度的上升、土地利用和覆盖物的变化以及土壤水分和养分供应变化等其他环境因子的变化对草地生态系统碳输出和输入的影响，而且就草地生态系统而言，其分布地域比较广，草地类型种类多，该领域仍然还有一些问题和不足，在未来尚需加强研究。 1）加强全球背景下草地生态系统土壤冬季呼吸研究。目前草地土壤呼吸的研究多集中在生长季，有关土壤呼吸冬季特征的报道很少。对年土壤呼吸量的估算大多基于冬季土壤呼吸为0的假设［87］。另外，研究发现冬季积雪能够防止土壤冻结，维持微生物活力，显著影响生态系统的碳平衡［88］，而气温变暖，尤其是冬季增温和积雪覆盖的减少对于土壤呼吸的影响，对深刻认识生态系统碳循环和碳平衡，以及预测全球变暖对陆地生态系统碳汇／碳源有重要意义。未来研究应加强草地生态系统冬季土壤呼吸的测定以及模拟增温条件下土壤呼吸的变化研究。 2）加强气候变暖与其他气候因子协同作用的研究。当前研究大多集中在单因子或少数因子之间的相互作用对草地生态系统碳循环的影响，因此，在研究过程中通过建立模型来分析气候变暖与其他气候因子的联合效应将是以后研究的重点和难点。 3）加强气候变暖对草地根际微生态系统影响的研究。根呼吸与微生物呼吸的区分是土壤呼吸研究的一个重点和难点。气候变暖通过根系生产力、根呼吸、根系分泌物及死亡的根组织，影响着各组分碳通量变化及其对草地生态系统地下碳分配的贡献，并且对气候变暖有明显敏感性。然而，由于根际微生态系统的复杂性和缺乏有效的手段和方法，诸如根的分泌物以及死亡的根组织碳的分解本应属于微生物的异养呼吸，但目前的研究均被归类为根呼吸的组成部分［89］，成为草地生态系统对全球变化响应的不确定因素，因此还需进一步研究。#p#分页标题#e# 4）加强气候变暖下以草地农业生态系统耦合理论为核心的现代畜牧业的研究。自工业化革命以来，人类活动已使地球大气层中CO2的浓度上升，造成地球表面的平均温度升高，但是人类经济发展是不可逆的，人类活动必然进一步影响草地生态系统生态安全和健康。既有利于生态系统碳的固定，又有利于区域经济发展的放牧强度或者利用方式等问题，以及气候变暖下草地畜牧业生态系统内部各生产层之间以及不同类型的系统之间在时间及空间上全方位的耦合，将是未来科学家关注的焦点。
气候变化对动物的影响范文第3篇
李洋洋（1989—），女，河南省平顶山人，郑州大学水利水电工程09级本科生
刘志杭（1990—），男，河南省信阳人，郑州大学电子信息科学与技术09级本科生
摘 要：气候变化是21世纪全球面临的最严峻挑战之一，亦是各国可持续发展中需要解决的重大课题。应对气候变化影响要认识气候变化的自然规律和人类活动的影响及其不确定性，加强适应方式和适应能力的对策研究，提倡低碳之路和可持续发展方式。
关键词：气候变化 低碳经济 可持续发展
近百年来，全球经历着一场以变暖为主要特征的显著气候变化，导致了生态环境系统的一系列变化，人类社会的生存安全受到了严重威胁。由于目前气温上升和二氧化碳量增加的耦合，人们自然联想到了温室效应。气候变化的原因可能是自然本身的演化进程，也可能是由于人类活动引起的对大气组成和土地利用的持续性改变所致。
1.气候变化的原理
全球气候变化究竟由于自然周期还是人类活动，还有一些争议。目前的主流观点认为全球气候是变暖的，温室气体的过量排放是变暖的主要原因。但是，仍有一些科学家不断向这种主流观点提出挑战，主要争议有以下两个方面：
1.1 气候变暖的机制
一种观点认为，全球气候变暖主要是由于人类各种活动造成的。工业革命以来，人类为发展经济，人为改变大气下垫面，向大气中排放大量温室气体，并释放大量的热量。
另一种观点认为，现代气候变暖是自然规律所起的作用。尽管20世纪全球气候变暖明显，但也不是一年比一年暖，而是气温在波动中上升，说明温室效应增强并不是气候变化的主导因素。
1.2 未来全球气候变化的预测
尽管目前所作的大部分预测表明未来全球气温将持续上升，但这种预测的结果仍值得进一步探讨。
①目前所做的预测只是建立在理论基础上，而且全球气候的变化除与温室气体有关外，还与其他许多因素相关，而预测模型中只考虑了部分因素。
②从全球气候的变化特点来看，虽然近百年来全球气温普遍变暖，但全球气温的升高并非呈直线趋势上升。从上世纪到本世纪90年代，全球气温的变暖并不是持续的。
事实上，气候变化是一个极其复杂的系统过程。限于气候观测资料本身的缺陷、气候模式的不完善性以及影响气候变化因子和机理的复杂性，到目前为止，在气候变化成因方面所获得的结论仍然存在着不确定性，今后还需要做进一步的研究。
2.气候变化的危局
近年来气候变化引起了水资源失衡、农业减产、生态系统受损，对人类可持续发展带来巨大冲击。具体表现在：
2.1 对水资源的影响
气候异常，冰川融化，短期内会引起一些地区洪涝灾害，长期则会导致局部地区出现严重的水资源危机。气候变化通过大气环流、冰雪条件变化等引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水流等一系列的变化，进而改变全球水文循环的现状，引起水资源在时空上的重新分配，改变了降水分布格局和降水量，引起降水的地区、时间以及年际分布更加不平衡，加剧了水资源的不稳定性和供需矛盾。
2.2 对农牧业生产的影响
气候变化对农业的影响是复杂而不确定的，农业生产布局和结构将发生变动，种植制度和作物品种将发生改变；潜在的荒漠化趋势增大。气候变化还将加重农业和林业的病虫害，加上干旱和洪涝频率增加的影响，会造成农业生产风险增大。此外，气候变化对农业生产和农产品价格的影响预计会造成全球粮食供给紧张，乃至引起全球经济收益的波动。
2.3 对生态系统和生物多样性的影响
气候变化会在不同程度上影响和破坏自然生态系统中的生物链、食物链，给地球物种的生存和延续带来严重的后果。气候变化将在几十年里发生，而大多生态系统不可能如此快地响应或迁移，自然生态系统将越来越不能与变化了的环境相适应，许多生物物种的生存环境受到严重影响，加速了灭亡。消失的物种不仅会使人类失去一种自然资源，还会通过食物链引起其他物种的消失。
2.4 对沿海地区的影响
气候变化对海洋的影响包括海面温度上升、平均海平面上升、海冰融化增加等。这些因素将可能使沿海地区洪灾严重，风暴的影响范围扩大，海岸受到更严重的侵蚀，以及由于海水倒灌进淡水蓄水层而引发地区性淡水资源紧缺等。
2.5 其它方面的影响
气候变化可能会增加灾难性天气出现的概率，导致一些特定的生态系统、生态群落和种群发生变化，包括微生物、病毒，可能会加快它们繁殖的速度并引发大量蔓延，这些新型病毒严重影响着人类安全与健康。
3.气候变化的对策
全球气候变化和自然环境急剧恶化，任何国家和任何人都不可能独善其身，对责任的承担也不能置之度外，在共同的生存环境下，负有共同的责任。在经济社会发展日益受到能源和环境制约的背景下，低碳经济作为应对全球气候变化、保障能源安全的基本途径和战略选择，正在全球范围内得到广泛认同。
低排放、低污染的生产和生活方式，既可减少人类在生产和生活过程中对能源的消耗，缓解能源储藏日益匮乏的压力，又可减少温室气体的排放；既节省了生产和生活消耗能源的成本，同时由于碳排放的减少，今后治理环境的投入也会相应减少；并且能够在很大程度上缓解能源供需矛盾，加快工业化进程和环境改善，对于经济发展方式转型有着举足轻重的作用。
结语：
21世纪全球气候仍将持续变化，极端气候频现，生态环境恶化。气候的非自然变化对自然环境的影响从局部开始，而以灾难性的全局性结果告终。尽管目前我们对全球气候变化的本质、趋势和程度的认识还有相当大的不确定性，但无论怎样都应充分重视全球气候变化问题，加强这方面的科学研究。
在全球携手应对气候变化，减少温室气体排放的同时，通过发展低碳经济来解决气候变暖和经济发展之间的矛盾，日益受到越来越多国家的认同和重视。低碳是实现发展的途径和手段，也是未来可持续发展的主要特征和标志。（作者单位：郑州大学水利与环境学院）
参考文献：
[1] 王绍武，罗勇，赵宗慈等.关于气候变暖的争议.自然科学进展，2005年8月，第15卷，第8期，917～921
气候变化对动物的影响范文第4篇
关键词：气候变暖；农业生产；影响因素
气候是一种综合性的自然现象，是人类和地球生物生存活动最重要的环境因子之一。人类的生产活动，特别是农业生产活动受到气候的极大影响。在全球范围内，农作物的分布、产量的高低、品质的优劣以及种植的方式有明显的地域性差异，从一定的意义上讲，都是气候条件制约的结果。当气候发生异常时，往往造成严重的灾害，例如气候变暖所造成的大范围的水灾和旱灾，是全球数以亿计的人口面临着饥饿和生存威胁。
1 气候变暖对农业的影响
1.1 CO2浓度增加对作物生长的影响 大气中CO2浓度增加可以提高光合作用速率和水分利用率，有助于作物生长，小麦、水稻、大麦、豆类等作物产量显著增加，但对玉米、高梁、和谷子等作物助长效果不明显。现有研究指出，在二氧化碳浓度倍增，可使小麦、水稻、大麦、豆类作物生长且产重增加10 %～50 %，玉米、高梁、和谷子等作物生长且产量的增加在10 %以下。然而，二氧化碳浓度增加对植物生长的助长作用（也称“施肥效应”），受植物呼吸作用、土壤养分和水分供应、固氮作用、植物生长阶段、作物质量等因素变化的制约，这些因素的变化很可能抵消二氧化碳增加的助长作用。
1.2气候变暖对农业气候条件和种植制度的影响 气候变暖使我国年平均气温上升，从而导致积温增加、生长期延长，且种植成片北移。当年平均温度增加1 ℃时，大于或等于10 ℃积温的持续日数全国平均可延长约15天。气候变暖还将使我国作物种植制度发生较大的变化。据计算，到2050年，气候变暖将使大部分目前两熟制地区被不同组合的三熟制取代，三熟制的北界将北移500 km之多，从长江流域移至黄河流域；而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，一熟制地区的面积将减少23.1 %。
1.3气候变暖对作物品种布局的影响 华北目前推广的冬小麦品种，因冬季无法经历足够的寒冷期以满足春化作用对低温的要求，将不得不被其他类型的冬小麦品种所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，而且还将逐渐向北方稻区发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。可见如果不考虑水分的影响，那么在未来热量资源较为丰富的情况下，若仍维持目前的品种和生产状况，不但不能充分利用这种丰富的热量资源，而且还会导致不同程度的减产。
1.4气候变暖对作物产量的影响
气候变暖对我国农作物产量的影响，有些地区是正效应，在另一些地区是负效应。我们利用三种大气环流模式预测的气候情景，计算了我国主要作物水稻、小麦和玉米产量的可能变化。在不考虑水分的影响下，早稻、晚稻、单季稻均呈现不同幅度的减产，其中早稻减幅较小，晚稻和单季稻减产幅度较大。气候变暖对春小麦产量的影响大于冬小麦；对灌溉小麦的影响小于雨养小麦，也就是说灌溉能减小气候变化对小麦产量的不利影响。但是对水资源比较缺乏的北方麦区而言，灌溉并不是解决问题的根本途径，适当改变种植方式，选育抗旱、耐高温的品种等也许是更为合理有效的对策。
气候变暖将使春玉米平均减产2 %～7 %，夏玉米减产5 %～7 %；灌溉玉米减产2 %～6 %，无灌溉玉米减产6 %～7%左右。也就是说，气候变化将使我国玉米总产量平均减产3 %～6 %，灌溉条件下减产的幅度比无灌溉的要小。总体来说，气候变化对我国玉米生产的影响是弊大于利。产量减少的主要原因是生育期缩短和生育期高温的不利影响。
大气中二氧化碳浓度倍增时，温度升高、作物发育速度加快和生育期缩短是作物产量下降的主要原因。气候变暖对不同地区和不同种类作物的产量影响不同，我国水稻、小麦以及玉米品种多，品种间差异也很大，因此要有意识地调整农业种植制度、选育抗逆性强的品种和选择适当的生产措施等，使之适应气候变化。
1.5气候变暖对施肥量的影响
在较暖的气候条件下，土壤有机质的微生物分解将加快，长此下去将造成地力下降。在高二氧化碳浓度下，虽然光合作用的增强能够促进根生物量的增加，在一定程度上可以补偿土壤有机质的减少，但土壤一旦受旱后，根生物量的积累和分解都将受到限制。这意味着需要施用更多的肥料以满足作物的需要。
肥效对环境温度的变化十分敏感，尤其是氮肥。温度增高1 ℃，能被植物直接吸收利用的速效氮释放量将增加约4 %，释放期将缩短3.6天。因此，要想保持原肥效，每次的施肥量将增加4 %左右。施肥量的增加不仅使农民增加投入，而且对土壤和环境也不利。
2 结语
气候变化对动物的影响范文第5篇
灌溉对气候的影响研究始于上个世纪60年代，随后逐渐受到世界各国研究者的关注，涉及的内容主要包括农田灌溉对近地面温度、能量流、水蒸汽、地表参数和降水的影响。总结来说，有关灌溉对气候影响的研究主要包括全球和区域两个尺度上的研究（特别说明：灌溉对农田小气候的影响研究不在本文综述的范围内）。区域尺度的研究主要集中在灌溉农业发展迅速和灌溉强度大的国家和地区（比如美国和印度），研究目的在于提供灌溉对区域气候影响的实证，并结合模拟研究阐述灌溉对区域气候影响的物理机制。全球尺度的研究重点在于研究灌溉对气候在全球平均水平上的影响，对比分析灌溉在全球不同区域的影响强度差异，揭示灌溉对气候产生影响的主要因素，阐明灌溉对各地区影响上存在差异的原因。过去研究的基本结论为：农田灌溉对全球年平均温度的影响可以忽略不计，但在局部区域上有明显的降温作用，且降温作用在干旱的季节和干旱的地区更加显著。此外，农田灌溉每年向大气输送的水汽通量约为2600km，使得区域大气水汽含量明显增加，促进了大气中水汽的重新分配，影响了降雨的形成。
1.1灌溉对区域气候的影响
1.1.1美国Stidd1976年最早报道了大面积灌溉使得哥伦比亚盆地降水增加。Changnon1973年发现美国德克萨斯州西北灌区自20世纪40年代后期开始，雷暴天数增加了25%，晴空天数减少了19%。Beebe1974年发现德州大草原灌区龙卷风发生最频繁的6月正是灌溉强度最大的时间，而周边非灌溉区龙卷风多发生在5月份，此外灌区龙卷风发生的次数在灌溉时节增加了2—3倍，由此Beebe指出灌溉增加了德州大草原区龙卷风发生的频率。此外，Beebe还发现1950—1975年间灌区冰雹天气出现的次数增加了两倍，而且灌区的露点温度比非灌溉区要高。Marotz等1975年发现美国堪萨斯州南部灌区灌溉的强度和积云量存在正相关关系。Burman等1975年和1977年在美国爱达荷州的研究发现灌溉可以降低日最高、最低和平均温度，增加水汽压和潜在蒸散，减小风速。Schickedanz1976年和Worthington1977年发现灌溉使得美国大平原的降水增加。Barnston和Schickedanz1984年指出低层辐合抬升是灌溉引起云量和降水增加的基础天气条件。静止锋对于灌溉引起的降水是非常有效的。灌溉可以使得干热季节的日最高气温下降2°C，湿冷季节的日最高气温下降1°C。Segal等1998年利用区域气候模型PSU/NCARMM5模拟了灌溉对美国北部灌区降水的影响，指出灌溉对降水的影响主要表现在改变了已有的降水场，而不会产生新的降水场，而且灌溉对降水的影响受非局地气候效应的影响显著，并指出应该把灌溉对气候的影响从其他人类活动对气候的影响中区分出来。Moore和Rojstaczer2001年在美国大平原利用1950—1997年的降水观测数据和灌溉统计数据分析了灌溉和降水之间的关系，并重点讨论了三个重灌区（内布拉斯加州，堪萨斯州和德克萨斯州）灌溉和降水的关系，指出1950—1997年间灌溉引起研究区降水变化的证据不足。Mahmood等2004年和2006年分别在美国内布拉斯加州对比分析了5个灌溉观测站和5个非灌溉观测站长期的月平均最高温度、平均温度和最低温度，指出灌溉使得该地区在1945—1990年间温度平均下降了1°C。Kueppers等2007年利用RegCM3模拟了灌溉对美国加利福尼亚洲的影响，指出当自然植被转化为灌溉农田后，可以使得8月份的平均温度、最小温度和最高温度分别降低约3.7°C，0.9°C和7.5°C，灌溉的制冷效应不仅限于被灌溉的区域。总体来说灌溉的降温作用在暖干的夏季最明显，在湿冷的冬季最不明显。Kanamaru和Kanamitsu2008年利用斯克里普斯试验气候预测中心（ECPC）的区域光谱模型模拟了灌溉对加利福尼亚中央峡谷夏季夜间最低温度的影响，结果显示灌溉使得七月的夜间最低温度增加了3.5°C，并指出夜间最低气温的升高主要是由于灌溉使得土壤热导率和地表热通量增加。Lobell和Bonfils2008年指出灌溉使得1934到2002年间加利福尼亚夏季（6—8月份）的平均最高温度下降了2°C，但是对于平均最低温度影响不显著。Ozdogan等[32]2010年利用陆面模式Noah模拟了灌溉对美国地表参数的影响，结果显示灌溉显著地改变了地表能量和水分收支平衡，在2003年作物生长季，灌区平均蒸散量增加了12%，而且在局部地区灌溉的影响更加显著，比如灌溉使得加利福尼亚、爱达荷东部、华盛顿南部、科罗拉多南部作物生长旺季时节的潜热通量增加超过了100W/m2，地表热通量、净辐射、蒸散量、径流量，土壤湿度分别改变超过了3W/m2、20W/m2、5mm/day、0.3mm/day、100mm。
1.1.2印度印度人口占了世界总人口的1/6，其农业生产主要依靠夏季季风降水。灌溉对于印度经济发展和减少贫困具有举足轻重的作用。1951到1997年间，印度灌溉农田的面积从2300万hm2增加到了9000万hm。在灌溉对区域气候的影响问题上，印度是继美国之后被研究最多的地区。Lohar和Pal1995年模拟了西孟加拉邦南部地区灌溉对季风前降雨的影响，指出灌溉并不一定会增加降水，对于中尺度环流影响更大的地区灌溉可能减少降水。例如西孟加拉邦南部地区中尺度环流影响更大，近海灌区土壤湿度的增加阻碍了海风环流的发展，减少了低空水汽，导致了内陆水分供应的缩减，而内陆水分供应是雷雨天气形成的重要条件。此外，低空海风锋的减弱也不利于雷暴等强对流天气的发生。deRosnay等2003年在陆面模型ORCHIDEE中加入灌溉参数化方案，模拟了1987—1988年灌溉农业对印度半岛地表通量的影响，结果显示灌溉使得整个半岛的年平均潜热增加了3.2W/m2。Douglas等2006年指出灌溉农业使得印度的年平均水汽通量和潜热通量分别增加340km3和9W/m2。Biggs等2008年指出1960—1990年间克里希纳盆地的灌溉面积迅速扩张，1990年后逐步趋于稳定。1901—1960年间恒河奎师那河的年平均流量为226mm，而1990—2005年间减少到64mm，与此同时显热通量平均减少了约12.7W/m2。此外，他们还发现在同一时间段内大气褐云使得该地区的显热通量平均减少了约11.2W/m2，为此他们指出1960—2005年间灌溉对印度南部的克里希纳盆地显热通量的影响等同于甚至大于大气褐云对该地区显热通量的影响。Lee等2009年分析了印度次大陆1982—2003年间NDVI、灌溉、显热、潜热、表面温度和早期季风降雨之间的关系，指出印度次大陆早期夏季季风降雨减弱可部分归因于灌溉，因为灌溉降低了地表温度，减少了海陆间的热力对比，从而削弱了季风环流。Douglas等2009年使用区域大气模拟系统（RAMS4.3）模拟了灌溉对印度季风气候的影响，结果显示当灌溉农田替代潜在植被后，显热平均减少了11.7W/m2，其中旁遮普省和哈里亚纳邦的显热分别平均减少了77%（87.5W/m2）和85%（65.3W/m2），并指出灌溉增加了区域水气通量，从而改变了对流有效位能，降低了表面温度，影响了区域循环模式和中尺度降水。毛慧琴等2011年利用区域环境系统集成模式（RIEMS2.0）研究了灌溉对印度区域气候的影响，结果显示农田灌溉使得印度区域年平均气温降低了1.4°C，年平均降水率增加了0.35mm/d。季风前期及6月份灌溉对区域气候的影响更加显著。
1.1.3中国中国大约有45%的农田是灌溉农田。中国灌溉耕地面积从建国之初的1500万hm2开始迅速增加，到2008年已经达到了5850万hm2，并且中国的灌溉面积居世界之首。灌溉农业消耗的水资源占各部门消耗水资源量的首位。1949年农田灌溉消耗的水资源高达水资源消耗总量的97%，近些年来随着城市化进程和经济发展对水资源需求水平的大幅度提升，农业用水在国民经济各部门用水中所占比例有所下降，但仍然位居首位。目前甚少有关农田灌溉对中国区域气候影响的观测证据报道，导致这种情况的原因可能是：1）中国的气象观测站受城市化影响严重，有45%的气象观测站位于或者接近城市；2）中国气候的形成与演变受大气环流（包括季风环流）及其季节变化的影响，干湿季明显，四季分明，雨热同期，降水时间和主要作物生长的时间重叠，掩盖了灌溉对气候影响。3）中国是世界上人口最多的国家，水资源和粮食安全一直是中国面临的严峻问题，为了节约用水，中国多采用补充灌溉方式，补充灌溉提供的水分是少量的，因此相对充分灌溉来说对于气候的影响会小些。4）黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，对可见光和部分红外光谱有很强的吸收能力，对区域和全球气候有着重要的影响。有报道指出中国黑碳气溶胶量是非常高的，黑碳气溶胶能够导致正的辐射强迫，减弱气溶胶对地球的冷却效果，加速区域气候变暖。黑碳气溶胶导致的区域气候变暖也会掩盖灌溉的蒸发冷却效应。尽管利用实测手段去研究灌溉对中国区域气候的影响困难重重，但仍有研究者进行了有益的尝试。Zhu等2011年利用遥感观测数据在中国的吉林省分析了灌溉对地表参数的影响，结果显示高灌溉区通常对应低的反照率和地表温度，高的土壤湿度，归一化植被指数和蒸散量。该研究证实了遥感观测是一种有效的研究灌溉对地表参数影响的手段，可以作物气候观测和模型模拟研究的补充方法。Zhu等2012年同时利用气候观测数据和遥感观测数据研究了灌溉对吉林省近地面气温和地表温度的影响，指出灌溉对最高温度的影响大于对最低温灌溉的影响强度和有效灌溉面积以及作物播种面积显著相关，此外灌溉的影响在干旱的年份越发突出。除了实证研究外，也有研究者通过模型模拟的手段研究了灌溉对中国区域气候的影响。例如：李建云和王汉杰2009年用社会经济动力学模型预测了2030年中国北方13省土地利用情况，并识别南水北调受水区作物生长季节农、林、牧业灌溉的面积分布，在此基础上利用RegCM3模拟研究了南水北调工程建成后，对中国北方13个省(区)范围内农田、农林混作区和草地等进行大面积灌溉所产生的区域气候效应。Zhao等2012年应用RegCM3在新疆地区研究了灌溉对区域气候的影响，指出春季灌溉引发了土壤湿度的异常变化，导致了新疆春季和夏季降水的增加，同时灌溉使得新疆北部夏季气温明显降低，其中新疆的阿勒泰和塔城地区降温最多，下降强度可以达到0.8°C。Wen和Jin2012年利用SCAM模拟研究了灌溉对中国西北地区的气候影响，指出灌溉可以降低温度、增加降水，灌溉对区域温度和降水的影响强度与灌溉强度成正比。
1.1.4其他地区尽管灌溉对区域气候的影响研究主要集中在农田灌溉面积最大的三个国家（中国、印度和美国），但也有灌溉对其他区域气候的影响研究报道。例如Alpert和Mandel1986年指出以色列中南部1960年代到1980年代表面风速和日气温下降与该地区农田灌溉的大面积扩张有关。deRidder和Gallee1998年在以色列南部利用中尺度气候模型MAR模拟了灌溉对区域气候的影响，模拟结果显示当用灌溉地表替代半干旱的地表后，风速和温度的日变化减小了，同时他们指出灌溉对对流性降水的潜在影响并不是灌溉导致的大气水汽增加的直接效应，而主要体现为灌溉引起的热动力学变化的间接效应。Geerts2002年指出澳大利亚东南部的干旱地区大型灌区可以使得全年的月平均气温降低1—2°C。Haddeland等2006年指出1979—1999年间灌溉使得科罗拉多和湄公河流域年平均潜热分别增加了1.2W/m2、1.3W/m2，年平均表面温度降低了0.04°C。
1.2灌溉对全球气候的影响
Yeh等1984年在全球三个纬度带（30°N—60°N，0—30°N和15°S—15°N）进行了灌溉影响的数值模拟实验，发现灌溉可以降低温度、增加降水，并指出降水的形成是由于灌区和非灌区下垫面性质不同导致了水平温度梯度的差异，激发了局地中尺度环流，进而引发了降水。Boucher等2004年在全球尺度上进行了一系列的灌溉对气候影响的模拟实验，结果显示灌溉使得全球平均净辐射增加了0.03—0.1W/m2，局部降温可以高达0.8°C。Gordon等2005年指出1961—1990年期间森林退化使得全球水汽流减少了3000km3/yr，而灌溉使得全球水汽流增加了2600km3/yr，尽管全球水汽流的净变化几乎为0，但是森林退化和灌溉空间位置的差异，使得水汽流的空间格局发生了变化。Lobell等2006年指出现有的大气环流模型没有考虑灌溉对气候的影响机制，尽管灌溉在全球尺度上的平均影响很小，几乎可以忽略不计，但是对灌溉集中的农区影响显著，缺乏对灌溉的模拟可能是目前GCM在部分灌区模拟结果存在不确定性的重要原因之一。Bonfils和Lobell2007年研究显示灌溉对夏季平均日温度有显著的降温作用，但对夜间的温度影响不明显，并指出这主要是因为由灌溉所导致的潜热增加主要发生在白天。此外，他们还指出20世纪灌溉的迅速发展，对人类引起的温室效应有一定的抑制作用，然而随着灌溉面积的逐步稳定，由灌溉引起的降温效应可能会减弱，由此可能使得未来温室效应更加显著。Lobell等2009年利用CAM3.3在全球尺度上模拟了灌溉对气候的变化，并重点分析了全球8个主要的灌区（包括美国的加利福尼亚、内布拉斯加州、密西西比、西班牙、土耳其，咸海流域、印度恒河平原和中国东北地区），结果显示灌溉降温的强度在区域上有很大差异，这些差异可能由灌溉的范围，灌水量和云特征对灌溉响应的差异等因素造成的。Sacks等2009年利用CAM3.0耦合CLM3.5在全球尺度上模拟了灌溉对当代气候的影响，结果表明从全球平均水平上看，灌溉的影响可以忽略不计，但在局部地区影响显著：灌溉使得北部中纬地区、美国中部和东南部、中国西南部分地区、南亚和东南亚部分地区年平均温度降低了0.5°C左右，但是加拿大北部部分地区温度升高1°C左右，并指出灌溉（作为一种最重要的土地利用管理方式）对区域气候的影响和土地利用/覆盖对区域气候的影响在强度上是相当的，因此在研究人类活动对气候的影响时，不应忽略人类土地利用管理方式这一重要因素。Puma和Cook2010年利用美国戈达德太空研究所的全球气候循环模型ModelE研究了20世纪灌溉农业发展对全球气候的影响，结果显示灌溉的影响在20世纪呈现逐渐增加的趋势，特别是在1950年以后影响更加显著。20世纪早期灌溉主要集中在东南亚，并使该地区6月到8月间的温度显著下降，1950年以后灌溉在北半球中纬度地区和热带地区的降温作用逐渐显著起来。他们还指出Sack等在模拟灌溉时，将土壤含水量一直保持在饱含状态，这种方法使得模拟的灌水量比真实灌水量大了100倍左右。
2农田灌溉对气候影响的研究方法
总结起来有关灌溉对气候影响的研究方法主要有两种：观测数据分析方法和模型模拟研究方法。基于观测值的研究主要是对比灌溉农田和附近雨养农田的气候（主要是温度）差异，或者是对比雨养农田转换成灌溉农田前后气候（主要是温度）的差异。气候观测数据本质上提供的是点状信息，由于地表覆盖状况，地形等的差异，点状信息并不能代表区域的平均状况。此外，由于灌溉农田站点背景信息(比如经纬度、高程、距离城市/海洋的远近程度、不同的下垫面、灌溉站点)的差异，研究者很难区分对比试验中站点间气候因子（比如气温）的差异是由灌溉引起的还是由其他因素导致的。因此，目前已有灌溉农业对气候影响的研究大多采用的是模型模拟的方法。模型模拟研究通常是比较不同模型（区域或全球，耦合或非耦合）模拟结果和控制实验（无灌溉）结果之间的差异。在模拟研究中，灌溉试验的完成主要依赖于研究者在上述模型中加入了对灌溉的刻画和模拟，因此模型模拟的结果很大程度上依赖于模型对灌溉四大属性的模拟能力：哪里灌（灌溉农田位置）、什么时候灌（灌溉时间）、怎么灌（灌溉方式）和灌多少（灌溉量）。针对哪里灌的问题，目前世界各国的研究者已经做出了积极的努力。比如目前已有一些研究绘制了全球的灌溉区。其中之一是美国地质调查队利用1992年4月至1993年9月的1公里AVHRR数据制作的全球土地覆盖图。该图有4个灌溉类别：灌溉草地、稻田、热灌溉农田（hotirrigatedcropland）和冷灌溉农田（coolirrigatedcropland）。由于灌溉类别是该图整体分类体系的子集，因此灌溉类别的精度偏低。此外，全球粮食和农业组织粮农组织和法兰克福大学合作制作了全球的灌区图（FAO灌区图）。最新版本的FAO灌区图是MIRCA2000，该图显示了2000年左右每个月的灌溉区和雨养区，包含了26种作物类型（小麦、水稻、玉米、大麦、黑麦、小米、高粱、大豆、向日葵、土豆、木薯、甘蔗、甜菜、油棕、油菜籽、花生、干豆、柑橘、枣椰树、葡萄、可可豆和咖啡豆）和402个空间单元的农时历信息。该图的分辨率为5弧分×5弧分。此外，国际水资源管理研究所（IWMI）也制作了一幅全球的灌区图。该图的空间分辨率为10公里，由10年的AVHRRNDVI，以及SPOT-VEGETATION、JERS-1和LandsatGeoCover2000数据制作而成。灌区的面积统计信息包括两类：年灌溉面积（annualizedirrigatedarea）和总的可灌溉面积（totalareaavailableforirrigation）。IWMI灌区图提供了灌溉类别和灌溉强度信息，并且利用亚像元分解的方法得到了像元内灌溉面积的百分比值。除了全球尺度的灌溉数据之外，也有些学者在其它尺度上绘制了灌区的分布。以往研究中，多数研究者都利用FAO制作的全球灌溉农田的分布图去控制在哪里灌溉，FAO制作的全球灌溉图只在少数地区进行了验证，对于没有经过验证的区域（比如：中国），其灌溉农田的分布精度是有待考证的。针对灌多少的问题，不同的研究者采用了不同的模拟方法，概括起来主要有如下几种：1）强制灌溉像元的土壤含水量保持在一个固定的高值上或者在模型的灌溉区上强加一个固定的蒸散量；2）根据土壤水平衡关系或者作物生长的潜在蒸散和有效降水之间的差异，估算灌溉需水量；3）将实际调查统计的灌溉用水量进行空间化处理，控制灌溉像元在整个作物生长季的总灌水量，单位时间的灌溉量等于总灌水量除以作物生长季的长度。三种方法中，显然第一种是最不合理的。第二种方法理论基础强，但是对于水资源缺乏的地区，实际灌溉用水量可能远远小于作物灌溉的需水量，而对于灌溉设施老化，灌溉用水利用率低的区域，实际灌溉用水量又可能大于作物灌溉的需水量。第三种方法的实际灌溉用水量可能最接近真实情况，但在进行空间化处理时会引入误差，此外整个生长季单位时间灌水量一致的假设也是不合理的。对于什么时候灌的问题，大多研究都是将灌溉时间控制在作物生长季内，有的研究者指定具体的灌溉时间段，比如一天24小时内都在灌溉，一天只灌溉1个小时，一天灌溉4个小时（从早上6点到早上10点）。有的研究者采用了更加灵活的灌溉时间确定方案，比如在灌溉模拟过程中，当土壤含水量小于一个提前预设的阈值时或者有效降水小于作物最优生长需水量时就实施灌溉等。Lobell等指出灌溉时间可能对于灌溉影响的模拟结果有显著影响，而Sacks等利用offline的CLM模拟了相同灌溉量和灌溉总时长（1小时）下不同灌溉时间（12:00AM—1:00AM，12:00PM—13:00PM）对气候影响上的差异，结果显示灌溉起止时间上的差异对模拟结果的影响不大（两次模拟结果的显热和地表温度的差异在1%左右）。对于灌溉方式的模拟，大多研究也并没有明确指出其模拟的灌溉方式，但总地来说主要包括喷灌和漫灌两种。喷灌是将水加在作物冠层的上方，类似降水，这种方式允许灌溉水有一部分被作物截流，在作物表面直接蒸发或者从作物茎叶落到地面上。漫灌是直接将水加在地表，不考虑作物对灌溉水的截流。有研究发现漫灌和喷灌对地表通量变化的影响差异显著，但是该研究只是采用的offline的陆面模型进行的模拟，因此灌溉方式对气候的影响强度上是否存在显著差异的还有待进一步探讨。
3农田灌溉对气候变化的响应及互馈
灌溉可以对局地气候产生影响，与此同时气候变化也会通过影响水资源量的时空分配，改变作物耗水过程，影响作物需水量，对农田灌溉产生反馈作用。国内外学者在农田灌溉对气候变化的响应及互馈方面也进行了大量的研究。Rosenberg、Cynthia、Angel等分别将未来气候模型（HadCM2、GCMs、天气发生器（LARS-WG））与水文模型（SWAT、WATBAL）、作物模型（CERES-Maize、SOYGRO、CROPWAT）以及规划模型（WEAP水资源预测计划模型）耦合，分析了美国、中国、阿根廷、巴西、匈牙利及地中海地区的作物需水量和对不同的气候变化因子（主要是温度、降水、CO2）的响应，另外Cynthia从管理规划和持续发展的角度，对未来生态系统的服务和灌水决策进行了评估。Thomas利用FAO的水分平衡模型和GIS数据，模拟了中国地区当前以及未来气候情境下，多种作物在产量最大时的农业灌溉需求量，指出在未来气候场景下，中国各地区的灌溉需求量会有不同程度的增加。Weatherhead等综合考虑农业政策、技术发展、市场等多种因素，基于MAFF灌溉调查数据，利用回归和GIS方法计算理论灌溉需求和灌水深度，预测了英格兰和威尔士未来的灌溉需求，结果表明在干旱年作物净灌溉需水量将增长至244×106m3（2021年）。Yoo等利用Penman-Monteith公式和频率分析方法计算了未来情景SREA1B、A2、B1下韩国的水稻需水量，并与基准年份进行对比以获得8个农业灌区的不同未来情境下的水稻需水量变幅。Piao等从多个方面分析了气候变化对中国农业的影响，指出气候变化对作物生产有利亦有弊，如气候变暖对不利于雨养作物，但对灌溉作物有益；区域性的气候变换将延长作物的生长时间，部分作物的生长线北移等等。Vanuytrecht等在实现对AquaCrop模型进行水分生产力函数的校正后，分析了CO2浓度的上升对作物生长的不同阶段的影响。Francisco等分析了智利中部Maipo盆地在降水减少、山区气温上升3—4°C时水文气象参量的变化，利用日水配额预算模型模拟灌溉需求，结果表明，这些气候因素的变化会对不同作物产生不同的影响，而且未来气候的变化将不利于流域集水。Mainuddin等利用PRECIS区域气候模型的未来气候场景数据驱动Aquacrop模型，模拟了2010—2050年湄公河流域下游水稻的水生产力（产量比实际蒸散量），结果显示湄公河流域在老挝和泰国境内的水稻的水生产力可能会显著增加而在柬埔寨和越南境内的水稻的水生产力坑内可能会减少。国内研究多以FAO推荐的Penman-Monteith公式为基础，结合气象数据、作物系数、农田水量平衡方程，进行当前或未来的灌溉需水量及其长期变化趋势的分析。另外，系统动力学建模方法、作物模型与未来气候模型耦合的分析方法也被应用于此项研究中。研究结果普遍表明，在中国西部（新疆、甘肃、河西走廊、张掖市、黑河流域、关中地区）、中部平原（河南、黄淮流域）、东北（辽宁营口）长江流域（长江中下游地区、高邮灌区）乃至全国等多个研究区，多种作物的灌溉需水量在历史和未来情景分析中呈增加趋势，且增加幅度因作物类型及种植习惯不同而存在差异。
4讨论
以上研究提供了有关灌溉对气候影响的观测证据和模拟结果，丰富了人类活动与气候变化的响应研究，但仍然存在一些不足：首先，尽管观测实证和模拟结果都显示灌溉对气候的确存在影响，大多数研究显示灌溉可以降低温度和增加降水，但是有关灌溉对于晚间表面温度/最低温度和降水的影响方向（增加/降低）结论不一致。其次，灌溉对气候影响强度的定量研究非常困难。气候观测通常提供的是地面调查点的信息，而不是面上信息。由于观测站点背景差异，很难明确将灌溉影响从其他因素对观测点气候的影响中分离开来。而模型模拟结果受灌溉模拟参数（比如灌溉位置和灌水量）的影响大，可能过高或者过低的估计了灌溉对气候的影响。灌溉时间和灌溉方式对气候的影响强度是否存在显著差异也没有明确的结论。大多模型中也没有考虑不同作物种类（比如水稻和小麦）灌溉需求上的差异，对作物生长的模拟相对简化。
