全球變暖的事實
氣候是自然生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的因素， 是山、水、林、田、湖、草“生命共同體” 的重要紐帶，是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。
從18世紀(jì)中葉開始，以英國人瓦特改良蒸汽機為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命從英格蘭中部地區(qū)發(fā)源，傳播到了世界各地。這次工業(yè)革命是以機器取代人力，以大規(guī)模工廠化生產(chǎn)取代個體工場手工生產(chǎn)的一場科技革命。進入19世紀(jì)下半葉，人類開啟電氣時代，電力、通信、能源、交通等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)發(fā)展突飛猛進，迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)， 極大促進了經(jīng)濟社會發(fā)展，被視為第二次工業(yè)革命。
1850—2018年全球平均溫度距平（相對于1850—1900年平均值，引自世界氣象組織《2018年全球氣候狀況聲明》）
隨著工業(yè)化革命進程加快，煤炭、石油等能源被大量使用，導(dǎo)致越來越多的二氧化碳等溫室氣體通過工業(yè)活動排放到大氣中，進而改變了千萬年來大氣層中相對穩(wěn)定的氣體濃度比例。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，2016年全球二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等這些主要溫室氣體的濃度比工業(yè)化前分別增加了45％、157％、22％，是過去80萬年以來最高值，相當(dāng)于在地球表面每平方米放2～3個晝夜不息的1瓦燈泡。
溫室氣體人為地快速增多，使得地球溫室效應(yīng)不斷增強，全球正經(jīng)歷著以氣候變暖為突出標(biāo)志的氣候變化。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2013年發(fā)布的第五次評估報告指出，過去的130多年（1880—2012年），全球地表平均溫度上升了約0.85℃。根據(jù)世界氣象組織發(fā)布的《2018年全球氣候狀況聲明》，2018年全球平均溫度比工業(yè)化前（1850—1900年平均值）高出約1.0℃，是有完整氣象觀測記錄以來的第四暖年。過去5年（2014—2018年），是有完整氣象觀測記錄以來最暖的5年；全球氣候變暖存在明顯的地區(qū)和季節(jié)差異，陸地比海洋增溫快，高緯度地區(qū)增溫比中低緯度地區(qū)大，冬季增溫比夏季明顯。
IPCC預(yù)計，如果維持當(dāng)前溫升速率，全球增溫將在2030—2052年超過1.5℃，即便立刻停止全球溫室氣體排放，工業(yè)化時代以來排放的溫室氣體仍將在百年到千年尺度上繼續(xù)影響氣候系統(tǒng)。
水中穿行（攝影：徐允川）
冰川退縮
氣候變化帶來的影響
氣候變化會改變大尺度的大氣環(huán)流形勢，并通過海洋—大氣相互作用、陸地—大氣相互作用等不同圈層間的物理化學(xué)作用來影響全球氣候規(guī)律，進而對全球自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會產(chǎn)生廣泛影響。
氣候變化造成極端天氣氣候事件頻發(fā)。20世紀(jì)中葉以來，全球高溫?zé)崂祟l繁發(fā)生，且持續(xù)時間更長；陸地上的暴雨洪澇頻率增加；歐洲南部和非洲西部的干旱持續(xù)時間更久、強度更強。例如：2003年夏季歐洲中西部發(fā)生了罕見的高溫?zé)崂耍瑢?dǎo)致2萬人死亡；2005年卡特里娜颶風(fēng)造成美國新奧爾良州1700多人死亡，1000多億美元損失；2018年全球氣象災(zāi)害導(dǎo)致6200萬人受災(zāi)，經(jīng)濟損失超過自然災(zāi)害損失總量的90％。
氣候變化導(dǎo)致全球海平面高度持續(xù)上升。近25年來，海平面上升速率達到3.15毫米/年。其中，2018年全球平均海平面比2017年上升了3.7毫米，是有觀測記錄以來的最高值（截至2018年）。由于海洋吸收了大量人為排放的二氧化碳，引發(fā)海洋酸化，海洋表面酸堿值較工業(yè)化前下降了0.1個單位，對應(yīng)的酸度增加了26％。
氣候變化加速冰川長度和面積減少。全球范圍內(nèi)的冰川長度和面積幾乎都在退縮，部分冰川已消失。近20年來，格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的冰儲量持續(xù)減少；1971年以來全球山地冰川普遍退縮，平均每年減少冰量接近2300億噸；北極海冰范圍明顯縮小，1979年以來平均每10年縮小3.5％～4.1％。。
1979—2018年3月和9月北極海冰面積變化（數(shù)據(jù)來源：《氣候變化藍皮書（2019年）》）
氣候變化影響水資源。在全球許多區(qū)域， 氣候變化帶來的降水變化和冰雪融化正在影響水資源和水質(zhì)。由于冰川持續(xù)退縮，影響徑流和下游的水資源，全世界200條大河中近1/3的河流徑流量減少。高緯度地區(qū)和高海拔山區(qū)的多年凍土層正在變暖和融化。在亞洲，氣候變化已經(jīng)對冰川、積雪、凍土、河流和湖泊產(chǎn)生了不同的影響，亞洲面臨的關(guān)鍵風(fēng)險主要體現(xiàn)在河流、海洋和城市洪水增加，對亞洲的基礎(chǔ)設(shè)施、生計和居住區(qū)造成大范圍破壞。
氣候變化影響生態(tài)系統(tǒng)。氣候變化影響植被的覆蓋、生產(chǎn)力和碳循環(huán)，以及物候、物種的分布范圍。受氣候變化和大氣中二氧化碳濃度增加的影響，全球范圍內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力有所提高，陸地碳匯有所增加； 但由于極端天氣氣候事件也呈增加趨勢，更為頻繁的暴風(fēng)雨、野火、土地退化和蟲害暴發(fā)的強度增加，也加大了生態(tài)系統(tǒng)的損失。氣候變化還改變了動植物的分布格局，北方、溫帶和熱帶地區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)類型發(fā)生向緯向和高海拔方向的變化。
水資源的基本科學(xué)概念
水資源：指可供人類直接利用，能不斷更新的天然淡水。從廣義來說是指水圈內(nèi)水量的總體。從狹義上來說，水資源是指由當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的，存在于河流、湖泊、地下含水層中的逐年可更新的動態(tài)水資源，主要包括地表水和地下水。水資源可用于灌溉、航運、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等，是人類生存和發(fā)展不可缺少的自然財富。通常我們所說的水資源，特指陸地上的淡水資源，包括河流和湖泊中的淡水、高山積雪和冰川，以及地下水等。
降水量：指從天空中降落到地面上的液態(tài)或固態(tài)（經(jīng)融化后）降水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積聚的深度。降水是氣候的一個重要組成因素，根據(jù)其不同的物理特征可分為液態(tài)降水和固態(tài)降水。測定降水量的基本儀器是雨量器、翻斗式雨量計、虹吸式雨量計和雙閥容柵式雨量傳感器等。在對降水量的預(yù)測中一般用降水概率來表示，一般不會用到的可能性是100％，這是因為目前科學(xué)家對降水與否的把握只有70％左右。
蒸發(fā)量：通常指在一定時段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空中的量，是水循環(huán)中的重要組成部分。狹義的蒸發(fā)概念指水面蒸發(fā)，廣義的蒸發(fā)則包括水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)和植物蒸騰等3種類型，并把植被地段的蒸發(fā)和蒸騰統(tǒng)稱為蒸散。測量蒸發(fā)量的儀器有很多。我國一般采用20厘米蒸發(fā)皿和E601型蒸發(fā)器進行水面蒸發(fā)的觀測。蒸發(fā)量與氣溫、日照、風(fēng)速、濕度等氣象要素密切相關(guān)。因此區(qū)域尺度上的蒸發(fā)量可根據(jù)氣象站氣象資料來估算。蒸發(fā)量在估算植物需水和植物水分平衡等方面具有重要的應(yīng)用價值；蒸發(fā)量變化的研究，對深入了解氣候變化、探討水分循環(huán)變化規(guī)律具有十分重要的意義。
徑流量：指通過流域出口斷面的全部水流數(shù)量，大氣中雨水降落在陸地后或高山冰雪融化成液態(tài)水后，經(jīng)過植被截留、填洼、土壤蓄水及雨期蒸發(fā)等損失后所剩余的水量，從不透水面積上、地面和地下匯集到流域流出斷面的全部水流。徑流的形成是一個極為復(fù)雜的過程，包括大氣降水轉(zhuǎn)化為地表水的部分，地下水出露（出滲）形成地表水的部分，并扣除沿途蒸發(fā)、河流滲漏流失的水量。徑流量的多年平均值（通常用30年平均）代表了該流域從外界獲得補給量的平均水平，是陸地上最重要的水文要素之一，也是水量平衡的基本要素。徑流量往往以流域作為計算單元，計算方法包括實測法、水量平衡分析法和水文比擬法等。
冰雪資源：是指人類可利用的地球表面積雪和積冰。冰雪是氣溫在0℃以下形成的固態(tài)水，冰雪的穩(wěn)定性取決于環(huán)境溫度，有長期性積冰積雪和季節(jié)性冰雪兩種。冰雪是重要的淡水資源，也是干旱區(qū)水資源的重要來源，被稱為“固體水庫”。在干旱區(qū)，高山終年冰雪區(qū)是固體水庫，亦是一些河流的水源，并形成沿河的綠洲。冰雪資源在調(diào)節(jié)水資源、冷藏、冰雪考古、開展冰雪運動和冰雪旅游等方面都有重要意義。長期積冰和積雪的變化是氣候變化的重要指示物。
水資源安全：一般指水資源的供需矛盾對社會經(jīng)濟發(fā)展和人類生存環(huán)境產(chǎn)生的危害及相關(guān)問題。水循環(huán)更替時間長短、水量、水質(zhì)、水資源時空分布、水旱災(zāi)害頻率與強度等不僅與氣候條件密切相關(guān)，還受到大規(guī)模人類活動影響。
氣候變化與我國水資源安全
20世紀(jì)中葉以來，受氣候變化影響，我國東部主要河流徑流量不同程度減少，海河和黃河徑流量減幅更高達50％以上。冰川退縮加劇了青藏高原江河源區(qū)徑流量變化的不穩(wěn)定性。氣象災(zāi)害頻發(fā)降低了水資源的可利用性，導(dǎo)致我國北方水資源供需矛盾加劇，南方則出現(xiàn)區(qū)域性甚至流域性缺水現(xiàn)象。在未來氣候持續(xù)變暖背景下，未來我國水資源風(fēng)險將會增加。
氣候變化與水資源量。20世紀(jì)50年代以來，受氣候變化和人類活動雙重因素的影響，我國北方水資源量明顯減少，水資源供需矛盾突出；松花江、遼河、海河、黃河實測徑流量均呈下降趨勢，尤其海河和黃河下降明顯，減少近一半，海河流域氣候要素對河川徑流量減少的貢獻將近三成，黃河中游貢獻近四成；遼河、松花江減少幅度次之，其中遼河流域氣候要素對河川徑流量減少的貢獻占近兩成。而我國西部的塔里木河源地區(qū)、雅魯藏布江徑流表現(xiàn)出增加的趨勢，這主要是由于氣候變暖，冰川消融，導(dǎo)致近期徑流量增加。從趨勢上看，短期內(nèi)冰川退縮會使河流水量增加，但亦會加大以冰川融水補給為主的河流或河段徑流量變化的不穩(wěn)定性；隨著冰川持續(xù)退縮，冰川融水銳減，以冰川融水補給為主的河流，特別是中小支流，其徑流的年內(nèi)分配更不均勻，甚至面臨逐漸干涸的威脅。
氣候變暖與水質(zhì)惡化。在氣候變暖背景下，水資源量在時空分布上的變化會改變地表水環(huán)境，進而改變河流湖泊的水質(zhì)。水體溫度升高引起湖泊水中含氧量減少，致使湖泊或水庫底部沉積物發(fā)生微生物厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生有毒氣體和鹽類，促使?fàn)I養(yǎng)元素溶出，引起湖泊色、味上的污染，甚至增加水體表層營養(yǎng)鹽濃度，加上適宜的溫度，導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化。
氣候變化與極端水文事件。19世紀(jì)40年代、70年代和20世紀(jì)30年代、50年代是我國洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生和災(zāi)害程度最為嚴(yán)重的時期，且多出現(xiàn)在東部季風(fēng)氣候區(qū)，而在西部干旱和半干旱區(qū)，則多發(fā)生由短歷時局地性暴雨導(dǎo)致的災(zāi)害性洪水。20世紀(jì)后50年，我國南方流域雨澇面積雖有所減少，但夏季雨澇面積卻在擴大，主要就是因為夏半年降水更加集中，強降水事件增多，導(dǎo)致洪澇等極端水文事件更易發(fā)生。20世紀(jì)90年代以來，黃河流域暴雨洪水的發(fā)生頻率和程度均逐年降低，干旱形勢日趨嚴(yán)重。20世紀(jì)后半葉，長江流域大部分地區(qū)降水增加，強降水占總降水量的比例加大，致使20世紀(jì)70年代后特別是90年代長江流域洪水頻發(fā)?；春恿饔蚝禎车人氖录l繁發(fā)生，20世紀(jì)90年代以來，尤其是夏秋兩季出現(xiàn)頻率增加，強度增強，夏季偏澇，秋季偏旱。。
氣候變化與水資源風(fēng)險。在未來氣候持續(xù)變暖背景下，水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將會繼續(xù)發(fā)生改變。水資源數(shù)量可能進一步減少，水質(zhì)進一步降低，旱澇災(zāi)害更加頻繁，尤其是時空分配上會更加不均勻，進一步加重我國水資源的脆弱性，水資源供給、水資源利用等與淡水資源相關(guān)的風(fēng)險會顯著增加。
春耕（攝影：周永文）
國際上與水相關(guān)的重要科學(xué)計劃
國際水文計劃，簡稱“IHP”，是水文領(lǐng)域最重要的國際合作活動之一。國際水文計劃從1975年開始執(zhí)行，其領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)是政府間理事會，由聯(lián)合國教科文組織理事國組成。該計劃的目的是組織成員國執(zhí)行一系列計劃項目，包括：進行水文循環(huán)研究—人類活動對水文循環(huán)的影響、水資源的合理估算和有效利用等；組織出版刊物、信息交流、學(xué)術(shù)會議和地區(qū)合作等，促進國際水文合作； 開展水文科學(xué)的教育和培訓(xùn)等。這項計劃每兩年舉行一次會議，休會期間由國際水文計劃秘書處行使職能。成員國在其國內(nèi)設(shè)立國際水文計劃國家委員會，任務(wù)是制訂參加國際水文計劃的本國計劃，并促其實施。中國是成員國之一。
全球能量和水循環(huán)試驗，簡稱“GEWEX”，是世界氣候研究計劃（該計劃由世界氣象組織、國際科學(xué)理事會和聯(lián)合國教科文組織的政府間海洋學(xué)委員會于1980年共同發(fā)起創(chuàng)建） 的組成部分。
GEWEX的科學(xué)任務(wù)是：根據(jù)對全球大氣和陸面特征的測量，確定陸地的水文循環(huán)和能量通量，并模擬全球水循環(huán)及其對大氣、海洋和陸面的影響；提高預(yù)測全球及區(qū)域的水文過程和水資源變化及其對環(huán)境變化響應(yīng)的能力；促進觀測技術(shù)、資料管理和同化系統(tǒng)的發(fā)展，使其更加適用于長期天氣預(yù)報、氣候預(yù)測和水文預(yù)測。
國際地球科學(xué)計劃，簡稱“IGCP”，是聯(lián)合國教科文組織的自然科學(xué)計劃之一， 也是聯(lián)合國系統(tǒng)唯一的國際地球科學(xué)發(fā)展計劃。該計劃由教科文組織和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會于1972年共同發(fā)起，并于1974年實施至今。國際地球科學(xué)計劃共設(shè)五大科學(xué)主題，包括地球資源、全球變化和生命演化、地質(zhì)災(zāi)害、水循環(huán)的地質(zhì)科學(xué)、地球動力學(xué)。截至目前，該研究計劃已資助了360余項國際地學(xué)合作項目，來自150多個國家和地區(qū)的上萬名地球科學(xué)家參與其中，為解決諸多全球關(guān)注的重大地學(xué)問題，如地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、氣候變化、地下水資源保障等做出了重大貢獻。
?。ㄖ轮x：本文部分資料由國家氣候中心提供）
