第1章导论
执行摘要
地球环境进入“人类世”（Anthropocene），人类活动成为全球气候、生态环境变化的主要驱动力。未来人类活动的持续干扰将使地球系统丧失恢复力，因此迫切需要确定宜居地球的“安全公正廊道”。 从中国自然禀赋和历史人-地关系看，当代中国背负着前所未有的压力，可持续发展面临突出矛盾。未来气候与生态环境变化将对中国国家安全多个领域构成重大威胁，必须向低碳、绿色发展转型，提升生态文明水平，引领人类命运共同体建设。开展新一轮“中国气候与生态环境演变：2021”科学评估，可为中国应对气候和生态环境变化的战略决策提供科学依据。
1.1 全球气候与生态环境的演变
地球环境进入“人类世”1①，人类活动成为全球气候、生态环境变化的主要驱动力。未来人类活动的持续干扰将使地球系统丧失恢复力，因此迫切需要确定宜居地球的“安全公正廊道”。
1.1.1 人类活动对地球环境的影响与宜居地球
人类自 350万年前出现在东非草原起，就开始影响着地球环境。从狩猎、农耕，到 1750年开始的工业化和进入“人类世”，人类改变地球环境的力度大大加剧。 1750年全球人口不到 10亿人， 2019年已达 77亿人；根据联合国发布的《2019年世界人口展望》报告， 2030年全球人口将超过 85亿人， 2050年约为 100亿人。 1万年前地球上野生动物的数量占比为 99%，人类只占 1%，现在野生动物仅占 1%，人类占 32%，豢养动物占 67%。目前， 2/5的地球陆地面积种植粮食，3/4的淡水被人类利用，75%的陆地生态系统受到人类的影响②。
科技进步加速，人类财富猛增，同时人类更长寿、更健康。史前时代，人类平均寿命仅 30岁，1950 ~ 1955年世界人口预期寿命为 46岁，2005 ~ 2010年已达 67岁， 2050年将超过 75岁。1900年世界城市人口占比为 14%，21世纪初已达一半以上。同时，人类面临气候变暖、环境恶化、资源消耗加剧、生态系统受损、生物栖息地锐减等严峻的气候与生态环境问题。
联合国于 2015年制定了《改变我们的世界： 2030年可持续发展议程》（简称《2030年可持续发展议程》），涵盖了减贫、教育、保护气候、环境恶化、社会经济等 17个领域的可持续发展目标（sustainable development goals，SDGs）。2020年新冠肺炎（COVID-19）疫情肆虐，其负面影响至少将持续数年，全球 2030年实现 SDGs面临困境。
人类文明的发展和繁荣，很大程度上得益于全新世（ Holocene）的宜人环境。在全新世，大气和生物地球化学过程相对稳定，地球系统能通过内部反馈吸收和消弭外界干扰，使社会 -生态系统得以稳定和持续发展（ Steffen et al.，2018）。工业革命以来，人类活动成为全球气候与环境变化的主要驱动力，人造物质量已超过地球生物量，地球系统的自然稳定性被打破。目前，人类正处于地球系统未来的岔路口，如果未来人类仍不加限制地排放温室气体，地球系统将丧失恢复能力，进入“热室地球”（hothouse earth）这一不稳定的状态，届时人类社会将面临巨大风险 [图 1-1（a）]。
图 1-1 地球系统演化轨迹（a）与行星边界（b）示意图（Steffen et al.，2015，2018；Rockstr.m et al.，2009）
2009年，瑞典斯德哥尔摩大学斯德哥尔摩恢复力研究中心 Rockstr.m领衔的国际地球系统和环境科学领域科学家团队，在分析维持地球系统稳定性和恢复力关键过程的基础上，提出了“行星边界”（planetary boundary）的理论框架，从而为辨析和量化人类未来发展的安全运行空间、阻止过度人类活动干扰造成不可逆的环境变化提供了重要理念（Rockstr.m et al.，2009）。以全新世的气候与生态环境为参照，Rockstr.m等（2009）评估了气候变化、海洋酸化、平流层臭氧消耗、氮循环、磷循环、淡水利用、土地利用变化、生物多样性损失、大气气溶胶荷载和化学污染等地球系统的十个关键过程及其阈值。结果表明，气候变化、生物多样性损失（具体是基因多样性）和氮循环已经越过了行星边界，此外，磷循环和土地利用变化也进入了高风险区间。评估指出，地球系统关键过程处在行星边界内时，人类可持续发展能得到保障，当有一个或多个跨越阈值时，环境变化风险将大大增加 [图 1-1（b）]。
为加强“人类世”地球系统恢复力管理，探寻人类可持续发展路径， 2019年“未来地球”（Future Earth，FE）计划召集全球一个卓越科学家小组，成立了地球委员会（Earth Commission，EC），旨在“建立一个融合环境和经济、人类和地球的 21世纪新平台，以改造经济体系、造福社会、维持地球的自然系统”。人类社会的发展进步依赖于地球系统的稳定和人类与地球稳定的全面融合。实现融合的关键是科学地定义地球上人类发展的“安全公正廊道”，使地球的生命维持系统保持稳定并能支撑人类福祉。地球的自然资源，如碳、营养、水和土地资源是有限的，“安全公正”还包括必须在人类之间及其和大自然之间实现共享。如何定量确定地球“安全公正廊道”并付诸行动，是世界各国面临的长期任务，对于拥有 14亿人口的中国，上述要求则更具挑战性。
1.1.2 人类活动对全球气候变化的影响
工业革命以来，燃烧化石燃料和生物质排放温室气体和气溶胶等大气成分、生产生活排放各类化学物质、土地利用和覆盖变化改变地表特征等人类活动，造成了由大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和岩石圈组成的气候系统的变化。辐射强迫（ radiative forcing，RF）可量化人类活动对气候系统的影响程度。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告（IPCC AR6，2021年）给出的 2019年的 RF（相对于 1750年）为 2.72W/m2，比 IPCC第五次评估报告（IPCC AR5，2013年）给出的 2011年的 RF增加了 0.43W/m2。1750年以来大气 CO2浓度的增加是 RF增加的主要原因。 2019年，大气 CO2浓度为 410ppm1①，比工业化前高了 48%，为 200万年来*高。大气圈、水圈、冰冻圈和生物圈发生了广泛而迅速的变化，气候系统许多层面的当前状态在过去几个世纪甚至几千年来均是前所未有的。
观测资料的增加、检测归因方法和技术的完善以及气候模式的发展，进一步证实了人类活动影响了气候系统这一结论。 1990年发布的 IPCC第一次评估报告（ IPCC FAR）指出，观测到的增温可能主要归因于自然变率，但是已经感觉到人类活动的影响；1995年 IPCC第二次评估报告（ IPCC SAR）认识到，有明显证据可检测出人类活动对气候的影响； 2001年 IPCC第三次评估报告（ IPCC TAR）认为，新的、更有力的证据表明，过去 50年观测到的全球大部分增暖可能（ 66%以上可能性）归因于人类活动； 2007年 IPCC第四次评估报告（ IPCC AR4）指出，人类活动很可能（ 90%以上可能性）是气候变暖的主要原因； 2013 年 IPCC AR5指出， 20世纪中叶以来观测到的全球气候变暖一半以上是由人类活动造成的，这一结论的信度达 95%以上； 2018年IPCC发布的《 IPCC全球 1.5℃温升特别报告》指出，自工业化以来，人类活动导致全球升温约 1.0℃，人类活动是观测到的增温的主要原因得到进一步确认。 2021年发布的 IPCC AR6第一工作组报告指出，从 1850 ~ 1900年到 2010 ~ 2019年，人类活动造成全球升温 1.07℃，与观测的 1.06℃升温一致。人类活动引起了大气、海洋和陆地变暖毋庸置疑。
1.1.3 气候变化对自然系统与人类系统的影响与风险
IPCC AR5指出，气候变化深刻地影响着自然系统和人文系统，已在海洋、水资源与水循环、冰冻圈、海平面上升、极端事件、生态系统、粮食生产、人类健康、工程设施、区域经济和社会文化等诸多领域检测到了气候变化的影响。未来气候变暖可能导致更为广泛的影响和风险。如果全球升温幅度比工业化前高 1 ~ 2℃，全球面临的风险尚可控；如果升温达到或超过 4℃，将会对地球自然生态系统和人类社会造成更严重的后果，且很难恢复。
2018 ~ 2019年 IPCC先后发布了《 IPCC全球 1.5℃温升特别报告》、《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》和《气候变化与土地特别报告》三份特别报告。《IPCC全球 1.5℃温升特别报告》指出，升温 1.5℃将对陆地和海洋生态系统、人类健康、食品和水安全、经济社会发展等带来诸多风险和影响，升温 2℃对自然和人文系统的负面影响更甚（图 1-2）。《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》预估了海洋和冰冻圈的未来变化及其风险，指出未来变暖背景下北极冰冻圈退缩将加剧，高山和北极地区的基础设施、文化、旅游和娱乐资源等面临的风险将增加。海洋将持续变暖、加剧酸化，海洋生态系统净初级生产力将下降，影响海洋生物多样性并危及海洋生态系统的服务功能和人类社会。海平面上升、海洋热浪和海洋酸化将加剧沿海低地社区的风险。《气候变化与土地特别报告》强调，未来气候变化对土地的负面影响不断增加，一些部门和区域可能面临更高的或前所未有的风险。
图 1-2 未来不同温升条件下气候变化引发的风险（改绘自《IPCC全球 1.5℃温升特别报告》） M代表中等信度；H代表高信度；M-H代表中等 -高信度
IPCC AR6第一工作组报告指出，在其考虑的所有排放情景下，全球地表温度至少在 21世纪中叶前将继续变暖。如果不实施强有力的温室气体减排措施，未来 20年全球温升将达到或超过 1.5℃。未来全球气候变暖将造成气候系统的许多变化，特别是海洋、冰盖和全球海平面发生的变化在世纪到千年尺度上是不可逆的。未来全球许多区域出现极端事件并发的概率将增加。高温热浪、干旱并发，以风暴潮、海洋巨浪和潮汐洪水为主要特征的极端海平面事件叠加强降水造成的复合型洪涝事件加剧。到 2100年，一半以上的沿海地区当前所遭遇的百年一遇的极端海平面事件将会每年都发生，叠加极端降水，将使洪水更为频繁。在温升较高时，不排除发生类似南极冰盖崩塌、森林枯死等气候系统临界要素的引爆，这些小概率高影响事件一旦发生将对地球生存环境带来重大灾难。
1.2 中国气候、生态环境与社会经济发展的历史演化
从中国自然禀赋和历史人 -地关系看，当代中国背负着前所未有的压力，可持续发展面临突出矛盾。
1.2.1 基本概况
中国幅员辽阔，地势复杂多样，季风气候特征明显。中国领土西起新疆乌恰县乌孜别里山口，东至黑龙江与乌苏里江交汇处，南起南沙群岛的曾母暗沙，北达黑龙江省漠河北端的黑龙江主航道中心线，地势西高东低，呈三大阶梯状，陆地面积约 960万 km2。濒临中国陆地的渤海、黄海、东海、南海和台湾以东的太平洋的一部分，面积约 470多万平方千米，主张管辖的海域面积约 300万 km2。受纬度效应、高程效应和海陆分布等地理地带性规律的支配，中国气候以季风影响为主要特征，夏季东南季风和西南季风输送的太平洋、印度洋水汽，给中国大部分地区带来丰沛降水；冬季盛行偏北风，挟带北半球中、高纬度大陆的干冷空气影响大部分地区，降水偏少且时空分布不均。深居欧亚大陆腹地的西北地区距海遥远，受夏季风影响小，大陆性气候特点明显。平均海拔 4000m以上的青藏高原约占中国陆地面积的 1/4，受地形影响，青藏高原山地气候特点突出。
中国坚持节约资源和保护环境的基本国策，绿色发展的理念深入各行各业，全国生态环境总体质量不断改善
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