气候变化对农业的影响表明，环境、全球粮食供应和公共卫生面临更大挑战
一项关于气候与农业之间联系的全球性研究显示，随着气候变化给全球粮食供应带来更大压力，农业必然会采取一些可能加剧其环境影响的做法，从而可能形成一个新的紧急反馈循环。论文还指出，在未来几十年里，新的农业实践有可能提高效率，稳定粮食供应。研究成果以“气候变化加剧了农业对环境的影响”（Climate change exacerbates the environmental impacts of agriculture）为题发表在《科学》上。
研究人员指出，目前农业产生的温室气体排放量是上世纪60年代的18倍，约占全球变暖的30%。农田土壤中残留的过量肥料会被细菌分解形成N2O，一种比CO2强300倍的温室气体。在保持高产的同时减少农业的变暖影响，对于减缓气候变化和保护粮食供应免受其影响至关重要。
美国哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院环境卫生科学副教授Lewis Ziska说，“重要的是要认识到农业对公共卫生的影响，从农药的使用到水质，几乎肯定会随着气候变化而加剧。”
研究发现：（1）气候变化对农业实践产生了广泛影响，增加了用水和水资源短缺、N2O和CH4排放、土壤退化、氮和磷污染、虫害压力、农药污染和生物多样性丧失。（2）气候—农业反馈途径可能会大幅增加农业温室气体排放。如果不改变农业，这种反馈循环可能使《巴黎协定》温控目标无法实现。（3）现有的可持续农业实践和技术，如果得到广泛实施，可以大大减少农业排放，防止形成反馈循环。为实现这一目标，各国政府必须努力消除社会经济障碍，为农民和粮食生产者提供适应气候变化的解决方案。
美国明尼苏达大学生物科学学院教授David Tilman说，“我们需要农业，但人类的未来也要求我们减少农业对环境的危害。通过评估世界各地正在尝试的新做法，我们发现了一些似乎既能增加收成又能减少环境危害的做法。一旦这些新方法得到测试和验证，我们就需要一项既能为农民生产粮食支付报酬，又能为改善环境支付报酬的农业法案。加强管理对所有人都有巨大的好处。”
研究人员研究了农业与气候之间关系的各个方面，以确定哪些新做法最有效。虽然固碳是目前的首要任务，但将耕作效率和氧化亚氮等污染物考虑在内的综合方法可以带来更大的气候效益，并为农业带来更稳定的未来。精确施肥和轮作等做法可以防止形成反馈循环。
研究小组确定了一些下一步措施。首先，利益相关方应加快适应高效和气候友好型农业，并降低其成本。精耕细作、多年生作物一体化、农业光伏、固氮和新型基因组编辑等新兴技术可以在提高农业产量和效率的同时减少气候变化的影响。他们建议进一步研究气候—农业反馈途径以及农场机器人等新技术。
北半球陆地季风区碳通量的年际变化受到季风的调节
陆地是自然界中重要的碳汇之一，研究陆地碳通量的时空变化，对于理解碳循环变化规律、促进实现碳中和目标具有重要价值。全球季风区人口稠密，季风的变化对人民的生产生活造成很大影响，因此，传统的季风研究多从物理上关注其变化机制，而关于季风异常对陆地碳通量的影响则少有讨论，使得在气候物理学和生物地球化学循环研究之间存在空白点。
最近，中国科学院大气物理所博士研究生张星与其导师周天军研究员在《气候杂志》（Journal of Climate）上发表题为“年际尺度上季风变化对北半球陆地季风区碳循环的影响”的研究论文，利用陆地碳通量数据集FLUXCOM，从气候态和年际变率的角度，揭示了北半球陆地季风对整个半球净生态系统生产力（NEP）的影响，明晰了在ENSO发展的不同阶段季风变化影响陆地碳通量的机制。
NEP在不受干扰的自然生态系统中可以表征陆地生态系统的碳收支，表示为植被光合作用产物与生态系统呼吸的差值。研究发现，北半球陆地季风区分别贡献了整个北半球NEP气候态和年际变化的40.24（±3.40）%和21.35（±7.57）%；北半球陆地季风区NEP的年际变化主导模态与ENSO发展年和衰减年的夏季异常海温存在显著关联。
研究发现，在厄尔尼诺发展年夏季，由于季风环流的影响，除东亚季风区外，北半球陆地季风区的降水均显著减少，导致植被光合作用产物减少、生态系统呼吸减弱，由于前者减少得更多，因此，最终使得北半球陆地季风区的碳吸收减弱，从而释放到大气中的CO2增加。
在厄尔尼诺衰减年夏季，西北太平洋异常反气旋输送了更多的水汽北上，使得我国长江流域降水增加，进而导致光合作用产物和生态系统呼吸均增加，两者的变化相互抵消，最终令该地区的碳收支变化较弱。而在其他热带季风区，温度升高驱动光合作用产物减少，同时降水增加驱动呼吸增强，二者均有利于更多CO2释放到大气中。
陆气耦合加强了2022年7月青藏高原 5000米以上破纪录的热浪
近年来，青藏高原经历了显著的变暖，1980—2013年来青藏高原增暖的速率是北半球平均的2倍，而这种增暖趋势又会为热浪的发生提供有利条件。青藏高原上的热浪会对冰川水资源和生态系统造成严重威胁，理解高原热浪的发生机制并预估其未来变化，有助于从减缓和适应的角度来科学应对其不利影响。
2022年7月，一场大范围破纪录的热浪袭击了青藏高原海拔5000米以上的区域，一些地区的日最高温度异常超过了4℃。已有很多工作对2022年同时期发生在长江流域的热浪进行研究，但关于青藏高原热浪的物理机制尚少有探讨。
近日，中国科学院大气物理所LASG国家重点实验室博士研究生桂可心与其所在团队师生合作在《天气和极端气候事件》（Weather and Climate Extremes）上发表文章，指出强烈的陆气耦合加强了2022年夏季发生在青藏高原海拔5000米以上的热浪事件，进一步地，作者团队预估了未来陆气耦合对高原热浪发生概率的影响。
“环流相似法”常被用于计算大气环流对高温热浪的贡献，它通过寻找历史上与目标日期相似的大气环流型，再对相似环流型下的温度场进行合成来量化大气环流对极端温度事件的贡献。作者将此方法分别应用到青藏高原地区的大气环流和土壤湿度上，发现二者分别可以解释2022年高原极端高温事件强度的44.40%和55.57%。羌塘高原的高“土壤湿度-温度”耦合指数和该区域热浪期间显著提高的潜热通量与土壤湿度的相关关系，反映了土壤湿度反馈在此次高原热浪当中发挥着重要作用。
该研究还使用了由第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的陆面反馈模式试验（LFMIP-pdLC）作为敏感性试验与历史试验进行对照，其中LFMIP-pdLC试验固定土壤湿度为气候态月平均，因此两组试验的差异体现的是土壤湿度-大气相互作用的影响。将“环流相似法”分别应用于以上两组试验，结果表明在与2022年高原热浪发生时的大气环流一样的条件下，考虑了陆气耦合过程的LFMIP-pdLC试验中热浪的强度显著高于历史试验。因此，模式结果进一步证实了陆气耦合加强2022年高原热浪强度的结论。
作者进一步把工作延伸到未来预估，发现陆气耦合会显著提高温度变率和极端高温事件发生的概率。在全球增暖的背景下，没有陆气耦合情况下极端高温的升温速率只比全球增暖速率快0.33℃/℃，而在存在陆气耦合情况下，极端高温的升温速率比全球增暖速率快0.62℃/℃。因此，在气候变化导致极端温度增速快于全球平均温度增速的背景下，陆气耦合还会使青藏高原极端高温的增速再增加一倍。
湿度纳入气候变化健康影响模型可优化评估
近日，日本东京大学的科学家在PNAS-Nexus上发表研究称，在评估气候变化对健康影响的模型中纳入湿度，可以提高高温健康风险预警系统的准确性。
全球变暖背景下，除气温持续攀升之外，湿度，即空气中的水汽含量，也值得关注。湿度会影响人体通过出汗来降温的能力。
当前，诸多评估气候变化对健康影响的模型并未纳入所有环境参数，尤其是湿度，这可能会影响人体感知到的热应激。研究人员成功将数百个城市的湿度数据纳入热应激指标（HSI），并评估了其在预测与高温有关的死亡事件中的表现。
该团队收集了43个国家或地区共739个城市的每日人类死亡和气候数据，包括气温、相对湿度、风速和太阳辐射，并根据气候数据计算出8种不同的HSI。结果发现，决定不同地区HSI表现的关键因素是每日温度和湿度之间的关系。
纳入湿度的HSI的有效性因地理位置而异。研究发现，在一些地区，湿热是预测与高温相关的死亡事件的更准确指标，在这些地区使用HSI以量度气温、湿度、辐射热对人体的影响，可以提高高温健康风险预警系统的准确性。
美计划开展规模最大的国际冰雹研究活动
近年来，气候变化导致的极端天气增加，给各个家庭乃至国家造成了不少损失。而人们的目光更多放在有名有姓的飓风，或者大片青睐的龙卷风上，很少有人关注雹暴。美国上一次关于冰雹研究的重大活动还是在20世纪70年代末举行的，这让美国冰雹科学家们感到沮丧。
不过，据《科学》报道，一个名为“平原冰雹采集原位协同实验”（ICECHIP）的项目有望改变这一现状。
冰雹带来的损失不容小觑。据《科学》报道，美国商业与家庭安全保险机构的数据显示，美国2023年，冰雹袭击汽车、屋顶和农作物造成的损失达460亿美元，占冰雹、龙卷风、闪电等引起的火灾总损失的60%～80%。但在这一背景下，相关研究活动却停滞不前，备受冷落。
为此，今年8月，美国国家科学基金会批准了1100多万美元的冰雹研究资金，以支持有史以来规模最大的国际冰雹研究活动——ICECHIP。
据悉，来自4个国家以及美国11个州的约100名研究人员，计划于2025年5月和6月在美国中部大平原各州以及科罗拉多州和怀俄明州前山——冰雹多发地区进行实地考察。
在美国气象环境研究所冰雹科学家Becky Adams Selin的带领下，ICECHIP的研究人员将收集数据，以改善冰雹预报，并帮助回答一些基本问题，如气候变化将如何影响冰雹发生的频率和大小。
此外，这些数据还有助于衡量全球变暖对冰雹的影响。上个月，北伊利诺伊大学的气象学家Victor Gensini等人的模拟研究指出，总体而言，雹暴应该变得不那么常见，因为冰雹会落下时会因变暖的空气而融化。但该研究预测，气候变暖将提高最强雷暴发生的频率，上升气流会使冰雹悬浮更长时间，使其变得更大。而ICECHIP开展的实地调查将有助于测试温度、风暴强度和冰雹大小之间的关系。
ICECHIP团队将依靠新技术支持研究，例如高速摄像系统、无人机和移动雷达等。研究人员还将用气球将3D打印球形传感器送入风暴中，以模拟冰雹的运动。由24个地面传感器组成的阵列每五百分之一秒测量一次冰雹的能量，3D激光扫描仪将记录收集到的冰雹的复杂形状。回到实验室，ICECHIP的研究人员可以在实验室分析冰雹冰层，以确定它们形成的温度和高度，进而确定它们在风暴中的路径。
气象学家、ICECHIP加拿大北方冰雹研究项目执行主任Julian Brimelow说，这些研究工具将带领冰雹研究进入“21世纪”。
上述研究将有助社会应对经常被忽视的冰雹砸落带来的威胁。通过研究与冰雹同时出现的环境因素，如温度、湿度和风等，ICECHIP的研究人员希望有一天气象机构能够提供冰雹预警。例如提醒冰雹多发州的居民待在室内，把车停在车库里。
全球变暖可能已经导致全球台风的减少
全球变暖下，极端天气气候事件频发，气候风险不断加剧。作为地球上最具破坏性的天气系统之一，台风活动在全球变暖背景下发生什么样的变化在科学界仍存在较大争议。这也是IPCC一直试图解答的一个热点话题。尽管有一些研究表明全球变暖可能导致了最强等级（最大风速达到58m/s）台风的比例有所增加，但是目前全球变暖影响台风活动变化的可信度仍较低。
近期南京信息工程大学联合复旦大学、美国科罗拉多州立大学、美国哥伦比亚大学、澳大利亚联邦大学的研究人员，利用最新20个CMIP6模式的历史模拟数据，从多模式历史试验数据中直接识别出台风，探寻自工业革命以来近160多年（1850—2014年）的台风变化趋势，检测人类活动引起的全球变暖的影响痕迹。
结果显示自工业革命以来（1850—2014年）全球台风总频数呈现显著的下降趋势，分析发现这主要是全球变暖减弱了沃克环流减弱、改变了大气海洋环境。大气海洋环境的改变同时会影响对流和随后的台风胚胎及其存活率。在热带太平洋区域，与全球变暖相关的海温增暖模态导致了纬向垂直环流的改变、削弱了台风主要生成区域内的上升运动，从而抑制了该区域的台风生成。在北大西洋，赤道附近更强的升温增加了赤道降水、导致了热带辐合带向赤道方向移动，减弱了该区域的上升运动和深对流活动。与此同时，全球变暖有关的经向海温梯度异常减弱了北半球夏季向北的越赤道流，在东北太平洋地区产生补偿的异常下沉运动，不利于深对流发展。
研究虽然揭示了从1850年以来全球变暖减少了全球台风生成总频数，但全球变暖对台风减少的影响幅度并不大，以至于最近几十年观测时段内很难检测到全球变暖对台风的影响。团队前期的研究也表明了全球变暖对台风生成总频数的影响幅度不大与人为外强迫的影响密切相关，指出了两类主要人为外强迫气溶胶和温室气体对全球台风频数的影响基本抗衡抵消。该研究加深了全球变暖影响台风的科学认识，提供了全球变暖导致台风减少的一个重要证据，也为最近几十年期间全球台风频数变化的相对稳定提供了新解释，为应对台风气候变化提供了科学参考。
研究成果以“CMIP6历史模拟中全球热带气旋频率下降”（Decreasing global tropical cyclone frequency in CMIP6 historical simulations）为题刊载在《科学进展》（Science Advances）上。
气候变化加剧儿童营养不良
9月17日，比尔及梅琳达·盖茨基金会发布2024年《目标守卫者报告》称，气候变化加剧儿童营养不良问题，并呼吁各国有针对性地增加全球健康投资，以提升儿童健康和营养水平。
这份题为《面对全球变暖，加强营养刻不容缓》的报告预计，2024—2050年，气候变化将额外导致4000万儿童发育迟缓，造成2800万儿童消瘦。报告称，现在推广解决方案可以避免这一结果，同时增强抵御气候变化的能力，促进迫切需要的经济增长。
据世界卫生组织2023年估计，全球有1.48亿儿童发育迟缓，导致他们无法充分发挥身心潜能；另有4500万儿童消瘦，这些虚弱瘦小的儿童，面临着更大的发育迟缓和死亡风险。这些都是急性和慢性营养不良最为严重的表现，而且不可逆转。
非洲的状况尤为堪忧。报告发现，目前超过一半的儿童死亡发生在撒哈拉以南非洲。提供给非洲的对外援助总额占比从2010年的40%降至目前的25%，为20年来的最低水平。对非洲援助的持续下降趋势将使数亿儿童面临死亡或罹患可预防疾病的严重风险，已威胁到全球健康事业在2000年到2020年间在非洲取得的进展。
报告作者、盖茨基金会联席主席比尔·盖茨指出，气候变化让营养不良这一“世界上最严峻的儿童健康危机”变得愈发严重。“抵御气候变化的最佳方案就是投资于营养。”盖茨表示，“如果解决了营养不良，我们就更容易解决其他问题。极端贫困将得到缓解、疫苗也会更有效，而像疟疾和肺炎这样的致命疾病也会变得不那么致命。”
为了助力解决儿童营养不良问题，报告重点介绍了多种行之有效的工具，包括：推广新的农业技术以增加牛奶产量；推广营养强化食盐和调味包等日常食品摄入的新方法，以减少贫血病例和因神经管缺陷导致的死亡；为孕妇提供优质产前维生素，改善新生儿的出生状况等。
尼日利亚卫生和社会福利部营养主任拉迪迪·巴科-艾耶格布西正在推动一项大规模的调味包强化计划。她写道：“如果5岁以下儿童没有获得茁壮成长与健康生活所需的基本营养，就等于剥夺了孩子们的未来。”
“目标守卫者”行动由盖茨基金会于2017年发起，旨在推动全球加速实现可持续发展目标，并于每年9月发布《目标守卫者报告》。基金会通过发布这一年度报告帮助大众增强对实现可持续发展目标进程的认识，促使更多人参与其中。
全球变暖使北方森林的树种多样性平均 增加12%
中国科学院东北地理与农业生态所一项最新研究表明，自2000年以来，全球变暖使北方森林的树种多样性平均增加了12%。不过，随着温度变化的加剧，这种积极响应关系也会逐渐减弱。
该项研究成果近日在《自然·植物》上发表。这是该所地理景观遥感团队基于5300余个地面观测数据和长时间序列遥感大数据（5.56万景Landsat影像）揭示出的。北方森林也称“泰加林带”，是指比北半球温带森林更高纬度的森林。
研究表明，较低的温度升高会显著促进树种多样性，这是因为温度的适度上升会导致积雪提早融化，提供更长的生长季节，促进种子的萌发和树苗的生长，变暖还可能提高土壤中养分的可利用性。比如，在加拿大北部的温带森林和北方森林过渡区，白桦和低幼落叶松正在充分扩张，这种现象也在欧亚大陆南部边缘和中国大兴安岭北部得到证实。
但在极端升温地区（温度增加超过0.065℃/年），树种多样性受到了负面影响。当温度上升超过某些树种的热耐受阈值，会导致它们无法适应环境变化，从而死亡率上升，同时，温度极端升高往往伴随着更频繁的火灾活动。野火会导致大量树木死亡，减少现有树种的数量和多样性，同时增加一些先锋物种（如白桦、山杨）的扩散和占据空间的机会。
研究还指出，温度和降水变化对树种多样性的空间变化有显著的正向影响，特别是季节性平均温度和降水，分别是影响多样性变化的最重要变量，占比53%和21%。地形和人类活动在一定程度上也能影响树种多样性，但影响力相对较小。
该所特别研究助理郗延彪表示，在全球变暖的背景下，该研究结果可以为生物多样性保护政策提供理论依据，为制定区域性的气候适应策略提供重要的数据支持，并有助于预测和应对未来极端气候对森林生态系统的影响。
气候变暖可能使地球高空急流向极地偏移
英国科研人员分析约40年来的气象观测数据后发现，北太平洋上空的高空急流的位置正在向北极偏移，近10年来尤为明显。这一现象可能是气候变暖引发的，将使美国西部、欧洲地中海等地区的极端天气更加频繁。
高空急流是环绕地球的几条强高速气流带，由地球自转和赤道与极地的温度差异产生，高速搬运热量和水分，对气候有着重要影响。它们距地表约9千米到1万米，流向自西向东，像几条狭长的弯曲飘带，缠绕在北半球和南半球的副热带及中高纬度地区。
气象模型显示，随着全球变暖，两个半球的高空急流会各自向北极和南极偏移，但由于高空急流的位置界定、数据统计方法等方面存在不确定性，该现象此前尚未得到观测数据证实。
英国雷丁大学等机构科研人员利用欧洲、日本和美国的4个气象数据库，分析1980—2023年北太平洋上空的风速变化，发现冬季北太平洋高空急流位置存在明显的向北偏移现象，幅度约为每10年30～80千米。
分析还显示，根据当前趋势，如果全球碳排放保持高水平，北太平洋高空急流在冬季的位置到21世纪末将进一步北移，秋季的位置也会受到影响。研究这条高空急流位置的变化，对理解21世纪北半球中纬度地区的气候有重要意义。
全球变暖引发的干旱加剧及其漫长的恢复进程
随着全球气候变暖的加剧，人类活动所产生的温室气体排放预计将引发全球范围内显著的水循环变化，对生态环境、水资源和粮食安全构成严重威胁。特别是在亚热带地区，气候模型预测未来几十年内可能面临更为严峻的干旱。然而，地质记录的研究表明，海洋-大气系统的升温可能会导致亚热带地区更加湿润。这些预测与地质记录之间的差异，限制了我们对全球变暖事件后水文循环恢复时间的准确量化，即水文循环恢复到变暖前状态所需的时间。而这对于制定有效的应对策略，以保障全球生态环境的稳定与可持续发展至关重要。
晚古新世至早始新世时期的气候以极端温室条件为特征，常被视为模拟未来人为气候变化可能引发最严峻情景的理想参考。近期，中国科学院地质与地球物理所的李金华研究员团队与澳大利亚国立大学、荷兰乌特勒支大学等多家国际科研机构合作，综合运用岩石磁学、电子显微学和地球化学技术，以意大利古比奥镇西北部地区沉积岩为研究对象，通过重建晚古新世至早始新世（约5200—5700万年前）西特提斯古地中海地区的水文气候条件，探讨了全球变暖对原地中海大陆地区水文循环的影响。
研究团队通过地球化学和岩石磁学分析发现，在干旱条件下，尽管磁性矿物的总体含量减少，赤铁矿的相对含量却显著增加。基于这一发现，提出了一种全新的干湿指数，即利用赤铁矿的相对含量作为衡量气候干旱和温暖条件的重要指标。结果显示，与碳循环扰动相关的全球变暖事件加剧了原地中海大陆地区的干旱，支持了全球变暖将导致地中海地区干旱加剧的科学预期。此外，研究还发现，通常由轨道变化（米兰科维奇周期）驱动的降水模式在极端温暖事件期间受到严重干扰，进一步加剧了干旱状况。更令人担忧的是，在晚古新世至早始新世期间发生的最显著全球变暖事件后，水循环的恢复时间竟然超过了2万年。
综上所述，这一研究结果深刻揭示了全球变暖对水文循环的持久影响，强调了地中海地区日益加剧的干旱化风险。提醒我们，避免人为气候变化带来的长期负面影响迫在眉睫，这不仅关乎未来的生态平衡，更关系到人类的可持续发展。
未来20年70%人口或经历极端天气
挪威科学家研究发现，在高排放场景下，未来20年里全球70%的人口可能都会经历极端温度和降雨的快速变化。如果实行有力的根据缓解措施减少温室气体排放（SSP1-2.6），这个受影响比例预计将减少至全球人口的20%。
持续的气候变暖正在影响极端天气，未来预计许多区域将会经历更为剧烈的热浪和降雨事件。过去的研究集中在极端天气变化的预测幅度上，较少关注变化率。但理解极端事件的变化率很重要，因为其影响取决于社会适应变化条件的能力。
挪威国际气候与环境研究中心Carley Iles和同事使用大型气候模式模拟集合，研究了极端降雨和气温预计在未来20年的变化率。他们估计，在高排放场景下（SSP5-8.5），大部分热带和亚热带地区（包含了70%的全球人口）未来20年预计将经历较高的极端气候和降雨变化率。在有力缓解排放的场景下（SSP1-2.6），即全球温室气体大幅减少的情况下，他们估计受这些趋势影响的全球人口将减少至20%。Iles和同事指出，世界大多数地方都会经历工业革命前时期不太可能发生的气温变化趋势。北方高纬度、亚洲南部和东部以及赤道非洲也会经历急速的降水变化。
作者总结说，他们的发现是基于模式得到的，但他们强调这些结果表明需继续采取缓解和恰当的适应举措，来限制未来20年气候变化带来的潜在风险。
（《气候变化动态》编辑组）
