特邀作者：刘 聪 姜有山 李正金
全球气候变化是指在全球范围内，气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。目前国际上就全球变化问题基本达成了两点共识。其一，全球气候的冷暖变化本身遵循自然规律。从近6亿年的地质发展史来看，目前地球处在从冰期向间冰期的过渡时期，全球气候变暖是必然的。其二，日益频繁的人类活动，在“必然”之上加快了地球表面温度升高，成为全球气候变暖的加速器。
工业化革命以来，人类活动造成了大气中的温室气体浓度迅速增大，温室效应的加剧，导致地球表面的热量收支显著失衡，全球气温不断刷新纪录，冰川加速融化，面积快速萎缩，海平面不断抬升，高温热浪、冰冻极寒、暴雨、干旱，强对流雷暴等极端天气气候事件频发。
以全球变暖为主要特征的气候变化及其潜在影响问题受到科学界和各国政府的高度重视。1992年联合国环境与发展大会以来，国际行动已经全面展开，国际科学界先后发起了世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈——生物圈计划（IGBP）和全球环境变化的人类因素国际计划（IHDP）等大型国际研究计划与活动。这些计划研究的一个核心问题就是全球气候变化，特别是10年至世纪尺度气候变化的物理、化学和生物学过程及其可预测性，气候变化对人类生存环境的影响及其对策等问题。
在这些国际科学计划基础之上，世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）下属的联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC），负责对全球气候变化的科学研究成果进行定期评估。至今已经发布了五次科学评估报告，其中2014年发布的IPCC第五次科学报告中提到：人类在全球气候变化中的作用是明确的，而且这种影响在不断增强，在世界各个大洲都已观测到种种影响。持续排放温室气体将导致气候系统的所有组成部分进一步变暖并发生持久的变化，还会使对社会各阶层和自然世界产生广泛而深刻影响的可能性随之增加。如果任其发展，气候变化将会增强对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响的可能性。
图1. 1850～2005年全球地表平均温度序列（相对于1961～1990年均值）
气候变化与我国的粮食安全
“民以食为天”，我国自古以来就是农业大国，随着经济飞速发展，粮食生产的安全问题已经远远不局限解决“口粮”，而已经成为关系经济社会发展的基础。但由于人口基数大，农业资源的人均占有量少，同时我国农业生产的生态环境较为脆弱，农业生产的基础设施薄弱，抗御自然灾害能力较差。随着全球气温持续变暖，气候变化逐渐加剧，一方面必然会给我国当下和未来的粮食生产以及农业发展带来许多严峻的挑战，诸如极端天气气候事件频繁发生，破坏程度越来越强，影响越来越复杂，从而将加大未来中国农业受灾风险和粮食安全的不确定性。另一方面，我国粮食生产也对气候变化产生积极的作用与适应，气候变化正缓慢影响着全球及区域的光、热、水等农业气候资源的再分配及作物种植制度的变化，因势利导，因地制宜，也可能为确保粮食生产打开另一扇门。
因此，需迫切弄清已经发生的气候变化对中国农业的影响及未来气候变化可能对中国农业的影响，探讨中国农业生产趋利避害的适应气候变化措施，提出未来拟重点加强的研究领域，为确保气候变化背景下中国的粮食生产安全、提高农业防灾减灾能力提供决策依据。
此外，气候变暖导致的极端气候多发，造成全球粮食产量的大幅波动，也间接影响全球粮食价格和贸易活动。就全球范围而言，当前世界主要粮食价格波动呈放大趋势，粮食安全问题已成为一个不容忽视的挑战，引起世界各国的重视和警惕。近年来随着人民生活水平提高，我国粮食进口量逐年增加，虽然还没有成为世界主要粮食进口大国，但是根据农业部预测，到2020年，中国的粮食产量缺口将加大到1亿吨以上。这表明中国正在成为农产品的纯进口国。国际粮食产量和价格的波动将对我国的粮食安全问题构成严重挑战。所以我们在关注气候对我国农业生产和粮食产量影响的同时，还需要关注气候变化对全球粮食贸易、价格以及粮食储运的影响。
气候变化影响中国农业气候资源
我国气候变化趋势与全球气候变化的总趋势基本一致。近百年来，我国地表年均气温升高约0.5～0.8℃；最近50a(1951—2001年) 升高1.1℃，增温速率达0.22℃/10a，明显高于全球或北半球同期平均增温(0.04℃，0.13℃/10a)。《中国气候变化监测公报(2013)》指出，1901—2013年中国地表年平均气温呈上升趋势，特别是1961—2013 年，呈显著上升趋势，但区域差异和季节差异较大。
以南京为例，近50a南京的年平均气温和各个季节的平均气温均呈增暖趋势（图2），年平均气温的增温幅度为0.30℃/10a，高于全球平均的增温率（0.06±0.02℃/10 a）。但各季节升温幅度并不对称，夏、秋季相对较弱，夏季的升温幅度仅为0.06℃/10a，而冬、春季最大，分别为0. 41℃/10a和0. 409℃/10a。统计数据说明在全球变暖的大趋势下，暖冬出现会越来越频繁。
图2南京站百余年平均气温的变化
气候变暖改变着农业气候资源，从影响作物生长的热量（积温）统计数据来看:1951年以来，我国≥10℃、≥0℃积温及持续天数总体上呈增加趋势，其中1979～2005年全国大部分地区（东北、华北、华南地区）增幅较大；日均气温≥0℃和≥10℃的初日均提前、终日均推迟、持续天数延长，其中长江以北大部分地区≥10℃的年积温初日提前0～5d。随着温室气体(GHG)浓度的提高，气候变暖，积温增加，东北地区的低温冻害有所缓解。此外，气候变化还引起温度极值的显著变化。
气候变化对降水的影响
水是构成农作物的重要物质之一。近100年和近50年我国年降水量变化趋势不显著，但年代际波动较大。近20年全国大部分地区降水量呈增加趋势，特别是1990年以来，多数年份全国年降水量均高于常年。
气候变化改变区域降水量和降水格局，从1956年到2000年长江中下游和东南地区年降水量平均增加了60～130mm，东北北部和内蒙古大部分地区的年降水量也有一定程度增加；但是华北、西北东部、东北南部等地区年降水量出现下降趋势，其中华北、黄淮、辽河平原等重要粮食生产基地的平均年降水量从1956年到2000年约减少了50～120mm，对上述地区农业生产用水的影响很大。IPCC第三、第四次评估报告指出，受气候变暖的影响，高纬度地区和一些湿润热带地区的水资源量有可能在本世纪增加；中纬度和干旱热带地区的水资源短缺将进一步加剧；极端降水强度及频率的增加将加大洪水灾害危险。
气候变化同时影响区域降水的时空分布不均，造成季节性干旱或洪涝影响。以南京为例，近50年来南京市夏季、冬季和全年的降水量都呈增加趋势，而年降水日数却呈减少趋势（夏季和冬季降水日数变化不明显）。统计数据说明，气候变化的背景下，降水的时空分布发生明显变化，降水更加集中，强度更大，短时强降水等强对流灾害天气增多，暴雨、洪涝等灾害也多发。
图3南京市近50a夏季降水的年代际变化
气候变化带来极端天气、气候事件频发
尽管气候变暖在改善和增加区域热量条件的同时，也增加了一些区域的水分条件，在一定意义上有利于粮食生产，但由于全球海陆热力性质差异，纬度、海拔、地形、地貌等诸多下垫面性质差异，使得气候变暖不是均匀地发生，这种增温的区域异质性，往往会导致极端气候事件发生，形成农业旱涝等灾害。在气候变暖背景下近50年来中国主要极端天气气候事件的频率和强度出现了明显变化。据统计，20世纪90年代，全世界发生的重大气象灾害比50年代多5倍。天气气候极端事件频繁出现与全球变暖的大背景有一定关系。
干旱
干旱是世界上最严重的自然灾害之一。全球变暖的气候变化背景下，干旱将会越来越严重，范围也会越来越大。而干旱也是我国农业面临的最主要灾害。近半个世纪以来，我国干旱地区和干旱强度都呈现增加趋势，北方主要农业区的干旱面积一直上升、华北、华东北部干旱面积扩大尤其迅速。干旱频率和强度愈发明显，干旱发生呈区域性与频发趋势，旱灾高发区向湿润、半湿润区扩展。2000年以来，大范围，长时间的严重农业气象干旱灾害呈频发趋势。其中，2004年华南遭遇近50年最严重的秋冬连旱，东北遭遇百年一遇的春旱；2005年华南南部发生严重秋冬春连旱，云南遭遇近50年来少见严重初春旱，东北、华北和西北东部发生秋旱；2007年江南、华南再次遭遇50年一遇的特大秋旱；2009年南方6省(区) 遭遇近50 年来的罕见秋旱;2010年西南五省大旱是有气象资料以来西南地区遭遇的最严重干旱，受灾面积达636.9万公顷；而2000年是新中国成立以来旱灾最严重的一年，干旱面积达4054万公顷，受灾面积6.09亿亩，成灾面积4.02亿亩，因旱灾损失粮食近600亿公斤，影响超过了1959～1961年三年自然灾害。
洪涝
我国是世界上洪灾发生最为频繁的国家之一，洪涝灾害对粮食生产的危害仅次于旱灾，每年因洪涝灾害造成的粮食平均损失占总量的25%。在全球变暖的气候变化背景下，洪涝发生呈频发与强度增大趋势。《中国气候变化监测公报(2013)》指出，1961～2013 年中国区域性强降水事件频次呈弱增多趋势。进入21世纪以来，洪涝受灾面积尽管减少明显，但仍达1073万公顷/年。其中2003年我国淮河发生了新中国成立以来仅次于1954年的第二位流域性大洪水，黄河中游干流局部河段发生历史最大洪水，农作物受灾面积203.7万公顷,成灾面积130万公顷，绝收面积43.1万公顷。受灾较重的有江苏、安徽、河南、山东、陕西、广东、湖北、湖南等省。2007年淮河流域再次发生严重的流域性大洪水，长江上中游、珠江流域、浙闽沿海及西南等地区的众多中小河流暴雨洪水频发。
2016年，南方大部分地区再次遭遇大范围，长时间的暴雨洪涝遭害，其中太湖流域出现1954年有实测资料以来的第2高水位，长江中下游多地水位全面超警，长江、珠江、淮河等众多干支流也发生全面超警戒和超保证水位，部分支流和湖坝出现溃堤决口，大面积农田受淹。截至7月13日已有28个省（区、市）1508个县遭受洪灾，受灾人口超6000万，直接经济损失1470亿元，根据不完全数据统计已经基本可以确定是2000年以来受灾范围最广，强度最强，农业损失最大的一次洪涝灾害。
高温热浪
全球变暖最直接的体现，就是夏季高温热浪高发频发。高温热浪也是中国农业面临的主要气象灾害之一。《中国气候变化监测公报( 2013 ) 》指出，1961—2013年中国区域性高温事件频次呈显著增多趋势。1961年以来，中国共发生201次区域性高温事件，其中极端高温事件22次、严重高温事件42次、中度高温事件74次和轻度高温事件63次。20世纪60年代前期和90年代末以来为高温事件频发期。极端高温事件频次的最高值出现在1963年( 8次) ，而1993年最少，未发生区域性高温事件。2013年，我国共发生7次区域性高温事件，较常年值明显偏多，其中盛夏南方出现连续高温热浪事件，其综合强度为1961年以来之最。
气候变化对我国粮食生产影响
农业尤其是粮食生产是以作物种植为基础，在目前的经济和科学发展水平条件下，粮食种植还无法彻底摆脱“望天收”的困局，粮食种类、产量和品质非常依赖于种植区域的农业气候资源、作物品种、农业技术与管理等要素的综合影响。其中气候是最重要的因素之一。因此粮食生产对气候变化的响应非常敏感。气候变化对粮食生产的影响已成为全球关注的热点问题之一，对中国尤为重要。事实上，农业是我国受气候变化影响最大的产业。
气候变化对粮食作物产量的影响
气候变化对粮食产量的影响主要取决于温度的升高程度、降水格局及作物对二氧化碳浓度升高的生理反应。气候变暖引起的热量资源增加使农作物春季物候期提前，生长期延长，生长期内热量充足，作物生产潜力增加，在一定程度上促进了作物的稳产高产。但是，不同地区气候变暖的程度和趋势不同，各地区降水的时空格局变化也不相同，特别是温度增加、降水频次和强度的变异幅度加大，以及气候变化的不确定性增加，将进一步加大农业自然灾害发生的频次和强度，危及作物生产潜力的发挥。有研究表明：在未来气候情景下，温度升高，作物生长加快，生育期缩短，不同品种水稻产量会有不同程度下降，早稻平均减产幅度为3.7%，中稻为10.5%，晚稻为10.4% 。南方水稻产量随温度升高而下降，且下降幅度随温度升高加快而增大。区域间产量变化趋势也有所不同，未来降水量增加，华北和长江中下游地区的雨养冬小麦有增产趋势，而东北地区和西北地区春小麦、西南地区冬小麦有减产趋势。在过去20 年中，温度升高使得小麦产量下降了4.5%。在黄淮海平原区，暖冬将加快小麦生育进程，使之提前进入拔节期，增加遭遇倒春寒天气而发生冻害的概率。
但气候变化对粮食作物产量影响还有很大的不确定性：首先，二氧化碳的肥效作用还有很大争议；其次，在大部分作物生长模型中未考虑病虫害和水资源供应减少的可能性、臭氧层空洞等因素对作物产量的影响；再次，未来适应的可能性带来不确定性，若很好的利用农业科技可以减少气候变化的不利影响。
气候变化对农业生产潜力及种植区域的影响
气候变暖将改善区域的热量资源，积温增多，影响着我国主要粮食作物结构布局，其中长江以北特别是中纬度和高原地区的作物生长季节延长，低温冷害有所减轻，喜温作物界限北移，晚熟作物品种种植面积增加，促进了种植结构调整。根据统计，进入21世纪我国北方冬小麦区北界较20世纪60年代已向北推进近100 km。黑龙江地区水稻大面积扩种，许多原来的玉米优势种植区为水稻所替代，近20年来东北地区水稻种植面积得以北扩至伊春、嘉荫等水稻禁区；西北地区喜温作物面积扩大，越冬作物种植区北界向北扩展。但是种植区域的适宜度并非只取决于温度和热量资源，还与水分、土壤等密切相关，气温升高，热量增大，相应的土壤水分蒸散量加大，热量资源增加的有利因素可能会因水资源的匮乏而得不到充分利用，作物稳产的气候风险性增加，例如陕西省冬小麦种植区北界向北扩展，但降水减少和干旱加剧使冬小麦生长受限制区扩大。
气候变化对种植制度的影响
气候变化改变了中国热量的时空分布格局，从而影响作物的种植制度和种植结构，主要体现在多熟制种植界线、作物品种布局、作物复种指数和作物种植结构等方面。气温升高，作物生育周期缩短，原先中高纬度一熟地区，热量资源基本能满足两熟制的要求，多熟种植的北界明显北移。目前双季稻种植北缘由原先的28°N推进到31～32°N，稻麦二熟由原先的长江流域推进到华北平原的北缘(40°N)；华北地区两年三熟制已改为冬小麦—玉米一年平播两作。根据统计，假若在温度上升1.40℃、降水增加4.2%的条件下，我国一熟种植面积由现在62.3%下降为39.2%，二熟种植面积由24.2%上升到24.9%，三熟种植面积由当前的13.5%提高到35.9%。
气候变化对全球粮食贸易、运输和储存的影响
我国粮食产量到2015年粮食总产量达到6.21亿吨。但是由于人民生活水平提高，饮食和消费习惯改变，高蛋白的肉禽类消费量上升，作为家畜饲料的粗粮缺口巨大。根据统计，2012年中国净进口粮食7000多万吨，较2010年在短短两年时间，净进口粮食增加了490%。目前，我国三大主粮的净进口已常态化。据农业部预测：到2020年粮食产量缺口将加大到1亿吨以上。这表明我国正在成为农产品的纯进口国。在可以预见的未来，随着城镇化继续发展，农业人口和耕地面积不可避免的下滑，国内粮食产量的缺口可能出现持续扩大，我国的粮食安全将越来越受制于全球粮食产量和贸易的变化。
近年来，受气候变化的影响，极端天气事件增加，世界粮食主要出口国也经常遭遇大面积减产状况，影响全球粮食供给平衡，国际粮食价格大幅上涨。气候变化对粮食及农产品贸易具有更大的影响和放大效应，也严重关系到我国粮食安全问题。美国是全球最主要的粮食出口国，2011年美国南部平原大部分地区遭遇了灾害性干旱天气，一直延续到2012年夏，旱情的发展却极为迅猛，已经演变成美国56 年来最严重的旱灾。干旱对美国玉米、大豆等主要作物产量影响巨大，造成国际粮价短时间大幅上涨。而据统计，2011年我国进口大豆进口总量的42.5%来自美国，此次美国大旱对我国大豆全产业链及下游畜牧业带来了极大的冲击。据统计数据显示，自2012 年6 月开始至7月底，我国自美进口大豆价格累计上涨约25%; 国内豆粕价格也在短短两个月内涨幅达53.33%。根据相关研究，中高纬度的国家比如加拿大、美国、俄罗斯和欧洲，气候变化对粮食特别是小麦生产有明显影响，随着气温的升高，小麦产量表现出先高后低的特点，这些地方对国际小麦市场的贡献量也将随之改变；而低纬度地区由于温度上升将造成小麦总产量减少，但水稻产量可能增加，低纬度地区大多是小麦净进口国和稻谷净出口国，气候变化对他们影响尤为明显。
气候变化将影响粮食的库存率水平。全球气候变化及其不确定性直接影响粮食价格和粮食库存水平。为防止出现粮食安全问题，一些产粮大国会考虑在灾害性气候条件发生时将粮食库存量增加，防止粮食投机，保证国家和人民利益。气候变化还影响粮食流通设施的布局。流通设施在进行布局的时候往往考虑区位优势，选择布置在粮食的主产区。随着不同区域粮食品种生产量的变化，流通设施将随着粮食产地一些信息进行重置。气候变化还影响进出境港口的使用。特别是国际粮食的流通最终要通过港口实现粮食国际贸易，由于粮食产地迁移和产量的波动，将会改变现有港口的利用状态。
在经济贸易全球化的时代，气候变化影响下的粮食安全问题已经远远超越国家，成为国际政治角力的手段。某些年份遭遇大范围极端气候影响，造成全球粮食产量明显下降，或者因为出现区域战争等极端情况时，粮食价格和贸易很容易受到粮食出口大国的操纵，严重威胁粮食进口国的安全。因此研究气候变化以及对全球粮食生产的潜在影响，提前做好粮食的战略储备，提高粮食运输和储存的效率和质量，是关系到国家和人民生存安危的重大议题。
我国粮食安全的应对气候变化对策
开展气候变化全球合作和实验研究，增加对气候变化规律认识，提升中长期气候预报预测的能力。
气候变化是一个极其复杂的过程，而气候变化科学则更是一个涉及多科学领域的综合性学科。其自然的复杂过程主要表现在地球上多层圈的相互作用上，目前，人类对气候变化复杂的物理、生物、化学等变化机理尚没有一个确定的、完全的了解，还存在着很大的不确定性，以至于由气候异常所导致的灾难在世界各国屡屡发生。为了不断了解气候变化的内在过程，掌握第一手的气候观测数据，世界上的有关国际组织(如WMO、WB、WRI等)和各主要国家在制定各种气候变化研究科学计划的同时，都在大力发展一个涵盖对天气、气候、海洋、大气、水体、陆地、地质动态、自然资源、生态系统进行观测的系统——全球地球观测系统。我国应该积极加强并参与全球气候观测系统的建设，并加强国际合作，引进并吸收欧美发达国家的气候预报预测模型，结合全球观测系统以及中国气候特点研发出适合我国特点的高质量的气候预报模型；进一步加强开放性试验研究，探索气候变暖变干情景下作物光合、呼吸作用和水分耗散变化机理，为建立评估气候变化影响的作物生长模型提供生物学基础；加强气候变化对农业生产评估的模型研究，并开展气候变率和极端事件对农业生产的影响评估。
建立和完善气象监测预警系统
提高农业生产应对气象灾害的能力
全球变暖造成的极端天气气候事件多发、频发，对农业生产造成的灾害是最直接、最惨痛的。因此完善气象监测预警技术，加强灾害天气的预警与响应能力，是开展农业气象防灾减灾工作的必要条件。我们需要不断加强和完善农业、农村气象监测网，并加强暴雨、台风、强对流、干旱、大雾等灾害性天气监测预警平台建设和应急服务系统建设，把气象技术、遥感技术和计算机通信技术等先进技术相结合，建立国家级和省级的农业生产气象保障系统，提升对低温严寒、强对流天气、暴雪、干旱、洪涝等农业灾害性天气中长期预测预报、预警能力，另一方面要加强人工影响天气的能力和应急反应能力建设，特别对突发的洪灾、季节性干旱及台风，以便农业生产者提前做好防范工作，采取必要的措施来防灾减灾，以最大限度减少极端气象事件对农业的影响。
加强农业气候可行性论证研究，突出地方气候资源优势，适时调整种植品种及农业产业布局
气候变化使作物生长期的光能资源和热量资源增加，将逐渐改变我国原有的气候区划和农业种植结构和布局。因此，需要大力开展农业气候可行性论证工作，充分掌握本地区农业气候资源配置和分布：一方面依据论证结果适当调整地方农业种植制度，扩大农作物复种面积，提升复种指数，提高土地的农业生产力；另一方面可以充分发掘地方优势的气候资源，促进资源特点型和地方特色型农业发展道路，因地制宜选择农业种植品种，实现区域的农产品布局优化升级，促进了优质、高产、高效农业的发展。再一方面，加强生物技术、抗御逆境、设施农业和精确农业等方面的技术开发和研究，强化人类适应气候变化及其对农业影响的能力，人为减少气候变化对农作物的不利影响，有计划地培育和选用抗旱、抗涝、抗高温、抗低温等抗逆品种。在分析未来光、温、水资源重新分配和农业气象灾害新格局的基础上，改进作物和品种布局。
完善农业水利基础设施，发展设施农业和生产技术，提高农业生产的抗风险能力
不断加大以水利为主的农业基础设施的建设投入。针对水资源时空分布不均的特征，应因地制宜地制定各地区水利建设的规划，疏浚河道，河库塘坝清淤固坝，提升蓄水调水能力，充分发挥水利设施在季节更替以及旱、涝时段的水资源调节能力；加快推进现有大中型灌区续建配套和灌排泵站更新改造，加强灌区末级渠系节水改造和田间工程配套，解决农田灌溉“最后一公里”问题。发展设施农业，实现集约、高效及可持续发展的现代化生产方式，利用成套设施或综合技术使种养业生产摆脱自然环境的束缚，实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产设施农业，提高农业抗御严寒、干旱、暴雨、病虫害灾害，研究与推广农业的高产、稳产措施，开发利用雨水集蓄技术和浅层地下水技术，增强农业抗旱能力。
完善粮食战略储备机制，及时预估全球粮食产量变化，提高应对极端天气气候能力 我国是一个人口大国，对粮食安全问题高度敏感，必须集中全力，依靠自己的力量来保障本国的粮食安全。由于全球饥饿和贫困现象还将长期存在，同时气候变化导致全球主要产量大国产量不稳定性持续增大，粮食供应持续偏紧，全球粮价居高不下，而在全球粮食贸易中可供我国进口的粮食微乎其微。为充分应对全球愈发频繁的极端天气，应加大宣传力度，积极做好粮食产后服务，在提高我国粮食国家储备水平的同时提倡全社会、多层次的粮食储备，藏粮于民。帮助和指导农民增加粮食储备，做到手中有粮心中不慌。同时，需要积极评估预测全球区域性极端天气气候事件及对粮食主产区粮食产量的影响，充分利用季节差价等信息促使各类相关的经济组织增加其粮食的周转储备，有效减轻国家粮食贸易及后备储备的压力，从根本上增强国家