气候变化对生态环境的影响

气候变化对生态系统的影响（Effects of climate change on ecosystems）包含有对陆地生态系统和海洋生态系统的（如对冻原、红树林、珊瑚礁和洞穴等），其中多数是负面的。全球气温升高、极端天气事件更为频繁以及海平面上升，是不利影响中最为严重的案例。

气候变化影响造成的后果包括有动植物被迫朝较凉爽的两极方向，或是更高的山区移动、物种数量减少、退化与灭绝（已长期生长于北极（如北极熊）与南极（如企鹅）的物种受到类似的威胁，生物多样性受到影响）、生态系统内的变化（包括生物行为改变、相互作用物种之间的生态伙伴关系遭到破坏及物种进行适应性演化）、入侵物种借机盛行、森林从具有碳汇的功能转换成一种碳源，及海洋酸化、水循环受破坏以及自然灾害频仍发生。气候变化引起的人类与野生动物的冲突有可能进一步减少及灭绝物种，而把生态系统重塑。气候变化驱动的这类变化会威胁到社会生态系统。

尤须注意的是人类活动导致的气候变化对生态系统造成的负面影响，生态系统服务遭到破坏，随之的是人类的生计难以为继，这种现象对重度依赖自然资源及以农业为生的社区（例如在非洲）以及各地原住民，情况甚为明显。

## 通论

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陆地生态区域正受气候变化的影响。全球气温升高迫使一些物种迁离其既有栖息地（参见气候引发的灭绝风险）。全球变暖的其他影响包括降雪减少、海平面上升、臭氧层消耗和天气变化，人类活动和生态系统均受影响。

在2007年联合国IPCC第四次评估报告中，专家罗森茨威格等人（Rosenzweig et al.）发表气候变化对生态系统影响的文献，得到的结论是人类在过去三十年中所引起的全球变暖，可能（likely）对许多物理和生物系统产生可识别出的影响（第81页）。专家施耐德等人（Schneider et al.) 得到结论（高置信度），区域温度趋势已影响到世界各地的物种和生态系统（第792页）。专家们的结论还包括气候变化会导致许多物种灭绝，并把不同类型生态系统中的生物多样性降低（第792页）。

- 陆地生态系统与生物多样性：如果相对于2010年的水平而气温上升达到4-5°C，全球陆地植被可能就成为碳的净来源（施耐德等人，第792页）。施耐德等人的结论是到2100 年，如全球平均气温上升约4°C（与2010-2015年期间的比较）将会导致世界各地物种的重大灭绝（高置信度，第788页）。
- 海洋生态系统与生物多样性：科学家得到结论，如果相对2010年的水平而气温上升达到2-3°C，会导致全球珊瑚礁大规模死亡（高置信度）。此外，一些涉及浮游生物和电脑建模的研究显示，温度在海洋微生物食物网中具有超越性的作用，因此会对海洋浮游生物中远洋带生态系统及中层带生物系统的生物泵产生深远的影响。
- 淡水生态系统：科学家得到结论，如果相对2010年的水平而发生温度升高约4°C以上，许多淡水物种将会灭绝，或是严重濒临灭绝（高置信度）。

## 生物多样性

### 灭绝

英国约克大学 (英国)的科学家研究过去5.2亿年来地球气候与物种灭绝之间的关系后写道：“未来几个世纪的全球气温变化有引发新的‘大规模灭绝事件’的可能，全球超过50%的动植物物种将会灭绝。”。”

面临风险的物种中许多是位于北极和南极的动物群，例如北极熊和皇帝企鹅。位于北极哈德逊湾水域的无冰的时间比三十年前多出三周，这对习惯于在海冰上捕猎的北极熊造成影响。已适应寒冷天气条件的鸟类，如海东清和捕食旅鼠的雪鸮会受到负面影响。海洋无脊椎动物会在已适应的温度下达到生长高峰，而在高纬度和高海拔地区生存的变温动物通常生长得更快（以应对较短的生长季节）。这类动物会增加觅食，但较高的温度会导致代谢加快，结果是体型变小，被捕食的风险会随之增加。对发育期间的鳟鱼而言，即使温度略有上升也会损害其生长效率和存活率。

在机制方面的研究已有近期气候变化所导致的物种灭绝纪录：研究人员McLaughlin等人于2002年记录下两个旧金山湾方格斑蝴蝶种群受到降水变化的威胁。研究人员Parmesan于2006年指出，“很少有涵盖整个物种的研究”，McLaughlin等人也表示“很少有将灭绝与最近的气候变化联系起来的机制作研究”。但研究人员如丹尼尔·博特金 (Daniel Botkin) 等在一项研究报告中表示有关灭绝率的预测遭到高估。有关“最近”灭绝的讨论，参见全新世灭绝事件。

许多淡水和咸水植物和动物物种都依赖冰河融化供水，来维持它们已适应的冷水栖息地。某些淡水鱼须在冰水或冷水中才能生存和繁殖，鲑鱼和割喉鳟尤其如此。冰河径流减少会导致溪河流量不足，无法让这些物种繁衍生息。海洋磷虾是关键物种，适于冰冷水中生存，是蓝鲸等水生哺乳动物的主要食物来源。由于冰河加速融化导致淡水输入海洋数量增加，以及世界海洋温盐环流的可能变化，也会对人类赖以生存的渔业造成影响。

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跟据2008年的报导，白色狐猴负鼠是首个已知因气候变化而灭绝的哺乳动物物种。但这些报导是源于误解。昆士兰州北部山区森林中的负鼠种群受到气候变化的严重威胁（因为它们无法在超过30°C（86°F）的高温下生存）。但在以南100公里处的另一种群则仍处于健康良好状态。而根据报导，生活在大堡礁岛屿上的啮齿动物珊瑚裸尾鼠是首个因海平面上升而灭绝的哺乳动物，澳大利亚政府于2019年正式确认其已灭绝。另一种澳大利亚物种 - 刺巢鼠可能是下一个灭绝的候选者。同样的，于2019年—2020年澳洲丛林大火期间，导致袋鼠岛沙袋鹬几乎完全灭绝，因为每500只中能存活的只有一只。

于2014年所发表一篇对世界上最大的麦哲伦环企鹅群体进行为期27年的研究报告叙述，气候变化引起的极端天气事件平均每年导致7%的企鹅幼崽死亡，并且在某些年份中导致企鹅幼崽的死亡高达50%。从1987年起，这个群体中有繁殖能力的雌雄对数已减少24%。

此外，气候变化可能经由行为和物候的变化或气候生态栖位的不匹配，把相互作用物种之间的生态伙伴关系破坏。物种间关联受到破坏是受气候驱动的每个物种朝相反方向移动的后果。因此气候变化有导致另一次灭绝的可能，这种灭绝更为悄无声息，而且大多数受到忽视：物种相互作用的灭绝。由于物种之间关联的空间脱钩，生物相互作用产生的生态系统服务也面临气候生态栖位不匹配的风险。虽然气候变化导致生态系统发生突然改变的可能性较大，它也会加剧全球人类与野生动物间的冲突。这种冲突被定义为人类与野生动物之间的相互作用，对其中一方或双方间会产生有害影响。气候变化引起的人类与野生动物的冲突有可能进一步减少及灭绝物种，而把生态系统重塑。气候变化驱动的这类变化会威胁到社会生态系统。

### 行为改变

气温上升已开始对鸟类和蝴蝶产生明显的影响，在欧洲和北美洲的10个不同地区，近160种蝴蝶已将活动范围向北移动200公里。但较大动物的迁徙范围会受到人类的限制。春季蝴蝶在英国的出现时间比二十年前平均提前6天。

《自然》杂志于2002年刊出一篇对科学文献做调查的文章，发现植物和动物物种的分布范围或季节性行为有新的变化。在最近发生变化的，有五分之四的物种将活动范围朝两极方向或是更高的海拔，成为“难民物种”。平均每10年，青蛙繁殖、花朵绽放和鸟类迁徙平均会提前2.3天，蝴蝶、鸟类和植物每10年朝两极方向移动6.1公里。在2005年发表的一项研究，其结论为人类活动是导致气温上升，及因此导致物种行为变化的原因，并将这些影响与电脑气候模型的预测作联系，以提供验证。科学家们观察到植物南极毛草正在其以前生长受限制的南极洲地区开始成长。

气候变化正在导致白靴兔等北极动物的雪地伪装与周遭日渐无雪的景观无法匹配。

研究人员Parmesan和Yohe在《地球未来》杂志上发表的2021年研究中报告中指出，气候变化对生态系统的影响变得日益明显，许多物种由于气温上升而将其活动范围向两极方向或更高海拔地区转移。

### 入侵物种

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本节摘自气候变化与入侵物种。

气候变化与入侵物种指的是气候变化导致环境不稳定的过程，这种环境变化促进入侵物种（某个地区在史上未曾有过的物种）的传播，且经常会对当地的物种带来负面影响。

人为造成的气候变化和入侵物种的增长与生态系统的变化直接相关。这些生态系统受去稳定性的影响，会为入侵物种创造更适宜的栖息环境，而让它们能够在原栖息地之外生长茁壮。美国农业部也认为气候变化与入侵物种是全球生物多样性丧失的四大原因中的两个。

有多种方法可控制入侵物种进犯。社区可透过预防、早期发现、气候预测和基因控制来降低入侵物种和气候变化的风险。

## 森林与气候变化

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由于森林是种碳汇（或称碳库），而森林中枯死的树木成为主要的碳源，大面积的森林消失对全球变暖有气候变化反馈作用。仅加拿大英属哥伦比亚省的松林受山松甲虫侵扰，造成树木枯死后所产生碳排放量就接近加拿大平均每年森林火灾的排放量，或该国交通来源累积五年的排放量。

研究显示在较高的二氧化碳浓度下，生长缓慢的树木只能在短时间内受到刺激生长（参见二氧化碳施肥），而像生长较快的木质藤本植物类则可长期受益。一般而言，这表示尤其是在雨林中，藤本植物会成为普遍的物种，但其死后的分解速度比树木快得多，所含碳量会更快返回大气。生长缓慢的树木可持续吸收大气中的二氧化碳，长达数十年。

### 野火

由于气候变暖，无论是健康或是不健康的森林似乎都面临更大的森林火灾（野火）风险。于北美洲的北方针叶林，经历几十年，按十年平均的烧毁面积约为10,000平方公里/年（250万英亩/年），而自1970年起开始稳步增长，烧毁面积超过28,000平方公里/年（700万英亩/年）。.这一变化可能部分归因于森林管理做法的变化。而自1986年以来在美国西部，由更长、更热的夏季导致重大野火事件增加四倍，烧毁森林的面积增加六倍。（与1970年至1986年期间相比）。据报导，加拿大于1920年至1999年期间野火事件也有类似的增加。

印尼的森林火灾自1997年以来也急剧增加。这些火灾通常是为清理森林改作农业用途所引发。当地的大型酸性泥炭沼泽也被引燃，估计这些泥炭沼泽火灾平均每年释放的二氧化碳量相当于全球燃烧化石燃料所产生二氧化碳量的15%。

在2018年所做的一项研究发现由于大气中二氧化碳水平增加，树木生可长得更快，但自1900年以来，树木的重量也减轻8%至12%（由于密度降低）。报告撰写者指出，“虽然今日所生产的木材数量更大，但所包含的物质比几十年前要少。”

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北极地区对于气候变化特别敏感，而且比大多数地区变暖更快。燃烧后的烟雾颗粒落在雪和冰上，改变原来会反射阳光的性质，转而吸收，而将变暖作用加速。发生在北极的野火还增加永久冻土融化的风险，而释放出甲烷（一种强效温室气体）。改进预测方式对于解决此一问题非常重要。世界气象组织（WMO）为此创建一植被火灾和烟雾污染预警和咨询系统（Vegetation Fire and Smoke Pollution Warning and Advisory System），用于预测全球火灾及相关影响和危害。WMO全球大气监测计划（Global Atmosphere Watch Programme）已发布一有关该问题的短片。

### 森林入侵物种

入侵物种指的是非生态系统中原生的，而且会对系统产生不利影响的任何生物体。.这些负面影响包括导致本土植物或动物灭绝、生物多样性破坏和栖息地永久性改变。

英属哥伦比亚省的松林遭到山松甲虫侵扰，自1998年起破坏开始扩大，至少部分原因是那时并无严冬，原本极度寒冷只需几天即可将大部分甲虫冻死，这是过去自然遏制疫情的模式。这次侵扰（截至2008年11月）已将该省约一半的扭叶松（3,300万英亩或135,000平方公里）杀死，灾情规模远较以往任何记录中的爆发都要巨大。受侵扰松树有空前死亡率的原因之一可能是由于这些甲虫在扭叶松上的繁殖成功率较高，而当时发生侵扰大部分地区的松树从未经历过频繁的甲虫侵害。在2007年经异常强风吹袭，甲虫向东越过美洲大陆分水岭，蔓延至艾伯塔省。美国的科罗拉多州、怀俄明州和蒙大拿州也开始流行，但疫情较轻。美国国家森林局预测在2011年至2013年之间，科罗拉多州几乎所有500万英亩（20,000平方公里）内直径超过5英寸（127毫米）的扭叶松都将消失。

### 北方针叶林

气候变化对北方森林产生超比例的影响，当地变暖的速度快于全球的平均水平。导致森林气候更加干燥，而产生一系列后续问题。气候变化直接影响到北方森林的生产力以及健康，还有再生能力。由于气候迅速变化，树木会向更高纬度（往北）和更高海拔迁移，但某些物种的迁移速度不够快，无法来得及迁入适合栖息地。此外，森林南端的树木会开始出现生长下降。在火灾和干旱多发地区生长的树种会由针叶树转为杨属。

#### 辅助迁移

所谓辅助迁移指的是刻意把植物或动物转移到不同栖息地的行为，作为应对气候变化的解决方案。对于那些可能较难迁移、世代时间较长或种群数量较少的物种，这种辅助管理及人类干预将有助于让其在快速变化的气候中存活。

对北美洲森林做辅助迁徙已在科学界讨论和争执几十年。历史上许多物种经迁徙，而能在气候变化中幸存。研究人员认为任其自然迁徙会速度太慢，无法赶过现代气候变化。在2000年代末和2010年代初，加拿大阿尔伯塔省和英属哥伦比亚省最终采取行动，且修改树木播种指南，把最佳森林生长范围北移列入考虑。英属哥伦比亚省甚至同意让西部落叶松这一物种向北迁移1,000公里。

### 山松甲虫和森林火灾

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全球发生的气候变化和相关的天气模式变化对生物学、种群生态学和山松甲虫 (MPB) 等种群数目爆发性生长有直接影响。这是因为温度是决定昆虫发育和种群成功的因素。山松甲虫是原产于北美西部的物种。在气候和温度变化之前，山松甲虫主要生活在低海拔地区，并侵犯当地的扭叶松和西黄松，因为当时海拔较高的洛矶山脉和喀斯开山脉地区太冷，它们在那儿无法生存。在低海拔地区正常的季节性冰冻天气条件下，山松甲虫所栖息的森林生态系统经由树木防御机制、甲虫防御机制和冰冻温度等因素维持平衡。这是宿主（森林）、生物媒介（甲虫）和环境（天气和温度）之间的简单关系。但随着气候变化导致山区变得更加温暖和干燥，山松甲虫更有能力侵扰和破坏森林生态系统，例如在洛矶山脉的白皮松林。这片森林对森林生态系统非常重要，有“洛矶山脉屋顶”之称。气候变化导致有害的山松甲虫大流行，使它们有能力蔓延到远离其原生栖息地，而造成生态系统变化、森林火灾、洪水和对人类健康的危害。

这些高海拔地区的白皮松生态系统发具有许多重要作用，为动植物的生存提供支持。它们为灰熊和松鼠提供食物，也为加拿大马鹿和鹿科提供庇护所和繁殖地、将水输送到干燥的山麓和平原来保护分水岭、充当水库把存留在树荫下方的融雪中配送，并创造新的土壤，供其他树木和植物生长。如果这些松树没了，当地动物就没有足够的食物、水或栖息处，生殖周期以及生活品质均会受到影响。在以往的情况下，山松甲虫无法在洛矶山脉的寒冷气温和高海拔条件下生存。但气温升高后，当地的冬季气温不足以冻结和杀死甲虫，松甲虫得以进驻，并对森林发动攻击。温度升高还让山松甲虫的生命周期延长1倍：目前松甲虫的发育只需一年，而非两年。由于洛矶山脉中的森林尚未适应应对山松甲虫的侵扰，树木缺乏对抗甲虫的防御措施。温暖天气模式、干旱和甲虫防御机制混合，让松树的树液变干，树液是松树抵抗甲虫的主要防御机制，可淹没甲虫及虫卵。甲虫得以更易侵扰并向树中释放化学物质，引诱其他甲虫来抑制松树的脆弱防御系统。结果是宿主（森林）变得更易受到致病因子（甲虫）的影响。

洛矶山脉的白皮松森林并非唯一受到山松甲虫影响的森林。由于温度变化和风型，甲虫现已穿过这座美洲大陆分水岭，往东入侵被称为“地球之肺”的阿尔伯塔省内脆弱的北方针叶林。这些森林具有吸收大气中二氧化碳，并产生氧气的重要功能。但因树木受感染和死亡，导致二氧化碳再度释放进入环境，进一步加剧气候变暖。生态系统及人类依赖环境提供氧气，这种对北方森林的威胁给全球和人类健康带来严重后果。在受甲虫蹂躏的森林里，枯死的树木很容易被闪电击中而着火。森林火灾对环境、人类健康和经济均构成威胁。对空气质量和植被有害，燃烧时会释放有毒和致癌化合物。由于人类造成的森林砍伐和气候变化，加上山松甲虫大流行，森林生态系统的强度下降。感染和由此产生的疾病会间接，但严重影响到人类的健康。随着干旱和气温持续升高，毁灭性森林火灾、虫害、森林枯死、酸雨、栖息地破坏、动物受危害和饮用水安全遭威胁的频率也在增加。

## 山地栖息地

山脉约占地球表面的25%，全球有十分之一以上的人口居住于此。气候变化对山区栖息地构成许多风险。研究人员预计气候变化将与时俱进，影响到山区和低地生态系统、森林火灾频率和强度、野生动物的多样性以及淡水的分布。

研究显示气候变暖将导致动植物由低海拔栖息地迁移到更高的山地。这种转变会侵入稀有的高山草甸和其他高海拔栖息地。高海拔动植物为适应气候变化而向上迁移，而可用于新栖息地的空间有限。世界各地不同物种群体的分布和丰度因此都出现急剧变化。

气候变化正在融化冰河并减少山上积雪的深度（参见全球自1850年以来的冰河退缩）。任何季节性融化变动都会对依赖山区淡水径流的地区产生巨大影响。气温升高会导致春季积雪提早及更快融化，并改变径流的时间和分布。这些变化会影响自然系统和淡水的可用性。

## 淡水生态系统

### 海水污染和冷水物种

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根据大多数气候变化模型，生活在美国大多数淡水溪流冷水中的鱼类种群数量将会减少，幅度高达50%。水温升高导致代谢需求增加，再加上食物来源减少，是导致其数量下降的主要原因。此外，许多鱼类（例如鲑鱼）会利用溪流的季节性水位进行繁殖，通常在水流高时产卵，并在孵化后迁移进入海洋。由于气候变化，预计降雪量将减少，径流也随之减少，溪流流量因而也减少，而影响鲑鱼的繁殖。

此外，海平面上升将开始淹没沿海河流系统，将它们从淡水栖息地转变为咸水环境，本地物种可能会因此消失。在阿拉斯加州东南部，海平面每年上升3.96厘米，导致沉积物再沉降在各河道，并将咸水带入内陆。海平面上升不仅会让海水污染溪流，也污染溪流所连接红钩吻鲑等物种居住的水库。虽然这种鲑鱼可在咸水和淡水中生存，因为产卵过程中需要淡水，受海水影响后让它们无法在春季繁殖。此情况会对阿拉斯加州原本丰富的鲑鱼种群造成严重的影响。

## 物种迁徙

二氧化碳和温度普遍上升正在改变北极生态系统中的冻原植物和其他旱生灌木的组成。例如，在西伯利亚亚北极区，物种迁移正导致另一种变暖的反照率反馈，因为会落叶的落叶松属正被常绿针叶树所取代，常绿针叶树可吸收一些先前被森林冠层下方反射的太阳辐射。由于气候变化，预测许多鱼类将向南北两极迁徙，而赤道附近的许多鱼类将因全球变暖而灭绝。

极度依赖温度和气压进行迁徙、觅食、生长和繁殖的动物，尤其是候鸟，有濒临灭绝的风险。人们已对气候变化在鸟类的影响进行大量研究（为预测及保育）。据说最有可能有濒危或灭绝风险的物种是不属于受保护的种群。预测到2100年，地表温度将上升3.5度，这可能导致600至900种鸟类物种灭绝，其中主要发生在热带。

## 物种适应

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气候变化影响苏格兰内赫布里底群岛中之一 - 拉姆岛上苏格兰红鹿种群的基因库。在每十年的研究中，气温升高导致鹿生产平均提前三天。因为带有该基因的鹿一生中会生产更多的后代，导致早产的基因在种群中有所增加。

在芝加哥所做的一项研究显示鸟类小腿骨的长度（身体尺寸的指标）平均缩短2.4%，翅膀延长1.3%。在亚马逊雨林中部所做的一项研究显示，鸟类的质量（体型指标）每十年减少2%，同期翅膀长度增加1%，这与气温和降水变化有关。这些研究结果显示形态变化是气候变化的结果，并可证明为遵循伯格曼法则进化的一例。

一项对脊椎动物研究的数据显示，较高的温度会降低生理和生态栖位进化的速度，并且相较于温暖的气候，动物较易适应寒冷的气候。

挪威科技大学 (NTNU) 由Fredrik Jutfelt教授领导的的Jutfelt鱼类生态生理学实验室，针对进化如何导致鱼类对所生活的温度环境产生生理适应进行研究。实验室最近进行一项大型人工选择实验，在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表报告，显示鱼类可进化出对变暖的耐受性。但有人认为进化速度太慢，无法通过这类进化来保护鱼类免受当前气候变化的影响。

## 导致物种退化对生计的影响

依赖自然资源为生的社区，其生计取决于某些物种的丰度和可用性。大气温度和二氧化碳浓度升高等气候变化条件会直接影响生物质能源、食物、纤维和其他生态系统服务的可用性。提供此类产品的物种退化会直接影响依赖这些资源人们的生计，在非洲更是如此。降雨模式的变化会加剧这种情况，这可能会让入侵物种占据主导地位，尤其是那些分布在大纬度梯度中的物种。气候变化对某些生态系统内的植物和动物物种的影响会直接影响到依赖自然资源的人类。植物和动物物种的灭绝经常会在直接受气候变化影响的生态系统中产生物种濒危的循环结果。