全球气候变化指标
全球气候变化指标用于反映气候变化状况及其主要影响，包括全球平均地表温度、全球海洋热含量、海洋酸化状况、冰川质量平衡、北极和南极海冰范围、全球CO2含量和全球平均海平面等。
（一）温度
全球变暖趋势仍在持续。2016年年初出现了异常强烈的厄尔尼诺（具有升温效应的事件），是有记录以来迄今最暖的年份。2020年尽管厄尔尼诺现象较弱，且到9月下旬发生了具有降温效应的拉尼娜事件，但该年份的温暖程度仍与2016年相当。地处北极的俄罗斯维尔霍扬斯克镇的温度达到了38.0℃，这是北极圈北部地区记录到的最高温度。同年全球平均温度比工业化前水平（1850—1900年平均值）高出1.2℃左右。2011—2020年，是有记录以来最暖的十年。1850—2020年全球平均温度距平见图1-8。
图1-8 1850—2020年全球平均温度距平（相对于1850—1900年平均值）
陆地方面，大部分陆地区域的温度高于长期均值（1981—2010年），包括美国西南部、南美洲的北部和西部地区、中美洲大部分地区以及欧亚大陆的大部分地区。小部分陆地区域低于长期均值，包括加拿大西部、巴西大部分区域、印度北部以及澳大利亚东南部。海洋方面，热带大西洋和印度洋的部分海域异常温暖；太平洋的海面温度距平呈现拉尼娜特征，赤道太平洋东部的海表水温低于平均温度，周边为高于平均温度的马蹄形水域带，最显著的是东北太平洋以及沿着从日本到巴布亚新几内亚的太平洋西部边缘。
（二）温室气体
2019年，温室气体中CO2、CH4、N2O浓度分别为410.5ppm、1877ppb、332.0ppb，分别为工业化前水平的148%、260%、123%。2020年，CO2、CH4、N2O的浓度持续升高，全球二氧化碳浓度已超过410ppm，预计在2021年有可能达到或超过414ppm。2020年夏威夷莫纳罗亚观测站的大气二氧化碳浓度创下历史纪录，突破了415ppm。根据联合国环境规划署的信息，新冠肺炎疫情导致的经济衰退暂时造成当前碳排放量下降，但对大气温室气体浓度没有明显影响。
（三）平流层臭氧
平流层臭氧对太阳紫外线有阻挡作用，如一把保护伞保护地球上的生物生存繁衍。20世纪，氟氯烃等氟氯碳化物作为制冷剂大量使用，释放的氯和溴可直接损耗臭氧，破坏臭氧层。1985年英国南极考察队在南纬60°地区观测发现巨大的臭氧层空洞，意味着有更多的有害辐射到达地球，特别是在澳大利亚、新西兰和福克兰群岛等南半球区域。臭氧洞的大小和深度的变化很大程度上取决于气象条件和温室气体排放。
2020年，南极出现了自40年前开展臭氧层监测以来持续时间最长、最深的臭氧洞。臭氧洞面积在9月20日达到了2480万平方公里，为2020年最大值，臭氧洞面积接近了2006年观测到的最大值（2960万平方公里），比2019年最大值超出840万平方公里。这一异常深且持续时间长的臭氧洞是由强烈且稳定的极地涡旋以及平流层极低温度所驱动的。2020年3月，北极平流层极地涡旋强烈，在极地平流层云中触发化学过程，导致臭氧消耗，异常的大气条件导致北极臭氧浓度降到记录低点。
（四）海洋
海洋是气候系统重要的组成部分，覆盖了约2/3的地球表面，是地球表面最大的储热体。海流是地球表面最大的热能传送带，海洋与空气之间的气体交换对高、低纬度间的热量输送和交换、调节全球热量分布有重要影响，通过海洋热量、海平面变化、海洋热浪、海洋酸化程度、脱氧状况等因素影响全球气候变化。
1.海洋热含量
热能在地球内部积聚，构成了地球内动力的能量基础。海洋储存了大量被温室气体捕获的多余热量。海洋热含量（Oceanic Heat Content，OHC）可作为地球系统中这种热量累积的量度。2019年，全球海洋0～2000米深度层持续升温，海洋热含量为有记录以来最高水平，2020年延续了这一趋势（图1-9）。过去十年海洋变暖速度高于长期平均水平，这表明海洋在不断吸收温室气体捕获的热量，使海洋升温，导致海水热膨胀加剧海平面上升。
图1-9 1960—2019年全球海洋热含量距平（相对于2005—2017年长期均值）
注：标准偏差用阴影表示。
2.海平面
全球平均海平面在2020年继续上升，自1993年以来，全球平均海平面上升速度达3.3±0.3 mm/年，部分原因是格陵兰冰盖和南极冰盖加速融化。在区域尺度上，海平面继续不均匀地上升。区域海平面是以海洋热含量变化为主导。1993—2020年期间，在南半球出现了最强的上升趋势，包括马达加斯加以东的印度洋、新西兰以东的太平洋，以及南美洲拉普拉塔以东的南大西洋；而在北极等地区，因陆地融冰的淡水流入导致的盐度变化是海平面上升的重要原因。在北半球由于热带太平洋的拉尼娜事件，改变了降雨分布，将水团从海洋转至热带陆地江河流域，出现了海平面上升减缓的趋势。
3.海洋热浪
海洋热浪（Marine Heatwave，MHW）是指海水异常温暖的特殊现象，会导致海洋系统发生剧烈变化。自1982年有卫星记录以来，海洋热浪的强度在全球近2/3的海洋中都有所增加，1987—2016年间，年均海洋热浪天数比1925—1954年间增加50%以上。2020年，除了格陵兰以南的大西洋以及东部赤道太平洋，超过80%的海域至少经历了一次海洋热浪。2020年6月—12月，在北极拉普捷夫海经历了一次极端海洋热浪事件，海冰覆盖面积创历史新低。而在东北太平洋，一场始于2013年，持续至今的海洋热浪已造成美国西海岸大量的海洋生物物种死亡，包括海雀、海狮和须鲸，以及有史以来最大的海鸟死亡事件。
4.海洋酸化
空气中的CO2溶于海水后形成碳酸，使海水的pH值下降，出现海洋酸化的现象，使其吸收大气中CO2的能力降低，削弱了海洋减缓气候变化的能力。在过去40年里，海洋每年吸收约23%人为排放到大气中的CO2，全球公海表面的pH值一直在下降（图1-10）。北极是全球对气候变化最敏感的地区，也是海洋酸化最严重的地区。过去20年来，西北冰洋出现大范围的酸化水体并以每年1.5%的速率增长，比太平洋或者大西洋所观测到的结果要快2倍以上，预测到21世纪中叶酸化水体将覆盖整个北冰洋。
图1-10 全球海洋平均表面pH值（实线）和偏差（阴影）
5.海洋脱氧
海洋脱氧是海洋中氧气含量下降的现象。随着温度的上升，溶解在水中的氧气减少，海洋脱氧情况越来越严重。自1950年以来，开阔海洋的氧气含量已减少了0.5%～3%，海洋中的低氧水域正在扩大。全球沿海海洋的缺氧地点数量增加，反映出全球富营养化的上升趋势。赤潮是海水富营养化的标志之一，2018年夏季持续到2019年初，美国坦帕湾遭遇严重赤潮，藻华的恶性蔓延摧毁了佛罗里达州200公里的海岸线，超过1800吨死亡的海洋生物被冲上海滩，死亡数量创新纪录。
（五）冰冻圈
冻土与冰川、冰盖、积雪、海冰等一起构成了冰冻圈，储存有全球77%的淡水资源，是全球水循环的重要组成部分。冰冻圈可提供气候变化的关键指标，包括海冰范围、冰川质量平衡以及格陵兰和南极冰盖的质量平衡。
1.海冰
自20世纪80年代中期以来，北极气温的升高速度至少是全球平均水平的两倍。2020年，西伯利亚北极圈以北地区的创纪录高温引发了东西伯利亚和拉普捷夫海的海冰加速融化，并一直持续至7月份。在9月下旬，拉普捷夫海和东西伯利亚海重新冻结的速度缓慢，这可能是由于自6月下旬提前后退以来海洋上层累积的热量所致。2020年7月和10月观测到创纪录低的海冰覆盖面积，最低值达374万平方公里，这是有记录以来第二次缩减到不足400万平方公里。2020年2月的南极海冰范围是年度最小值，约为270万平方公里，反映出从2017年3月创纪录的208万平方公里的最小海冰范围逐渐扩展。
2.冰川
冰川是极地或高山地区地表上多年存在并具有沿地面运动状态的天然冰体，在世界两极和两极至赤道带的高山均有分布，大约有2900多万平方公里，覆盖着大陆11%的面积。温度、降水和入射太阳辐射等的变化及其他因素（例如底部光滑度变化或冰架支撑损失）等对冰川有直接影响。根据世界冰川监测服务中心（图1-11）的数据，冰川质量损失有明显的加速趋势。在2018/2019年，长期观测的40个冰川发生了1.18米水当量（m w.e.）的冰损失，接近于2017/2018年创纪录的损失。在2019/2020年，冰损失为0.98米水当量。在过去20年里，北美冰川的质量持续损失，2015—2019年期间比2000—2004年期间几乎翻了一番。
图1-11 冰川质量平衡
注：年度质量变化以米水当量（m w.e.）表示，相当于吨/平方米（1000 kg/m2）。
3.冰盖
冰盖是陆地冰的主体，当前仅存的冰盖为南极冰盖和格陵兰（位于北极地区）冰盖。南极冰盖面积约1400万平方千米，占全球陆地总面积8.3%，平均冰厚约2100米，冰储量约3000万立方千米，相当于全球海平面56.6米的变化量。格陵兰冰盖当前面积约184万平方千米，占全球陆地总面积1.2%，平均冰厚约1600米，冰储量约300万立方千米，相当于全球海平面7.4米的变化量。
2020年格陵兰冰盖质量继续损失，据卫星观测，冰山崩解持续发生，2019年9月—2020年8月，格陵兰冰盖的冰损失约为1520亿吨，主要是表面融化和冰川动力导致的损失。自20世纪90年代末以来，南极冰盖呈现出明显的质量损失趋势，主要是由于西南极洲和南极半岛的冰川流速增加。南极洲冰川流速加快的主要驱动因素是边缘冰架的海底融化加剧，次要驱动因素是南极半岛局部表面融化导致了冰架突然崩塌。
（六）降水
2020年，北美洲、非洲、西南亚和东南亚受季风影响地区的年降水总量和日极端总量异常升高，发生大面积洪涝灾害。而南美洲内陆，尤其是阿根廷北部、巴拉圭和巴西西部边境地区以及非洲南部的开普省，降水量极低，发生持续性特大干旱灾害。在中国，1961—2020年平均年降水量呈增加趋势，平均每10年增加5.1毫米，年平均降水日数显著减少，累计暴雨日数显著增加，平均每10年增加3.8%，极端强降水事件呈增多趋势。