大气温室气体浓度大幅度增加及由此引起的以气候变暖为标志的气候变化已经并将继续产生影响。全球气候变化不仅是气候和自然环境领域的问题，而且也是涉及人类社会和经济发展领域的重大问题，已成为当今世界关注的焦点。陆地表层生态及自然环境特征复杂多样，最显著的特点是它在空间分布上具有区域差异性，服从地域分布规律。目前，全球气候变化的科学基础、影响、适应和减缓等研究已经取得了丰硕成果，为认知气候变化对自然环境的可能影响提供了科学依据。

历史时期的自然环境格局变迁是由自然界气候本身的变化引起，而过去几十年和未来21世纪的自然环境格局变化主要由人类活动排放温室气体造成。

本文分别从历史时期、20世纪和未来三个时间段来分析全球气候变化对自然环境格局的影响。

历史时期自然环境格局的演变

根据考古、孢粉和历史记载等资料，历史时期以来，中国自然环境格局曾发生过多次较大幅度的迁移。

竺可桢(1972)指出，过去5000年来中国桔、竹等亚热带植物类型分布的位置发生明显变迁。龚高法等(1987)研究表明，在距今约8000～3000年之间的全新世中期气候最适宜时期，普遍较现今温暖，中国东部地区年平均温度比现在高2～3℃左右，相应的气候带的位置比现在偏北；中国东北地区当时普遍生长以阔叶林为主的阔叶-针叶混交林，其中含有许多喜温的阔叶树种；亚热带气候几乎控制了华北平原大部分地区；京津地区已接近亚热带北缘，燕山山脉南麓处于由暖温带向亚热带气候过渡地带。整个历史时期，在最温暖时期亚热带北界曾北移5～6个纬度，达到黄河以北的华北平原，在寒冷时期曾南移约2个纬度，移至长江以南，现代（20世纪）亚热带平均位置处于比历史时期以来平均位置偏南，但较明清小冰期偏北。

在18000～15000 a B.P.的末次冰期最盛期，中国东部松嫩平原已无森林，北方针叶林带在中国北方较现代南移4～10个纬度，在欧洲南移16～17个纬度，森林迁移后则由草原、草甸或苔原所代替。全新世气候最适宜期，中国东北、北欧、北美的泰加林又重新占据了以前的苔原带或森林苔原带；青海湖畔分布松、云杉和冷杉，为半湿润气候；藏南羊卓雍错湖畔有桦、栎林；苔原带从西伯利亚北部消失（崔之久，1991）。在气候最适宜时期，华北平原北部分布的是暖温带落叶阔叶林，京津地区及冀中、冀南平原有一些亚热带植物种属，华北平原中南部分布有北亚热带落叶阔叶与常绿阔叶混交林及一些喜暖乔灌木种属，与现代地带性植被分布状况存在明显差异。在距今3000年前的西周初期，全球气候出现一次寒冷期，在中国东部地区，亚热带北界南移，甚至越过淮河，向南移了约1个纬度，华北平原北部曾出现过的一些亚热带植物种属消失，华北平原中南部的自然植被已不再具有北亚热带森林性状，而大部分地区变为暖温带落叶阔叶林（朱士光，1994）。

20世纪气候变化对自然环境格局的影响

决定自然环境格局的主要因素是温度条件和干湿状况差异，两者对多数自然现象和过程都有影响，并且其变化可能引起一系列生态与自然环境变动。

温度是决定陆地表层大尺度差异、影响作物与植被生产生长的重要因素（黄秉维，1993）。一定界限的温度，尤其是日平均气温为10℃以上时期的活动积温及其持续日数在自然区域划分中是一个非常重要的指标。通过对比1981～1999年和1951～1980年的日平均气温≥10℃期间的积温和持续日数的变化幅度，发现在气候变化的影响下，中国东部中亚热带、北亚热带、暖温带、中温带和寒温带普遍北移，其中北亚热带和暖温带北移明显；中国西部地区除了滇西南、青藏高原和内蒙古西部所处的各温度带有北移或上抬趋势外，其他地区变化不大或略有南压和下移（沙万英等，2002）。根据1950年代至1990年代初期逐年青藏高原各地日均温≥10℃期间日数、最暖月气温和最冷月气温的时空变化规律，发现高原各气候带过去40年的总体变化特征为动态稳定，各个冷暖期的气候带界线稍有变动，但气候带的性质基本稳定（赵昕奕等，2002）。

自然格局的长期演变可通过CRU(Climatic Research Unit)过去百年气候数据集来分析。

从1901～1925年段到1926～1950年段，中国区域温度带的变化不是十分明显。但是在西南地区的南亚热带北界，后一阶段明显比前一阶段偏北；东北地区寒温带的范围后一阶段也比前一阶段小。1951～1975年间，部分地区温度带界线又往南有所回缩；而1976～2000年，大部分地区温度带界线开始北移，如亚热带北界、热带北界、寒温带等，尤其寒温带的范围最小。

基于CRU的过去百年（1901～2000年）中国温度带格局变化

1951～1975年时段中国西北地区极端干旱区域范围最广，1976～2000年时段明显缩小，这与中国西北部分区域降水有所增加是密切关联的。20世纪四个时段中，干旱区的范围变化不明显；1976～2000年时段，半干旱区的范围明显扩大；四个时段里，湿润地区的范围从第一个25年到第二个25年先缩小，到第三阶段扩大，而到第四阶段又开始缩小。过去百年干湿格局的总体变化特征是极端干旱区范围缩小，而湿润区的范围也缩小。

基于CRU的过去百年（1901～2000年）中国干湿格局变化

未来气候变化对自然环境格局的可能影响

黄秉维(1993)曾按照IPCC估计的2100年全球增温3℃，预估未来中国寒温带大部分变为中温带，中温带大部分变为暖温带，暖温带有一半变为北亚热带，北亚热带全部变为中亚热带，中亚热带小部分变为南亚热带，南亚热带全部变为边缘热带，边缘热带一部分变为中热带。干湿地区较气候变暖前的分布差异减少，从而缓和了自东向西水分急剧减少的趋势（赵名茶，1995）。随着温室气体的增加，全国范围内气候变干的趋势明显存在，极端干旱区和亚湿润区增加的幅度较大，半干旱区增加的幅度较小，干旱区的面积基本上变化不大（慈龙骏等，2002）。

利用区域气候模式系统PRCIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)模拟分析中国未来21世纪的区域气候变化（分辨率为50km×50km），在IPCC的《排放情景特别报告》(SRES)中的B2情景，未来中国大部分区域将是升温的趋势，与基准时段(1961～1990)相比，B2情景下中国2011～2020年将平均增温1.16℃，2041～2050年为2.20℃，2071～2080年为3.20℃（许吟隆，2004）。SRES B2情景与IPCC最新发布的RCP 6.0(representative concentration pathway)情景对未来21世纪气温的预估相近(Rogelj et al., 2012)。

未来SRES B2情景下中国温度带变化

基于PRECIS系统的区域气候变化，分析了生态地理区域对未来气候变化可能的响应范围。未来中国的生态地理区域温度带将产生显著变化，未来温度带将可能普遍北移，寒温带很可能从中国消失，热带、亚热带、暖温带和高原温带预估面积扩大；寒温带、中温带和高原亚寒带预估面积缩小。未来远期（2051～2080年）相对于基准期（1961～1990年），暖温带北界、亚热带北界和高原温带北界北移最大幅度分别为6.6个纬度、5.3个纬度和3.1个纬度(Wu et al., 2010)。

全球气候变化的影响研究是一个极其复杂的地球系统科学问题。由于对气候系统理解方面的局限性、社会经济情景和温室气体排放情景分析的不确定性，以及气候模式系统不够完善等原因，造成气候变化和区域响应研究结果存在一定的不确定性。