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2021年全球气候状况 WMO-No. 1290 天气气候水B WMO-No. 1290 ©世界气象组织,2022 WMO对用印刷、电子和其他各种形式出版的各语种出版物拥有版权。翻印WMO材料的短幅摘录无须授权，但须清晰完整地注明出处。有关本出版物的编辑问题及部分或全文出版、翻印或翻译本出版物问题请联系 Chair, Publications Board World Meteorological Organization WMO 7 bis, avenue de la Paix 电话 41 0 22 730 84 03 P .O. Box 2300 传真 41 0 22 730 81 17 CH-1211 Geneva 2, Switzerland 电子邮件 publicationswmo.int ISBN 978-92-63-51290-1 封面插图来自Adobe Stock冰山照片鸣谢z576；森林火灾，旱季夜晚红橙色的森林大火照片鸣谢prirach； Raja Ampat的浅水珊瑚礁和岛屿照片鸣谢EAD 72；大河洼地被洪水淹没地区照片鸣谢Vladimir Melnikov。 iSTOCK夕阳下的旱地。变化多端的沙漠天空。气候变化（照片鸣谢 Mycola）。注 WMO出版物中所用的称号和本出版物中的材料表示方式并不代表WMO对各国、领土、城市或地区、或其当局的法律地位、或对其边界划分的观点立场。提及的具体商号或产品与未提及或未广告的同类相比并不表示前者得到了WMO的赞同或推荐。 WMO出版物中显示的带署名作者的结果、解释和结论只是作者的观点，并不一定反映WMO或其会员的观点。1 目录关键讯息. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 温室气体指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 基线 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 温室气体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 海洋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 冰冻圈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 平流层臭氧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 短期变率的驱动因素 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2021年高影响事件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 热浪和野火 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 寒潮和雪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 降水 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 洪水 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 干旱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 热带气旋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 强风暴. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 归因 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 风险和影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 粮食安全 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 人道主义影响和人口流离失所 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 气候对生态系统的影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 北半球夏季极端事件准静止行星波的作用与北极变暖放大北半球夏季极端事件准静止行星波的作用与北极变暖放大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 32 气候监测的观测基础气候监测的观测基础 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 36 次季节到季节预报能否改进东南亚地区的备灾 021年9月20–26日案例研究回顾次季节到季节预报能否改进东南亚地区的备灾 021年9月20–26日案例研究回顾 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 38 数据集和方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 供稿方名单 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 关键讯息 2021年的全球平均温度比1850-1900年工业化前的平均水平高出约1.11±0.13℃。由于年初和年末受拉尼娜现象的影响，温度低于最近几年。最近的七年（2015至2021年）是有记录以来最暖的七年。 2021年，全球平均海平面达到新高， 2013-2021年期间平均每年上升4.5毫米。 2021年，南极臭氧洞达到最大面积2480万平方公里。形成这个异常深大的臭氧洞的原因是强大而稳定的极地涡旋，以及平流层低层的温度低于平均水平。格陵兰岛在8月中旬经历了异常的融化事件，位于格陵兰冰盖最高点（海拔3216米）的顶峰站经历了有史以来第一次降雨。异常的热浪打破了横跨北美西部和地中海地区的记录。加利福尼亚州的死亡谷在7月9日达到了54.4℃，相当于2020年的数值，即至少是自20世纪30年代以来世界上的最高记录，而西西里岛的锡拉丘兹达到了48.8℃。飓风 “伊代” 是北大西洋飓风季的最强飓风，于8月29日在路易斯安那州登陆，是该州有记录以来登陆的最强飓风，美国的经济损失估计为750亿美元。在中国河南省发生的洪水破坏性强，代价高昂，导致了177亿美元的经济损失，西欧在7月中旬经历了有记录以来最严重的洪水。这一事件在德国造成的经济损失超过了200亿美元。世界上许多地区（包括加拿大、美国、伊朗、阿富汗、巴基斯坦、土耳其和土库曼斯坦的多个地区）受到了干旱的影响。在加拿大，重大干旱导致小麦和油菜籽作物产量水平低于2020年水平的35-40，在美国，科罗拉多河上的米德湖水位在7月下降到47米，低于满蓄水位，是有记录以来的最低水平。新冠疫情进一步加剧了冲突、极端天气事件和经济冲击的复合影响，几十年来在改善全球粮食安全方面取得的进展遭到了破坏。水文气象危害继续导致国内流离失所。截至2021年10月，记录到的流离失所者人数最多的国家是中国（超过140万）、越南（超过66.4万）和菲律宾（超过60万）。3 继政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告的第一、第二和第三工作组报告发布后数月，世界气象组织发布了 2021年全球气候状况报告。 WMO的这份报告提供了2021年观测到的年度气候状况的最新信息，展示了关键指标的持续趋势（IPCC报告中也有报告）。这些指标包括温室气体浓度、全球年平均表面温度、全球平均海平面、海洋热含量、海洋酸化、海冰范围以及冰盖和冰川的质量变化等。这些关键指标显示了气候在继续变化，同时，关于社会经济影响的信息强调了人口对当前天气和气候事件的脆弱性。据报告，由于高影响天气和气候事件，损失和损害超过了1000亿美元，并对粮食安全和人道主义方面产生了严重影响。 2019年至2020年，大气CO 2 浓度的增长略低于 2018年至2019年的观测值，但高于过去十年的平均年增长率。由于新冠疫情的相关限制， 2020 年化石燃料CO 2 排放量约下降了5.6。到本世纪末，要将全球平均温度稳定在比工业化前（1850-1900年）水平高1.5°C至2°C，则需要大幅减少温室气体排放，而且必须在这十年内加速减排。早期预警系统是各部门适应气候的关键要求。然而，据报告，只有不到一半的会员建立了早期预警系统。W M O 及其会员正在密切合作，以便在不久的将来大幅改善这一状况。本报告是由各位专家和主要作者利用自然数据分析和影响评估汇编而成的，借此机会我要向他们表示祝贺。感谢做出贡献的各方，特别是WMO会员的国家气象水文部门、区域气候中心和联合国机构，感谢其合作和投入。本报告旨在帮助我们的组织向世界领导人和世界公民提供有关地球系统状况、 2021年天气和气候状况、以及天气和气候事件影响的最新信息。 WMO一如既往致力于支持这一出版物，并为此进行广泛宣传。（佩特里·塔拉斯教授）秘书长前言4 全球气候指标 1 从多个视角（包括大气成分、能量变化以及土地、海洋和冰层的响应等）展示了全球范围内的气候变化。这些指标是密切相关的。例如，大气二氧化碳和其他温室气体的上升导致了能量的不平衡，从而导致了大气和海洋变暖。海洋变暖反过来又导致海平面上升，此外，陆地上的冰块因大气温度上升而融化。全球指标采用了广泛的数据集（列在本报告的末尾）并以多个观测系统为基础（见气候监测的观测基础）。这些指标共同勾画了世界持续变暖的图画，触及了地球系统的方方面面。气候指标和可持续发展论证相互联系（WMO- No.1271）中突出强调了全球气候指标与可持续发展目标之间的联系。该报告追踪了作为自然系统的关键气候指标之间的联系和反馈回路，以及对17个可持续发展目标中大多数目标的级联风险。因此，监测全球气候指标及其相关的风险和影响，对于到 2 0 3 0 年实现可持续发展目标具有至关重要的意义。基线基线是指特定时期，通常跨越一个或多个十年期，作为固定时期，用于与当前条件进行比较。本报告使用了多种基线，并酌情在文本和图表中对这些基线做了具体说明。我们尽可能采用了1981-2010年间的WMO气候标准平均值作为基线，以实现报告的一致性 2 。然而，对于某些指标来说，不可能使用这一基线，因为缺乏整个时期的测量值，或者需要更长的时间来计算有代表性的统计数据。有两个值得注意的例外情况。首先，对于全球平均温度，采用了1850-1900年的基线。这是最近的IPCC报告（第六次评估报告 3 ，特别报告全球变暖1.5℃ 4 ）中使用的基线，作为工业化前温度的基准期，并且与了解相对于巴黎协定目标的进 1 Trewin, B.; Cazenave, A.; Howell, S. et al. Headline Indicators for Global Climate Monitoring, Bulletin of the American Meteorological Society 2021, 102 1, E20–E37. https//journals.ametsoc.org/view/journals/ bams/102/1/BAMS-D-19-0196.1.xml. 2 为了与WMO会员的气候报告保持一致，使用了1981-2010年，而非1991-2020年，因为并非所有会员都已经过渡到使用较近的时期。 3 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2021 AR6气候变化2021 自然科学基础， https//www.ipcc.ch/report/ ar6/wg1/。 4 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2018 IPCC特别报告全球升温1.5°C, https//www.ipcc.ch/sr15/。 5 https//public.wmo.int/en/resources/united_in_science;https//library.wmo.int/index. phplvlnotice_display Manning, M. R.; Dlugokencky, E. J. et al. Very Strong Atmospheric Methane Growth in the 4 Years 2014–2017 Implications for the Paris Agreement. Global Biogeochemical Cycles 2019, 33 3, 318– 342. https//doi.org/10.1029/2018GB006009. 8 https//www.unep.org/resources/report/global-methane-assessment-benefits-and-costs-mitigating- methane-emissions 9 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2021 决策者摘要。见 AR6气候变化2021 自然科学基础， https//www. ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_SPM_final.pdf. 10 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2021 决策者摘要， A.1.2。见 AR6气候变化2021 自然科学基础， https// www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_SPM_final.pdf。I P C C 的平均值是基于四个数据集 HadCRUT5、 NOAAGlobalTemp-临时、 Berkeley地球以及Kadow, C.; Hall, D. M.; Ulbrich, U. Artificial Intelligence Reconstructs Missing Climate Information. Nature Geoscience 2020, 13 6, 408–413. https// doi.org/10.1038/s41561-020-0582-5. 括号内的数值表示5-95的信度范围。均温度有暂时的降温作用，在拉尼娜事件发生后的一年里，这种影响最强。除了2018年的弱拉尼娜现象外，上一次强拉尼娜事件发生在2011年。 2021年的温度比2011年高出约0.22℃至0.29℃。 2016年年初仍处于强厄尔尼诺时段，因此该年仍然是大多数所调查的数据集中有记录以来最暖的一年。以往全球气候状况报告中相对于1850-1900年基线的全球温度距平计算方法已被更新。新方法使用 IPCC第六次评估报告中对温度变化及其不确定性的评估，作为估计1850-1900年以来变化的基础。详见“ 全球温度数据”一节。在IPCC第六次评估报告决策者摘要 9 中，使用以超越点为中心的20年平均值对温度超越点（长期升温超过某一特定水平的点）进行评估。对于2001-2020年期间，平均值估计 10 为0.99 [0.84-1.10]°C。根据本报告中使用的六组数据集的平均值， 2002-2021年期间的20年暂定平均值比1850-1900年的平均值高出1.01±0.12℃。摩尔分数（ppb）年年增长率（ppm/年）年增长率（ppb/年）年摩尔分数（ppb）年增长率（ppb/年）年摩尔分数（ppm）图1 上排 1 9 8 4 年至 2020年全球平均CO 2 摩尔分数（浓度的度量方法），单位为百万分之一（左），C H 4 的摩尔分数，单位为十亿分之一（中），N 2 O摩尔分数，单位为十亿分之一（右）。红线是去除了季节性变率后的月平均摩尔分数；蓝点和蓝线表示月平均值。下排灰色柱状图显示的是CO 2 （百万分之一/年）（左）、C H 4 （十亿分之一 / 年）和 N 2 O（十亿分之一 / 年）（右）代表摩尔分数连续年均值增长的增长率。来源 WMO全球大气监视网。6 2021年，在北美和格陵兰岛、非洲北部和热带地区、中东和亚洲南部的广大地区，近地表温度高于1981-2010年的平均水平（图3）。温度低于平均水平的地区包括北亚、澳大利亚、南部非洲和北美西北部的部分地区。拉尼娜现象在热带太平洋的影响较为明显。非洲南部、印度和澳大利亚东部的凉爽条件正是拉尼娜现象的特征。北亚的温度低于平均水平，这与2020年的情况形成鲜明对比， 2020年该地区的温度异常高。部分原因是因为2020年初（强正）和2021年初（强负，参见 “ 北极涛动（ A O ）” 一节）的北极涛动的不同阶段，这对全年的平均水平影响很大。 11 Gruber, N.; Boyd, P. W.; Frölicher, T. L. et al. Biogeochemical extremes and compound events in the ocean. Nature 2021, 600, 395–407. https//doi.org/10.1038/s41586-021-03981-7. 海洋由于温室气体浓度不断增加，地球系统中积累了过剩能量，其中大部分被海洋所吸收。增加的能量使海洋变暖，随之而来的是水的热膨胀，进而导致海平面上升，并增加了陆地冰的融化。海洋表层比内部升温更快，全球平均海面温度的上升和海洋热浪的发生率增加都印证了这一点。随着大气 C O 2 浓度的增加，海洋中的 C O 2 浓度也随之增加。这影响了海洋化学状况，降低了水的平均 p H 值，这一过程被称为海洋酸化。所有这些变化在海洋和沿海地区产生了广泛的影响和相互作用 11 。年皇家版权。来源英国气象局分析 IS EMP E J - Brky地球图2 六个全球温度数据集（ 1 8 5 0 - 2 0 2 1 年）与工业化前（1850-1900 年）条件相比的全球年平均温差。关于数据集和处理的详细信息，请参阅数据集和方法。来源大不列颠及北爱尔兰联合王国气象局。图3 2021年相对于1981-2010年平均值的近地表温差。该图显示了根据五个数据集（HadCRUT5、 ERA5、 GISTEMP、 NOAA Global Temp和 Berkeley地球）计算的中位数距平。来源英国气象局。 7 海洋热含量人类排放的二氧化碳和其他温室气体不断增加，导致大气层顶部的正辐射不平衡（地球能量不平衡（EEI）），造成能量在地球系统中以热量形式积累，进而推动全球变暖 12,13,14 。地球系统中大约90的累积热量储存在海洋中，可以通过海洋热含量（OHC）来测量。 EEI为正表明地球的气候系统仍在对当前的强迫 15 做出响应，即使强迫没有进一步增加，也会进一步变暖 16 。这反过来又反映在海洋热含量的持续增加上。 IPCC认为，毫无疑问，人类的影响使大气、海洋和陆地变暖，而且极可能是20世纪70年代以来观测到的海洋热量增加的主要驱动力 17 。早在20世纪40年代，对次表层温度的历史测量大多依靠船载测量系统，这限制了在全球范围和在深度上的次表层温度观测的可用性 18 。随着 A r g o 自主 12 Hansen, J.; Sato, M.; Kharecha, P. et al. Earth’ s energy imbalance and implications. Atmospheric Chemistry and Physics 2011, 11 24, 13421–13449. https//doi.org/10.5194/acp-11-13421-2011. 13 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2013 气候变化2013 自然科学基础，第3章， https//www.ipcc.ch/report/ ar5/wg1/。 14 von Schuckmann, K.; Palmer, M. D.; Trenberth, K. E. et al. An imperative to monitor Earth’ s energy imbalance. Nature Climate Change 2016, 6, 138–144. https//doi.org/10.1038/nclimate2876. 15 Hansen, J.; Nazarenko, L.; Ruedy, R. et al. Earth’ s Energy Imbalance Confirmation and Implications. Science 2005, 308 5727, 1431–1435. https//doi.org/10.1126/science.1110252. 16 Hansen, J.; Sato, M.; Kharecha, P. et al. Young people’ s burden requirement of negative CO2 emissions. Earth System Dynamics 2017, 8 3, 577–616. https//doi.org/10.5194/esd-8-577-2017. 17 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2021 决策者摘要。见 AR6气候变化2021 自然科学基础， https//www. ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_SPM_final.pdf。 18 Abraham, J. P.; Barlinger, M.; Bindoff, N. L. et al. A review of global ocean temperature observations Implications for ocean heat content estimates and climate change. Reviews of Geophysics 2013, 51 3, 450–483. https//doi.org/10.1002/rog.20022. 19 Riser, S. C.; Freeland, H. J.; Roemmich, D. et al. Fifteen years of ocean observations with the global Argo array. Nature Climate Change 2016, 6 2, 145–153. https//doi.org/10.1038/nclimate2872. 20 Roemmich, D.; Alford, M. H.; Claustre, H. et al. On the Future of Argo A Global, Full-Depth, Multi- Disciplinary Array. Frontiers in Marine Science 2019, 6, 439. https//www.frontiersin.org/article/10.3389/ fmars.2019.00439. 21 Boyer, T.; Domingues, C. M.; Good, S. A. et al. Sensitivity of Global Upper-Ocean Heat Content Estimates to Mapping Methods, XBT Bias Corrections, and Baseline Climatologies. Journal of Climate 2016, 29 13, 4817–4842. https//doi.org/10.1175/JCLI-D-15-0801.1. 22 von Schuckmann, K.; Palmer, M. D.; Trenberth, K. E. et al. An imperative to monitor Earth’ s energy imbalance. Nature Climate Change 2016, 6, 138–144. https//doi.org/10.1038/nclimate2876. 23 Cheng, L.; Abraham, J.; Goni, G. et al. XBT Science Assessment of Instrumental Biases and Errors. Bulletin of the American Meteorological Society 2016, 97 6, 924–933. https//journals.ametsoc.org/view/journals/ bams/97/6/bams-d-15-00031.1.xml. 24 von Schuckmann, K.; Cheng, L.; Palmer, M. D. et al. Heat stored in the Earth system where does the energy go Earth System Science Data 2020, 12 3, 2013–2041. https//doi.org/10.5194/essd-12-2013-2020. 25 Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC, 2021 Summary for Policymakers. In AR6 Climate Change 2021 The Physical Science Basis, https//www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_ AR6_WGI_SPM_final.pdf. 26 政府间气候变化专门委员会（IPCC）， 2019年决策者摘要。见 IPCC气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告， https//www.ipcc.ch/site/assets/uploads/sites/3/2022/03/01_SROCC_SPM_FINAL.pdf。廓线浮标网络的部署， 2006年首次实现了近乎全球覆盖的目标，现在有可能常规测量深达2000米的OHC变化 19,20 。不同研究组均对全球OHC进行了估算，所有结果都显示海洋在持续升温（图4）。由于对数据差距的不同统计处理、气候学方法的选择和用于解释工具偏差的方法等问题，在年度到年代的尺度上的预算值之间存在差异 21,22,23 。已经开展了协调工作，以便从国际观点展现出2021年前的全球海洋变暖演变 24 。 2021年，海洋上层2000米深度继续升温，预计未来还将持续 – 这种变化在百年到千年的时间尺度上是不可逆的 25,26 。 2021年的海洋热含量是有记录以来最高的，比2020年的值高出14±9ZJ （图4）。所有数据集都显示，海洋升温率在过去20 年表现出特别强劲的增长。 2006-2021年（1971- 2021年）期间， 0-2000米深度层（相对于海洋表面）的海洋升温率达到1.0 0.6 ± 0.1 W m -2 。作