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全球气候变暖带来的直接影响是全球气候变化。全球气候变化直接和间接导致冰川消融、海平面上升、土地盐渍化、环境污染、粮食减产、生态恶化和极端天气频发等，日益威胁到人类社会的生存和发展，影响世界各国的粮食安全、经济安全、能源安全、社会安全和生命安全。
全球气候变暖导致气候灾害频次增加、危害加剧。工业革命以来，由气候变化导致的厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、风暴、冰雹、高温天气和沙尘暴等极端天气事件出现的频率与强度增加，旱涝、高温等气候灾害加剧。例如，2013 年 7 月 28 日晚，德国汉诺威忽降冰雹，且体积硕大，直径均在 5 厘米左右，最大的直径达到 8 厘米，很多人被冰雹砸伤。这次灾害给汉诺威造成了数百万欧元的损失。同年的 8 月 5 日至 11 日，日本局部地区出现 40℃以上高温，有 9 815 人中暑入院，其中17 人死亡。俄罗斯远东地区的大雨也带来了其历史上规模最大的洪水，洪水迫使超过 1 万人逃离家园，并淹没了大片农田和许多道路等，造成了全世界每年约数百亿以上美元的经济损失。2002 年红十字国际委员会发表的一项调查报告指出，最近 10 年来，全球遭受气象灾害的人数约占受自然灾害总人数的 71％。全球气候异常情况越来越多，有的地方持续干旱，有的地方洪水频发。极端天气肆虐，中国也未能幸免。1961—2018 年，我国极端高温事件发生频次的年代际变化特征明显，极端日降水量事件的频次呈增加趋势。20 世纪 90 年代后期以来，登陆中国的台风的平均强度明显增强，高温热浪、低温冷冻、干旱、强降水、洪涝、台风、沙尘暴等各类极端天气气候事件普遍存在，影响广泛。随着经济社会发展以及城市化水平的提高，我国面临的高温、洪涝、干旱等风险将进一步加剧。
全球变暖正引发粮食危机。全球气候变暖使各洲降水分布有所改变，降水更加不均衡，尤其是中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少。气候变化对粮食安全的影响越来越大，尤其在热带地区，粮食产量下降会导致价格上涨、营养质量下降和供应链中断。当全世界的平均温度升高 3℃，全球粮食将会短缺。气候异常的结果将可能在全世界造就数以亿计的“气候难民”，靠“天”吃饭的农民数量将会增多。
全球气候变暖还影响和改变着生态系统。全球气候变暖影响和破坏了生物链、食物链，导致部分生物物种灭绝，生态环境恶化。全球气候变暖改变了物种的习性，对于出现变化的物种而言，有 4 ／5 将其活动区域向两极或高纬度迁移，出现了“难民物种”。气温升高，冰川消融，这对动物来说堪称“灭顶之灾”！南极的企鹅处在“水深火热”之中，北极的北极熊也岌岌可危。例如，在不采取行动任由全球变暖的情况下，帝企鹅将失去几乎所有的栖息地，走向灭绝；而在北极，哈得逊湾的结冰期比 30 年前缩短了 3 个星期，这干扰了北极熊的生存，因为它们无法在陆地上捕食。
全球气候变化导致土地功能退化。2019 年，联合国政府间气候变化专门委员会在瑞士日内瓦发布的《气候变化与陆地》指出，人类赖以生存的重要资源——土地正面临着越来越大的压力。一方面，土地在气候系统中扮演着重要的角色。自然土地过程吸收的二氧化碳几乎相当于化石燃料和工业排放二氧化碳的 1 ／3；另一方面，随着人口增长和气候变化对植被负面影响的持续增加，土地在应对气候变化方面的贡献是有限的，如人们希望通过种植能源作物和植树造林来保持土地肥力，但树木生长和土壤有效储存碳都需要时间。“机会之窗正在迅速关闭”，因为土壤的固碳能力正随着温度的升高而降低。当前大约 1 ／3 的陆地表面有不同程度的退化，土地退化导致生产力下降，从而限制可种植的作物，并降低土壤吸收碳的能力，这加剧了气候变化，而气候变化反过来又以许多不同的方式加剧了土地退化。
全球气候变暖导致冰川融化、海平面上升。海洋与冰盖对于调节地球温度至关重要，它们吸收了气候系统中 90％的多余热量。海洋除了提供或调节地球上大部分的雨水、饮用水、食物和天气系统外，更是从地球大气层吸收了 20％～ 30％人为排放的二氧化碳，是抵御气候变化带来恶劣影响的重要屏障。目前，人类的排放速度相当于每小时向海洋倾倒 100 万吨二氧化碳。全球变暖以及由此带来的冰雪加速消融、海平面上升等问题，正在对全人类以及其他物种的生存构成严重威胁。当全世界平均温度升高 1℃，巨大的变化就会发生，如海平面上升、冰川后退及其积雪面积缩小等。美国著名科普作家比尔·布莱森于 2003 年在其所著的《万物简史》一书中指出，在我们历史的下一阶段，将会看到大量冰盖融化而不是大量冰盖形成。如果所有的冰盖都融化，海平面将上升 60 米（有 20 层楼那么高），全世界所有沿海城市都会被淹没。更加可能的是，至少在短期内，南极洲西部的冰盖会塌陷。在过去 50 年的时间内，南极洲周围水域的温度增加了 2.5℃，冰盖塌陷已经大大加剧。这一地区的地质构造特点使得大规模的塌陷更有可能发生。一旦这种情况出现，全世界海平面将平均上升，而且速度很快（4.5 ～ 6 米）。众所周知，南极洲和格陵兰岛拥有全球98％～99％的淡水冰。如果格陵兰岛冰盖全部融化，全球海平面预计将上升 7 米。即使格陵兰岛冰盖只融化 20％，南极洲冰盖融化 5％，海平面也将上升 4 ～ 5 米。2020 年 2 月 13 日，巴西科学家在南极测得 20.75℃的新高温纪录，这是有记录以来南极气温首次超过 20℃，专家表示从未见过这样的情况。20℃对人类来说也许是最适宜的气温，可是对南极来说，却是最致命的打击，北极也无法幸免。如果全球平均气温上升2℃，北冰洋的气温将上升 3.2℃～ 6.6℃，这将造成北冰洋冰盖融化，不仅会使当地一些物种消失，而且还将导致海平面上升，随之带来的气候变化将引起全球更多的洪水、风暴或干旱。根据世界上现有的人口规模及分布状况，如果海平面上升1 米，全球就将有 1.45 亿人的家园被海水吞没。2005 年世界自然保护基金会发布的预测报告指出，如果对全球气候变化无所作为，2026—2060 年，世界的平均气温将比工业化时代前的平均温度上升 2℃。2019 年联合国政府间气候变化专门委员会发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》，对气候变化给全球海洋和冰冻地区造成的影响和状况发出严厉警告。事实上，由于气温升高，在过去 100 年中，全球海平面每年以1～2 毫米的速度上升，预计到 2050 年，海平面将继续上升30～50 厘米，这将淹没沿海大量低洼土地。原国家海洋局发布的《2017 年中国海平面公报》显示，1980—2017 年我国沿海地区海平面变化总体呈波动上升趋势，上升速率为 3.3 毫米／年，高于同期全球平均水平。世界冰川监测服务处（World Glacier Monitoring Service， WGMS）监测数据显示，1960—2018 年的全球冰川平均物质平衡量为－394 毫米／年，累计物质平衡量为－23 239 毫米／年；2011—2018 年均位列 1960 年以来全球冰川物质亏损量最高的 10 个年份之中。2018 年，全球冰川物质平衡量平均值为－720 毫米／年，全球冰川总体仍处于物质高亏损状态。此外，气候变暖还导致冻土融化和甲烷释放，由甲烷造成的温室效应是二氧化碳的 28～36 倍。
全球气候变暖甚至影响和威胁到人类健康。哈佛大学新病和复发病研究所的保罗·爱波斯坦注意到，植物也随雪线而移动，全世界山峰上的植物都在上移。随着山峦顶峰的变暖，海拔较高处的环境也越来越有利于蚊子和它们所携带的疟原虫子这样的微生物生存。西尼罗病毒、疟疾、黄热病等热带传染病自 1987 年以来在美国的佛罗里达州、密西西比州、得克萨斯州、亚利桑那州、加利福尼亚州和科罗拉多州等地区相继爆发，一再证实了专家们关于一些热带疾病随着气候变暖将向气候偏冷地区传播的科学推断。科学家发现，若全球气温持续上升，北极冰山融化将释放大量被捕获、截留在冰块和冷水中的有毒化学物质，并可能释放出被冰封了数万乃至数十万年的微生物和病毒。研究者警告，这些聚集在极地的大量毒物是未知的，它们的释放将严重危及海洋生物和人类生存环境。这些毒物包括杀虫剂DDT
和氯丹等，都是持续性的有机污染物，可能会导致癌症和先天缺陷，此前被北极的冰层和冻水所捕获。但挪威和加拿大的科学家在监测 1993 年和 2009 年空气中的有机污染物的测量结果时发现，全球变暖正在使这些污染物重获“新生”。
全球气候变暖引发的重大自然灾害事件逐年增多，造成的经济损失和人员伤亡数目巨大，尤其是城市基础设施受到严重威胁，甚至威胁到人类安全。大量事实一再向人类发出警告，即防止气候变暖，已然刻不容缓。没有一个国家或地区能够在气候变化挑战下独善其身。当温室气体、全球气候变暖与人类生存之间的关联越来越明显的时候，如何减少温室气体的排放就成为人类的共同利益，需要人类共同行动起来，采取更加有效、有实质性的共同行动，并取得更加突出的成果。