文件的编撰
摘要
导言
气候变化背景概要
自2007年政府间气候变化专业委员会（IPCC）发布第四份评估报告后，气候变化对人类社会和自然生态系统的威胁就上升成为最重要的问题。虽然渔业和水产养殖业的重要性常常被人们低估，但气候变化对渔业和水产养殖的影响，以及气候变化对沿海和河岸社区的总体影响却不容忽视。与此同时，尽管渔业和水产养殖业排放的温室气体总量较小，但在减排方面也有一些机遇。
小到地方，大到全球，渔业和水产养殖业对食品供应、粮食安全和增加收入都起了重要作用。大约有4350万人直接参与这一行业的工作，其中绝大多数在发展中国家。算上加工、销售、分销和供应行业工作的人数，这一产业为将近2亿人提供了生计。水产食品具有较高的营养价值，为超过15亿人提供人均20%以上的动物蛋白摄入量，主要集中在发展中国家。此外，水产食品还是许多贫穷国家广泛交易的食品、是其出口收入的主要构成部分。水产行业对小岛国尤其具有特殊意义，在小岛国至少50%的动物蛋白来自渔业和水产养殖业。
气候变化对未来的生态系统、社会经济都具有广泛影响，对各行业和食品供应会带来更大压力，其中也包括渔业和水产养殖业。随着食物资源面临更大压力，食品质量问题将愈加重要，鱼类供应量和获取途径也将成为一个越来越重要的发展问题。
与主流农业不同，渔业与气候变化有明显的相互作用。捕捞业具有捕捞自然资源与全球生态系统过程密切相关的独特性。水产养殖业在相互作用方面更类似于农业，但其不断补充并增加鱼类资源供应，与捕捞渔业也有着重要的联系。
意识到可能发生的气候变化及渔业、水产养殖业、农业和林业之间可能产生的相互作用，联合国粮食及农业组织（FAO）于2008年6月3～5日在其总部罗马召开了“世界粮食安全高级别会议：气候变化和生物能源的挑战”会议，讨论了面对气候变化和能源安全，如何解决粮食安全及消除贫困的相关问题。
FAO渔业及水产养殖部（FI）于2008年4月7～9日[1]举办了关于“气候变化对渔业和水产养殖的影响”的专家研讨会，目的在于使FAO大会对渔业和水产养殖业所面临的气候变化问题能有清晰、正确的认识。此次研讨会为高级别会议奠定了基础，也回应了FAO渔业委员会（COFI）第二十七届会议的要求，即“FAO应在一定范围内进行研究，找出有关气候变化和渔业的关键问题，并就渔业如何适应气候变化进行讨论，使FAO率先告知渔民和决策者气候变化对渔业可能产生的后果”。
粮农组织“气候变化对渔业和水产养殖的影响”专家研讨会的结论（罗马，2008年4月7～9日）
本次专家研讨会讨论并分析了渔业和水产养殖方面与气候变化相关的核心问题，出发点是物理变化、气候变化对水生资源和生态系统的影响，以及上述变化如何促使人们在渔业和水产养殖领域来应对并适应变化。本文件包含了三份具有综合背景知识的论文，促进了技术讨论的开展：
——M. Barange和R．I. Perry编著的《气候变化对海洋和内陆捕捞渔业、水产养殖的物理与生态影响》；
——T. Daw, W．N.Adger, K. Brown和M．-C. Badjeck编著的《气候变化与捕捞渔业：潜在影响、适应和减缓措施》；
——S.S. De Silva和D. Soto编著的《气候变化与水产养殖：潜在影响、适应和减缓措施》。
会议分析了三篇论文，讨论总结出最重要的信息，即气候变化对捕捞渔业和水产养殖业发展的可持续性构成威胁。在自然资源承受全球社会经济压力的背景下，气候逐渐变暖及其相关的物理变化，以及极端事件发生的频率、强度和地点都会造成种种影响。研讨会分析了气候变化对生态系统和生计的主要影响，以及对粮食安全的影响。会议认为，应该立即采取适应措施以应对气候变化对粮食安全和人类生计带来的机遇和挑战。
对生态系统的影响
研讨会得出结论：从物理和生物角度的影响来看，气候变化正在改变海洋及淡水物种的分布。总体来说，暖水物种正向两极靠近，其栖息地面积和生产力也发生着变化。随着气候变暖，大多数热带和亚热带海洋与湖泊生态系统生产力有可能下降，而高纬度地区的生产力则可能会提高。温度升高还会影响鱼类生理过程；不同区域和纬度的温度升高，会对渔业和水产养殖系统产生正面和负面的影响。
气候变化正在对某些生物过程的季节性产生影响，使海洋和淡水系统的食物链发生变化，对渔业生产造成难以预知的后果。物种入侵以及媒介传染疾病的风险增加也引起了更多的关注。
陆地与海洋、极地和热带地区之间的差异性变暖将会影响气候格局（如厄尔尼诺洋流）和极端天气事件（如水灾、旱灾和风暴）的强度、频率和季节性，还将影响海洋和淡水资源的稳定性。
海平面上升、冰川融化、海洋酸化以及降雨量、地下水和河水流量的变化将对珊瑚礁、湿地、河流、湖泊和河口造成重大影响，需要采取适应性措施，把握机遇，尽量减少对渔业和水产养殖系统产生的影响。
对生计的影响
研讨会指出，鱼类分布、物种构成及其栖息地的变化都要求渔业生产和水产养殖活动作出相应变化，在卸鱼地点、养殖场所以及加工设施的位置方面也要作出相应的改变。
极端事件将对基础设施造成影响，包括卸鱼和养殖地点、捕捞后处理的设施以及运输路线。极端气候还会影响海上安全，居住在低洼地区的社区会尤其危险。
水资源匮乏的压力和对水资源的争夺会影响水产养殖活动和内陆渔业生产，也可能导致依赖水资源的生产活动之间的冲突增加。
生计策略也将随之改变，例如，捕捞作业时间的改变将使渔民迁移模式发生变化。
渔业内、外部的谋生手段减少，迫使改变职业，带来更大的社会压力。生计手段的多元化可以转移风险，减少冲击，但多样化的选择减少，将对生计产出带来不利影响。
渔业生产中也存在特别的性别问题，包括资源竞争、极端事件的风险、在市场、配送和加工等领域的职业变化。而目前女性在以上领域中都扮演着重要角色。
气候变化将从以下四个方面影响粮食安全：
——水生食物的“可获得性”将随栖息地、种群和物种分布的变化而变化；
——供应的“稳定性”将因季节性变化、生态系统的生产率加剧变化以及供应量的变化和风险而受到影响；
——水生食物“获取”将受到生计、捕捞作业或养殖机遇变化的影响；
——水产品的“利用”也将受到影响，例如，一些社区将需要作出调整，适应传统上不消费的物种。
渔业和水产养殖的碳痕迹
研讨会一致认为，渔业和水产养殖活动在生产、运输、加工和贮藏过程中，虽然对温室气体（GHG）的排放量较小，但仍然很重要。渔业和水产养殖的衍生产业、不同的捕捞物种或养殖物种之间的排放量都有显著差异。渔业和水产养殖业基本减缓路线在于其能量消耗。与其他食品行业一样，通过配送管理、包装和其他供应链环节的燃料和原材料的使用控制，都可以减少渔业和水产业的碳痕迹。
与其他行业相比，渔业、水产养殖及相关供应链的温室气体排放量显著较少，但目前已有明确的可行措施，来进一步减少排放量。在许多情况下，缓解气候变化与增强渔业和水产养殖业的可持续性可以相辅相成（例如，减少捕捞量、降低渔船载运量以减少能源消耗和碳排放量，并降低水产养殖业对鱼粉的依赖）。
技术创新包括降低捕捞作业和水产养殖活动的能耗，还包括建立更高效的捕捞后处理和配送系统。渔业和水产业的环境服务（例如，保护珊瑚礁、沿海边缘地区和内陆流域的质量和功能），与潜在的碳汇和其他营养物管理方式之间存在着重要的相互作用，但此方面仍需进一步研发。包括生物技术在内的遗传多样性的可持续利用，将会对效率产生特别的影响（例如对于影响较小的养殖物种和养殖系统，以及利用农作物或废料养殖肉食性水生物种，可扩大生产范围），但这需要更广泛的社会、生态和政治标准评估。
需要与其他受气候变化影响更大的行业进行比较，以明确合理的缓解措施的研发费用，但仍可以采用现有措施，通过政策影响来支持更有效的作法。
应该深入了解缓解措施在粮食安全和生计手段方面的潜在消极影响，尽量将措施合理化，减少负面影响。
适应变化
尽管在历史上，依赖资源的社区都已适应了环境的改变，预期的气候变化将使依赖渔业的社区面临额外的多重风险，可能会限制以往适应性策略的有效性。研讨会认为适应性策略需要考虑具体的背景和地区，考虑短期影响（如严重事件的频率增加）和长期影响（如水生生态系统的生产力下降）。通过提高气候变化对渔业和水产养殖影响的认识、普及教育、促进产业内外的目标行动，三个层面的适应（社区、国家和区域）都特别需要加强能力建设，并因此而受益。
通过改善渔业和水产养殖管理来提高恢复性和适应性的备选手段，包括采用适应性和预防管理作为标准方式。应采用渔业的生态系统办法（EAF）和水产养殖的生态系统办法（EAA），提高水生资源生态系统、渔业和水产养殖生产体系以及依赖水生资源的社区的抵御能力。
对鱼粉和鱼油投入品依赖较小或无依赖的水产养殖系统（例如双壳贝类和藻类），比依赖捕捞产品的生产系统有更好的发展空间。
适应性选择还包括，在产量减少或变化较大的情况下，需要使生计手段多样化，并推广水产养殖保险。
在恶劣天气更加频繁发生的情况下，要降低捕鱼和养鱼社区的脆弱性，应包括以下战略措施：为提高预测能力进行投资和能力建设；建立早期预警系统；更安全的港口和卸鱼地点；确保海上安全。更总体的是，适应策略应该促进灾害风险管理，包括灾难预防、沿海地区的综合管理等。
国家气候变化适应与粮食安全的政策和项目应充分考虑渔业和水产养殖业（如无此类政策，应立即起草制定）。这将有助于确保气候变化的潜在影响被纳入到更广泛的国家发展规划中（包括基础设施建设）。
其他行业的适应措施也将对渔业产生影响，尤其是对内陆渔业和水产养殖的影响（例如，灌溉基础设施、大坝、施用的肥料的流出），这都需要仔细权衡，或考虑折中方案。
食品生产系统之间的相互作用可以缓解气候变化对渔业生产系统的影响，同时也创造了机遇。例如，三角洲地区的盐化作用导致种植业土地的减少，但却促进基于水产养殖的生计。
促进变化的选择
研讨会从国际、区域和国家层面提出了旨在减少气候变化的负面影响、提升缓解和预防能力、维持并建立适应气候变化能力的政策建议及活动。具体如下：
“发展基础知识”。在未来的发展中，为不确定性作好规划，需要考虑到突发事件增加的可能性会更大，如极端天气和其他“意外事件”的发生频率增加。然而，以往应对气候变化和极端事件的管理实践，仍然能够对未来提供有益的经验教训，以设计强有力的应对适应体系。增加多领域的知识将十分有益，例如，对未来渔业生产水平的预测，对特定渔业和水产养殖系统受到的影响进行详细预测，改进针对不确定情况的决策手段，对受气候变化和粮食安全影响的群体加深了解，并明确如何来应对变化带来的影响。
政策、法律和实施框架。解决气候变化相互作用的潜在复杂性，消除其可能产生的影响，需要将跨部门的应对措施放在治理框架的核心位置。国家行动计划基于《负责任渔业行为守则》（CCRF）和相关国际行动计划（IPOA）以及有关的政策、法律框架和管理计划。国家适应气候变化的政策、项目和跨部门的政策框架，如粮食安全、减少贫困、应急防备及其他框架之间需要相互联系。气候变化可能引起水生资源和人的空间位移，需要强化现有区域结构和移动过程，并予以特别重视。在国际上，行业贸易和竞争问题也可能受气候变化的影响。
能力建设：技术和组织结构。应对气候变化的决策和行动规划不但涉及相关技术部门，如负责渔业、内政、科教的部门，还涉及负责国家发展规划和财政的部门。这些机构以及国内各层级社区或政治代表也应予以明确，以接受目标信息并加强能力建设。应该建立并加强公共、个人、民间社会和非政府组织等部门间的伙伴关系。
建立金融机制：在现有和新的金融机制中关注粮食安全。应从国家及国际社会的层面充分发挥现有金融机制的潜力，例如保险，来解决气候变化问题。应采取创新的方法来选择金融工具，建立有效的激励与惩罚机制。公共部门将引导并整合私营部门投资，通过市场机制的互动来实现应对气候变化和粮食安全的部门目标，公共部门将发挥重要作用。其中很多方法尚属创新，有待在行业实践中得以试用。
气候变化对海洋和内陆捕捞渔业、水产养殖的物理与生态影响
1．气候变化：海洋和淡水系统的物理基础
1.1　热容量及温度
1.1.1　海洋生态系统
海洋对调节气候起了很重要的作用。海洋的热容量（热净吸收力）比大气要强约1000倍。生物活动与物理过程很大程度上相互作用，创造了多重反馈环。例如，浮游植物吸收的热量影响着赤道气候的短期状态和平均温度（Murtugudde等，2002；Timmermann和Jin, 2002; Miller等， 2003），也影响着全球海洋表层平均温度（Frouin和Lacobellis, 2002）。
人们已有显著共识，认为世界海洋自1955年以来明显变暖，在这一时期内，海洋温度升高占地球气候系统的能量变化超过80% （Levitus、Antonov和Boyer，2005；Domingues等，2008,图1）。研究认为，这些变化都是人为因素所致（Bindoff等， 2007）。据估计，气候变化模型低估了海洋在过去40年间的热吸收量（Domingues等， 2008）。虽然从全球主要趋势可以看出，每10年地球温度都在升高（图2），但还是有大片区域的海水温度有所下降（Bindoff等， 2007）。例如，Harrison和Carson （2007）观察到海洋上层在为期51年间的大面积空间变化趋势，一些地区的温度降低超过3℃，而另一些地区的气候则大幅度变暖。研究者得出结论，认为应当对流域和世界海洋平均热量趋势的变化更加关注。
图1
图2
观察显示，全球海洋的上层700米温度普遍升高，但由于北大西洋深层环流的翻转，大西洋海水变暖的深度（达到3000米）比太平洋、印度洋和南大洋更深（Levitus、Antonov和Boyer, 2005）。亚热带地区至少有两个海域（地中海和日本/东海）的温度也在升高。
据预测，即使所有辐射介质保持在2000年的水平不变，大气温度也会因海洋的反应迟缓，持续以每10年约0.1℃的速度上升。大气变暖的地理模式显示，陆地温度增高最多（大约为全球平均温度增高的两倍）、北半球高纬度地区的温度增高最多，而南大洋和北大西洋变暖程度则相对较小（Meehl等， 2007）。
1.1.2　内陆水域
国际气候变化专业委员会（IPCC）探讨了气候变化对淡水系统产生的影响。总体而言，淡水资源非常脆弱，很可能会受气候变化强烈的影响（Bates等， 2008）。预期变化包括（Kundzewicz等，2008）：截至21世纪中叶，中纬度地区和干旱热带地区平均河流径流量将减少10%～30%，高纬度地区和潮湿的热带地区平均河流径流量将增加10%～40%（Milly、Dunne和Vecchia, 2005）；降水量形式转变并随之改变河流高峰时期，造成洪涝和旱灾的频率及强度的变化。IPCC的评估得出结论，气候变化造成的影响以及应对措施的有效适应性将取决于当地条件，包括社会经济条件和对水资源的其他压力（Kundzewicz等，2008）。内陆水域的温度变化模式将随陆地区域变化而变化，陆地年平均增高的温度比大气层升温要高得多，原因是内陆水域蒸发冷却的水量较少，且热惯量也较少（Christensen等，2007）。
自20世纪60年代以来，欧洲、北美和亚洲湖泊和河流表层水温上升0.2～2℃（Rosenzweig等，2007）。水温升高和无冰期的延长影响热结层。在欧洲和北美一些湖泊，热稳定性增加使分层期提前将近20天，延长了2～3周（Rosenzweig等，2007；O'Reilly等，2003）。
90%的内陆渔业集中在非洲和亚洲（FAO，2006）。因此，本文对气候变化在这些地区可能产生的物理影响作了简要总结。在各大洲全年时间中，非洲的温度增加很可能超过了全球年平均温度升高。干旱的亚热带地区温度增加超过了潮湿的热带地区。在地中海、非洲和撒哈拉沙漠北部的大多数地区，年均降水量可能会减少。随着沙漠向地中海沿岸方向逼近，降水量减少的可能性会更大。在非洲南部的多数的冬季降水地区和西部边缘地区，降水量也可能减少。而东非年均降水量则有可能增加。西非荒漠草原、几内亚海岸和撒哈拉南部地区降水量会发生怎样的变化，目前尚不明确（Christensen等，2007）。
中亚、西藏高原和亚洲北部的温度升高可能会大大高于全球平均水平。东亚和南亚的温度增高也会超过全球平均升温，而东南亚温度升高则与全球平均水平不相上下。北亚和青藏高原北部的冬季降水量很可能增加，东亚和东南亚南部的部分地区冬季降水量也可能增加。北亚、东亚、南亚和东南亚多数国家的夏季降水很可能增加，而中亚的夏季降水很可能减少。东亚地区夏季的热浪将会持续更长时间、更强烈和更频繁。东亚和南亚冬季寒冷天气将持续更短时间。东亚和南亚部分地区的强降水将更频繁发生。伴随热带气旋而来的暴雨和强风在东亚、东南亚和南亚发生的可能性增加。尽管季风流自身有弱化倾向，但由于水气辐合的增强，季节性环流可能会使降水量增加。然而，热带气候反映的许多方面仍然存在不确定性（Christensen等，2007）。
内陆水域温度与水文周期的动力有密切关系。总的来说，在20世纪已对河流径流和湖泊水位从流域规模到全球规模开展了多项研究。其中一些研究发现了重要趋势，例如，冰雪融化导致海平面上升，干旱、气温升高和人类活动的综合效应导致海平面下降（Rosenzweig等，2007）。总体而言，没有研究表明全球的变化趋势是均匀同步的（Rosenzweig等，2007）。在一些地区，河流年径流变化很大程度上受大规模大气环流模式影响，这种环流模式与厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）、北大西洋涛动（NAO）以及其他数十年间的变异性系统有关。在全球范围内，有证据显示年径流的变化具有广泛一致模式。高纬度地区径流量增加，而西非、南欧和拉美南部一些地区径流量有所减少（Milly、Dunne和Vecchia, 2005）。Labat等（2004）称，20世纪全球温度每上升1℃，总径流量就增长4%。这一趋势在不同区域之间也不尽相同，但由于缺乏非气候因素影响径流的数据，使这一观点受到质疑（Legates、Lins和McCabe, 2005）。
过去的几十年中，世界上许多湖泊的面积都在缩小，这主要归咎于人类用水。对有些湖泊来说，降水量减少也是一个重要原因，例如，乍得湖（Coe和Foley, 2001;图3）就是这种情况。一般来说，气温上升会导致亚热带地区降水量减少，而高纬度地区和热带部分地区的降水量增加。然而，人类对水的使用和消耗则是导致内陆流域缩小的主要原因（Christensen等，2007）。
图3
预测表明，到2100年，非洲内陆水生生态系统将有25%的地区会受到重大的负面影响（排放情形SRES B1，De Witand Stankiewicz, 2006），水质、生态系统的商品和服务都在恶化。由于控制水文情势通常比较困难，且成本较高，所以跨界集水区之间相互依赖的适应性措施难度也因此增大。
1.2　海洋盐度、密度及分层
虽然与温度数据相比，海水盐度变化的数据较为缺乏，但是海洋盐度变化对于气候变化过程来说，是间接且具有潜在敏感性的指标。气候变化的过程还包括降水、蒸发、河流径流和冰雪融化等现象。图4显示，1955-1998年期间的每5年世界海洋上层500米区域平均盐度的线性趋势（Boyer等，2005）。总之，观测表明，在过去半个世纪，海洋涡旋和盆地盐度都已发生变化。几乎所有海洋盆地蒸发量较大地区的表层水盐度都有所增加，而高纬度地区由于降水量增加、径流量增大、冰雪融化和平流增加，表层水盐度呈下降趋势。整体迹象表明全球海洋盐度呈下降趋势（Antonov、Levitus和Boyer, 2002），但存在较大区域差异。亚热带北大西洋（15～42°N）表层盐度正在增加，而在向北区域的盐度则呈下降趋势。南大洋的盐度也略有下降。太平洋的盐度除了在上层300米处和副热带涡旋区域呈增加趋势，其他区域盐度都在下降。印度洋表层盐度也普遍增加（Bindoff等，2007）。由于数据缺乏，目前尚不能得出明确结论，世界海洋盐度明显下降有可能是因为水文循环的加快（Bindoff等，2007）。
图4
对海洋温度升高后的盐度模式预测与观察结果相一致。Sarmiento等（2004）估计，由于空气温度升高，增加了水分承载力，水循环加快而导致盐度变化。温度和盐度变化的共同作用，使表层密度总体下降，使纵向分层增加，表层混合发生变化（Sarmiento等，2004）。在太平洋大部分区域，表层水温增高和海水盐度同向下降减少了混合度，这与不同区域观测到的现象一致（Freeland等，1997; Watanabe等，2005）。在大西洋和印度洋，温度和盐度变化趋势普遍呈相反方向，但混合的变化还未被充分量化。
海洋温度升高，海冰变化是与上述含盐量模式相关的一个重要因素。在所有的碳排放前景预测中，北极和南极地区海冰在21世纪会减少，但有大范围的模型反应（Meehl等，2007）。一些预测认为， 2030年北冰洋的夏末冰层将会消失（Stroeve等，2007）。
根据观测，随着淡水流入和北大西洋涛动（NAO）的间歇发生，北大西洋盐度已发生很大变化。在北大西洋涛动（NAO）正位相，副极带涡旋增强导致“大盐度异常”（Dickson等，1988），从而使副极带区中心表层盐度下降。据记载，历史上曾发生3次盐度异常，分别在1968-1978年、20世纪80年代和90年代（Houghton和Visbeck, 2002）。
1.3　海洋环流和沿海上升流
1.3.1　经向翻转环流
大西洋经向翻转环流（MOC）将上层温度较高的水流带入北半球纬度较高地区。在此过程中，经向翻转环流在深层水域冷却、下沉并向南回流。水文循环的变化（包括海冰运动，类似于冻结水释放盐）有可能影响经向翻转环流的强度。经向翻转环流的热传播对欧洲大陆气候产生重大影响，环流速度下降会产生重要的大气气候影响（假设环流完全停止，气温将比现在下降4℃，Velinga和Wood，2002）。观察和模型预测表明，假如北极和亚北极地区淡水流入量增加（两者均通过降水和海冰融化，Schrank, 2007，图5）、潜在分层增加、表面混合层稳定性增加、盐通量减少、海洋对流减少和深层水结构变化等现象（Stenevik和Sundby, 2007）可能会导致大西洋的热盐对流和海洋通风的降低更加延长。1957-2004年，研究人员已观察到经向翻转环流减少了约30% （Bryden, Longworth和Cunningham, 2005）。模型研究表明，经向翻转环流在21世纪将进一步减缓（SRES排放情景特别报告指出，到2100年中等排放A1B将再增加5%，Meehl等，2007）。虽然正向北大西洋涛动可能将这种情况推迟几十年，但却阻止不了其进一步发展（Delworth和Dixon, 2000）。目前，尚无气候模型预测出经向翻转环流会完全停止，但若海水热量和升温速度超过一定阈值，经向翻转环流的停止也是有可能的（Stocker和Schmittner, 1997）。Schmittner（2005）指出，海盐循环（THC）的中断将造成北大西洋浮游动物数量大幅减少，降到不足原来数量的一半。Kuhlbrodt等（2005）对北欧海盐循环变化造成的物理、生物和经济影响进行了深入研究。他们得出结论，大幅度海盐循环变化可使海平面上升超过50厘米。研究表示，海盐循环变化甚而可能对北大西洋北部的整个海洋食物链产生重大影响，从藻类到浮游生物、虾和鱼类。在一项专门研究中，Vikebo等（2005）调查了挪威海海盐循环下降35%的后果。主要结论是巴伦支海海面温度（SST）下降3℃多，原因是大西洋流入巴伦支海水量减少，加上斯瓦尔巴特群岛西部流量增大。在新的假设环境下，根据鳕鱼苗和幼鱼洄游模拟显示，鳕年龄组分布可能会从巴伦支海到挪威和斯瓦尔巴特群岛的狭窄陆架上向南、向西转移，且更糟糕年份的时代中上层幼鱼数量减少（约小于较大年龄组的10%）。随着鱼苗和幼鱼数量增多，鳕会被水流运送到斯瓦尔巴特群岛西部，直到北冰洋区域，而在那里幼鱼将难以存活（在目前条件下）。
图5
1.3.2　沿海上升流
风力驱动的艾克曼抽吸形成了世界东部四大边界上升流系统：洪堡、本格拉、加利福尼亚和加那利海流。除此之外，还有阿拉伯海临近东北部非洲地区因受季风动力作用，也对上升流产生影响。人们对气候变化影响上升流的看法和预测各执一词、甚至相互矛盾。根据Bakun（1990）预测，海洋和陆地温度升高的差异加大了沿岸海面风力，从而使沿海上升流速度加快。他声称这一影响在伊比利亚边缘地区、加利福尼亚和洪堡的海流中非常明显。这一假设得到了Snyder等人（2003）的支持，他们在30年间观测到，加利福尼亚湾沿岸上升流主要受风力推动。这一假设证实了区域气候影响的模型结果。为支持这一假设，Miller和Di Lorenzo （2006）认为，加利福尼亚湾沿海风力的加强产生更多上升流，抵消了海洋水温升高分层。在古代记录中，记载了加利福尼亚湾上升流与大气温度的正相关关系（Pisias、Mix和Heusser, 2001）。对海底柱状沉积物探测表明，摩洛哥湾沿岸海水表面温度在20世纪经历了前所未有的异常降温，这与气候变化导致上升流加强的理论一致（McGrego等，2007）。人们已经观测到由于20世纪欧亚大陆温度升高导致阿拉伯海上升流加剧（Goes等，2005）。这一结论源于古时的记录，记录记载随着夏天西南季风增强，欧亚大陆春季和冬季积雪减少，从而加剧沿海上升流。这意味着，随着温室气体浓度不断增加，下个世纪西南季风将增强，上升流加剧是完全可能的（Anderson、Overpeck和Gupta, 2002）。
与上述观测结论相反的是，Vecchi等（2006）表示，由于两极地区比热带地区温度升高幅度更大，顺风向推动上升流的信风系统将会减弱。Hsieh和Boer （1992）的模型显示，大陆中纬度地区情况与Bakun（1990）的预测有所不同。Bakun称夏天低压异常会加大沿海风力，从而导致上升流加剧。而Hsieh认为，随着全球气候变暖，从赤道到极地的低对流层温度将呈梯度减弱，导致开放海域风力减弱，从而使赤道和副极带地区上升流和亚热带下降流减弱。随着开放海域上升流减弱，而沿海上升流不再增强，全球变暖的总体效应可能会导致生物繁殖力降低。事实上，近期的研究一致认为，全球变暖会引起海水温度分层，使温跃层更为明显，会减弱上升流，并减少海洋日照区营养供应，从而降低海洋生产力（Cox等，2000; Loukos等，2003; Lehodey、Chai和Hampton, 2003; Roemmich和McGowan, 1995; Bopp等，2005）。
Sarmiento等（2004）在大气环流模型（GCM）研究基础上得出结论称，除赤道附近地区，世界范围内并没有因全球变暖而形成明显上升流模式；而对于赤道附近来说，除了大气－海洋总体循环模型，所有的模型都显示出上升流减弱趋势（Sarmiento等，2004）。总体而言，赤道南北纬15°内沿海上升流下降6%。然而，必须指出当前气候模型并未得以充分开发，难以解释沿海上升流的问题（Mote和Mantua, 2002），因此需要认真研究大规模GCM仿真模型。气候变化导致沿海上升流普遍增强或减弱，都会带来严重后果，其影响将不仅仅是在生物繁殖方面。Bakun和Weeks（2004）认为，如果未来几十年内上升流加强，由于食草浮游动物输出快速增长、海底生物沉降以及有害温室气体大量排放，会造成浮游植物过度生长的状况。
总体而言，受气候变暖影响，沿海上升流的变化远远不止简单的增强或减弱。Snyder和Sloan （2004）对加利福尼亚湾海流的研究表明，二氧化碳的辐射效应加剧陆地—覆被—大气的生物物理反馈过程，增加陆地和海洋之间的热对比，导致整体季节性上升流和上升流季候性变化。具体而言，由于陆地—覆被—大气反馈，加利福尼亚海流北缘近海上升流在季节高峰期和后期大幅增强，而其南缘近海上升流在季节高峰期和后期则大幅减弱。Barth等（2007）的研究表明，2005年，由于春季延迟一个月时间，加利福尼亚北部上升流的顺风力也因此延迟，从而引发一系列异常现象：近海表层水温比正常时期高2℃，表层叶绿素a和营养成分比正常时期分别降低50%和30%，而贻贝和附着类甲壳动物繁殖密度分别减少83%和66%。季节延迟的原因是喷射流南移导致20年来最低的累积顺风力，由此伴随而来的是20～40多天的风震。研究者总结认为，季节早期上升流的延迟和季节晚期上升流的增强与沿海上升流区域受气候变暖影响的预测一致。上升流的变化对于沿海海洋系统非常重要，因此进一步研究明确气候和上升流之间的关系是当前科研重点之一。
1.4　海平面上升
自1961年以来，全球海平面以平均每年1.8毫米的速度不断上升（Douglas, 2001; Miller和Douglas, 2004; Church等，2004），威胁许多低海拔地区。自1993年以来，由于冰山和南北半球积雪融化，格陵兰岛和南极洲冰盖消失，海平面上升速度加快到每年3.3毫米（Bindoff等，2007;图5）。由于冰雪融化的速度高于积雪的速度，格陵兰岛冰雪融化渐渐严重。然而，在统计数据上，南极海冰范围并没有明显的一般性变化，这与大气温度中没有变暖反应一致（Lemke等，2007;图5）。
有证据表明，近几十年内海平面变化加剧，可能是由于更加频繁、持久和强烈的厄尔尼诺现象导致（Folland等，2001）。模型预测，截至21世纪末（2090-2099），全球海平面上升将会在0.18米（在B1模型下预测的最小值，世界趋集于全球可持续性原则）～0.59米（在A1F1模型下预测的最大值，背景是全球化石能源经济快速增长，Meehl等，2007），而经验预测法得出的数值则高达1.4米（Rahmstorf，2007）。目前IPCC采用的模型未计算气候变化下碳循环反馈的不确定因素，也未计算冰盖流动变化的总体影响，原因是现有公开文献缺乏这方面的研究基础。根据预测，2100年以后，格陵兰岛冰盖面积的收缩将会使海平面继续上升。对海水表层热容量的校正预测也显示，700米以下的海水热膨胀幅度较大，使海平面每年上升0.5～0.8毫米。自1990年IPCC开始进行预测起，海平面上升已接近第三次评估报告上限（与第四次报告上限相当），包括冰层融化可能会引起海平面上升20厘米。值得注意的是，不同地区海平面的变化并不一样，因其主要是区域海洋循环过程造成的。
海平面上升及更直接的人为影响使得所有海洋沿岸生态系统都很脆弱，特别是珊瑚礁和沿海湿地（包括盐沼和红树林）。对岩石海岸生物群落的长期生态研究表明，海平面变化与气候变化呈明显一致趋势（Hawkins、Southward和Genner, 2003）。根据预测，2000-2080年海平面将上升36厘米，全球将损失33%的滨海湿地。其中，湿地面积减少最多的是在大西洋沿岸和美洲墨西哥湾海岸、地中海、波罗的海和小岛国区域（Nicholls等，2007）。今后几百年间，在北美地区海湾潮间带，同时也是重要的生态栖息地，海平面上升可能会减少该地区20%～70%的面积。该地区地形陡峭，还有人工工程（如海岸防波堤）防止淤泥滩和沙滩向内陆移动（Galbraith等，2002）。
面对气候变化和海平面上升，人的脆弱性主要表现在：低海拔地带自然沿海系统的抗性低，这也是因为人面对高风险时，自身适应能力差，低海拔地带包括：三角洲，特别是亚洲大三角洲区（例如孟加拉国及西孟加拉邦恒河－雅鲁藏布江区）；地势低洼的沿海城市区域，尤其是由于人为因素引起沉降和热带风暴造成泥石流的多发地区（例如新奥尔良、上海）；小岛国，特别是地势低洼的环礁（例如马尔代夫） （Nicholls等，2007）。
1.5　酸化和其他化学特性
1800-1994年，人类活动释放的约一半二氧化碳储存在海洋里（Sabine等，2004），而现今海洋吸收了大约30%的二氧化碳排放量（Feely等，2004）。过去200年间，对大气二氧化碳的持续吸收使海水表面pH降低0.1。根据二氧化碳排放模型预测，海洋表面pH在今后几百年将继续减低0.3～0.5，今后300年间将进一步降低0.3～1.4个单位（Caldeira和Wickett，2005）。酸碱度产生的影响在一些地区的生态系统尤为显著，其中对于南大洋的贝类、热带珊瑚和冷水珊瑚影响最大（Orr等，2005,图6）。Feely等（2008）研究的最新模型结果显示，到21世纪末，北太平洋亚北极地区全水柱在霰石方面将呈不饱和状态。热带和亚热带水温较高的海水中二氧化碳浓度会超过IPCC预测的大气二氧化碳浓度范围，达到过饱和状态（Feely等，2008）。
图6
由于对中度二氧化碳浓度长期形成机制的研究仍不深入，人们对其他海洋生物和生态系统受海水酸化的影响知之甚少，而对海水酸化产生的物理影响则了解相对多一些。预计pH降低将改变碳酸钙在海洋中溶解的深度，由于霰石和方解石欠饱和而增加海洋体积，海洋贝类外壳生长需要霰石和方解石（Kleypas等，1999; Feely等，2004）。pH变化对海洋物种的影响只有通过钙化方式。Havenhand等（2008）称，据预测，不久后海洋酸化将减少海胆精子活力和受精，且其他撒播产卵的海洋物种可能面临类似风险。pH降低对北太平洋鱿鱼输氧和呼吸系统的影响尤为突出（Portner、Langenbuch和Michaelidis, 2005）。然而，研究者尚不确定物种自然变异对海水pH的适应程度。欠饱和的霰石将会影响珊瑚和翼足类（Hughes等，2003; Orr等，2005），还有其他生物，比如颗石藻（Riebesell等，2000；Zondervan等，2001）。与此类无法开展适应性试验的研究相反， Pelejero等（2005）观察到在西南太平洋，生长了300年的大片滨珊瑚随着海水pH的强烈变化呈现50年周期的适应变化，与太平洋10年涛动呈同步变化趋势。这表明，珊瑚礁生态系统长期适应pH的变化是可能的。目前研究海洋二氧化碳高浓度的影响尚处于起步阶段，需要进一步加快推进。
其他受气候变化影响的化学物质包括氧气和无机养分。自1970年起，大多数海洋盆地的对流层（100～1000米）氧气浓度减少，范围在0.1～6微摩尔/（千克·年）（Emerson等，2004），加上每10年变化的±2微摩尔/（千克·年）（Ono等，2001; Andreev和Watanabe, 2002）。研究者观察到氧气量减少主要是由中层水更新率减少导致（Bindoff等，2007），有机物下沉导致需氧率变化也起一定作用。综上所述，全球变暖可能加剧海洋热分层，使对流层深度下降，导致表层水养分供应减少。仅有少数研究指出无机养分浓度的每10年变化。过去20年内，北太平洋海水表层硝酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐浓度下降（Freeland等，1997; Watanabe等，2005），而表层以下浓度则上升（Emerson等，2004）。研究尚未探明深海中养分变化模式（Bindoff等，2007）。
1.6　大气－海洋和陆地－海洋交换
2000-2005年，海洋吸收的二氧化碳总计（2.2±0.5）千兆吨碳（全球的化石碳排量是每年7.2千兆吨碳）。这些至少是地球生物圈摄入的两倍（Denman等，2007）。大气中二氧化碳浓度增加会耗尽臭氧层（Austin、Butchart和Shine, 1992），可能导致地球表面紫外线辐射提高，会间接影响海洋过程（见2.7节）。
土地利用的变化，尤其是森林砍伐和水文改造，会对下游产生影响，尤其对集水区有侵蚀作用，例如，黄河的沉淀泥沙量在过去2000年中增加了2～10倍（Jiongxin，2003）。但筑坝和开渠大大减少了河流带来泥沙在海岸的沉淀，主要是由于大坝拦截许多泥沙（Syvitski等，2005）。淡水河流的变化会影响沿海湿地，改变海水盐度、泥沙输入量和养分（Schallenberg、Friedrich和Burns, 2001; Floder和Burns, 2004）。注入海洋的水流会影响海水浊度、盐度、分层和养分，影响河岸和海岸生态系统（Justic、Rabalais和Turner, 2005），因地域不同，这种影响的程度会有所不同。比如，密西西比河的水量增加会导致墨西哥湾海水氧气量减少，而哈得逊河水量增加则会产生相反效果（Justic、Rabalais和Turner, 2005）。Halls和Welcomme （2004）的模拟研究确立了大面积洪泛区－河流系统鱼类和渔业水文状况管理的标准。他们认为，一般来说，水位降低率最小化、洪涝时间延长和洪涝量增大，都能使鱼类生产最大化。
研究者一直对土地利用与内陆捕捞渔业之间的相互作用关注甚少。例如，旱季里孟加拉国洪涝平原上稻米生产和内陆渔业之间的相互作用。Shankar、Halls和Barr （2004）指出，孟加拉国洪泛平原在冬季时干旱情况日趋严重，对洪泛区鱼类生存和繁殖影响很大。尤其是在发展中国家，需要考虑河流的洪泛系统在气候变化对水文系统影响下，鱼和稻米生产的相互关系（Shankar、Halls和Barr, 2004）。
红树林对沿海缺氧的浸水土壤具有适应性，但红树林耐盐度因其种类不同而存在差异。淡水的流入不仅降低了沿海水域盐度，而且增加水柱分层，同时因此减少了底部向上的养分再补给。洪涝与生产力的提高密切相关，原因是洪水会将养分冲入海洋（McKinnon等，2008）。而河流水量增加可能对硅藻产生负面影响。根据观测，河流淡水注入带来更多层化腐殖质，有益于鞭毛藻生长（Carlsson等，1995; Edwards等，2006）。因此，无论变化趋势怎样，雨水径流的变化和相应的盐度变化，以及资源供给的变化都可能会影响海洋沿岸浮游植物群落构成和其繁殖力。
1.7　低频气候变化模式
由于季节变换，大气环流模式主要是由于两极和赤道之间热力对比的结果。因为陆地与海洋吸收和释放热量的速度不同，导致温暖与凉爽地区大气环流模式各异，且季节时间长短不一。对于哪种环流变化模式可以认定为真正的气候系统模式尚需商榷，但这些模式可以用以解释海洋的物理和生物变异现象，尤其是以10年尺度来衡量（例如Lehodey等，2006）。因为一些自然气候模式的持续时间较长，研究者难以辨别其所观察到的海洋每10年的变化是属于自然现象还是属于气候变化的信号，需要与温室气体排放导致的渐变、线性、长期变暖区分开来。此外，渐进的气候变化对气候模式强度、持续时间及频率也会产生影响。
Overland等（2008）得出结论称，多数在大西洋和太平洋的气候变化是由间歇性持续一两年的事件（例如厄尔尼诺－南方涛动现象）、宽带“红噪”（只在一定数量随机因素在同一阶段叠加时才出现大的信号）以及10年或更长时间内的变异共同作用导致。人类一定程度上已能预测厄尔尼诺－南方涛动。然而，尽管研究者从热储量和海洋时间滞差上积累了多年气候系统资料，却对于每10年的大型气候变化的形成机制仍缺乏了解。气候的每10年变化发生迅猛，与气候形式有较大的偏离，但变化的时间难以预测（Overland等，2008）。在本节，我们说明了与鱼类生产相关的主要气候变化模式，及其对生物过程的影响。有关生态系统水平的影响，即对生态系统机制的影响，将在2.9节中详述（机制转换）。
厄尔尼诺－南方涛动是气候年度变化最明显的推动力。气候学家定义了“厄尔尼诺－南方涛动现象”，说明了何种情况不是“厄尔尼诺－南方涛动现象”（Trenberth, 1997）。目前，厄尔尼诺－南方涛动的温暖阶段被称为“厄尔尼诺现象”，而其凉爽阶段被称为“拉尼娜现象”。厄尔尼诺－南方涛动是一个不规则的振荡环流，持续时间3～7年，包括一个温暖期和一个寒冷期，在大气和海洋的相互动态作用下不断发展。尽管全球范围内都能感受到厄尔尼诺－南方涛动的影响（Glynn 1988; Bakun 1996），其主要信号还是在太平洋赤道附近。不同现象的强度差别很大。伴随厄尔尼诺现象，会发生很多大气和海洋现象，包括热带地区、澳大利亚、南非、印度和部分美洲地区降水异常，整个太平洋热带地区刮起东风，热带地区气压和海水表面温度变化（Nicholls 1991; Reaser、Pomerance和Thomas, 2000; Kirov和Georgieva, 2002）。相应产生的生态变化也非常巨大，而且是在全球范围，影响浮游生物（MacLean，1989）、大型植物（Murray和Horn 1989）、甲壳类（Childers、Day和Muller, 1990）、鱼类（Mysak, 1986; Sharp和McLain, 1993）,海洋哺乳动物（Testa等，1991; Vergani、Stanganelli和Bilenca, 2004）、海鸟（Anderson, 1989; Cruz和Cruz, 1990; Testa等，1991）和海洋爬行动物（Molles和Dahm, 1990）。
厄尔尼诺现象对沿海上升流系统有三大主要影响：提高沿岸海水温度、通过降低温跃层减少浮游生物繁殖（抑制温跃层养分）以及改变营养动力关系（Lehodey等，2006）。而在非上升流区域，厄尔尼诺现象改变了水柱的垂直结构，增加或减少生物栖息地数量（Lehodey, 2004）。在厄尔尼诺－南方涛动的暖水期间，会有大规模的浮游生物变化现象，继而影响食物链（Hays、Richardson和Robinson, 2005），从而改变海洋哺乳动物习性（Lusseau等，2004）、雌雄比例（Vergani等，2004）和摄食结构（Piatkowski、Vergani和Stanganelli, 2002）。1997年，强烈的厄尔尼诺－南方涛动发生的海区出现珊瑚礁白化现象（在印度洋有高达95%的珊瑚），最终导致全球16%的珊瑚被毁（Hoegh-Guldberg, 1999, 2005; Wilkinson, 2000）。有证据显示，藻类共生体的温度阈值有可能在高水温下发生遗传变异（Baker, 2001; Rowan, 2004）。但其他研究表明，多数珊瑚目前已达其耐热度上限（Hoegh-Guldberg，1999）。
一些研究预计气候变暖将导致厄尔尼诺现象更强烈和频繁（例如Timmerman等，1999; Hansen等，2006）。但也有研究指出，证明这一预测的证据仍不充分（Cane, 2005），因为在气候模型中尚不能对厄尔尼诺－南方涛动进行较好的仿真模拟，以证实所预测的变化（Overland等，2008）。厄尔尼诺－南方涛动现象与太平洋以外的天气变化以及与大气遥相关有关联（Mann和Lazier, 1996）。这意味着一个区域内大气对流位置和强度变化将导致邻近地区压力元的调整，从而导致全球范围内风向和环流模式变化。如果厄尔尼诺－南方涛动现象与地球章动（地球轴的摆动运动，Yndestad, 1999）或地球转速变化（Beamish, McFarlane和King, 2000）相关，则可能会发生遥相关转化。
北半球最突出的遥相关是北大西洋涛动和太平洋－北美两个环流模式在冬季振幅都达到最大（Barnston和Livezey, 1987）。北大西洋涛动是衡量大西洋温度及高纬度间压力南北差异的指数（Hurrell等，2003）。因此，北大西洋涛动指数正负波动与大西洋平均风速和风向变化、大西洋与相临大陆热度和湿度传输、大西洋风暴强度和数量、路径和天气相对应。北大西洋涛动现象也可能并不主要源于海洋－大气－陆地间相互作用：它始于大气内部活动进程，各种不同规模的大气运动与其他运动相作用，产生随机和不可预知的变化，持续10天或更长时间（Overland等，2008）。
北大西洋涛动指数变化与生物群落多重营养级变化同步出现，例如浮游动物群落结构（Planque和Fromentin, 1996）、鱿鱼丰量最高时段（Sims等，2001）、鳕补充量和丰量（Hislop, 1996; Beaugrand等，2003）、鲱和沙丁鱼种群（Southward等，1988）以及偶然的机制变化（见2.9节）。对大气环流模式的观测和模拟都表明，北大西洋涛动在最近几十年一直居高不下（正值）（Cohen和Barlow, 2005），尽管在21世纪由于气候变化的影响，波动一直较大（Palmer, 1999; Gillet、Graf和Osborn, 2003; Taylor, 2005）。同时一些迹象表明，20世纪后半叶，北大西洋涛动指数的增长趋势由热带海水表面温度、高纬度盐度淡化及亚热带海水蒸发量增加引发。一些研究者认为合理的解释是，北大西洋的一些气候变化是由于热带地区缓慢变暖而导致海水表面温度增加，从而形成人为的变化信号（Overland等，2008）。此外，鉴于厄尔尼诺－南方涛动和北大西洋涛动是区域气候变化的主要决定因素，人们尚不能完全区分和辨别区域气候变化究竟是自然还是人为因素造成。
太平洋－北美环流遥相关与4个气压中心相关联，即源自太平洋中心、经阿拉斯加湾和加拿大西部海岸至美国东南部海岸形成环形路线。北太平洋上空近阿留申群岛气压与太平洋南部气压呈不同相位，形成以太平洋副热带急流平均位置，也就是大气的西风中心，为中心的摆动现象。在北美上空，即加拿大西部和美国西北部上空，气压变化与美国东南部的气压变化呈负相关，但与太平洋副热带气压中心的变化呈正相关。在海洋表面，太平洋－北美环流的特征主要局限于太平洋。如同北大西洋涛动一样，太平洋－北美环流也属于大气变化的内在模式。太平洋－北美环流与太平洋北部海面温度的变化指数密切相关，即太平洋每10年振荡。20世纪中35%的气候变化都可以用北大西洋涛动和太平洋－北美环流来解释（Quadrelli和Wallace, 2004）。
北太平洋气候模式变率的波动通常被称为体系变化（见2.9节）。一般根据太平洋每10年振荡来鉴定变化的指数，定义为首个北太平洋海面温度的实证正交函数（Mantua等，1997）。1977年机制变化导致海面风应力变化（Trenberth, 1991）、太平洋中部温度降低、北美西海岸沿岸变暖、白令海冰盖融化（Miller等，1994; Manak和Misak, 1987）。1925年、1947年（Mantua等，1997）、1989年（Beamish等，1999）都有体系变化的现象（McFarlane、King和Beamish, 2000），1998年也可能出现过。1977年体系变化时，由于混合层加深（Venrick, 1994），北太平洋中部叶绿素总量几乎翻了一番，而阿拉斯加湾的混合层较浅（但也更多产，Polovina、Mitchum和Evans, 1995）。这些变化导致加利福尼亚湾浮游动物数量大幅下跌，由养分较多的海水分层增多、上升流减少引起（Roemmich和McGowan, 1995）。然而，浮游动物的反应不是线性的（Rebstock，2001），且大部分是樽海鞘和浮游被囊动物。
有证据显示，这些气候模式会导致超出人们预期的大幅度区域应力反应。因此，有必要对气候模型进行测试和仿真模拟，研究观测到气候模式变化与内在变率以及人为气候变化之间有关系。一般来说，气候变化专业委员会的气候模型的主要海洋反应是，海洋盆地大面积普遍升温趋势以及与20世纪每10年变化类似的北大西洋涛动和太平洋10年涛动等（Overland和Wang, 2007）。
气候变量，如温度、风力，在单个海洋盆地中有较强的遥相关（大空间协变性）。但数十年来，海洋盆地之间的遥相关及潜在气候导致的生物同步性通常不太明显（Overland等，2008）。
2．气候变率和变化效应对生态系统和鱼类生产的已知影响
2.1　对气候变化敏感的生理、产卵和繁殖过程总结
2.1.1　气候变化对鱼类的生理影响
在特定温度下，大多数海洋和水生动物是冷血动物（变温动物），因此其代谢率主要受外部环境条件影响。Fry（1971）将鱼类耐热度列为致命、可控和直接反应。在达到致命温度前，鱼类对温度会有较长时间的反应。Magnuson、Crowder和Medvick （1979）提出了热生态位的概念，与其他资源的生态位相似，例如食物和空间。研究者发现北美的淡水鱼类适宜在－5～5℃生存，可以分为3个温度区间：冷水、凉水和温水。适度升温可提高鱼类生长速度和食物转化率，但不能超过其承受极限。
温度对海洋鱼类也有重要影响，通常海水鱼与淡水鱼耐热度基本相当（例如2005年Rose列出了副极带北大西洋145种鱼的耐热度）。海水生物耐热力是非线性的，在中等范围内可达到最佳状态，在过高或过低温度中生长速度放慢。Portner等发现（2001），大西洋鳕及绵鳚在高纬度地区，在特定温度下生长速率和生育力都下降。Takasuka、Oozeki和Aoki认为（2007），日本鳀（22℃）和远东拟沙丁鱼（16.2℃）在早期最佳成长温度的差异可以解释北太平洋西部温水“鳀”体系和凉水“沙丁鱼”体系之间的转换。
许多宏观生理研究发现，生物体已适应某种环境后，再转移到新环境中，其机能比新环境的原有生物要弱（Osovitz和Hofmann, 2007）。Portner （2002）说明了热度倾向与氧气供给的互动关系，无论是高温或低温环境，生物体向细胞的输氧能力正好能满足其最大需氧量。当鱼类接触超过其适应范围的高温时，鱼类生理机能不能长时间供应增长的组织需氧量。这限制了动物对极端温度的耐受性（Portner和Knust, 2007）。Portner和Knust认为（2007），正是因为环境变暖和代谢需求增加，组织供氧量缺乏导致适应凉爽气候的鱼类分布的变化，甚至灭绝。体积较大的生物个体可能会面临更大风险，因其比体积小的生物体可能更快达到其热氧极限（Portner和Knust, 2007）。
在很多情况下，随温度产生的变化也伴随着其他特点的变化，比如海平面变化（因此也有曝光机理变化，Harley等，2006）、湖平面变化（Schindler, 2001）、食物结构和食物量变化以及酸度和其他化学特征变化。Morgan、McDonald和Wood对虹鳟温度变化的研究发现（2001），在pH较低和含氮较高的环境中，冬季水温升高2℃会促进虹鳟生长，而在夏季，水温升高2℃就会抑制虹鳟生长。因此，季节性变化可能与年度变化同等重要（或更为重要）。术语“生物气候信封”被用来明确生物习性和生存条件如温度范围、盐度、氧气等互动效应（Pearson和Dawson, 2003）。生物气候信封可用来模拟气候变化对物种分布模式和数量的影响。研究者就海洋和淡水脊椎动物、无脊椎动物习性开展了越来越多的试验研究，研究提供了更多机会使人们认识到这些物种如何应对环境条件变化，以及何种条件是最理想的生长环境。
2.1.2　产卵
海淡水生物的产卵特点和成功繁殖在很大程度上受进化控制。生物适应环境条件，且随着环境的变化而变化，以此来完成其生命周期和繁衍。在此背景下，气候变化对产卵和繁殖特点影响与气候变化对成年种群生长和成功繁殖的影响密切相关。鱼类产卵时间和地点会发生改变，以适应环境的物理条件（如温度、盐度、水流）及生物条件（如食物），为幼鱼生存和长成创造理想条件，同时也尽量减少意外气候事件的潜在破坏。产卵类型、环境特征，如温度，对产卵特点有显著影响。产卵特点包括产卵时间（如鳕）（Hutchings和Myers, 1994）、鱼卵大小及孵出的幼鱼大小（如鳕）（Orr和Anderson，1997）。Crozier等（2008）得出结论，气候变化可能会对哥伦比亚河中太平洋鲑产卵日期产生较大影响。亦有证据表明，温度也会影响鱼性成熟年龄，例如大西洋鲑（Jonsson和Jonsson, 2004）和大西洋鳕（Brander，1994）。对于这些冷水物种，温度升高会导致成熟期提前。
2.1.3　鱼类的繁殖过程和气候变化
过去几百年，繁殖变异的问题及其对商业鱼类种群的影响一直是渔业科学领域中最重要的问题。尽管在科研方面已取得巨大进步，但根据对繁殖量的预测来指导渔业管理尚不多见。对繁殖量的预测要考虑其与环境变化的关系，预测常常是针对生命周期较短的物种（例如加利福尼亚沙丁鱼，Jacobson等，2005;鱿鱼， Rodhouse, 2001），因为通过对晚期生长阶段的直接调查能更精确评估生命周期较长的鱼类数量。
研究者试图用很多理论和方法来解释多数海洋和水生物种在从鱼卵到鱼苗、幼鱼及成鱼过程中，数量大大减少的原因（Ottersen等，2008）。对此现象假定原因主要有三类：饥饿和掠食、物理分布和综合过程。
Cushing （1969; 1990；还参见Durant等，2007）的匹配－失配假设是关于饥饿影响鱼类繁殖的最主要假设之一，与气候变化有明确相关性。这一假设指出，鱼类特别是在早期阶段，需依靠食物生存和成长；受气候控制（风力、暴风雨频率、热量、表层淡水供应）的海洋食物丰盛供应期多变。据此，假设还提出，食物丰盛期与鱼类（特别是早期阶段）觅食时间、地点（图8）的匹配或失配，是海洋和水生物种繁殖的主要决定因素，也从而影响物种数量。Winder和Schindler （2004a）指出，在温带湖水中，变暖的泉水增加湖水热分层，滋生大量春季硅藻，打破营养链，引起关键捕食者水蚤的数量下降。Mackas、Batten及Trudel （2007）观测到，由于东北太平洋气候变暖，浮游动物丰盛期提前，海洋中上层鱼类生长和生存因而受到影响。除了饥饿，捕食是造成鱼类死亡的另一原因。生长较慢的鱼苗更容易成为捕食者的目标。而鱼苗成为捕食者目标的概率取决于捕食者的掠食率（数量、大小、相对游泳速度、动荡的环境）及其对捕掠的敏感性（Houde, 2001）。
图8
物理分布主要是指物理过程，特别是环流，对海洋和水生物种分布及生长、生存、产卵以成功完成生命周期的影响。既然物理过程在鱼类生长过程中具有直接作用，那么鱼类生存也易受气候变化影响。气候变化直接影响海洋鱼类繁殖和数量的假设有3种：Cury和Roy （1989）的最佳环境窗口假设、Bakun （1996）的三要素假设及Hunt等（2002）的振荡控制假设。
Cury和Roy （1989）的最佳环境窗口假设认为，物种在它们首选栖息地的典型适应（“最佳”）环境。这意味着繁殖成功应当是在“平均”而不是“极端”环境中，不宜过高或过低，如非线性关系。研究者针对各类不同物种，包括太平洋鲑，也提出这一概念（Gargett, 1997）。此概念也适用于空间环境，适应环境边缘的生物种群可能比处于适应环境中央的种群面临更多边际环境挑战，在成功繁殖方面受到更大环境影响（图9）。对大西洋东北区域17个物种的62个海洋种群的观测已证实这一假设（Brunel和Boucher, 2006）。
图9
Bakun（1996）的三要素假设指出，肥沃过程（上升流、混合等）、富集过程（积聚、朝向和水柱稳定性）和在适宜生境中的停留条件是良好繁殖必不可少的。有利于鱼类理想栖息环境三要素的海区被称为“海洋三元体”。由于肥沃过程、聚集过程和停留过程是对立的，三要素假设还具有非线性动力学特点。每个要素应处于适应范围的中央位置以达到最佳条件。Bakun（1996）认为三要素假设适用于大西洋蓝鳍金枪鱼、远东拟沙丁鱼、长鳍金枪鱼、太平洋北部底层鱼类及大西洋西南区域的鳀。此外还适用于秘鲁海岸洪堡上升流中的鳀（Lett等，2007），本格拉南部生态系统的沙丁鱼（Miller等，2006）和地中海鳀（Agostini和Bakun, 2002）。由于这样的系统是建立在最佳条件的假设下而不是相反的过程，因此系统对气候变化引发的环境破坏和系统变化也很敏感。
振荡控制假设（Hunt等， 2002）源自白令海南部，假定海洋表层生态系统在寒冷年份受浮游生物繁殖过程影响，在温暖时期主要受掠食影响。在寒冷年份，阿拉斯加狭鳕的繁殖受低温和食物储存量少的影响。在温暖期的早些阶段，浮游生物大量繁殖，使鱼类繁殖增加，但同时又由于成鱼数量增加，同类嗜食以及其他掠食者的存在，狭鳕繁殖量又减少。研究者对鳕和北太平洋5种摄食种类的研究也发现气候变化在振荡趋食控制方面的可比影响。
2.2　初级生产力
2.2.1　全球海洋
总体而言，观测结果及模型表明，气候变化有可能加剧大气垂直分层，提高海水、湖水水层稳定性，同时降低对透光层营养物质供给，从而降低初级生产力（Falkowski、Barber和Smetacek, 1998; Behrenfeld等， 2006）和次级生产力（Roemmich和McGowan, 1995）。人们发现在热带地区和中纬度地区，气候与浮游生物之间关系最为密切。这些地区由于温度分层（即当轻薄的暖水覆盖致密的冷水时）使水柱变得更加稳定，垂直混合较为有限。在这些区域，过低的表层营养物供给阻碍了浮游植物生长。气候变暖使海洋混合层加厚，减少上层海水的营养物供给，降低生态生产力（Doney，2006）。然而，在某些地区（如高纬度地区），研究者提出一种补偿机制，通过这种机制能够延长粒子在透光层停留时间，从而认为营养物的供给保持不变（Doney，2006）。
支持以上结论的观测结果还包括，参照两颗卫星传回的叶绿素数据对比表明，自20世纪80年代初到20世纪90年代末，全球海洋初级生产力下降6%（Gregg等，2003）。根据卫星的监测数据可推断，未来热带及中纬度地区海洋生态生产力将大幅降低。高纬度地区的观测结果可以反映出前文所述的补偿机制，就大西洋东北区域的叶绿素水平来说，从20世纪80年代中期就开始增加（Raitsos等，2005；Reid等，1998；Richardson和Schoeman，2004）。
预测气候变化对初级和次级生产力造成的影响取决于生物地球化学模型参数化过程的不确定因素。Sarmiento等（2004）进行了一次重要的比较研究，运用6种海气环流模式来模拟温室气体排放造成的影响。模型将前工业时代到2050年和2090年的温室气体排放的不同情况进行比较，2090年的排放量按照前工业时代排放水平测算。模型利用海水温度、海洋表层盐度和密度、上升流和海洋冰盖等评估叶绿素和初级生产力分布变化。结果显示，由于海水垂直混合作用减弱，气候引发的变化与营养供给和生产力主要呈负相关。但在高纬度地区，由此造成水柱趋向稳定、鱼类生长季节延长，给生产力带来积极作用（图10）。专家对7个生物群落进行了初级生产力评估，这些群落又被细分为不同的生物地理区域。全球范围的评估显示全球初级生产力略有增长，增长幅度在0.7%～8.1%，但区域差距极大（表1）。例如，北太平洋地区和南极洲毗邻地区初级生产力的减少幅度略高于北太平洋和南大洋开阔海域初级生产力的增长幅度。
图10
表1　2040-2060年不同生物地理区域对全球气候变暖的平均反应程度（根据Sarmiento等，2004）。实验区域在1012米2范围内。“Chg”表示模型平均变暖程度与实验监控区域变暖程度的差；“%Chg”为变化百分比。
Bopp等（2005）运用多种营养物质和多种浮游生物群落的模型预测出，在二氧化碳水平增长4倍情况下，全球初级生产力降低15%，其中高纬度地区因生长季节延长使初级生产力增加，而低纬度地区因营养供给降低而造成初级生产力减少。模型研究结果显示，气候变化导致海洋表层营养趋于减少，促进小型浮游植物生长但不利于硅藻生长，全球范围内硅藻丰量降低超过10%，而在北大西洋和亚南极太平洋更是降低60%。需要指出的是，在模型中生态系统结构的变化降低生物泵效率，从而影响海洋碳汇。这进一步印证气候变化与海洋碳循环之间的正反馈。Boyd和Doney（2002）进行了类似实验，利用包含有限多营养物（氮、磷、硅、铁）的复杂生态系统模型和包括浮游性地球化学功能群落，如硅藻（输出通量和压载）、固氮生物（固氮）、钙化物（保持碱性和压载）的群落结构，预测出由于分层现象日益加重而热盐循环日趋缓慢，全球初级生产力下降5.5%，新生产力下降8%。他们认为区域性植物群落的变化与总体生产力变化同等重要（参阅Leterme等，2005）。
但必须指出的是，以上对于全球情况的预测均基于大规模模拟实验，其结果不能解决沿海上升流过程，这一点已在1.3.2部分作了论述。假设气候变化会很大程度影响沿海上升流，那么对浮游生物生产力的预测就需要进行修正。
Vazquez-Dominguez、Vaque和Gasol（2007）通过实验明确，在地中海沿岸某地，季节循环过程中海水温度每升高2.5℃，对细菌繁殖和呼吸作用都会产生影响。研究结果表明，沿海微浮游生物的碳总需求量若增加近20%，其生长效率仍不受任何影响。这印证了沿海区域变暖和产生的二氧化碳之间的正反馈关系。
另一项近期研究结合实证建模的方法，考察大西洋经向翻转环流若受到干扰，对全球初级生产力造成的影响。结果表明，北大西洋初级生产力可能降低50%，而全球碳输出量可能降低20%，这也是前几次冰河时期的特点之一（Schmittner, 2005）。尽管这两项研究的结果不尽相同，但如果考虑到时间跨度和过程因素，研究结果并不矛盾。在Schmittner模型中，过去500年间，大西洋经向翻转的螺旋下降过程较为缓慢，但有证据表明这一进程会加快（Cubash等，2001），而且经向翻转减弱的情况可能已经开始在北大西洋（Curry和Mauritzen, 2005）和北太平洋（MacPhaden和Zhang，2002）发生。既然大西洋经向翻转即使部分停止也会极大降低生产力，那么不言而喻，其原因、可能性和结果值得认真研究（Kuhlbrodt等， 2005）。
图11
2.2.2　区域性影响
对2050年海洋对气候变暖的生物反应预测表明，南北半球高产陆缘海冰生物群落的生产力将分别减少17%和42%（Sarmiento等，2004，可参阅Meehl等，2007和Christensen等，2007）。海冰生物群落在极地水域的初级生产力中占很大比例，并且提供了充足的食物。由于春季浮游植物富集期与海冰边缘有关，因此海冰融化以及北半球陆缘海冰生物群落总初级生产力大幅减少会造成很大影响（Behrenfeld和Falkowski，1997；Marra、Ho和Trees，2003），例如对白令海生产力的影响（Stabeno等， 2001）。气候变暖也导致南北半球低产的永久分层亚热带环流生物群落分别增长9.4%和4%。此外，南北半球副极地环流生物群落分别增长7%和16%，而南北半球季节性分层亚热带环流生物群落均减少11%。目前在北太平洋和大西洋已经观测到亚热带环流生物群落有所增长（McClain、Feldman和Hooker, 2004；Sarmiento等，2004；Polovina、Howell和Abecassis，2008）。
小范围气候变暖既可能提高生产力也能降低生产力，取决于占主导地位的是何种海气循环模式。例如，全球气候变暖通过上升流增加，加大了季风强度，造成阿拉伯海沿岸和近海夏季浮游植物生物量平均增长分别超过350%和300%（Goes等，2005）。因此，气候变暖可能会提高阿拉伯海生产力。
Hashioka和Yamanaka（2007）在全球气候变暖背景下对西北太平洋地区进行建模研究，结果表明到21世纪末，海水垂直分层将加剧，表层海水中营养物质数量和叶绿素a浓度将降低。伴随着全球气候变暖，由于分层进一步加剧，硅藻春季大规模繁殖爆发的时间将比现在模拟的时间提早半个月。与目前状况相比，硅藻春季繁殖所产生的最大生物量将会大幅降低。相反，由于对低养分环境适应的能力（因为其半饱和常量较低），在硅藻春季繁殖末期，其他小型浮游植物最大生物量与现在相比保持不变。因此，在春季繁殖末期，主要浮游植物群落的变化十分显著。Hashioka和Yamanaka（2007）发现这种变化因气候变暖造成，但并不是所有季节都会发生，在春季繁殖末期和秋季繁殖期发生的变化最为明显。
借由连续浮游生物记录仪，基于对1958-2002年收集的10万份浮游生物样本的分析表明（Richardson和Schoeman，2004），浮游植物丰量在大西洋东北部（北纬55°偏北）气温较低地区有所增长，而在气温较高地区（北纬50°偏南，图12）有所降低。对于这个看似矛盾的现象存在一种可能的解释，即虽然这两个地区在此时期内都经历气候变暖，但随着垂直混合作用的削弱，在较冷、较不稳定地区的营养供给仍十分充足，升高的气温也提高了浮游生物的代谢率。另一项基于连续浮游生物记录仪的研究把10年来在大西洋东北部观测到的浮游植物生物量变化归因于水温气候因素的作用，例如北大西洋涛动（Edwards等，2006）。在北海，这一作用造成浮游植物颜色变化季节性的高峰时间从4月变为6月，同时还可能伴随生物种类变化，从硅藻类变为甲藻类。
图12
在太平洋热带区域，研究者已开发出不同模型以了解气候、初级和次级生产力、饵料鱼类以及鲣和黄鳍金枪鱼生产力之间的关系。这些模型的关键是如何确定金枪鱼的适宜栖息地，与厄尔尼诺－拉尼娜南方涛动指数和太平洋涛动主要气候指数的不同状态有关。数据模型和与匹配的生物地球化学模型（Lehodey，2001；Lehodey, Chai和Hampton，2003）表明，太平洋经向翻转环流放缓、赤道上升流减少，导致1976-1977年初级生产力和生物量降低近10%（McPhaden和Zhang，2002）。
在白令海东南部，春季繁殖期受融冰时间影响（Hunt等，2002）。在气温较高年份，融冰时间较早，浮游植物繁殖得不到充足光照，海水分层由于受冬季强风影响而不明显。因此繁殖期延迟至有充足光照和海水分层的时候开始。相反，当融冰时间较晚，冰块融化会引发海水分层和充足光照以促进浮游植物繁殖。
珊瑚礁为高度多样化的生态系统提供了栖息环境，短时间极端海水温度可驱散珊瑚中的共生性藻类，从而将珊瑚“漂白”。在被“漂白”的珊瑚还未恢复时，藻类能在珊瑚上生长，从而形成藻类主导的生态系统。但气温超过夏季平均最高气温标准水平0.8～1℃，并持续至少4周时间，白化现象就会发生（Hoegh-Guldberg，1999）。许多造礁珊瑚的受热上限很低，因此对于温度升高显得极其脆弱（Hughes等，2003；McWilliams等，2005）。近期有很多关于气温上升引起白化现象的报道（例如Hoegh-Guldberg，1999；Sheppard，2003；Reaser、Pomerance和Thomas，2000）。珊瑚遭破坏会导致珊瑚礁群体生物多样性减少以及大量个别物种丰量降低（Jones等，2004）。此外，海平面上升造成的一个最为明显的后果就是物种分布的两极分化。但是，与大多数物种不同的是，预计许多珊瑚将不会与海平面上升速率保持同步变化（见Knowlton，2001）。
2.2.3　内陆水域
和海洋环境一样，全球气候变暖对内陆水域生物生产力的影响很大程度上取决于一系列相对作用的组合，例如冰盖和水流，分层与硝化等，此外还受人类在水和土地利用方面造成的影响。
在高海拔或高纬度湖泊中，气候变暖已导致冰盖消退、水温升高、生长季节变长，使藻类丰量和生产力提高（例如Battarbee等，2002；Korhola等，2002；Karst-Riddoch、Pisaric和Smol，2005）。由于水温升高以及生长季节延长，浮游动物丰量也出现类似的增长（例如Battarbee等，2002；Gerten和Adrian，2002；Carvalho和Kirika，2003；Winder和Schindler，2004b以及Hampton，2005；Schindler等，2005）。冰盖融化后水温迅速上升，水中的营养水平得以提升，从而使一些原本营养匮乏的湖泊鱼类数量增加（Nyberg等，2001）。在瑞典进行的纬度渐变分析研究表明，大气温度每上升6℃，净初级生产力就会增加一个数量级（Karlsson、Jonsson和Jansson，2005）。
相反，由于水体分层更为明显，富含养分的深层水上升减少，导致一些湖泊藻类丰量和生产力降低，例如一些热带深层湖泊（Verburg、Hecky和Kling，2003；Hecky、Bootsma和Odada，2006）。过去200年间，坦葛尼喀湖初级生产力降低20%（O'Reilly等，2003，图13）。Vollmer等（2005）还记录了过去60年间马拉维湖水温不断升高，而且测量出自1980年以来，深水中空气流通不断减弱（Vollmer, Weiss和Bootsma，2002），导致营养物减少，最终可能降低生产力。
图13
不断增强的B型紫外线照射和夏季降雨极大提高可溶性有机碳浓度，改变主要的生物地球化学循环（Zepp、Callaghan和Erickson，2003; Phoenix和Lee，2004; Frey和Smith，2005）。
2.3　次级生产力
Richardson（2008）进行了潜在气候变化对浮游生物影响的总体研究，但目前全球范围内仍没有气候变化对次级生产力的影响评估。海洋浮游生物种群数量特征使其成为评估气候变化即时影响的适当实验对象，不仅因为它们的生命周期（通常为一年），还由于人类很少对它们进行商业捕捞，从而使对比分析可以专注于环境因素而不考虑捕捞造成的影响（Mackas和Beaugrand，2008）。从近期对局部区域的观察可以推导出一些模式和方法。研究者对北大西洋（Beaugrand和Reid，2003）、北太平洋（Karl，1999；Chavez等，2003）和南印度洋（Hirawake、Odate和Pechenik，1989）的浮游生物量变化和发展趋势进行了观测，但空间和时间跨度较为有限。在评估气候变暖对次级生产者的影响时，复杂因素之一在于不同的个体发育阶段对于环境压力的反应不同（Pechenik，1989）。令人意外的是，广温性物种，特别是耐热型和中高潮间带物种与低耐热型物种相比，对气候变化的反应更为脆弱，因其生活环境更接近生理极限（Harley等，2006）。这一分析也适用于纬度分析，低纬度物种与高纬度物种相比，因低纬度物种生活环境更接近高温极限（Tomanek和Somero，1999；Stillman，2002）。
McGowan等（2003）发现加利福尼亚湾流生态系统正发生巨大变化，包括10年间浮游动物生物量大幅下降，并伴随着海洋表层温度上升（图14）。尤其是他们发现在1976-1977年，温度变化剧烈，同时发生的还有太平洋流域宽度变化以及阿留申低压系统增强。McGowan等（2003）的研究结果与“最佳稳定窗口”假说（Gargett，1997）一致，即北太平洋东部边界水柱稳定性增加会降低（提高）受营养物质（光照）限制的南（北）纬生物生产力。但生物生产力的总体趋势掩盖了气候变化带来的复杂影响。Mackas、Thompson和Galbraith（2001）通过观测英属哥伦比亚地区浮游生物丰量15年来的异常变化发现，不同生物群落异常变化与每年总体生物的异常变化相比更为明显，这表明与整体生物量所表现的变化趋势相比，浮游生物群落存在更多结构。
图14
一项更为深入的研究是针对气候变化对海洋浮游生物影响，研究北大西洋桡足类动物群落。这一群落占据该区域浮游动物生物量的90%以上。这一群落主要由同源基因镖水蚤桡足类物种——飞马哲水蚤和海哥兰哲水蚤构成。海哥兰哲水蚤主要分布在海洋极地峰北部（Beaugrand和Ibanez，2004），而假性海洋物种的海哥兰哲水蚤主要分布在海洋极地峰的温暖水域，绝大多数集中在北纬40°～60°（Beaugrand和Ibanez，2004；Bonnet等，2005）。在这两个物种共同出现的地区（例如北海），总体上看，两个物种出现的季节时间不同（Beaugrand，2003）。自20世纪50年代以来，由于环境有利于海哥兰哲水蚤，北太平洋绝大多数海域的飞马哲水蚤数量大幅下降，在北海更几近消失（Beaugrand等，2002）。从越冬深水流域向大陆架地区的输送过程决定了飞马哲海蚤的分布和丰量（Speirs等，2005），而高丰量常伴随高养分大西洋水流的频繁出现，这是由初级生产力提高、直接输送或两者共同作用造成的（Astthorsson和Gislason，1995）。近期，Helaouet和Beaugrand（2007）提出仅仅温度变化就足以影响上述两类物种的理想生态环境（飞马哲海蚤反映大西洋极地生物群落的命运，而海哥兰哲海蚤则反映大西洋西风带生物群落的命运），表明气候变化对所属生物群落的作用最终会影响特定物种的命运。显性物种变化还导致生物气候学意义上的巨大变化，从而进一步影响营养交互作用、食物链结构和生态系统功能（Edwards和Richardson，2004）。
南极磷虾是地球上数量最多的动物物种之一，在西南大西洋高纬度海域的数量自1976年开始出现下降（从每10年38%到每10年75%），导致数量下降的原因很可能是西南极半岛冬季海冰融化（Atkinson等，2004）。磷虾的生存主要依靠南极半岛东部和极峰南部地区高产的夏季浮游植物。与磷虾相反，作为南大洋广阔低产区域主要生物的樽海鞘，比磷虾更耐高水温，数量有所增加。这一改变对南海食物链有极大影响，因为在生态系统中，磷虾是企鹅、海豹以及鲸鱼的主要食物。
对于次级生产者与渔业生产有直接关联的区域来说，确定气候变化造成的影响尤其重要。例如，气候变暖影响水文地理状况导致波罗的海伪海蚤生物相对重要性下降（MacKenzie和Schiedek，2007），直接关系到鱼群规模和生长（Mollmann等，2005）。在实验室条件下，Isla、Lengfellner和Sommer（2008）研究了伪海蚤生物对西波罗的海10年平均水温更高温度的生理反应，发现瞬间致死温度上升，净生长效率随温度升高而降低。他们预测温度升高会对伪海蚤生物造成负面影响，最终影响波罗的海的鱼类种群。
最为全面的研究或许是Southward、Hawkins和Burrows（1995）进行的工作，研究针对气候变化对海洋生物系统生产力的影响，包括从浮游动物到鱼类、从潮间带到开阔水域。结果表明大西洋东北部不同生物群的密集度发生变化。最终，Schmittner（2005）预计，大西洋经向翻转环流受到干扰可能致使浮游生物数量大幅降低到当前水平的一半以下（见1.3.1）。
2.4　分布变化
气候变化影响海洋和水域环境物理特性，在确定海洋鱼类和水生物种的生境及分布方面起重要作用。这里所指的物理特性包括温度、盐度、垂直混合度、热盐以及风动环流。生物种群演化即是对环境的耐受性（生物气候信封），与气候控制的环境条件相互作用，从而确定这些海洋和水生生物合适的或更好的栖息环境。
几十年来的生态和生理学研究表明，气候变化因素是海洋浮游生物、鱼类分布和活动的主要驱动力（Hays、Richardson和Robison，2005；Roessig等，2004）。浮游生物在全球的分布记录显示，浮游动植物群落体系变化与区域气候系统的变化一致。同样，生物分布向两极扩展和生物量高峰期变化也与气候变化吻合（Beaugrand等，2002；de Young等，2004；Hays、Richardson和Robison，2005；Richardson和Shoeman，2004）。一些桡足类生物群落分布范围向北移动1000多千米。Beaugrand等（2002）记录了北大西洋东部和欧洲近海海域浮游生物群落的大规模重组，尤其是哲水蚤亚目的桡足甲壳类生物。过去40年，伴随冷水物种数量的减少，暖水物种分布范围从纬度上向北延伸多于10°，这一现象的产生与北半球温度升高和北大西洋涛动有关。Beaugrand等（2003）指出，除了过度捕捞的作用外，这些浮游生物丰量变化通过3个自下而上的控制过程（平均捕食规模、季节时间和丰量变化）造成北海鳕繁殖的长期变化。
预计气候变化将导致绝大多数陆地和海洋生物向极地移动（Southward、Hawkins和Burrows，1995；Parmesan和Yohe，2003），正如更世岩时期向全新世岩时期转变过程中发生的状况一样（参阅Field等，1993），尽管变化幅度不同。有关人员详细记录了北美西部和英国沿海海洋鱼类和无脊椎动物群落的变化。这两个系统形成了有趣的鲜明对比（见下文），因为北美西海岸近6年来，近海水温持续升高；而英国大多数海岸在20世纪50年代和60年代间气温一直较低，到70年代开始才逐渐升高（Holbrook、Schmitt和Stephens，1997；Sagarin等，1999；Southward等，2005）。在气候影响生境和物种分布的年际变化情况下，移动性较强或具有迁徙特性的物种会产生更快反应。例如小型深海物种对栖息环境的要求主要通过水文地理特点确定，比如温度、盐度（Perry等，2005；图15）。有关北大西洋、北海和英国沿海的许多数据极为精确，具有较长时间序列，从而提供了有关年度变化和长期发展趋势的详细信息。90多年来，随着十年际的海洋水温变化趋势，生物（例如脉纹鱿鱼、枪乌贼、川鲽）的迁徙时间在低温年份有所推迟，在高温年份则提早1～2个月（Southward等，2005）。由于近年气温升高，沙丁鱼产卵量增长2～3个数量级。在北海，耐温物种（例如欧洲鳀和沙丁鱼）自1925年以来产量有所增加（Beare等，2004），8个物种里有7种（例如条鳕、条长臀鳕）的分布范围每10年向北极移动100千米（Perry等，2005）。其中一些物种的移动速度非常快，每年移动范围超过2千米（Perry等，2005）。例如，从2003年起，金海龙鱼从英格兰南部向高纬度地区迁徙，到2007年已迁徙至斯皮茨伯尔根群岛（Harris等，2007）。在深海环境中，在物种持续向寒冷深水移动以应对气候变暖过程中，不但有垂直移动，也有水平移动（Perry等，2005；Dulvy等，2008）。1934年以来的数据显示，潮间带无脊椎生物迁徙变化介于耐热和耐寒物种之间（例如藤壶和小藤壶），反映了近海地区几十年的温度变化（Southward、Hawkins和Burrows，1995；Southward等，2005）。
图15
Sagarin等（1999）认为，1931-1996年，加利福尼亚蒙特利海湾海水表层温度升高2℃是导致南部物种显著增加而北部物种减少的原因。Holbrook、Schmitt和Stephens（1997）发现加利福尼亚以海藻为栖息环境的鱼类群落在过去25年间也有相似变化。因气候年度变化造成的物种分布变化还有很多例子。这些现象与厄尔尼诺－南方涛动现象关系尤为密切。在加利福尼亚海域，当厄尔尼诺现象发生时，鳀的产卵范围向北移动（Checkley等，2009）。与此类似，加拿大水域沙丁鱼分布的北部边界也与海水表层温度有广泛联系。沙丁鱼在6～8月向北移动，而在水温转低时又向南移动（McFarlane等，2005）。Rodriquez-Sanchez等（2002）研究了太平洋沙丁鱼1931-1997年在加利福尼亚海流系统如何随气候系统的变化，从中部主要栖息地向南迁徙继而又从南向中部迁徙。生产力条件也影响着跨陆架生境。在产卵分布范围上，加利福尼亚沙丁鱼年度变化较大，在拉尼娜现象发生时向深海方向迁徙，而在厄尔尼诺现象发生时向近海移动（例如Lynn，2003）。
在加利福尼亚海流的上升流系统中，太平洋无须鳕向北迁徙的程度与不断升高的水温呈正相关（Ware和McFarlane，1995）。Philips等（2007）也观察到，加利福尼亚海流系统中太平洋无须鳕产卵分布范围也在向北移动。Lluch-Belda、Lluch-Cota和Lluch-Cota（2005）研究发现，加利福尼亚海流系统南部地区其他物种分布范围与厄尔尼诺－南方涛动变化有关。研究者对鳀生境生产力机理进行分析（Chavez等，2003），秘鲁鳀种群变化被认为由承载力变化造成（Csirke等，1996）。为应对厄尔尼诺－南方涛动循环带来的影响，西太平洋鲣分布范围转至热带太平洋暖池和东太平洋冷水层之间的融合区（Lehodey等，1997）。
北极生态系统已经发生明显变化。北极湖泊硅藻和无脊椎生物体物种发生巨大改变，深海物种朝向浮游性、喜温生物群落转化（Smol等，2005）。北极海冰的消融分布比南极更为均匀。北极熊数量在南北地理边界都明显减少。在南部边界，北极熊数量和平均体重都有所减少（Stirling、Lunn和Iacozza，1999）。气候变化可能会使北极熊在现在栖息地灭绝，而且会将整个种群割裂为分散部分（Wiig、Aars和Born，2008）。在过去一个世纪中，企鹅和其他海鸟对海冰范围变化的反应也十分显著（Ainley等，2003；Croxall、Trathan和Murphy，2002；Smith等，1999），尤其像利企鹅和帝企鹅这样依赖海冰的物种（Gross, 2005；Barbraud和Weimerskirch，2001；Emslie等，1998；Fraser等，1992）。长期来看，由于冰架面积减少或崩塌，依赖海冰的海鸟栖息地将大幅减少。与此相反，在开阔海域觅食的企鹅，例如帽带企鹅和巴布亚企鹅，在过去20～50年沿南极半岛向南移动。考古学证据表明，在过去800年时间里，巴布亚企鹅已经在帕尔默地区绝迹（Emslie等，1998；Fraser等，1992）。
如果气候持续变化，底栖物种也会改变分布和迁移方式。但是，由于底栖物种栖息环境通常包括一些底栖生物（例如海带群和珊瑚礁）和不同沉积物（岩石和沙地），其分布范围的改变与深海物种相比可能较为缓慢。这说明，底栖物种分布范围改变可以作为栖息环境长期持续变化的一项参数。这种至少持续几十年的大规模变化过去曾有发生。已有详细记录说明，1920-1940年以及晚些时候，北大西洋受到气候变暖影响（Cushing, 1982；Brander等，2003；Rose，2005；Drinkwater，2006）。Taning（1949）和Fridriksson（1948）研究了大西洋鳕、黑线鳕、平鲉、格陵兰大比目鱼如何向北迁徙，其中鳕由原来栖息的西格陵兰岛向北迁徙1200千米（Jensen，1939；引用自Drinkwater，2006）。这些变化还包括深海无脊椎动物和底栖鱼类。（Drinkwater，2006）。总之，喜暖物种的分布向北转移，而喜寒物种的分布依然向北，但有所变化。最近，在北大西洋东部地区（Quero、Du Buit和Vayne，1998；Brander等，2003）和北海（Brander等，2003；Perry等，2005；Clemmensen、Ptrykus和Schmidt，2007；Dulvy等，2008），研究者观测到大批热带和喜温海洋物种的主要分布范围向北扩展。
研究指出（Harley等，2006），伴随气温升高，沿海水平对流减弱，最终打破阻碍目前海洋生物地理界限的扩张。例如，两种对寒冷环境极其敏感的珊瑚（鹿角珊瑚和麋角珊瑚）的分布范围向北扩张至墨西哥湾北部（最初在1998年发现）。这一现象伴随海水表层温度上升（Precht和Aronson，2004）。虽然持续向极地移动会受光照因素制约（Hoegh-Guldberg，1999），小范围变化有助于生物为应对未来极端海水表层温度开发新的藏身之处。
通过对英国西南部一系列潮间带和浅水生物出现和分布的长期监测，人们发现一些变化，尤其是藤壶，其变化与过去几十年温度变化记录密切相关（Hawkins、Southward和Genner，2003；Mieszkowska等，2006）。潮间带和浅水生物对气候变化的反应十分复杂，绝不仅仅是与纬度改变与温度升高有关这么简单，而是伴随着生物与非生物的交互作用（Harley等，2006；Helmuth、Kingslover和Carrington，2005）。这一现象的例证包括加利福尼亚一种海蜗牛的分布范围向北扩张（Zacherl、Gaines和Lonhart，2003）以及斯瓦尔巴特群岛重新出现紫贻贝（Berge等，2005）。
2.5　丰量变化
海洋生物丰量和生物量变化原因是其繁殖和生长的速度，最终取决于其生活区域的生产力。比如，通过刺激个体生理系统，温度变化可以直接影响鱼类丰量和生物量（如2.1节所述），导致其栖息地发生变化并可最终导致死亡。温度通过对生物繁殖和生长的影响，也可以对鱼类丰量产生间接影响。栖息地更靠近极地的种群，例如巴伦支海的大西洋鳕，在温度升高时丰量增加；而栖息地更靠近赤道的种群，例如北海的鳕，在温度升高时丰量减少（Ottersen和Stenseth，2001；Sirabella等，2001；图9）。
个体生长率较高意味着整个群体生产力提高，生产力最高的群体通常生活在底层温度和盐度较高条件下（Dutil和Brander，2003），尽管Portner等（2001）发现，如不考虑纬度群体分布，鳕最佳生长温度是10℃。考虑食物来源时，这种相对简单的关系就变得复杂。既然温度升高提高鱼类代谢需求，那么食物供给的增加和温度的升高可能会致使赤道生物群落在栖息地内生长更加迅速，繁殖率更高。Beaugrand等（2003）发现，一个浮游生物指数解释了北海鳕繁殖48%的变化状况。当被捕食对象丰量增加，其繁殖状况良好。因此，生活在爱尔兰海和乔治海岸的鳕群体的个体大小比生活在拉布拉多和巴伦支海的鳕规格要大得多（Brander，1994）。这些发现引出一个假设，即对北大西洋鳕群体来说，温度升高会促进冷水环境种群繁殖，但也会降低暖水环境种群繁殖（Planque和Fredou，1999；图9）。可是，当食物供应充足时，南部区域生物群体会克服因温度升高而导致的代谢增加，生物群体会充分利用食物源，促进生长率的提高。如果温度升高也导致浮游生物物种构成的变化，其食物能量降低，那么这种关系会恰恰相反。比如说，Omori（1969）发现太平洋暖水浮游动物的碳氮比副极地北太平洋冷水浮游动物更低。
Taylor和Wolff（2007）指出，浮游生物质量差异或许是解释秘鲁上升流中鳀产量异常的主要因素。总之，较高水温会提高生物代谢率，但对于赤道地区种群来说，如果食物供给不足或质量较低，那么生长率与繁殖都会下降。淡水系统的研究显示相似结果，比如冷水鱼种像湖鳟、白鲑和鲈，只有当食物供给充分满足增长需求时，水温升高，生长率也会提高（Ficke、Myrick和Hansen，2007）。
在1.3节中提到全球气候变暖加大了季风强度，随着上升流增强，提高了阿拉伯海域夏季浮游植物的平均生物量（Goes等，2005）。这一地区不断增强的水文循环也可能影响湖沼运动。欧亚高山积雪和冰川消融会造成印度河、雅鲁藏布江、恒河、湄公河水流变化，这些水体维持主要河流和洪泛区的渔业，并向沿海地区提供营养物。目前对水流体系影响的后果尚不明确，但径流量和排放量增大，洪水流量更大、持续更长，因而提高了洪泛平原的渔业产量。在孟加拉国，洪泛区水量增长20%～40%，全年渔业生产就可增加6万～13万吨。由于旱季水流减少、灌溉量增大，威胁鱼类生存，易于捕捞。而洪泛区潜在水量增长可抵消旱季生产损失等因素。水利筑坝、灌溉以及洪水治理也会影响渔业生产潜力（Mizra、Warrick和Ericksen，2003）。
近年来，东非大裂谷湖泊鱼类丰量降低与气候变化对湖泊生态系统的影响有关（O'Reilly等，2003）。特别是历史上曾是世界中上层渔业最高产湖泊之一的坦葛尼喀湖。自20世纪70年代末以来，湖中鲱科鱼类捕捞量下降30%～50%，部分是由于环境因素，过去15～20年，坦葛尼喀湖一直保持相当高的产量，然而对此也存在截然相反的观点（Sarvala等，2006）。捕鱼量减少是由于过去季节性捕鱼方式的改变，表明弱化的水动力条件破坏了生态系统过程。中上层渔业的变化与湖泊总体生态系统功能改变一致。
对于淡水生态系统来讲，全球气候变暖造成的最显著影响之一是适宜生境的改变。Mohseni、Stefan和Eaton（2003）进行了基于大气二氧化碳两倍浓度的模拟实验，预测到冷水或低温水域物种的适宜生境耐热度分别降低36%和15%，而温水物种适宜生境增加31%。这项研究对美国境内764个水域监测站的57个物种进行了最高和最低耐热性监测。
2.6　物候变化
2.6.1　海洋环境
初级和次级生产者的繁殖时间变化会扰乱掠食者的活动，造成失合（Cushing于1969年提出的偶合－失合假说，见2.1.3）。海洋初级生产力和次级生产力有效地向更高营养层级转移，例如重要经济鱼类，这在很大程度上取决于连续营养生产高峰与气候系统的同步性。例如，太平洋东北部（Mackas、Batten和Trudel，2007）和大西洋东北部（Greve等，2004、2005）浮游动物数量时间分布与春季早期浮游动物幼体遭遇的水温有密切关系。因此人们担心由于海水温度升高造成捕食者失合，使海洋营养链大大改变（Stenseth和Mysterud，2005；Abraham和Sydeman，2004；Edwards和Richardson，2004；Visser和Both，2005）。例如在北海，腰鞭毛虫季节性繁殖高峰时间提前近一个月，而硅藻并未显现出持续的变化（Edwards和Richardson，2004；图16），因其生产繁殖主要因光照密度提高诱发。桡足类动物的反应变化较多，但有些物种一年中季节性最高繁殖期提前（Edwards和Richardson，2004）。Beaugrand等（2003）和Reid等（2003）研究表明，由于在20世纪80年代中期后被掠食者（镖水蚤）和鳕在个体大小上出现超过30毫米的失合，气候变化影响鳕鱼卵存活率，造成北海浮游生物丰量出现变化。西北欧的海蛤产卵时间也与温度相关。最近的气温升高造成海蛤产卵时间提前，但并未使浮游植物春季繁殖时间提早，造成幼蛤与食物供给之间出现暂时失合（Philippart等，2003）。关于偶合－失合更复杂的情况是要考虑高峰时间幅度和门槛效应（Stenseth和Mysterud，2002；Durant等，2005）。例如Durant等（2005）指出，在鲱/海雀的偶合－失合中，鲱丰量实际上在构建捕食者与被捕食者之间的偶合。
图16
Mackas、Batten和Trudel（2007）利用浮游生物拖网和连续浮游生物记录仪研究了近几十年来亚北极东北太平洋桡足类动物丰量和物候时间序列。最强烈的两个反应是许多物种中心丰量在纬度上的变化（温度较高时向极地移动）以及哲水蚤生命周期时间的变化（在温度较高年份和水温较高区域转移会提早几周）。对北海浮游动物和较高营养等级物种（鱼、鸟）的观察则显示连续变化模式，这与每年或每10年的大规模海洋气候变化关系密切，反映在春季海洋表层混合层温度反常现象上。浮游动物生长时间的变化不能简单地用生理过程的加快来解释，因此人们提出种群死亡率差异假设（Mackas、Goldblatt和Lewis，1998）。Mackas、Batten和Trudel（2007）认为，在较强季节性环境中，反常的高温会扰乱环境信号，从而导致隔离、分层和食物供给在生命历史周期和固定季节性出现时间上失合。有证据显示，这些时间上的改变在不同洋盆之间可能一致（图17，Perry等，2004）。Edwards和Richardson（2004）也提出水温会影响个体发育转化时间，从而减弱基于成年种群环境信号而形成的幼体环境的变化。
图17
2.6.2　内陆水域
伴随着融冰时间提前和水温上升，许多湖泊都表现出物候适应性。在欧洲几个大型湖泊，藻类春季繁殖时间提早约四周（Gertern和Adrian，2000；Straile和Adrian，2000）。在许多浮游植物春季繁殖期提前情况下，浮游动物的反应却并不相同，且生产力出现下降。这是因为浮游动物繁殖季与藻类丰量升高并不一致（Gertern和Adrian，2000）。例如，在美国西北部一个湖泊，1962-2002年，该湖中浮游植物繁殖季节提前19天，但浮游动物繁殖高峰期却呈现多种变化。一些物种时间有所提前，而另一些则保持稳定（Winder和Schindler，2004 a, b）。一些野生和养殖鱼类也表现出物候学变化（Ahas，1999；Elliott、Hurley和Maberly，2000）。鉴于并非所有生物都出现相似反应，不同物种的不同物候反应程度影响了食物链的相互作用（Winder和Schindler，2004 a）。
2.7　物种入侵及病害
过去30年在全球范围内，包括珊瑚、棘皮动物、哺乳动物、软体动物和海龟的海洋生物种群中，病害暴发有所增加（Ward和Lafferty，2004）。虽然温度被认为是可能的影响因素之一，但对疾病害暴发增加的原因尚不明确（Harvell等，2002）。许多之前并未发现的疾病通过宿主和病原体分布的改变，出现在一些新区域，其中多数受到气候变化影响（Harvell等，1999）。
一些与海洋环境有关的人类病原微生物的生态环境也与温度变化有关。副溶血弧菌通过食用生牡蛎传播，是经常引起肠胃炎的病原体。虽然这种微生物在世界范围分布广泛，但如果水温低于15℃，这种病菌就很难存活（ICMSF，1996）。2004年暴发的与阿拉斯加牡蛎有关的肠胃炎，波及范围达1000千米，是该种牡蛎在最北区域造成疾病暴发的记录（McLaughlin等，2005）。有报道显示，自1997年以来，该区域7～8月平均水温每年上升约0.21℃。这表明，海水表层温度上升可能引发微生物感染危险，而此前从未考虑到此方面的风险（例如智利蒙特港在2004、2005和2006年连续暴发副溶血弧菌性痢疾；Gonzalez-Escalona等，2005；Fuenzalida等，2007）。霍乱弧菌与浮游动物具有共生性，由于该病原体可以通过水和鱼类进行传播，因此气候变化引起的极端情况可能导致病菌感染暴发（Lipp等，2002）。气候变化引起风暴、洪水等可能导致病毒（诺罗病毒、甲肝病毒）经由污水蔓延到贝类生长区，从而增加微生物感染风险。滤食性双壳类动物通过生物浓缩作用可以将病毒集聚到比水中浓度更高的水平（Richards，2001）。因此，鱼类安全管理项目需要考虑这些因素来开展风险评估。
由于病原体及其携带者的直接影响，陆地和海洋环境中的病害暴发也出现纬度上的变化。气候变暖能促进病原体生长并提高存活率、加快疾病传播并使宿主变得更加脆弱，尽管一小部分病原体会随气候变暖降低活性，从而使宿主免于感染（Harvell等，2002）。海洋生态系统内这方面的证据基本没有，但海洋哺乳动物、海洋无脊椎动物除外，例如牡蛎和大叶藻（虽然这两种生物的病原体作用机理尚不清楚），生活在珊瑚生态系统的绝大多数海洋细菌和真菌生长率与温度呈正相关（Harvell等，1999）。唯一例外是两种来自墨西哥湾的原生动物寄生虫（海洋帕金虫和尼氏单孢子虫），向北扩散到特拉华湾和更北区域，造成该区域贞洁巨牡蛎大量死亡。冬季气温持续低于3℃限制了由尼氏单孢子引起的未知多核孢子疾病暴发（Hofmann等，2001），由于在冬季这样的温度已越来越罕见，预计此类病原体和其他病原体向极地的移动还将持续。这一例子也说明，分析气候变化影响需考虑季节信息相关度。因为在这一案例中，冬季气温控制病原体的传播。
一些中上层鱼类的大量死亡已被证明是疾病所致，例如澳大利亚海域沙丁鱼大规模死亡就是一种病毒所致（Gaughan，2002），但造成这一现象的原因主要是人类引入病原体而不是气候变化造成。其他一些观测到的鱼类大规模死亡事件，例如1997年摩洛哥沙丁鱼大规模死亡，似乎与异常气候变化有关。1991年，牡蛎的寄生虫，海洋帕金虫分布范围向北转移500千米，从切萨皮克湾转移到缅因州。1949-1990年数据显示从墨西哥湾到北部边界切萨皮克湾，这种寄生虫的分布相对稳定。因此，1991年大规模迁徙是由于冬季气温高于平均水平，而不是由于人类行为影响和基因改变（Ford，1996）。
Marcogliese（2001）认为，气候变化能直接影响淡水寄生虫和海洋微生物，但气候变化对宿主的影响也会对寄主造成间接影响。气候变化会改变传播方式以及病毒毒性（Marcogliese，2001）。
除了造成自然生境的扩张，气温升高还能加快人为或自然引入物种的生长和分布（Carlton，2000；Stachowicz等，2002b）。
一些学者认为，人为影响造成全球范围内有害藻类繁殖的持续增加（Smayda，1990；Hallegraeff，1993），而另一些学者则强调气候变化（除了不断加强的监控和意识）的影响同样重要（Sellner, Doucette和Kirkpatrick，2003）。Edwards等（2006）提出，有害藻类繁殖在东北太平洋某些区域的确增加，尽管这类增长在空间上不同质，且局限于特定生境类型。也有证据表明北海南部（Hickel，1998）和波罗的海（Wasmund、Nausch和Mattahaus，1998）腰鞭毛虫与硅藻之间的比例有所增加，同时还观测到不同气候变化模式（见2.2.2节）。腰鞭毛虫比例增加是因为冬季温度适宜。在有害藻类繁殖背景下，如果气候持续变化，可能导致出现新型浮游植物连续的机理（Edwards等，2006）。卫星观测到的颗石藻活动（Smyth、Tyrell和Tarrent，2004）与挪威北海岸和巴伦支海海域气温升高和盐度降低密切相关，虽然算不上有害藻类繁殖。比如，在大西洋彼岸大浅滩区域观测到腰鞭毛虫与硅藻比例的变化，腰鞭毛虫（尤其是北极角藻）丰量有所增加（Johns等，2003）。自20世纪90年代早期起，这些变化就与水文气候变化相关联，尤其是该区域海水分层和稳定性增强，表明该区域的不断变化与区域气候变暖有关。
根据来自大西洋和加拿大太平洋海域的地理信息记录显示，在冰川季末期和全新世早期，当夏季海水表层温度明显升高时，曾出现赤潮持续性大量暴发（Mudie、Rochon和Levac，2002）。这使作者相信，赤潮和其他有害藻类繁殖频度的历史性增长与气候变暖有很大关系（参见Dale，2001）。
还有最后一项未经详细评估论证的影响，即臭氧层破坏与二氧化碳浓度增加之间的关系（Austin、Butchart和Shine，1992）。这一过程会造成海洋表层紫外线照射增加，很可能会影响生物过程。某一物种对紫外线照射的反应可能取决于其他物种的存在（Harley等，2006）。例如，当海洋浮游植物与海洋病毒伴生时，使浮游植物免受紫外线伤害（Jacuqet和Bratbak，2003）。
2.8　从浮游生物到鱼类的食物链影响
气候变化引起的物种构成和丰量变化会改变物种多样性，也会影响生态系统功能，例如生产力（Duffy，2003）及对入侵物种的抵抗力（Stachowicz等，2002a；Duffy，2003）。在海洋生态学方面，对物种多样性和生态系统功能之间的关联研究十分局限，在气候变化背景下仍需开展更加深入广泛的研究。
气候变化可以通过食物链过程直接或间接影响生态系统和其中的物种，同时生态系统和物种之间也存在相互作用（图7）。系统不同，直接或间接过程占主导的地位也有所区别，通常取决于自身结构是自上而下还是自下而上，或居中（Cury等，2000）。比如，研究人员观测到胶状浮游动物繁殖旺季频率提高（白令海：Brodeur、Sugisaki和Hunt，2002），预计这一过程随全球变暖而持续增加（北海：Attrill、Wright和Edwards，2007）。在热带太平洋地区，气候变化对主要中上层鱼类的直接影响占主导地位，而在阿拉斯加湾西部食物链的影响更为明显，在巴伦支海则更甚（Ciannelli等，2005；Ottersen等，2008）。Frank、Petrie和Shackell（2007）研究表明，营养驱动的类型与物种丰富程度和温度有密切关系。他们认为，在极为寒冷和物种贫瘠的地区主要是自上而下的作用且恢复缓慢（可能永远保持）；而在温度较高和物种丰富的地区，这一过程主要在自上而下和自下而上两种控制过程之间变化，主要取决于开发程度和温度变化模式。
食物链连通性也有一定作用。虽然在传统食物链中，许多捕食者对不同被捕食者的掠食比较均衡，但许多情况下某一物种成为主要食物来源，因此起到极大控制作用。例如北大西洋北部毛鳞鱼、白令海狭鳕和上升流区域一些小型中上层鱼类等（Cury等，2000）。即便有时多种鱼类作为被捕食者，在下一营养等级中总有一种无脊椎生物占主导地位（通常是桡足类动物，Ware和Thomson，1992），其几十年间变化与主要掠食鱼类鱼卵和幼鱼动态同步变化（例如Beaugrand等，2003；Beaugrand，2004；Heath和Lough，2007）。总体而言，单一物种作为从低营养级向高营养级的基本传递渠道，使任何单一高营养等级和单一低营养级的动态联系变得极其困难（Pimm、Lawton和Cohen，1991；Rice，1995）。正因如此，分析气候变化影响食物链的模型预测可靠性不高。下文的例子详述了这种复杂性。巴伦支海鳕、毛鳞鱼和鲱相互动态联系密切，都受到捕捞量的不同程度影响。对毛鳞鱼的捕捞以及鲱对其的掠食很可能导致其种群数量锐减，而对鳕的捕捞会延缓毛鳞鱼的恢复过程（Hjermann、Stenseth和Ottersen，2004a）。温度和北大西洋涛动指数均与不足4年的鳕生长呈正相关，但对更老龄的鳕来说并不是这样，其受鳕和毛鳞鱼比例的影响更大（Hjermann、Stenseth和Ottersen，2004b）。不同区域的种群间联系也不相同。例如，巴伦支海时间差异结构表明鲱对鳕的间接影响大于直接影响（Hjermann、Stenseth和Ottersen，2004a，b），而波罗的海情况则正相反（Koester等，2001）。所以，巴伦支海鲱对鳕的影响取决于鳕种群数量，但在波罗的海却不尽相同（Hjermann等，2007）。这就是气候变化与可能产生的生物影响之间的滞后效应，但是营养等级并不能准确说明种群对气候变化是直接产生反应，还是有所滞后（例如Ottersen、Stenseth和Hurrell，2004；Post，2004）。
最通常的做法是观测不同营养层级的同步变化，但这之间并没有清晰的因果关系。自1995年以来人们就观测到北海浮游生物和底层生物群落在构成和生产力上的变化（Clark和Frid，2001），这种变化自20世纪80年代中期开始导致鳕幼鱼存活率降低（Beaugrand等，2003）。研究者同时观测到中上层物种多样性（Beaugrand等）和鱼群构成的巨大改变（Genner等，2004；Perry等，2005）。营养层级间的联系可能会影响季节、水文循环和繁殖期的改变（Stenseth等，2002，2003；Platt、Fuentes-Yaco和Frank，2003；Llope等，2006）。温度上升造成冬季比目鱼鱼卵和幼鱼死亡率升高（Keller和Klein-MacPhee，2000），并导致产卵洄游时间推迟（Sim等，2004）。海水表层温度上升2℃可以使南大洋的南极双壳类动物和帽贝灭绝（Peck、Webb和Bailey，2004）。在未来表层水温上升以及中高纬度初级生产力提高情况下，金枪鱼种群会向现在的温带区域迁徙（Loukos等，2003）。
Sundby（2000）对气温直接影响北大西洋不同区域鳕的繁殖提出了不同解释。他认为除直接作用外，温度也是浮游动物丰量变化的指标，对幼鱼存活率产生重要影响。Sundby（2000）认为，至少在巴伦支海浮游动物的变化由空气热对流和来自挪威海的富含浮游动物的大西洋的海水造成。而在挪威海，温度可以直接控制桡足类动物生长，尤其是飞马哲海蚤。此外，Sundby（2000）指出，浮游动物丰量还取决于其捕食对象，即浮游植物丰量。最后，根据Planque和Fredou（1999，图9）的观测，由于温度对鳕的直接影响和温度对空气对流调节的食物链的间接影响，这两者之间的组合和相互作用可能是鳕鱼生长的最优温度橱窗。基于通量方向，空气对流过程与高温和低温情况下鳕的掠食生物丰量都有一定影响。Sundby的发现适用于北海和其他区域物种，因为桡足类动物也是小型中层鱼类的主要食物，比如鲱和毛鳞鱼。
2.9　体系变化与其他极端生态系统事件
目前，基于“体系变化”概念的机制被人们广泛接受和认可。研究者认为气候变化会因此影响生态系统的动态发展。对此机制的定义一般涉及物理或生态系统内多种稳定状态，即由一个半永久性稳定状态快速转变为另一个半永久性状态，变化与环境压力有关（deYoung等，2004）。虽然已经在陆地、淡水和海洋系统发生了这种转变（Scheffer等，2001a，deYoung等，2004），但对其基本动因仍有争议（deYoung等，2008）。在生态系统中，体系变化是通过不同营养层级传递（Cury和Shannon，2004；Scheffer等，2001），因此生态系统范围内的发展过程都伴随单一动态胁迫机制。虽然海洋生态系统内的系统变化整体归因于气候变化的压力，但这种变化也可能是因为过度捕捞、污染或两者共同作用而造成（Hare和Mantua，2000；Jackson等，2001；Beaugrand等，2002；Daskalov，2002；Frank等，2005；Greene和Pershing，2007）。同样，湖泊体系变化同样因环境变化造成（Carpenter，2003；Smol等，2005），也可能因为过度捕捞和污染造成（Carpenter，2003；Scheffer和Van Ness，2004）。通过对比淡水和海洋体系变化的动因，Scheffer和Van Ness（2004）发现在两个系统造成不同表现（或偶发体系改变）的机制相似。但他们假设深海体系的变化可能易于发生，但有一定区域局限性，而开阔洋面的体系变化虽不易发生，但规模和范围很大。
Hsieh等人（2005）强调了一个重要观点，即虽然基本的非生物改变可能是线性或随机，气候条件改变的生物反应可能是非线性的（例如系统内改变）。这种生态系统对增强的气候信号敏感度表明，因为生态系统从一种状态转变为另一种，未来气候的逐渐变化可能造成突然、不可预测的生物反应（例如Smol等，2005）。因此，生物转变方式可以是类似诱发动因和生物反应之间平稳、准线性的关系（Collie、Richardson和Steele，2004），也可以是类似诱发动因和反应变量之间突兀、非线性的关系（Scheffer等，2001a, Collie, Richardson和Steele，2004）。这类方式也很可能包括非连续性的关系，主要表现为滞后反应，因动因变量超过限制范围，致使反应变量在从均衡状态向另一个状态转变时通过不稳定的条件（Scheffer等，2001，Collie、Richardson和Steele，2004）。当动因变量发生反转时，这三种反应之间的差异就会出现。要使一个非连续性的系统改变发生翻转，动因变量必须超过比第一限制范围稍低的第二个限制范围，从而表现出滞后反应（Collie、Richardson和Steele，2004）。
考虑到潜在影响，大规模体系变化的影响尤其重要。在20世纪60年代早期和80年代后期，在北大西洋已经发现洋盆规模上的体系改变（Reid、Borges和Svendsen，2001；Breaugrand，2004; Genner等，2004；Clark和Frid，2001，图18），这种改变于1925、1945、1977、1989和1998年在北太平洋也发生过（Hare和Mantua，2000；Benson和Trites，2002；King，2005）。
图18
在20世纪60年代，东北大西洋处于北大西洋涛动负位相，这一地区的主要特点是镖水蚤平均个体较大、生物量较高、飞马哲海蚤丰量高。根据观测，北大西洋浮游植物群体结构的改变与20世纪80年代中期气候改变同时发生，具体表现为镖水蚤个体平均大小下降、水蚤出现时间由春季推迟至夏季末期、桡足类动物生物量降低而且磷虾目动物丰量降低（Beaugrand等，2003；图18）。浮游动物生物量变化也与气候、经济鱼类繁殖和产卵量变化同步发生（SSB；Parsons和Lear，2001）。浮游动物生物量的变化信号比大西洋涛动指数相关信号出现晚了两年（Lees等，2006）。20世纪60年代（北大西洋涛动负位相），北海鳕、黑线鳕、牙鳕以及青鳕繁殖量上升到历史水平，这在历史上称为“鳕科鱼繁殖暴发”期（Hislop，1996；Beaugrand等，2003）。自20世纪80年代末期起，再没有出现过青鳕、鳕或牙鳕繁殖量高的年份，这是在北大西洋气候系统改变和浮游动物生物量变化之后不久发生的。这种情况可能是因为捕捞造成的高死亡率、气候变化或两者的共同作用（Beaugrand等，2003；Lees等，2006）。20世纪80年代末期，北海青鳕、鳕和牙鳕繁殖量从平均繁殖量较高变为平均繁殖量较低，这3种鱼繁殖量与浮游动物生物量之间的时间滞后关系分别为2年、5年和6年（Lees等，2006）。在20世纪80年代末期，鳕产卵量从较高水平降低到较低的准线性稳定状态。青鳕和牙鳕产卵量分别从20世纪70年代末期和80年代中期向较低的准线性稳定状态转变（Lees等，2006）。
太平洋10年涛动（PDO）在1977、1989和1998年出现的气候变化证据也伴随着大规模生态变化（Hare和Mantua，2000；Benson和Trites，2002；King，2005）。1965-1970年，北太平洋浮游动物生物量处于最稳定、最高产阶段，并在1968年达到最高水平。但生物量在1989年降到最低水平，并在1990-1997年维持在较低水平（Lees等，2006）。这一改变与1989年气候体系的改变同时发生。但是，在1977年气候体系改变之后，北太平洋浮游动物生物量就未再出现变化。伴随着气候变化，白令海格陵兰大比目鱼繁殖量在1978-1982年从较高水平降到较低水平。在阿拉斯加湾，裸盖鱼补充量在1980-1981年从高位下降。在20世纪70年代后期，狭鳞庸鲽、阿拉斯加鲪鲉补充量从较低水平增长到较高水平。Clark和Hare（2002）把较高和较低海洋生产力体系概念与太平洋大比目鱼总体产卵及繁殖模型结合起来。根据他们的研究发现，在温度较高体系内，太平洋大比目鱼繁殖量较高。他们认为，在不同生产力体系，即便产卵量相同，繁殖量也可能会增加一倍。近期，研究者观测到很多大规模生态变化，认为与1998年北太平洋气候变化有关。King（2005）观测发现，整个北部太平洋中心区食物网络生产力有所下降、加利福尼亚洋流系统生产力则有所提高、北太平洋西部和阿拉斯加湾某些区域生产力也有所提高，但白令海和阿留申群岛没有明显反应。
Chavez等（2003）发现整个南北太平洋海域的一些特征从20世纪50年代早期到70年代末期发生改变（图19）。在两个洋盆的亚热带地区，虽然营养供给方面有其他变化，但较高水温有利于沙丁鱼繁殖，而较低水温则促进鳀的繁殖。鲉、鲑、金枪鱼和海鸟也经历这种不同的冷暖环境条件。Chavez等（2003）把这些变化归因于海平面坡度大规模空间和时间变化，因此温跃层更接近海面，并将营养物带到上层海水。
图19
根据同一洋盆不同区域甚至跨洋盆鱼类丰量情况，一些研究者注意到变化（或体系）的同步性。这对于小型中上层物种最为明显（Kawasaki，1992），但也不是唯一例证（例如Bakun，1996；Klyashtorin，2001；Chavez等2003；Weijerman、Lindeboom和Zuur，2005）。研究表明大气环流模式的巨大改变可以诱发分布广泛鱼群的类似变化。从统计学和机械理论角度，此类分析已遭质疑（Freon、Mullon和Voisin，2003；Stenseth等，2003）。
Overland等（2008）认为，虽然在单个洋盆内，气候变量间有很强的远距离联系，但跨洋盆远距离联系和数十年间潜在气候驱动的生物同步性通常很不明显。Overland等（2008）注意到，数十年间月度气候异常的累积效应、厄尔尼诺现象和宽带“红噪”的变化。当这些变量转化到生物系统时，呈现不同程度的时间滞后现象、反馈效应和非线性，很难预测其对气候变化的反应在长期时间内的缓慢和呈阶梯状的变化，但这种反应的确存在。此外，除这些自然系统的影响，人类的影响也对潜在鱼类种群起到大规模的同步性作用。例如，渔船和专业捕捞人员从加利福尼亚向南美洲的流动，造成加利福尼亚20世纪40～50年代沙丁鱼大量减产。由于开发了同类技术和市场，冰岛和加拿大大不列颠哥伦比亚的鲱捕捞业也出现同样情况（Hamilton、Otterstand和Ogmundardottir，2006）。
De Young（2008）提出了一种提高探测、预警和管理海洋系统变化的概念性框架，指出这种适应能力或管理制度改变的能力取决于管理的独特性、人们对系统变化的了解程度、生态系统各部分之间的联系和人们的观察能力。人类降低了生态系统的复原能力（即在生态系统转换为另一种状态之前，生态系统耐受干扰的能力， Scheffer等，2001a；Cropp和Gabrica，2002；Folke等，2004），例如通过消除主要功能物种、老化种群和营养等级，或增加污染（Folke等，2004）。而根本的问题是生态系统的复原能力能否承受未来人为的气候变化。
全球气候变化的有趣之处在于，一系列分离的非线性生物变化并不是因为线性气候影响而产生的，而是由较强风暴引起。有两项研究都支持这一观点。Trenberth等（2007）近期报道在北大西洋和北太平洋西部地区热带风暴增加75%（自1970年以来），Saunders和Lea（2008）提出，海水表层温度与大西洋风暴频率密切相关。强劲的风暴可以改变海岸生态系统的干扰机制，导致生物多样性变化，而使生态系统功能发生变化。盐沼、红树林和珊瑚礁可能尤其脆弱（例如Bertness和Ewanchuk，2002；Hughes等，2003）。众所周知，珊瑚礁易受淡水影响，并受沿岸天气变化而引起的海水浊化和沉积效应影响。已有报道显示，珊瑚种群死亡或受到负面影响纯粹是因为极端降雨（比如Alongi和McKinnon，2005；Fabricius，2005）。
3．气候变化对鱼类产量和生态系统的不同影响
3.1　总体影响
3.1.1　短期范围
有充分证据证明不断升高的气温对鱼类的生理活动不利，因为高温会抑制氧气向肌体组织的输送。具体来讲，就是在一定温度条件下，鱼类的呼吸循环系统无法输送足够氧气以满足组织代谢的需要（Portner和Knust，2007）。这一过程为已观测到的和预测的鱼类分布和补充量（丰量）的改变打下了生理学基础。这一过程或许对高纬度或极地鱼类影响更大，因为这些物种中大多数对于温度变化（狭温性）的忍耐程度较低。在极地地区的许多鱼类体内血红细胞数减少，因此当由温度变化引起的代谢需求增加时，肌体运输氧气的效率降低（Roessig等，2004）。这种生理上的局限性很可能对水产养殖造成很大影响。在短期内，较高的温度会提高食物转化效率进而提高生长率，但随着温度持续升高，由于人工养殖鱼类无法迁徙，其生产力很可能会下降（并未完全证实）。因此，人工养殖的理想范围预计会向极地移动（Stenevik和Sundby，2007）。
鱼类生理方面的局限性造成淡水和海洋物种在分布上的改变。此外，由于温度变化和环流模式的改变影响鱼类补充进程，很可能引起丰量变化（见2.5）。规模最大、最迅速的改变将发生在那些生活在分布区域边缘地带的种群，例如生活在赤道和极地的种群将继续向极地方向移动（已有充分证据表明）。移动性较强的深水物种对这一变化的反应最为迅速（Harley等，2006），生活在热带太平洋海域的金枪鱼（Lehodey等，1997）、东北太平洋的浮游动物和中上层鱼类（Ware和McFarlane，1995；McFarlane和Beamish，2002；Mackas和Trudel，2007）、英吉利海峡的小型中上层鱼类（Hawkins、Southward和Genner，2003）和东北大西洋的挪威鲱（Sissener和Bjorndal，2005）对厄尔尼诺－南方涛动变化的反应都印证了这一点。移动性较差、通常栖息水底的物种也在向极地方向移动（Perry等，2005），或向更深、更冷的上升流中心区移动（Clark，2006）。
生命周期的时间（物候学，见2.6）变化与气候变化相关（有充分证据显示）。生命周期短、更新快的物种，例如浮游生物、鱿鱼和小型中上层鱼类，更易发生此类改变。对某些物种来说，浮游生物春季繁殖高峰期会提前（Mackas、Goldblatt和Lewis，1998；Edwards和Richardson，2004），而对另一些物种来说却并非如此（Greve等，2005；Hays、Richardson和Robinson，2005）。由于海洋群体的不同构成部分生长时间发生变化，也会导致物种构成发生变化。这最终会导致幼鱼与其捕食者之间的失和，从而引起繁殖失败、生物丰量降低（例如Platt、Fuentes-Yaco和Frank，2003；见2.1.3节）。
3.1.2　中期范围
在几年到十年的中期时间范围内，由于温度变化引起的生理压力和物候变化会影响生物繁殖过程，从而影响众多海洋和水生物种丰量（已有充分证据表明）。最早受影响的仍是生命周期短、更新较快的物种，因为生命周期较长的物种生物量对年度繁殖依赖度较低。这些变化对于生活在分布范围边界的种群影响最为严重，会造成鱼类分布的改变（例如南部海洋区域物种和数量减少）。丰量变化会改变海洋和水生种群构成，尤其当海洋生态系统的基本物种或“高杠杆作用”物种受到影响时，系统构成和生产力可能会改变（Worm和Duffy，2006）。由于这些过程涉及诸多未知因素，研究者对物种的预期影响和变化方向缺乏足够证据。预测对生物群落的影响，例如总生物量或生产力，但也仍缺乏证据，原因是生物群落由不同功能组构成，群落成员之间存在动态补偿机制（Mackas、Thompson和Galbraith，2001；Jennings和Brander，2008）。
根据预测，许多湖泊（Ficke、Myrick和Hansen，2007）和一些海洋区域（例如Houghton，2001）垂直分层现象会加剧。这会降低垂直混合，从而降低生产力较高的透光层的营养供给，最终降低生产力（有较充足证据表明）。此外，加剧的分层现象还会改变深水和海底营养再循环，有利于中上层鱼类，但不利于底栖生物（Frank、Perry和Drinkwater，1990）。这些变化会改变物种构成（例如波罗的海，Mackenzie，2007）并影响生命周期的时间（例如太平洋，Mackas、Batten和Trudel，2007；大西洋，Greve等，2005）。有证据表明北太平洋（Freeland等，1997）和北大西洋（Curry和Mauritzen，2005；见1.2部分）的垂直分层现象加剧；对西北太平洋地区较低营养层级（Chiba等，2004）和东非湖泊鱼类生产力（O'Reilly等，2003）的影响已显现出来。
3.1.3　长期范围
对海洋系统长期范围（几十年）的预期影响取决于海洋中净初级生产力的预期改变，以及其向更高营养层级的转移情况。目前证实这些影响的相关证据还不充分（Brander，2007），但正在慢慢增多（Jennings等，2008；Cheung等，2008）。本报告第2.2节介绍了一些建模的全球海洋初级生产力对气候变化反应的研究。不同模型之间差别很大。由于研究者对局部区域有更好的了解，因此区域性预测往往有更充分的证据佐证，比如Goes等关于阿拉伯海的预测（2005）。由于气温上升和冰盖消退，高纬度地区未来净初级生产力可能会提高，但在低纬度地区，因为垂直混合与营养补给减少（Sarmiento等，2004），加上环流改变和直接人为影响，这些地区净初级生产力会降低（Cruz等，2007）。结果表明，在全球总体影响尚不明确情况下，一些地区初级生产力上升，而另一些地区生产力下降（Brander，2007）。建模研究和古海洋学研究表明，在子午线翻转环流减弱时期，北大西洋浮游生物的生物力降低50%（Schmittner，2005）。相反，耦合生物物理模型表明，全球海洋净初级生产力提高0.7%～8.1%，且地区间差异较大（Sarmiento等，2004）。但绝大多数模拟研究都表明，尽管地区差异很大，整体上讲，全球海洋净初级生产力会随着气候变化而降低。过去几十年对全球海洋净初级生产力的实证观测显示，生产力的确有所下降，但存在较大地区差异（Gregg等，2003）。其他模拟研究表明浮游植物构成的变化趋向于更小的单位（Bopp等，2005），而且会随季节发生变化（Hashioka和Yamanaka，2007）。这些区域生产力和物种构成的变化会影响其他营养层级，包括海洋哺乳动物，尤其是分布区域受限、难以扩张的种群（Learmonth等，2006）。
最近Jennings等（2008）提出基于生态系统属性的新方法，来预测气候变化对全球鱼类产量的影响。他们观测到海洋生态系统非常稳定，海洋生物在个体大小、能量获得及能量转移之间的关系较为简单。说明这一方法可以用来评估温度改变和初级生产力在更高营养层级生产力方面的作用，并依此设定评估温度变化对渔业影响的基线标准（Jennings和Blanchard，2004）。这项工作仍在进行中（可浏览http：//web.pml.ac.uk/quest-fish/default.htm）。Cheung等（2008）运用另一种分析方法来观测分析当前的地理范围、营养层级、初级生产和渔获量。他们发现初级生产与渔获量之间的关系十分密切，并且产鱼量最大的地区也可能发生变化。但是，许多全球变化对海洋生态系统的影响是非线性的，在这种情况下，外力因素微小的变化会引起很大反应。例如，Beaugrand等（2008）发现北大西洋存在一个临界热边界，但这里经常会发生突然的变化。
3.2　典型研究
3.2.1　北极
北极气候影响评估（Symon，2005；可参见Schrank，2007）评估和预测了气候变化对北极生态系统的影响。气候变化对北极海洋系统影响的情况非常不确定，因为绝大多数模型侧重于研究大气影响（Schrank，2007）。到2050年，预计这一地区物理变化包括气温升高5℃、降水量增加6%、海平面上升15厘米、云量增加5%、海冰覆盖期减少20天、冬季海冰量减少20%以及夏季无冰期变长（Schrank，2007）。这些物理变化对生态的影响估计如下（已有充足证据证明，表2；Loeng，2005；Schrank，2007）：
表2　气候变化引起的北极海洋系统可能出现的长期生态变化（很可能发生）
●海冰减少使初级生产力比现在水平提高2～5倍，尽管这些变化与浮游动物生产力和食物链是偶合还是失和关系尚不清楚；
●气温升高很可能使冷水鱼类和底栖物种分布范围缩小，但会使大西洋和太平洋物种分布范围向北扩张。气温耐受力较低、生命周期较长的北极物种和繁殖期较晚的物种可能会最早从南部栖息区消失；
●随着生长率提高，迁徙时节也可能增长；
●北极水域非原生物种可能增加，但评估认为现存的任何北极鱼类不太可能灭绝。
地方性海洋哺乳动物（海豹和鲸鱼）将面临生境的重大改变，最严重的就是海冰消退。更薄的海冰和更长的无冰期会影响依赖海冰生活的动物，例如海豹；还可能导致一些种群在几十年内灭绝，而整个物种也可能在更长时期灭绝（Kovacz和Lydersen，2008）。
3.2.2　北大西洋
北大西洋海域大部分区域已经受气候变暖的影响，影响波及浮游植物（Edwards和Richardson，2004）、浮游动物（Beaugrand等，2002）和鱼类（Quero、Du Buit和Vayne，1998；Perry等，2005；Dulvy等，2008）。受北大西洋涛动指数化影响，北大西洋的气压改变，从而改变该区域气候条件。北大西洋未来气候变化的局部影响可能随北大西洋涛动的状况而持续变化。如果全球变暖趋势和较高的北大西洋涛动指数持续下去，北海、北欧海域和巴伦支海的海水温度在未来50年可能会上升1～3℃。北大西洋的最北区域将发生最大幅度变化（Stenevik和Sundby，2007）。此外，根据预测，还会有风力带动大西洋温暖的水流大量流入这些区域，将加剧垂直分层（Stenevik和Sundby，2007）、减少海冰覆盖（Ellingsen等，2008）。模拟研究表明，尽管由于北极浮游动物繁殖量的减少引起巴伦支海的浮游动物数量减少，但该海域的初级生产力仍将增加（Ellingsen等，2008）。这将导致该地区所有物种的分布向北转移，同时会增加北极北部地区物种的生物量，但也会诱使南部入侵生物进入北海南部（Stenevik和Sundby，2007）。巴伦支海毛鳞鱼产卵区将会向东移动，并且产卵时间也会因温度升高而提前（Huse和Ellingsen，2008）。子午线翻转环流的重大改变将会对巴伦支海产生重大影响（见1.3节）。北海将主要是中上层鱼类，例如北部的鲱和鲭以及南部的沙丁鱼和鳀，但生产力与现在相比不会有太大变化（Stenevik和Sundby，2007）。随着垂直分层加剧，波罗的海将会变得越来越温暖，海水盐度也将降低（Mackenzie等，2007）。波罗的海生物多样性对海水盐度变化极为敏感。盐度降低可能导致耐盐物种减少，同时促进适应低盐物种生长（Mackenzie等，2007）。外来物种可能进入波罗的海，但由于盐度压力，不会成为主导物种（Mackenzie等，2007）。
在西北大西洋物种分布和迁徙方面，气候变化的影响与北大西洋地区相似。位于边缘地带的种群受到的影响最大，继而会影响种群生长率和繁殖成功率，因为这些都与物种和其所处区域相关（Drinkwater，2000）。在一些地区的特定时间，温度会因为格陵兰岛冰川融化而降低。一方面温度降低为耐寒物种提供了适宜生境，另一方面寒冷会对其他物种，如大西洋鳕，造成灭顶之灾（Vasseur和Cato，2008）。耐寒或者温度适应性较差的物种，由于受气候变暖、生境改变、物种竞争和捕食者入侵以及寄生性疾病增加等因素综合影响，离开当前栖息地（Vasseur和Cato，2008），例如大西洋鲑。大西洋鳕是北大西洋地区重要的商业鱼种，在鳕生存范围西南部，即缅因湾和乔治沙洲，鳕已经处于其生境的最南部边缘，因此鳕对气候变暖和生境温度变化显得尤为脆弱（Fogarty等，2008）。在建模研究中，随着温度上升，缅因湾鳕存活率有所降低，抵消了因温度升高而造成的鳕生长率的提高，但鳕净产量降低（Fogarty等，2008）。在西北大西洋中部地区，毛鳞鱼是鳕的主要掠食物种，但由于寒冷的冰川融水作用，使毛鳞鱼产卵时间延迟（Vasseur和Cato，2008）。在东北大西洋，对北海温度气候模型的模拟研究表明，与去除环境因素的模拟研究相比，温度升高会导致北海鳕种群数量下降。
3.2.3　北太平洋
Overland和Wang（2007）采用10个模型来研究大气气候变化对北太平洋的影响。研究发现，在未来30～50年，人为因素对北太平洋的气候影响与现在自然气候变化的影响程度一样。这表明，20世纪后半叶提出的气候－生态系统－渔业关系在21世纪的发展并不会很紧密。这意味着，鱼类产量与气候状态指数，如太平洋10年涛动之间关系不如与气候变化之间关系那样有据可循。与北大西洋一样，北太平洋也受大气压力中心强度和位置极大影响。这些压力中心通过太平洋10年涛动的标志，从自西向东、由北向南的海水表层温度变化反映出来。Overland和Wang（2007）总结认为，这种10年的变动方式在21世纪仍将持续，但发生前提是海水表层温度持续升高（图20）。Pierce（2004）建模研究持续增加的温室气体对北太平洋浮游生物的影响，发现副极地系统从变化很大、冬季低频转变为年均值十分稳定、年均初级生产力降低的系统。由于温度升高提高生长率，北太平洋其他地区生产力也有所提高。Pierce（2004）发现，其研究结果在很大程度上受到混合层深度（变浅）和温度（升高）的影响。相反，Hashioka和Yamanaka（2007）通过模拟研究发现，气温升高导致西北太平洋初级生产力季节性方式改变。在北美西海岸，专家预测（Overland和Wang，2007）并观察（比如Okey、Wright和Brubaker，2007）到鱼类向北迁徙的情况。Welch、Ishida和Nagasawa（1998）研究认为，在2倍二氧化碳浓度下，肯氏大麻哈鱼适应的受热界限将会延至白令海。预计白令海自身也受气候变化极大影响，包括大规模的海冰消退、冷水物种减少和消失以及来自北太平洋的物种数量增加（Overland和Stabeno，2004）。如前述（1.5部分），副北极太平洋对不断增加的海水酸化现象十分敏感。到21世纪末，一些区域从海洋表层到海底霰石（碳酸钙）形式都将出现不饱和现象（Feely、Fabry和Guinotte，2008）。已有报告称北美西部大陆架已观测到非饱和霰石（碳酸钙）上升流（Feely等，2008）。许多脊椎动物和无脊椎动物物种都受海水pH降低的不利影响，包括翼足类动物（许多开放水域鱼类的普遍猎食对象）和乌贼（Fabry等，2008）。
图20
3.2.4　风力驱动的沿海上升流系统
大部分沿海风力驱动上升流系统发生在世界海洋的东部边界。风力驱动的洋流与海洋生物分布之间的互动作用，促进了生态系统高产，其中大部分是中上层物种，也包括一些底栖物种。但是，关于风力驱动的沿海上升流系统对气候变化的反应预测不一致，有些甚而相互矛盾。部分原因是由于较高的模型分辨率需要说明全球范围内沿海上升流系统的变化（见1.3节）。Bakun（1990）提出随着全球变暖，陆地、海洋之间气压梯度将增大，因此增强沿岸风力，继而造成上升流加强。这会缓冲全球范围海水温度升高、海洋垂直分层加剧的影响，因为上升的水流通常温度较低且富有营养。Synder等（2003）在大气二氧化碳浓度增加条件下，通过对加利福尼亚风力驱动的沿海上升流系统的模型研究发现，上升流发生频繁随季节变化。他们指出，这可能提高系统生产力从而缓解温度升高造成的影响。McGregor等（2007）发现西北非沿岸上升流系统在20世纪更为加剧，研究者指出上升流会随全球变暖进一步加剧。这能够使系统在气候变化情况下仍保持较高生产力，但主要的中上层物种构成可能会改变（例如Zeeberg等，2008）。然而，据预测，气候变化对本格拉上升流系统各部分的影响不同。该系统十分高产，通常有大量浮游植物栖息水底，在那里分解、消耗氧气，产生硫化氢。当这些氧气枯竭的水流上升到表层时，造成物种大规模重组和死亡（Bakun和Weeks，2004）。随着气候变化，加剧的本格拉上升流系统进一步增加营养物质供给、提高初级生产力、降低海水含氧水平（Clark，2006）。加利福尼亚洋流上升流系统（Chan等，2008）低含氧和缺氧区域的出现表明，随着气候变化该系统也出现类似状况。因此，即便对于风力增大、沿海上升流加剧的预测是一致的，每个系统对于气候变化的反应仍然不同。这是因为各系统基础生产力、消费群体等具有独特的特征。但如同在1.3节指出的，不同的预测都包括对气候变化的物理反应，一些研究还预计风力将减弱（Vecchi、Clement和Soden，2006）。Sarmiento等（2004）的初级生产力模型也表明全球范围内上升流系统对气候变化的反应不一致。
3.2.5　热带与亚热带海域
热带与亚热带海域有着类型多样的生物生境，每一种生境本身也极具多样性，并具有独特的动物群落（Roessig等，2004）。与温带海域的研究相比，对热带海洋和气候变化反应的研究为数不多。其中一个尚未回答的重要问题是：太平洋热带海域更具“厄尔尼诺现象”特征，还是更具“拉尼娜现象”特征。“厄尔尼诺”特征表现在平均时间跨度内，海水表层温度自东到西呈降低的梯度变化。而“拉尼娜”特征表现在海水表层温度自东向西呈上升梯度变化（Vecchi等，2008）。研究者对气候变化影响太平洋热带海域初级生产力的模拟研究表明，由于海水分层加剧，营养供给减少，导致初级生产力降低（Bopp等，2005）。洋流、温度、营养物质和初级生产力等因素发生改变，这样的综合影响叠加到食物链上，影响捕食物种生存和金枪鱼栖息环境（Loukos等，2003）。在国际日期变更线东部区域的金枪鱼栖息环境会得以改善，这与在气候变暖条件下发生的厄尔尼诺相关事件较为相似（Loukos等，2003；见2.2.2部分）。Watters等（2003）运用不同模型研究太平洋热带海域东部地区，也得出类似研究结论。气候变暖引起分层加剧和营养供给减少造成该区域所有营养层级丰量持续降低。Hennessy等（2007）指出，对澳大利亚和新西兰附近水域来说，气候变化对沿海物种、潮下营养区域和温带本地物种的影响最大，其次是对热带、沿海和底栖物种，最后是中上层和深水物种。Hobday等（2006）和Poloczanska等（2007）对环澳大利亚海洋生态系统受气候变化的影响预测进行了总结。通过建模研究发现，该地区物理变化与其他区域类似：海水变暖、海洋垂直分层加剧、沿海洋流向极地运动加剧、海水酸化增加、海平面上升以及风暴和降雨系统改变（Poloczanska等，2007）。Hobday等（2006）的分析表明，气候变暖和海水分层加剧会改变浮游生物群落构成，改变分布区域和范围，并改变繁殖时间，继而影响向更高营养层级传递。中上层和底栖鱼类分布范围向南移动且丰量降低。浮游物种分布范围也向南移动，一些物种也可能受当地风力驱动上升流的有利影响（例如鳀）。Hobday等（2006）指出，澳大利亚中东部和东南部海域面对气候变化和其他变化的压力最为脆弱。
3.2.6　珊瑚礁系统
珊瑚礁生态系统存在于全球海洋暖水和冷水区域，是全世界最具特色风景之一。珊瑚礁为海洋1/4的物种提供生境，同时还是重要的蛋白质来源，也为很多发展中国家带来不少收入（Parry等，2007）。这一系统目前面临一些威胁，一方面是气候变化因素，比如温度上升、海水酸化、风暴频发和海平面上升（见2.2.2），另一方面是非气候因素，如过度开发、外来物种入侵以及营养物和沉淀物增加。珊瑚礁面临的威胁分布并不均匀。对暖水系统珊瑚礁来说，最大威胁是温度上升；而海水酸化和脱钙现象是暖水和冷水系统珊瑚礁均面临的重要问题（比如Feely、Fabry和Guinotte，2008）；对于人口稠密地区珊瑚礁来说，直接的人为影响是重大威胁。但Graham等（2006）指出，即使是在人烟稀少和遥远地区的珊瑚礁也受气候变化因素的严重影响。
气候变化对珊瑚礁系统的影响可分为3个不同的时间范围：
●几年：温度上升造成珊瑚白化，这一现象随着近期“厄尔尼诺－南方涛动”的发生变得更加频繁，最终可能导致珊瑚的持续退化；
●十几年：酸化不断加剧，造成珊瑚碳结构的不断溶解；
●几十年：珊瑚的整体结构日益脆弱，由于温度上升和海水酸化加剧，珊瑚对风暴和侵蚀现象变得更为脆弱，导致珊瑚构成大规模变化。
珊瑚礁生态系统通常可以从较微弱、较缓慢的环境压力中恢复过来，比如温度上升或含钙量降低。前提是极端严重的环境变化因素不太强烈或频繁，比如温度急剧变化、“厄尔尼诺－南方涛动”、疾病或严峻的风暴（Buddemeier、Kleypas和Aronson，2004）。缓慢的环境影响与急剧的环境压力导致珊瑚系统改变，并被藻类为主的系统所替代（Hughes等，2003）。在印度－太平洋，“厄尔尼诺－南方涛动”引发的白化现象抑制珊瑚生长，原因是珊瑚礁系统难以获得充足时间从连续的气候变化事件中恢复（Buddemeier、Kleypas和Aronson，2004）。当海水温度持续4周比夏季平均海水温度高1℃时，就会发生珊瑚白化（Hoegh-Guldberg，1999）。气候变化模型预测，今后的气候变化将频繁突破该临界条件，从而使珊瑚白化现象更为频繁，致使珊瑚礁无法自我恢复（Donner等，2005）。如果这一临界条件保持不变，那么2030-2050年，珊瑚的白化现象会更为严峻，造成珊瑚更高的死亡率（Parry等，2007）。
全球海洋酸化加剧（pH降低）对珊瑚礁来说是一个严重而普遍的长期威胁。虽然目前珊瑚礁的生长对海水酸化加剧的反应尚不明确（Parry等，2007），但实验室研究表明，当pH降低时，霰石（碳酸钙）饱和度随之降低，从而干扰珊瑚钙化过程（Orr等，2005）。这对深冷水珊瑚的影响极为严重。冷水珊瑚分布在东北太平洋大陆坡周边，霰石（碳酸钙）饱和层已升至90～150米（Feely、Fabry和Guinotte，2008）。在暖水中，不断增加的酸度会降低珊瑚钙化从而使珊瑚结构变得脆弱。预计到2070年，珊瑚覆盖度将会降低，对珊瑚礁的侵蚀也将进一步加剧（Parry等，2007）。
珊瑚礁是否能够适应来自环境变化的压力仍不确定。虫黄藻是一种耐高温珊瑚共生物种。虫黄藻的变化可以降低珊瑚白化作用，并在2050-2100年延缓珊瑚死亡（Parry等，2007）。研究者认为珊瑚不大可能向高纬度地区迁徙，因为在高纬度地区缺乏适合的基质，而且霰石（碳酸钙）浓度也会降低（Parry等，2007）。Buddemeier、Kleypas和Aronson（2004）计算得出，海水温度上升2℃只会使珊瑚的临界耐热度（目前耐热临界为18℃）有小幅增长。在巴布亚新几内亚的一项研究表明，珊瑚减少对礁盘鱼类多样性带来负面影响（Jones等，2004）。但迄今为止，仍无充分证据表明气候变化与珊瑚白化现象，以及对沿海鱼类影响的联系（例如Grandcourt和Cesar，2003）。毫无疑问的是，在长期范围内，对珊瑚礁的大规模侵蚀会严重影响以珊瑚（礁）为食物来源和栖息环境的鱼类生存。
3.2.7　淡水系统
淡水湖泊和其生态系统对气候变化的影响极为脆弱。在很长的时间跨度内（几世纪或更长），远古记录显示由于气候变化相关的因素影响了降雨、蒸发和地表径流，致使许多湖泊面积和分布发生改变，甚至彻底消失（Poff、Brinson和Day，2002）。在较长时间范围内（几十年），总体上北美洲冷水物种预计将受到气候变化的负面影响，而暖水物种将受到积极影响。靠北分布的凉水物种受到积极影响而靠南分布的物种受到消极影响（Mohseni、Stefan和Eaton，2003；Field等，2007）。预计在北美甚至整个北半球凉水和暖水物种的分布将会向北移动。但是，湖泊生态系统对气候变化的具体反应取决于面积、深度和湖水营养情况。在北美洲中部的一项有关气候变暖（2倍二氧化碳浓度）影响的建模研究中，Stefan等（1995）指出，淡水鱼类受到气候变化的影响最大，因为它们失去了在营养丰富的浅滩和湖泊中的最佳栖息地。在混合良好的湖泊、小型湖泊和营养物不足的湖泊，凉水和暖水鱼类生产力得到改善。因为湖泊中无脊椎被捕食物种的生产率会随温度上升呈对数上升（温度每上升10℃，生产率会提高2～4倍），这在长期范围内会促进鱼类产量增加，尽管被捕食物种构成的改变会抵消对产量增加的影响（Watson等，1997）。但短期来看，由于时间失和，捕食性鱼类和被捕食浮游动物数量差距会在初期降低鱼类产量（Watson等，1997）。在荷兰浅水湖泊中也发现类似的生产力和时间失和（Mooij等，2005）。淡水系统受气候变化影响的程度取决于淡水物种“空间移动”能力，也就是取决于是否存在传播廊道，而这受人类行为的极大影响（Poff、Brinson和Day，2002）。最易受影响的是缺少向北传播廊道的低地鱼类和冷水物种（Poff、Brinson和Day，2002）。
淡水生态系统具有较高的生物多样性，为40%的鱼类提供了生境，虽然只占整个水生环境很小一部分（数量上只有0.01%）（Arthington等，2003）。获取准确数据较为困难，但预计在研究涉及的范围内，有将近20%的淡水物种受到威胁、濒危甚至灭绝（Revenga等，2000）。保护淡水系统生物多样性作为自然资源保护的主要方面已经受到越来越多的重视（Abell、Thieme和Lehner，2002）。
3.2.8　水产养殖系统
Handisyde等（2006）以及De Silva和Soto（2009）指出，气候变化对水产养殖的影响可分为直接（例如通过物理和生理过程）和间接（例如通过鱼粉供给变化和贸易调节）两种。本文仅讨论气候变化对水产养殖的直接影响。Handisyde等（2006）指出，物理变化与气候变化相关，比如温度、太阳照射、洋流和海浪运动、海平面上升、水资源紧张和极端事件发生频率，影响鱼类生理、生态和经营（例如物种和场地选择、围栏技术等）过程。联合国政府间气候变化专业委员会第三次评估报告（McLean和Tsyban，2001）指出了气候变化对水产养殖的影响，第四次评估报告（Easterling等，2007）又再次重申这些影响。负面影响包括：
●温度升高和氧气需求带来的环境压力；
●淡水供应的不确定性；
●极端天气事件；
●海平面上升；
●疾病和有毒污染事件频发；
●捕捞业生产的鱼粉供给不稳定。
气候变化对水产养殖的积极影响包括食物转化效率提高、暖水中的生长率提高、生长季节延长、冰盖消融导致物种分布范围向极地扩张（Easterling等，2007）。
如果要提高水产养殖区的初级生产力，需要为滤食性无脊椎动物提供更多食物（Alcamo等，2007）。除此之外，还有其他需解决的问题，如外来物种入侵、氧气浓度降低和有害藻类的繁殖增加等（Alcamo等，2007），即便这些方面在今后也会受到非气候因素的较大影响。传统养殖区域的条件将变得不再适合传统物种的生长，意味着这些物种需要向极地或更为凉爽的近海水域迁徙，抑或被其他物种替代（Clemmensen、Potrykus和Schmidt，2007）。
De Silva以及Soto（2009）就气候变化对水产养殖的影响进行了总结。研究者指出水产养殖（50%～70%）最多的是在热带和亚热带区域，尤其是在亚洲。从分类上看，产量最高的是鱼类。鱼类是淡水系统中分布最广的物种。咸水养殖中甲壳类动物的产量较高，海水养殖中软体动物则占较高比例。De Silva以及Soto（2009）认为，气候变化（见1.1.2、2.2.3、3.2.7）对热带和亚热带地区的影响较难预测。温度升高和富营养化导致浮游生物产量增加会提高养殖物种的生长速度和产量（McCauley和Beitinger，1992）。根据不同地区的条件，水体存量、极端天气、垂直分层和营养供给的变化会对淡水养殖造成不良影响。咸水养殖受盐度变化（升高或降低）影响，但同样取决于当地地表径流、海洋环流等状况和条件。温带区域水产养殖可能受病原体增加的负面影响，这是由于温度升高的程度比低纬度地区要高（比如Handisyde等，2006），除此之外，养殖物种还面临一定生理压力。表3总结了气候变化对水产养殖的潜在影响。
表3　气候变化对水产养殖系统的潜在影响
3.3　不确定性和研究缺口
对气候变化影响海洋和水生生态系统的预测存在许多不确定的因素，需要深入研究。有一些预测至少总体上有比较充分的证据支撑，例如种群数量在分布范围的南北边界分布方式的改变。对某一地区影响的预测仍缺乏足够依据，因为地方因素的变化很重要。但假如可以明确并了解此类地方因素，也许就有充分证据预测气候变化带来的相应影响。这表明，对气候变化影响的预测，最大的不确定性之一就是气候和非气候的多种因素对海洋和淡水种群造成的综合影响。这些影响呈现出明显的非线性动态发展和相互作用（例如Scheffer等，2001b）。在相互作用中，最重要的可能是温度升高（见1.1）、含氧量降低（包括绝对浓度，见1.5和满足组织代谢需求的能力，见2.1.1）、盐度降低（见1.2）、酸度增加（见1.5）和对捕捞影响之间的相互作用（例如Planque等，2008；Perry等，2008）。在淡水系统中，水流变化和用水需求变化的影响也可列入上述影响因素（见1.1和1.6）。可以对水产养殖的信息加以系统整理，以便为物种耐受程度建立生物气候信封。需要开展研究来确定主要或“高杠杆”物种的功能性作用。主要物种对系统特征和系统功能具有重要影响。Hsieh等（2006）指出，在生态系统层面，由于过度开发导致物种减少，降低系统复杂性致使气候变化下的系统恢复能力减弱。在全球和区域层面上，研究者气候变化对净初级生产的影响仍然非常不明了，例如，人们对温盐环流的巨大变化如何影响初级生产力仍知之甚少（见1.3）。
气候变化对上升流系统的影响（加强还是减弱）也难以确定，尤其是对风力驱动的上升流系统。这是一个重要的研究课题，因为沿海地区是高价值鱼类的生产区域。
在仿真模型方面仍有一些需要研究的问题。这些问题包括模型解决方案（物理、地球生化和生态）、不同尺度模型的综合程度、预测的确定性程度，以及缺乏足够数据以验证模型（比如Werner等，2007）。海气环流模型被用来预测海洋生态系统对气候变化的反应，目前仅限于一度的空间分辨率（即坐标方格为100×100千米，例如Sarmiento等，2004）。但要研究决定生物地理化学和生物反应的物理过程，在开放海域的分辨率需要以千米为单位，而对沿海区域的分辨率要求则更高。区域气候模型的使用和使区域模型小型化的方法，例如嵌套法（Hermann等，2002；Snyder等，2003；Clark，2006；Penven等，2006；Vikebo等，2007），这些都提供了新的研究思路。研究者采用方法论将洋盆模型和沿海区域联系起来，在无架构适应网格加密方面取得一定进展（比如Pain等，2005）。开发海气环流模型（GCMs）需要了解海洋各类详细信息和系统产出，以评估气候变化对海洋系统的影响。长期影响和10年（较短期）变化之间的关系对考量气候变化对渔业的影响极为重要。采用尺度缩减法和区域模型来分析海洋气候变化对预测气候变化对区域的实际影响也非常重要。目前全球海洋初级生产力变化模型对温度的影响非常敏感，应进一步加强实地调研和理论研究。
海洋和水生系统已经在过去时间内经历了气候变暖过程，对气候变化的反应主要表现在物种群落构成的重组和物种分布的重大改变（例如Finney等，2002；Drinkwater，2006）。但自前工业时代起估算，海洋系统从未发生过如此之高的酸化现象（Orr等，2005），海水酸化在未来仍有加剧趋势。不断升高的海水温度和酸度对海洋系统造成的大规模影响仍然未知。实验得出结论，要适应气候变化几乎不可能。然而与此相反的是，Pelejero等（2005）通过观察西南太平洋300年的滨珊瑚发现，珊瑚对50多年来海水pH的大幅度变化表现出适应性，并与太平洋10年涛动同步变化。这表明，某些珊瑚礁的生态系统对pH的长期变化是可以适应的。针对海洋中高二氧化碳浓度所产生影响的研究目前还处于起步阶段，仍需要加快研究。
海洋种群和生态系统对气候变化有特定反应能力，而捕捞渔业对此的影响尚属未知，但研究者已能够确定总体特点（Planque等，2008；Perry等，2008）。捕捞渔业使海洋种群对气候变化更加敏感，表现在清除老龄种群和分散的亚种群，以及改变群落生命周期特征，例如降低首次产卵量（Perry等，2008）。捕捞业同时还降低了海洋种群的平均数量和营养层级，提高了海洋群落构成的更新速率，还导致海洋生态系统转变为较强的自下而上控制模式（Perry等，2008）。Hsieh等（2006）对加利福尼亚海洋渔业委员会的鱼类浮游生物学数据进行分析，发现捕捞物种的年度变化比非捕捞物种的变化大，包括中上层物种。造成这一现象的主要原因可能是由于过度捕捞导致捕捞种群中更大的年龄时代数量减少。大鱼比更年轻的鱼繁殖力更强、产卵质量更高、迁徙范围更广，因而可以抵消年度繁殖变化带来的影响（Beamish、McFarlane和Benson，2006）。这导致最终结果是海洋生态系统的恢复能力降低，更易受气候变化和波动影响。
海洋和水生生物个体、种群、群落和生态系统对气候变化的反应与反馈、临界条件和向不同稳定状态的过渡点的关系存在极大不确定性。这些临界条件显然是生物的生命耐受界限，例如，温度突然升高会造成生物个体死亡，或使个体生理系统过度紧张而出现亚致死（初始阶段）（Portner和Knust，2007），或扰乱共生活动（珊瑚白化）。研究者已观测到海洋系统的重大改变（Scheffer等，2001a；de Young等，2008）。此类临界状态存在的条件因物种、系统和影响因素的不同而有所区别，但其中绝大多数至今仍不为所知。当超过这些临界条件并造成重大改变，人们往往将其称为“突变”。
海洋生物个体在不同时间范围内对气候变化的适应能力总体上仍然未知。有证据表明在气温较暖和较冷年份，鱼类种群确实发生遗传变异（Smith, 1979）。海洋生物可以在几十年内相对迅速地适应捕捞渔业的压力导致的变化，（de Roos、Boukal和Persson，2006；Law，2007）。Berteaux等（2004）研究了北极陆地生物对气候变化的潜在进化，指出由自然选择引发的进化可在数十年时间内发生，虽然他们也表示并不是所有物种对这种改变都具有同样的应对能力。生命周期较长的物种和克隆物种（因其种群数量较低）需要更长进化时间来应对变化（Harley等，2006）。一些生命周期较为复杂的物种，比如鲑类，面对气候变化对不同生命阶段的影响，会经历非常复杂的选择压力（Crozier等，2008）。正如Stockwell等（2003）指出的，生物进化受到选择强度、种群数量、遗传变异和基因流的影响，使多数物种具有独特性。
探究气候变化的影响需要对海洋生物和环境变化进行更多、更为精细的监测，不但需要从太空进行观测，还需借助仪器在水中测量。理想的途径是采用不仅能够监测如叶绿素浓度、生产力的变化参数，而且可以确定浮游生物分类（它们是什么？）及其生理状况（它们是否健康？）。新型遥感技术或许可以应对这些挑战。
4．结果总结
4.1　气候变化：海洋与淡水系统的物理基础
4.1.1　热容量和温度
●海洋正在变暖，但存在区域差异和每10年的一些变化；
●不但表层海水变暖，大西洋已显深层海水变暖迹象；
●淡水资源面对气候变化显得很脆弱，并可能受气候变化的严重影响。自20世纪60年代以来，许多湖泊的水温都有中等或较大程度升高；
●许多地区湖泊水平面下降（改变温度变化的影响），多数是人为影响，但降雨模式也是很重要的影响因素；
●河水径流在高纬度地区增加，而在西非、南欧和拉美南部部分地区减少；
●由于对非洲大陆大气温度预测高于全球平均水平，且降水在部分地区减少，因此研究者十分关注非洲湖泊未来变暖情况。
4.1.2　盐度和分层
●总体来看，在蒸发量高的区域，海洋表层水体分层更为加剧，但在高纬度地区有降低趋势；
●气候变暖导致温度和盐度改变的综合影响降低海洋表层海水密度，加剧垂直分层并改变表层混合结构，但也存在区域差异；
●已观测到的生态系统对气候变化的反应中，出现大规模盐度异常情况。
4.1.3　海洋环流和沿海上升流
●在20世纪后半叶，已经观测到经向翻转环流减少30%。由于注入北冰洋和亚北极海洋的淡水量增加、海水表层混合层稳定性提高、盐通量降低、海水对流和深水结构减少。预计在未来经向翻转环流将继续减少。这将对北太平洋生态系统的物理和生态组成结构造成重大影响；
●最近几十年在一些地区（加利福尼亚、西北非和阿拉伯海）有证据显示上升流密度增加，与全球气候变暖通过加剧沿海风力，从而加大上升流的假说相吻合。但另一假说显示，不同程度的极地－赤道变暖状况和不断加剧的分层现象会抵消这一影响。低分辨率的生态模拟系统表明，在全球范围内并没有上升流对气候变暖反应的明确变化模式，除了赤道周边几度范围内可能出现小幅上升流减弱；
●有研究表明上升流季节性受气候变化影响，同时也受食物网的较大影响。
4.1.4　海平面上升
●自1961年起，全球海平面平均以每年1.8毫米的速度上升。这一速率自1993年起上升为每年3.1毫米，在未来几十年间还将继续提高。但是，海平面上升在不同区域不同，因海平面上升过程受区域海洋环流控制。
●海平面上升预计对大西洋、美洲墨西哥湾沿岸、地中海、巴伦支海和小岛国造成的损失最大。
●由于海平面上升，潮间生物群落和沿海湿地生境在未来会大大减少。
4.1.5　酸化和其他化学特性
●过去200年间，表层海水pH降低0.1个单位。建模研究预计在未来100年间，pH继续下降0.3～0.5个单位。
●由于对个体及群体敏感度水平还不明确，因此海洋酸化造成的生物影响还不确定。但这一现象会对甲壳类生物、热带珊瑚和南大洋冷水珊瑚造成严重影响。
●自1970年以来，世界海洋100～1000米深度对流层氧气浓度持续降低，因水源更新率降低造成。
●全球气候变暖使海水分层加剧，表层海水养分供给减少。
4.1.6　大气－海洋与陆地－海洋交换
●土地利用方式的改变会给生态系统生产力造成重大水文影响，包括输沙量和水流变化，以及生化影响（缺氧、分层和盐度变化）。这些变化造成的影响不能一概而论，但影响浮游生物和鱼群的群体构成、生产力和季节性生长过程。
●上述影响进一步加剧内陆渔业和陆地水源密集型食品生产系统（例如水稻种植）的压力，尤其在发展中国家。
4.1.7　低频气候变化模式
●一些研究表明，某些特殊的大气模式（例如北大西洋涛动、厄尔尼诺现象）密度和频率有所增加。但总体而言，根据气候模型预测，洋盆变暖趋势具有空间一致性，还将伴随持续的每10年的变化，与20世纪发生的情况类似。
●一些洋盆内大气变化模式具有较强遥相关，但洋盆之间的遥相关和几十年间潜在气候导致的生物同步性通常不太明显。
4.2　气候变化对生态系统和鱼类生产过程的影响
4.2.1　对气候变化敏感的生理、产卵和补充过程总结
●生物有其特定适宜生存环境条件和范围。在一定范围和条件下，生物可以较好生长，其生理表现通常与组织的代谢需氧量相关。当环境条件（例如温度）显著低于耐受极限时，生理性状变差并对个体造成压力。
4.2.2　初级生产力
●卫星观测显示，从20世纪80年代初期到90年代末期，全球海洋初级生产力降低6%，但存在较大的地域差别。例如，高纬度地区叶绿素在过去20年有所增长，继而发生的是小型浮游植物中占相对主导地位的硅藻的变化。
●不断加剧的垂直分层和不断升高的水柱稳定性会降低透光层营养供给，在全球变暖情况下降低初级和次级生产力。然而，高纬度地区透光层内的粒子滞留时间延长、生物生长时间变长从而提高初级生产力。总体而言，预计全球范围内初级生产力有小幅提高，但不同区域有很大差别。
●气候变暖减少海冰边缘高产生物群系、减少亚热带涡流季节性分层，并增加永久性分层的亚热带涡流低产生物群系和副极地涡流生物群系。
●模拟实验表明，随着全球气候变暖，硅藻春季繁殖高峰开始时间推迟，高峰期生物量降低。主要浮游植物群落可能发生变化。
●总体而言，位于高纬度或高海拔地区的湖泊，由于大气温度升高导致冰盖融化、水温升高、生长期变长，使藻类丰量和生产力得到提高。相反，一些较深的热带湖泊中藻类丰量和生产力降低，很可能是由于营养物质再供给减少。
●加剧的水文循环预计极大地影响湖沼形成过程。一般情况下，径流量和排放量增高，洪泛区域扩大和旱季水位增高提高所有层级（浮游生物和鱼类）生产力。洪水期的变化对生产造成不利影响，将生物生产力冲刷至生境以外地方。
4.2.3　次级生产力
●全球范围内尚没有评估气候变化对海洋次级生产力的潜在影响。尽管这一领域的有关研究非常活跃（例如Mackas和Beaugrand，2008），但研究结果基本上限于地方或区域范围。
●但一些区域的研究结果显示，气候变化对浮游动物群体结构的影响比总体生物的结构更为明显。
4.2.4　分布变化
●气候变化可能致使大多数陆地和海洋生物分布范围向极地移动，暖水物种分布范围有所扩张，而冷水物种分布范围进一步缩小。
●观测发现，北海、北大西洋、北美东西海岸的桡足类动物、底栖无脊椎动物、潮间带生物和鱼类分布范围变化与上述推论一致。深水物种发生的改变最迅速，包括垂直运动增加以抵消表层水温升高的影响。
●许多生物的迁徙时间随海洋温度10年的变化发生改变，在较冷年份推迟，而在较暖年份提早1～2个月。
4.2.5　丰量变化
●温度上升时，种群分布区靠近极地的生物丰量增加，而靠近赤道的丰量随气温升高而降低。
●只有食物供给能够满足增长需求时，生长率才会随温度的升高而提高。
4.2.6　物候变化
●过去20～140年间，几乎一半以上的有关陆地、淡水或海洋物种的研究都表明，物种出现一定程度的物候变化。这些变化在气候的区域变化预期方向上具有系统性和主导性。
●对北海的观测表明，浮游生物群落结构正在改变：在气候变暖背景下，腰鞭毛虫季节性繁殖高峰期已提前；但硅藻对气候变暖并未表现出一致反应，因其再生产过程主要取决于光照强度的提高。
●对许多欧洲和北美湖泊的观测显示，由于气候变暖，浮游植物春季繁殖高峰期有所提前，而浮游动物的反应却有所不同，浮游动物数量下降是因其繁殖时间与藻类丰量高峰时间不再一致。因此有人认为，由于气候变暖造成掠食者－被捕食者失和，海洋和淡水营养交换被极大地改变了。
4.2.7　物种入侵与疾病
●没有充分证据表明全球气候变暖与疾病暴发的增加有关，即便已经观测到病原体在向更高纬度地区扩散。
●有害藻类大量繁殖现象频发，但是否是由于气候变化导致仍不明确。在温暖海域中，硅藻与腰鞭毛虫比率的变化也起到一定作用。
●气候变化可能会引起物种灭绝，但目前还没有例证证实。虽然不同物种在不同时间范围的表现和特征不尽相同，但是适应性进化还是会发生。
4.2.8　食物链的影响——从浮游动物到鱼类
●气候变化通过食物链过程对生态系统及其中的物种造成直接和间接影响。至于直接还是间接影响在起主导作用取决于其构成方式，是自上而下、自下而上还是源自中部。有观点认为生态系统控制与物种丰富性和温度相关。
4.2.9　状态转换与其他极端生态系统事件
●气候多变性及其变化通过非线性的“状态转换”来影响生态系统动态发展，这一观点越来越被认可。生态系统敏感性放大了气候信号，这表明，气候渐进（甚至是随机）变化也会引发突然或难以预料的生物反应，因为生态系统从一个状态转化为另一个状态。
●在北大西洋和北太平洋海域已观测到生态系统的状态转换，影响中上层和海底主要物种生产力。
4.3　气候变化对鱼类生产和生态系统的影响
●温度、海风和酸度大规模变化对海洋和水生系统的整体影响可以预期。研究者对一些情况已有充分证据。
●在较短时间范围（几年时间），有充分证据表明温度上升对鱼类生理机能产生负面影响，因为温度升高会限制氧气向组织传输。这一生理限制因素对水产养殖造成极大影响。生理方面的限制因素会引起淡水和海洋物种分布改变，继而造成丰量变化，因为再生产过程受到干扰和影响。气候变化还造成生命周期的变化（有充足证据表明）。生命周期较短、更新较快的物种，例如浮游生物、乌贼和小型中上层鱼类最易发生此类变化。
●在较长时间范围（几年到十年时间），温度引起的生理压力和物候变化会影响再生产过程，并影响许多海洋和水生种群丰量（有充分证据表明）。这类影响在物种分布范围的边缘和生命周期较短的物种上表现尤为明显。丰量变化会改变海洋和水生群落组成，还可能影响这些海洋生态系统的结构和生产力。由于功能群体的补偿机制，对净群落影响（例如总生物质产量或生产力）的预期还没有足够的证据证实。但许多地区垂直分层预计会加剧，并降低垂直混合和生产力（证据仍不充分）。这将导致物种构成的改变。
●在长时间范围（几十年时间），预计影响取决于海洋净初级生产力的变化和向更高营养层级的转移情况。建模研究的结果各不相同，因此对影响的预期仍没有依据。对区域影响的预期已有一定数据支撑，因为研究人员对区域内发生的具体过程能有更好地理解。很多建模研究都显示由于浮游植物构成单位变小而导致初级生产力下降，但不同地区仍存在很大区别。
●仍然存在许多未知因素和研究局限性，尤其是压力因素之间的协同影响、超越历史条件限制的推断、由于捕捞渔业引起生态系统变化导致恢复能力降低、临界阈值位置和作用，以及海洋和水生生物对变化的适应性进化能力。
●对于淡水系统，研究重点是洪水发生时间、强度和持续时间变化。许多鱼类通过改变迁徙、产卵和输送鱼卵方式适应气候变化。在气候变化背景下，需开发鱼类和陆地食物生产系统（比如水稻生产）的管理体系解决淡水需求问题，对发展中国家来说尤为如此。
区域生态系统对气候变化的预期反应包括：
北极
物理变化：
●气温上升5℃；
●降水量增加6%；
●海平面上升15厘米；
●云层覆盖增加5%；
●海冰期减少20天；
●冬季冰量减少20%，夏季无冰区扩大。
生态影响：
●初级生产量比目前水平提高2～5倍；
●冷水鱼类和底栖物种分布范围缩小，大西洋与太平洋物种分布范围向北扩张；
●生命周期较长、耐温范围较窄、繁殖较晚的北极物种可能从南部栖息地消失；
●迁徙时间改变，生长率提高；
●北极水域中的外来生物数量可能增加；
●目前存在的任何北极鱼类都不太可能灭绝。
北大西洋
东北大西洋
物理变化：
●未来气候变化对北大西洋的影响仍随北大西洋涛动情况而变化；
●北海、挪威海域和巴伦支海的海水温度在未来50年间可能会升高1～3℃，最北部区域变化最大；
●风力驱动的大西洋温暖海水向北部区域的注入量增加；
●垂直分层加剧；
●冰盖消退。
生态变化：
●巴伦支海初级生产力可能增加；
●由于北极浮游动物产量降低，浮游动物产量减少；
●所有物种分布范围向北移动；
●北极北部地区物种生物量增加；
●北海以南鱼类可能出现在北海；
●巴伦支海毛鳞鱼产卵区向东移动；
●北海主要鱼类是中上层鱼类，例如北部的鲱和鲭，南部的沙丁鱼和鳀，但整体系统生产力与现在相比不会有太大变化；
●随着垂直分层加剧，波罗的海温度回升高，盐度降低；
●波罗的海耐盐性物种减少，喜低盐度物种增多；
●外来物种进入波罗的海，但由于盐度压力，预计不会成为主要物种。
西北大西洋
●预计物种分布和迁徙变化与东北大西洋相似；
●在分布范围边缘的种群受到影响最大；
●在某些区域，有时温度会因为格陵兰融冰增加而降低，为一些冷水物种提供避难所，但也给另外一些物种带来致命影响，例如大西洋鳕；
●适应冷水以及耐温范围较窄的物种，比如大西洋鲑，从现在栖息地灭绝。
大西洋鳕：
●在缅因湾模拟试验中，鳕存活率随温度上升而下降，因为高温抵消生长率的提高；
●在东北大西洋中部区域，毛鳞鱼是鳕的主要食物，但由于融冰带来大量冷水，毛鳞鱼产卵时间可能推迟；
●在东北大西洋，模拟试验显示温度上升会减少北海鳕数量。
北太平洋
●未来30～50年间，人为活动造成的气候变暖情况跟目前自然气候变化一样严峻；
●20世纪后半叶，气候－生态系统－渔业关系可能不再适应21世纪的新情况；
●除海水表层温度持续上升趋势外，太平洋10年涛动的每10年变化在21世纪会持续发生；
●混合层深度（变浅）和温度（升高）改变；
●亚极带浮游生物系统将从剧烈变化和冬季变化减缓，转变为全年稳定，年平均初级生产力下降；
●其他区域（例如沿海地区）随着气候变暖，生长率提高；
●在西北太平洋，气候变暖改变初级生产季节性模式；
●北美西海岸鱼类向北迁徙；
●肯氏大麻哈鱼分布范围局限在白令海；
●白令海：海冰大幅消退、冷水物种减少、来自北太平洋的物种丰量增加；
●北太平洋对不断升高的海水酸度较为敏感，自上而下可能出现霰石（碳酸钙）不饱和状态；
●pH降低对不同物种造成负面影响。
风力驱动的沿海上升流系统
●引发上升流生态系统的沿岸海风系统对全球气候变暖的反应相互不一致；
●如果沿海风力加强上升流，抵消沿岸水域的温度升高、垂直分层加剧的影响；
●其他建模研究表明有利于上升流形成的风力正在降低；
●全球初级生产力模型对气候变暖反应的研究结果也相互矛盾。在太平洋，Sarmiento等（2004）的模型表明，在全球范围内上升流区域对气候变化的反应并不一致；
●不断加剧的本格拉上升流增加营养物质、提高初级生产力和低氧活动。其他上升流区域也有类似情况；
●由于系统之间区域差异较大，因此很难进行归纳。
热带和亚热带海域
●栖息环境和生物类型极其多样，相关研究很少；
●对于热带太平洋区域是越来越具有“厄尔尼诺”特征（从东到西海水表层温度逐渐降低）还是“拉尼娜”特征（从东到西海水表层温度逐渐上升）仍悬而未决；
●由于分层加剧以及营养供给减少，太平洋热带区域初级生产力将降低；
●环流、温度、营养物质和初级生产力的改变带来的影响集中作用于食物链，影响金枪鱼食物来源和栖息环境；
●对澳大利亚和新西兰水域来说，受影响的程度从高到低划分依次为：沿海物种和次潮间带育苗场、温带地方性物种、热带沿海底栖物种，中上层和深海物种；
●对澳大利亚的建模研究预测，该区域物理变化与其他区域相似：海洋变暖、垂直分层加剧、极地方向沿岸水流增强、海洋酸化加剧、海平面上升，以及暴风雨和降雨模式改变；
●气候变暖和分层加剧改变浮游生物群落构成，使生物分布向极地移动并改变繁殖时间，不利于其向更高营养层级传输；
●底栖鱼类分布会向南移动且丰量降低。深水鱼类分布也会向南移动，某些物种还受益于区域性风力驱动的上升流的加剧（例如鳀）。
珊瑚礁系统
●受气候变化（包括温度升高、酸化、风暴加剧以及海平面上升）和非气候因素（包括过度开发、外来物种入侵、营养物质和输沙量增加）的影响；
●造成珊瑚礁分布不均的威胁因素：在暖水系统，温度升高是重要因素；在暖水和冷水系统，酸度升高和脱钙作用的发生是重要因素；在人口稠密地区，直接人为影响是重要因素；
●气候变化对珊瑚礁系统的影响可分为3个不同时间范围：
——几年时间：温度升高导致珊瑚白化；
——十几年时间：酸化加剧导致珊瑚礁碳结构分解；
——几十年时间：珊瑚礁整体结构变弱，更易受风暴和侵蚀作用的影响。
●不断升高的酸度（pH不断降低）对珊瑚礁来说是长期和普遍的重大问题。珊瑚礁系统是否具备适应变化的潜在能力依然不确定：共生黄藻也许变得更耐高温。珊瑚不大可能向更高纬度区域迁徙；
●至少有一项研究表明，珊瑚减少会对礁盘鱼类多样性产生负面影响。但迄今为止，关于气候变化和珊瑚白化现象的关系，以及珊瑚白化对沿海渔业的影响依然缺乏足够证据。
淡水系统
●淡水湖泊及其生态系统极易受气候变化的影响；
●历史记录显示湖泊形状和分布随降水、蒸发和径流量的不断变化而改变，甚至消失；
●预计冷水物种受负面影响，暖水物种受有利影响，而靠北分布的凉水物种受有利影响，但靠南分布的凉水物种受负面影响；
●北美甚至北半球的凉水和暖水物种整体上都可能向北迁徙；
●湖泊生态系统对气候变化的反应取决于湖泊面积、深度和营养状况；
●建模研究表明冷水鱼类受到的影响最大，因为在较浅、营养丰富的湖泊中理想栖息环境遭破坏；
●在混合充分、规模较小、营养物质单一的湖泊中，凉水和暖水鱼类生长情况比较良好；
●淡水系统对气候因素的变化程度取决于淡水物种迁徙能力，即利用迁徙廊道；
●最易受影响的是分布在低地湖泊内的鱼类，因为缺乏向北迁徙廊道；受影响大的还有冷水鱼类；
●河流生态系统对水流量和时间的变化尤为敏感，而这些因素都随气候变化而改变；
●河流量变化可能因人为筑坝、建造灌溉渠道的影响而恶化；
●河鱼种群丰量和多样性对这类干扰因素异常敏感，因为旱季较低的河流水位影响鱼类产卵成功率，许多鱼类已变化为与洪水季节同期产卵，以使鱼卵通过水流被传输到营养物质丰富的洪水冲积平原地区。
水生养殖系统
●气候变化带来的直接影响包括：淡水资源变化、温度、海平面改变以及极端事件频发（比如洪水和风暴）；
●气候变化带来的间接影响包括经济影响，比如成本和饲料问题；
●负面影响包括（表4）：
——温度和需氧量升高带来的压力；
——淡水供给的不稳定；
——极端天气事件；
——海平面上升；
——疾病暴发和中毒事件增加；
——捕捞渔业不确定的鱼粉供给；
●气候变化对水产养殖的有利影响包括：提高温暖水域食物转化效率和生长率、延长生长季节，由于冰盖消融造成物种分布范围向极地移动；
●初级生产力增加给滤食性无脊椎动物提供更多食物；
●可能出现外来物种入侵问题，氧含量降低，有害藻类繁殖可能增加；
●传统养殖区的条件变得不再适宜养殖传统物种；
●温度压力影响生理过程，比如氧需求和食物要求；
●由于温度升高，水产养殖活动为实现盈利需要提高食物供给；
●由于农业、工业、生活和河流需求以及降水模式变化，淡水养殖生产需要应对淡水资源变化的挑战；
●降水增加也可能造成洪水泛滥；
●海平面上升还可能给沿海陆地区域、红树林和海草区域带来洪水隐患，这些区域可以为水生物种提供种苗繁育的场所。
致谢
感谢Kevern Cochrane和Cassandra de Young邀请我们撰写本文，并对本文初稿提出了建设性意见。感谢Iddya Karunasagar提供了气候变化对海洋环境中人类病原体产生的潜在影响的相关信息。还要感谢FAO“气候变化对渔业和水产养殖的影响”专家研讨会（罗马，2008年4月7～9日）的所有代表对本文提出的意见和建议。
参考文献
气候变化与捕捞渔业：潜在影响、适应和减缓措施
关键信息
1．气候变化将以多种方式影响渔区的粮食安全，包括人类迁至沿海地区、沿海基础设施和生活空间受气候变化影响，或通过生物物理学形式改变渔业生产力和渔获量。间接变化和变化的趋势与渔业生态的生物物理影响相互作用，扩大甚至超过对后者的影响。
2．相比气候变化而言，非气候因素及发展趋势，例如市场变化、人口流动、过度开发以及管理体制的变化，在短期内对渔业的影响可能更大。
3．各渔区以及渔区内部适应气候变化的能力各异。这一能力取决于资源和网络、技术以及适当的管理机制。渔民对气候变化的脆弱度取决于其自身适应能力、生态系统和渔业生产力未来变化趋势。
4．许多气候变化导致的影响难以预料，加强适应能力可以降低脆弱度。而政府干预的关键在于增强相对脆弱渔区的适应能力。
5．渔业可以有多种适应性措施供选择，但即使在渔业收益较高的地区，适应措施的实施过程可能会受到限制。对于政府干预来说，要针对最脆弱地区提高系统的恢复能力，这可能抵消一定的效益。
1．前言
1.1　渔业对粮食安全的意义
鱼营养丰富，因此即便少量摄入也能改善人们膳食（FAO，2007a）。鱼体中含淀粉类主食中缺少的重要营养成分，而淀粉类是贫困人口的主要食物（FAO，2005a）。在127个发展中国家中，鱼占人类动物蛋白质摄入量的20%。在小岛国和沿海地区鱼类占90%（FAO，2005a）。尽管近几十年来，水产养殖在渔业中所占比重不断增加，但捕捞渔业[1]仍约占渔业总量的2/3。
渔业对粮食安全起到间接的贡献。渔业带来的收入可以为粮食短缺国提供购粮资金。在低收入且粮食供应不足的国家，水产品出口的收入相当于其粮食进口的50%（FAO，2005a）。
1.2　渔业对民生和经济发展的意义
据保守估计，直接从事渔业和水产养殖的人数达4350万，其中超过90%属小规模经营（FAO，2005a）。除此之外，还有一部分人承担“前沿联系”工作（如交易、加工、运输和零售等），另一部分人承担“后方联系”工作，保障后勤（如造船、织网、发动机制造和维修、渔民服务以及渔船燃料补给等）。如将这类活动考虑在内，发展中国家将有超过2亿人依赖小型捕捞业生存，另有数以百万计的人靠渔业增收（FAO，2005a）。一般说来，渔业分布在偏远地区以及乡村，因为这些地区的经济活动有限，渔业因此成为当地经济发展的重要动力（FAO，2005a）。一些渔民以此为主业，完全依靠渔业谋生，而在内陆地区和发展中国家，人们把渔业作为生计手段之一（Allison和Ellis，2001；Smith, Nguyen Khoa和Lorenzen, 2005）。渔业给没有土地和难以谋求生计的人们提供了一张“安全网”（FAO，2005a）。
从事小型渔业的很多渔民生活在贫困中，这一般是因为资源和渔业对社会最贫困阶层这一“安全网”的功能退化而导致。就发展中国家的贫困渔民而言，这的确符合从事小型渔业的渔民的部分现状。但另外两个方面，一是从事小型渔业的渔民可能比同一地区贫困人群收入稍多；二是从事小型渔业的渔民贫困情况是多方面的，与应对多种压力的脆弱程度相关，包括HIV/AIDS、政治边缘化、难以获得中心服务和医疗保障（Bene, 2003；FAO，2005a）。小规模经营的渔民，尤其是内陆渔民，也经常被边缘化，人们总是认为从事小型渔业的渔民对粮食安全和减贫贡献不大。
1.3　渔业当前趋势和现状
气候变化对渔业的影响受到动因、发展趋势和渔业产业等因素的影响，并与这些因素相互作用。
20世纪50年代以来，全球捕捞量一度剧增，后陷于停滞甚至显现下滑趋势。不少渔业资源已经或正被过度开发（Hilbon等，2003；FAO，2005b）。FAO数据显示，海洋渔业产量在20世纪80年代达到最高值。近年来，大约一半的渔业已受到最大限度开发，1/4的被过度开发、濒于崩溃或产量正在下滑，仅剩1/4有望提升产量（FAO，2007a）。
过去半个世纪，内陆渔业产量持续增长。2002年内陆渔业产量高达900万吨左右。产量增长的背后伴随着过度捕捞河湖鱼类，且已造成部分珍贵物种的灭绝。“生态系统的过度捕捞”伴随着集聚的鱼群被捕捞殆尽，渔民继而使用更小的渔网捕捞更小、价值不高的鱼群（Allan等，2005）。内陆渔业还面临污染、生境变化、基础设施（水坝和水利系统）以及外来物种和养殖鱼类的威胁（Allan等，2005）。
除鱼类种群大幅减少外，过度捕捞还导致渔民收入减少、经济发展乏力，增加种群和捕获量的不确定性，并减弱种群的恢复能力（Hsieh等， 2006）。渔业已大大改变水产生态系统，在“捕捞殆尽的食物链”的大势所趋下，高营养层级的鱼类数量下降，低营养层级鱼类数量因而增多。生态系统受到多方面影响，包括鱼类敏感生境受到干扰，如炸鱼、毒鱼和重底拖网设备的干扰。目标鱼类，甚至包括高产鱼类濒临灭绝（Sadovy和Cheung，2003），在捕捞过程中无意捕获的鱼类也使生物系统丧失多样性（Worm等， 2006; Allan, 2005），并对捕食（Myers等， 2007）、生物侵蚀（Bellwood、Hoey和Choat, 2003）、海鸟食物供给（Jahncke、Checkley和Hunt, 2004）以及养分输送（Allan等， 2005）产生影响。通过引进新的和主要的选择压力，渔业捕捞还影响鱼群遗传基因特征（Hutchings, 2000）。
很多工业化渔业因过度投资和捕捞产能过剩（Hilborn等，2003）而深受其害，无论从经济角度还是政治角度都难以控制捕捞作业规模，以适应生物生产力（Ludwig、Hilborn和Walters, 1993）。因此，即使不考虑气候变化带来的一系列改变，人们普遍认为绝大部分渔场需要减少捕捞产能并控制捕捞作业。
秘鲁鳀种群、西北大西洋鳕种群，以及印度洋和太平洋热带地区的海参渔业是典型的管理不善和过度捕捞的案例（此前已作分析。虽然在科研领域已投入大量资金但也未能缓解局势）。人们越来越意识到，需要考虑人为因素对渔业发展的重要性，需要更多关注渔业治理而不仅仅是管理。渔业管理和体制安排中一些激励措施吸引着越来越多的注意，例如，协作经营和地方化管理方案能有效整合渔民及其知识技能（Jentoft, 2006; Hilborn, 2003）。与此同时，人们更多关注生态系统，因为渔业是生态系统组成部分。渔业利益相关者的参与，以及更广泛地考虑生态系统的必要性体现在渔业的生态系统办法上（FAO, 2003a）。
渔业的另一重要趋势是商业化与全球化发展。即使是小型渔业，也会有一定程度的商业化运作，例如部分水产品的销售（Berkes等，2001）。自20世纪90年代以来，水产品国际贸易迅速发展。渔业40%的销售额和33%的销售量都通过国际贸易，其中一半来自发展中国家的出口（Delgado等，2003）。发展中国家渔业出口的收入比其他任何农产品的出口收入都高（Thorpe等，2006）。对于价值较高的海产品，例如海胆和热带观赏鱼，千里之外的国际市场需求影响着当地的渔民捕捞，在几年之内使贸易量迅速增长，渔民过度捕捞导致渔场退化（Berkes等，2006; Scales等，2005）。
1.4　渔业面对气候变化的暴露风险及敏感程度
海洋和淡水渔业易受气候变化的影响。人们已经了解渔业赖以存续的生态系统对气候变化非常敏感。例如，2007年联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）强调了水生生态系统在气候变化中面临的多种风险，包括沿海湿地退化、珊瑚白化、淡水分布和时间的改变等。IPCC还表示，海水酸化的不确定影响有可能会严重损害海洋生态系统（Orr等，2005）。与此同时，气候变化也会对渔业相关群体带来影响：渔民、捕捞地区和渔业产业集中在沿海或近海低地。随着海平面上升、极端天气事件以及人为压力，这些人群的处境岌岌可危（Nicholls等，2007a）。捕鱼社区的贫困状况和其他方面的边缘化，使其更加难以适应气候变化。水产品市场全球化的程度不断加深，带来更多市场干扰，而气候变化也会对市场造成影响。
内陆渔业的一个显著社会经济特征是季节性明显，例如在东南亚和孟加拉国（Dixon等，2003）的高产洪水冲积平原的渔业。这一特点影响渔业如何应对气候变化。由于季节性显著，内陆渔业从业者并不把自己定位为渔民，而只在旺季从事渔业，其他时候选择别的方式另谋生计（Smith等，2005）。
气候变化如何影响物理环境和生态环境？物理环境和生态环境的变化又如何影响海洋和淡水环境？这些是Barange和Perry在第一部分里探讨的核心。本文讨论的主要内容是这些路径对渔民以及他们所在社区的影响。Allison等（2005）曾就气候变化对捕捞渔业的潜在影响作过全面评述报告。本文借鉴Allison等（2005）报告的例证，但主要关注新发现、更多影响路径以及随气候变化出现的一些问题。
2．概念框架
2.1　渔业类别
不同渔业在规模、环境、物种、技术、市场、渔民、管理以及所处政治背景方面存在差异（Berkes等，2001; Jennings、Kaiser和Reynolds, 2001），这些因素决定每种渔业受到气候变化怎样的影响。简而言之，渔业可以分为大型工业化渔业以及沿岸小型渔业。表1列出了大小型渔业的主要不同特点（这些特点与其如何受气候变化影响有关）。从事小型渔业的渔民占渔民总数99%，其捕获量占全球海产品捕获总量50%左右。
表1　不同规模渔业之间普遍存在的差异
从事鱼粉和鱼油加工的渔业与提供食物的渔业有明显区别，因受不同市场因素影响，对社会的作用也不同。内陆淡水渔业与海洋渔业所依赖的生物物理系统有区别。但本文主要探讨气候变化对渔民的影响，而非对生物物理机制的影响。因此本文讨论的脆弱性和贫困问题对于小型沿海和内陆渔业（后者通常是小型的）同样适用。
2.2　脆弱性和恢复力
脆弱性已成为探讨气候变化一个关键概念。其定义就是群体或个体对气候变化的敏感性。脆弱性通常因多种压力而加重。这表明人和各种系统受到的气候变化影响由以下因素决定：外部环境威胁、决定这些威胁的内部因素，以及人和系统如何动态应对气候变化。IPCC定义“脆弱性”为“系统内气候变率特征、幅度和变化速率及其敏感性和适应能力的函数”（McCarthy等，2001：995页）。图1显示了上述因素，同时阐明影响和脆弱性之间的重要区别。
图1　脆弱性的概念模型
个人、社区或更大规模社会群体的脆弱性取决于其对于外部压力的应对能力。外部压力可能来自环境变化，或来自本地区之外的经济或社会力量带来的变化。脆弱性是综合概念，取决于自然、社会政治、地理等多方面因素的综合影响。贫困、不平等、食品短缺、冲突、疾病和全球化等非气候因素会使脆弱程度加深，因为这些因素会影响个人、社区或系统的暴露程度、敏感性和适应能力（Adger等，20007）。
与脆弱性和适应能力相关的概念是恢复力。恢复力越来越多地被运用到社会生态系统（SES）管理中，例如对渔业的管理。在应用恢复力这一概念时，通常认为相关的SES是“复杂的系统”，而这种复杂系统导致不确定或意外现象，包括路径依赖、多稳态、临界点以及受到不同行为急剧变化扰乱的稳定期。系统恢复力并不是系统抵御变化的能力，而是强调干扰、重组和更新的重要性。正是由于恢复力的概念是动态的，因此在考量气候变化对复杂系统（如渔业）所产生的不确定影响时，恢复力是重要的应用概念。社会生态系统的恢复力包括：社会学习、知识体系、领导力、社交网络和应对干扰、适应变化，以及调节系统的恢复力，以使其保持在一个理想状态的机制（Folke, 2006）。因此，恢复力可看做是吸收扰动的能力和保持系统的基本机能、自我组织并重建学习的能力。在发展中国家，水产生产的恢复力定义是：在遭遇压力和扰动后缓冲震动并进行重组，同时仍能促进减贫的能力（Allison、Andrew和Oliver, 2007）。
2.3　渔业、贫困、生计及渔业所处的社会经济背景
插文1
可持续生计框架下的生计资产
自然资产：自然资源储备（土壤、水、空气、遗传资源等）以及环境服务（水文循环，污染汇等），对生计有用的资源和服务都来源于此。
物质资产：经济生产过程中产生的资本称为物质资本。它指的是基础设施和维持生计所需的产品。
经济资产或金融资产：实现任何一种生计策略至关重要的资本基础（比如现金、信贷、存款和其他经济资产）。
人力资产：实现不同生计策略所需要的技能、知识、劳动能力、健康和体能。
社会资产：人们要实现不同生计策略需要协同行动时，可以利用的社会资源（社交网络、社会诉求、社会关系、亲属和社会团体）。
2.4　气候变化和气候变率
渔业经常受多变气候的影响，包括少见的极端天气情况，比如上升流减弱、飓风、洪水等。气候变化带来的可能是越来越频繁的极端天气情况，而不仅是不断升高的气温。因此分析渔业面对气候变化的反应和适应发展，具有现实意义。未来的气候变化会变成：我们熟知的天气现象以越发恶劣的形式出现。这种设想可以用来指导我们的政策和行动以应对短期气候变化影响，但同时我们也必须认识到气候变化“引爆点”可能发生，一旦引爆，就会置社会生态系统于截然不同的处境，同时也会使渔业的可持续发展和管理面临新的问题。
2.5　分析单位和规模
针对渔业许多不同的方面（比如可持续的鱼类产量、渔民生活水平、经济状况、粮食安全、生计等），受气候变化影响、对渔业的脆弱性和适应能力可进行不同规模的评估（比如国家、社区、领域、家庭和个人层面评估）。每一个层面受气候变化的影响不同。举例来说，为应对产量减少而停止捕鱼，从保持可持续产量角度是有利的，但如从捕鱼社区的生活来考虑则不然。分析的规模也会对分析结果产生影响。例如，国家层面的数据能表明一些经济体对特定影响的脆弱性，但却无法说明国家内部的个人或者社会群体的脆弱性，因为在国家层面的统计数据中没有得以体现。本文以渔民及其社区为主要分析单位，从不同的规模层面分析脆弱性。
3．渔业与减缓气候变化
3.1　渔业加重了温室气体排放
3.1.1　渔业作业中的温室气体排放
插文2
冰岛：把提高渔业能效作为节能减排的策略之一
在一些国家和地区，渔业工业化程度很高，而且国家或地区经济也严重依赖渔业的发展，在这些地方渔业相关活动中的碳排放很高。在冰岛，捕捞产品和加工的水产品出口占2001年出口总量的40%，而冰岛温室气体总排放量的26%来自渔船使用的化石燃料。冰岛政府的目标之一就是通过节能教育、为渔船配备最好的技术、减少使用HFC冷却系统以提高渔业能效。
资料来源：冰岛环境部（2003） http：//unfccc.int/resource/docs/natc/icenc3.pdf
3.1.2　减少渔业作业过程中的温室气体排放
随着不断上涨的燃料价格压力，渔业必须提高燃料效率才能继续盈利。例如，可以转向效率更高的渔船或装置，如由原来的单拖网改为双拖网（Tietze等，2005）。但据估算，此类措施只能将燃料使用量减少20%（FAO，2007a）。从事小型渔业的渔民也可以通过提高渔船效率、使用帆船或者改变捕鱼方式来降低能耗。
3.1.3　贸易过程中的温室气体排放
据FAO估算，2004年全球水产品贸易量达到5300万吨，包括捕捞渔业和水产养殖产品（FAO，2007a）。运输过程必然排放温室气体。价格昂贵的水产品，如金枪鱼出口到日本通常通过空运完成，因此产生的温室气体更多。据估计，通过空运出口到美国、欧洲和亚洲的鱼类产品分别为20万吨、10万吨和13.5万吨（Conway, 2007）。渔业为区域航空货运作出了很大贡献。鱼类、软体类、甲壳类海产品是1997年从新西兰通过航空运出的最为频繁的货物（新西兰统计数据，2007）。1996年从大不列颠哥伦比亚空运出的货物10%是渔业产品（大不列颠哥伦比亚省，1998）。
尽管在21世纪初，全球水产品空运数量快速上升，但之后陷于停滞。原因可能有来自其他空运货物的竞争，航空公司不愿再运输水产品，而且采用冷藏集装箱运输冷冻水产品成为趋势（Conway, 2007）。空运每千克水产品排放的温室气体比海运高很多倍。Saunders和Hayes （2007）对农产品运输（温室气体排放）系数进行了估算，该系数与水产品运输相关（尽管使用冷藏会导致运输排放更多温室气体）。据估算，如果水产品消费区距产地400千米，则洲际空运水产品每千克排放8.5千克二氧化碳，是海运的3.5倍和本地运输的90多倍（表4）。
表4　农产品不同运输模式导致的二氧化碳排放
假设洲际水产品运输每千克排放的温室气体与洲际运输农产品相当，那么空运到美国、欧洲和亚洲的43.5万吨水产品（Conway，2007）排放3.7百万吨的二氧化碳，相当于渔船作业排放量3%～9%。其余以非空运方式运输的5250万吨水产品排放的温室气体取决于运输距离和运输方式。从表5中短途卡车运输和非大宗海运数据看，运输5250万吨水产品排放的二氧化碳在300万～34000万吨，相当于渔业作业排放量的2%～780%。
表5　气候变化对渔业的潜在影响
显然，需要更多关于运输方式的信息才能对运输排放进行准确估算，但是运输导致的排放与渔业作业排放完全可能会一样严重。如运输效率不变，空运和陆运比例不变，水产品在全球范围的运输导致渔业二氧化碳排放量增加。但如采用大宗海运或本地消费方式，水产品运输造成的总排放量将会下降。
3.1.4　渔业在其他方面对减缓气候变化的贡献
研究者对利用加工过程的废弃产品，制造生物柴油已进行了初步研究。如果可以利用大量鱼脂，此类研究可能提供化石燃料的替代品，生产生物柴油。例如，位于洪都拉斯的一家罗非鱼加工公司利用废鱼脂发电，为汽车提供动力（Tony Piccolo,个人交流）。这主要是利用加工过程产生的大量废料。考虑到鱼类营养价值，对于典型的捕捞渔业，利用废物的做法难以实施，除非有大量废物供使用。
3.2　全球减排行动对渔业的影响
目前航空和海运不参与任何碳排放交易体系。因此，使用本国领海范围之外燃料供给的远洋渔船不属于碳排放交易范围之内，而且也不必缴纳国内燃油税。与此相反，在国家专属经济区作业的渔船却必须缴纳燃油税，而且纳入交易机制内。2012年后《京都议定书》谈判之时，空运和海运也许被纳入进来（EEA, 2008），这将对渔船的温室气体排放和燃料使用产生影响。
绝大部分的渔业作业完全依赖化石燃料，因此，一旦燃料供应短缺或价格上涨，渔业将受到严重影响。例如2004年和2005年柴油价格成倍上涨导致渔民的燃料成本翻倍，许多个体渔民亏损严重。
由于全球40%的渔获量在国际市场交易（Delgado等，2003），因此运输成本增加（征收碳税或采取其他减排措施）会影响市场，并有可能导致渔业利润下降。同时，由于水产品进口成本上升，贫困进口国的粮食安全也会受到威胁。
4．气候变化对渔业的影响
4.1　潜在影响和影响路径
气候变化可以通过多种路径和动因对渔业产生影响。图3表明，气候变化带来直接和间接的影响，受水生生态系统过程影响，也受政治、经济和社会系统影响。本文重点关注气候变化对渔业活动、渔民和渔民社区的影响。
图3　气候变化对渔业的生态影响、直接影响和社会经济影响及举例
研究者已了解到气候变化对渔业产生的广泛间接生态影响，还有直接或间接的社会经济影响（表5, Allison等，2005）。在本文第一章中，Barange和Perry总结了气候变化对水生生态系统造成的生物物理影响。这些影响在许多气候变化和渔业研究中都是关注的重点，原因是气候变化和渔业科学都与自然科学联系紧密，而且气候变化导致的间接社会经济影响十分复杂。插文3的案例显示，气候变化的社会经济影响比生物物理和生态影响更大，在偏远渔区较为突出。
4.2　气候变化对不同规模渔业的影响
4.2.1　小型和手工海洋渔业
插文3
经济社会动因对斐济捕鱼社区的重要性
劳岛坐落在斐济东南部，地处偏远，面积狭小，岛上交通不便。劳岛是斐济最传统的小岛，岛上大部分家庭以捕鱼为生。
2000年，海水升温导致大面积珊瑚死亡，棘冠海星大批出没造成珊瑚白化。可想而知，依赖这些珊瑚的渔业和当地社区受到直接影响。然而，2006年在当地进行的一项社会经济调查发现，虽然一些渔民意识到珊瑚白化和海星出没现象，但很少有人认为这对鱼类种群会造成威胁。大多数渔民没有意识到鱼类数量的减少，因此也没有人根据这种变化来调整捕鱼活动。虽然这些社区地处偏远，而且以捕鱼为生，人们生活状况的改变很大程度上是由出口产品的市场商机决定（作为礼器的雕花木碗），而不是因气候变化造成珊瑚白化和海星出没所带来的生态影响。
资料来源：Turner等， 2007。
4.2.2　大型海洋渔业
世界许多最大型的渔业（最著名的是占全球上市量10%以上的秘鲁鳀渔业）以上升流生态系统为基础，因此极易受气候和水流变化影响。例如，过去10年，受厄尔尼诺现象的破坏，秘鲁鳀年捕捞量波动幅度很大，从170万吨到1130万吨之间不等。
大规模的变化影响着物种分布，进而影响生产系统。例如，根据预测，太平洋金枪鱼鱼群将向北迁移，这会导致相关产业的损失。因为现存的基础设施（例如码头设施和加工厂）将不再靠近新的渔场。此外，鱼群和捕捞量的分布变化也能跨越国界。
缺乏界定清晰的、稳定的资源界线为气候变化背景下的渔业管理带来了特殊挑战。鱼类种群分布变化和传统及新型捕捞物种丰富程度的波动可能干扰目前的配额安排。例如，由于海水表层温度和环流模式造成太平洋鲑分布变化，已导致美国与加拿大在管理协议上的分歧（太平洋鲑条约，Miller，2000）。同样，据预测，太平洋群岛的温度变化可能致使金枪鱼资源的空间分布在太平洋范围内向更高纬度转移，从而在受限于各自专属经济区的外国商业捕鱼船只和本国商业捕鱼船只之间引发关于金枪鱼的冲突（世界银行，2000）。此类问题还会出现在地方管辖、传统管理区或领土权等行政区划范围内。
僵化的空间管理方法，例如永久关闭某些区域以保护产卵区或洄游区、基于专属经济区界线的管理方案或跨国渔业管理协议等，可能不适用于新的鱼类种群空间分布。临时管理措施（例如禁渔期）也可能因目标种群的季节性随气候机制变化而失效。
工业化渔业也易受海平面上升和极端气候频率和强度增加带来的直接影响。如同小型渔业，捕鱼活动可能直接遭恶劣天气影响，而极端气候会摧毁船只和岸边基础设施。大型船只所需的城市港口和设施可能受到影响。越来越多的大型沿海城市，尤其是在亚洲发展中国家的此类城市，面临着海平面上升和极端气候的威胁（Nicholls等，2007a）。
工业化渔业受到的间接社会经济影响包括弱势群体的大量涌现或健康状况恶化，进而影响就业、市场或加工设备。鱼粉源自捕捞渔业，主要用于水产养殖业。气候变化可能导致捕捞渔业的损失，但据当前预测，对鱼粉和鱼油的需求量在近期内还会持续上升（Delgado等，2003）。
对一些渔业产业来说，也存在积极的间接影响，即竞争全球市场的其他渔业产业出现下滑。例如，厄尔尼诺现象期间，上升流使东部太平洋渔业产业受到不利影响，但丹麦渔民对波罗的海鲱的定价几乎达到历史最高，因为就鱼粉生产而言，鲱非常有竞争力（MacKenzie和Visser，2001）。
4.2.3　内陆渔业
插文4
降雨量与非洲内陆渔业
马拉维的高产浅湖奇尔瓦湖每年支撑着1000万美元的鱼类贸易。然而，降水量的变化导致整片湖水出现周期性干涸，时间轴显示出渔业产量与湖水水量紧密相关。在旱季，一些渔民转向耕田、畜牧和其他行业维持生计，而一些更富有、更专业的农民则迁居到其他的湖泊渔场。
资料来源：根据Turner等人研究的基础，2007。
4.3　市场和贸易影响
气候变化对加工和贸易的直接影响也会对渔业造成影响。例如，卡特里娜飓风过后，美国密西西比河流域的渔民无法捕鱼和销售，或购买燃料和冰块（Buck，2005），而1998年秘鲁暴雨摧毁了公路网，致使当地渔民无法进入他们的常规市场（Broad、Pfaff和Glantz，1999）。
在受洪水影响的地区，由海洋变暖、生态转移和经水传播的人类病原体（如霍乱弧菌）而导致的赤潮、贝类中毒和雪卡毒素中毒事件，可能引发污染恐慌。这些因素会对渔业市场产生不利影响（Patz，2000；Hales、Weinstein和Woodward，1999），尽管这种影响尚不确定。
4.4　潜在的积极影响
除消极影响外，气候变化也可能为一些渔业创造机遇，带来积极影响，尽管多数文献没有具体讨论这些积极影响。在本文第一章，Barange和Pery强调了可能提高渔业产量或形成渔业全新发展的若干机制。在内陆水域，由于洪泛区面积扩大带来的渔业增长可能抵消部分农业或其他经济活动的土地损失。在秘鲁，上升的表层海水温度给小型手工渔民的中上层渔业带来消极影响，但也带来各种（亚）热带迁入鱼群，扩大了一些种群的分布地带，这充分表明气候变化为渔民及其社区带来的新机遇。事实上，1982-1983年和1997-1998年厄尔尼诺现象期间，秘鲁出现了帕那米克省的对虾和岩龙虾（Arntz，1986；Arntz等，2006）。这些物种以及鲯鳅、金枪鱼和钻石鲨为手工渔业创造了新的经济机遇。
一个极端案例是北冰洋冰川融化可能为渔业创造一片全新开放的水域。虽然没有预先的治理措施，且存在不确定性和缺乏经验的挑战，但同时也给渔业带来机遇。渔业在出现产能过剩之前，应制定预防管理措施。经济、渔业部门、社区、个人和管理系统的适应能力也将决定其最大化利用新渔业带来的机遇的程度。
4.5　已观测的影响和未来影响
4.5.1　已观测的气候变化和气候变率的影响
插文5
气候变化对秘鲁鳀渔业的影响
秘鲁渔业捕捞量的95%由工业化渔业完成，其中主要物种为中上层种群，例如鳀（秘鲁鳀）。另外，这一行业是仅次于采矿业的第二大外汇来源，2001年出口11.24亿美元。但秘鲁鳀的捕捞量变化极大，受温暖的厄尔尼诺－南方涛动，即通常称为厄尔尼诺带来的种群波动的影响。厄尔尼诺现象降低了秘鲁沿岸的上升流，进而影响为秘鲁鳀提供养料的自然过程，造成秘鲁鳀生物量大大减少。1998年厄尔尼诺现象期间秘鲁鳀生物量预计为120万吨，是20世纪90年代的最低值（Niquen和Bouchon，2004）。1997-1998年厄尔尼诺现象期间，渔业总体捕捞量与1996年相比下降55%（CAF，2000）。据估计，渔业直接成本为7370万秘鲁索尔，即2630万美元（1998年汇率），给秘鲁的国际收支平衡带来了大约840万索尔的赤字（CAF，2000）。由于秘鲁是世界主要鱼粉和鱼油生产国，因此秘鲁鳀种群波动不仅影响秘鲁本国，还对全球水产养殖业的饲料市场产生影响。
虽然在东太平洋上升流水域，秘鲁鳀和沙丁鱼种群的减少对渔业产业产生了不利影响，但丹麦渔民对波罗的海鲱的定价接近历史最高，因鲱是有竞争力的生产鱼粉的物种（MacKenzie和Visser，2001）。而且，秘鲁的气候变化并不总是意味着消极影响鱼粉业；拉尼娜现象（海水表层温度下降）已提高了秘鲁鳀捕捞量和工业化渔业的收入（Ordinola，2002）。
插文6
珊瑚白化对西印度洋渔业的影响
珊瑚白化是石珊瑚和相关有机物由于压力（包括反常的高水温）而失去组织内共生海藻的一种生物现象。结果是珊瑚呈现白色。珊瑚可能会复原，但也会因严重白化或时间过长而死亡。西印度洋的珊瑚礁受1998-1999年厄尔尼诺现象影响，白化严重，2005年又一次遭受白化。塞舌尔群岛的内礁表现出严重的生态后果。活珊瑚覆盖面从27%下降到3%，礁盘鱼类种群消失（Graham等，2006）。但是，渔业捕捞量数据和目标种群生物量调查尚未显现出受白化的影响（Grandcourt和Cesar 2003；Graham等，2007）。这可能是因为死亡珊瑚结构仍为鱼类提供栖息地。死亡珊瑚随后开始腐蚀，直至消失。2005年的生态研究发现小鱼的丰量降低。这可能显示出白化对有重要商业价值的鱼类影响的滞后性，最终，死亡珊瑚的腐蚀影响此类鱼的补充（Graham等，2007）。
4.5.2　未来50年内可能出现的影响
在下个世纪，目前的气候变化趋势将有所加强（IPCC，2007）。预计气候变化将更严重地影响水生生态系统，并将对渔业领域、市场和社区带来直接或间接影响。珊瑚白化引起的珊瑚死亡很可能在未来50年内出现，随之影响礁盘渔业产量，还可能因珊瑚退化而影响海岸保护。海平面将持续上升，到2100年将再上升20～60厘米，引起极高海浪、更大的洪水威胁和沿海栖息地的不断消失。
除了当前趋势的递增变化，沿海区域和渔业等复杂的社会和生态系统可能在一些强制变量超过阈值时表现出飞跃的质变（Scheffer等，2001；Lenton等，2008）。除了这种系统的非线性变化，由于对引起更急速变化的机制并没有完全掌握，研究者可能会得出渐变的假设。例如，IPCC最初预测格陵兰冰盖将在1000年内融化，但最近的观测显示，由于冰川塌陷机制并未包含在预测之内，融化过程实际上正在以更快的速度进行（Lenton等，2008）。与此类似，对渔业的社会和生态系统变化预测可能是根据对机制和潜在“引爆因素”的不完全理解，而这些因素可能引起突发或不可逆的变化。因此，气候变化可能在沿海系统中引起突发、意外的不可逆变化（Nicholls，2007）。众所周知的西北大西洋北部鳕渔业崩溃（与气候无关）证明，正是由于长期过度捕捞导致渔业产量出现突发、意外的不可逆损失。因此，现有的线性趋势观察方法不能用来准确预测未来50年内的影响。
4.5.3　气候变化在其他趋势背景下的影响
未来气候变化对渔业的影响需要考虑社会中可能出现的其他重要变化，即不受气候变化影响的因素，例如市场、技术和管理的变化（Garcia和Grainger，2005）。渔业所处的背景在不断发生变化，这可能意味着，通过分析未来气候变化对渔业系统现状的影响，无法预测气候变化的影响。未来气候变化可能以不同形式对渔业现状产生影响。例如，假设通过对生态系统进行激励的参与式经营方式，并采取更有效的执行模式来更好地管理渔业（Hilborn等，2003），那么鱼类将更有能力来抵抗生物物理因素对繁殖的影响，渔业生态系统也将更好地适应变化。在一个对水产品需求不断增加、价格持续上涨、渔业日益全球化的世界里（Delgado等，2003），商业渔业可能在产量下降的情况下保持盈利。但是，贫穷国家的生计渔业和当地市场可能对富有国家需求变得更敏感，随着供出口的水类产品增多，穷国渔业对粮食安全的贡献可能会越来越小。
4.5.4　协同作用的影响
关于气候变化影响的文献（包括本文）必然会列出不同的影响，但意识到多种影响潜在协同作用和累积作用也同样重要（插文7）。
4.5.5　影响的不确定性
插文7
湄公河三角洲渔业所受的多重影响
湄公河三角洲下游有1000多种鱼类，捕捞量为150万吨，4000万人以渔业为生。这些渔业受到诸多气候变化的威胁，包括降水量变化、冰雪融化、海平面上升，这些对三角洲的生态系统和人类居住地都将产生影响。
除了这些相互作用的气候影响，三角洲渔业受到的最主要影响来自人类活动，包括过度捕捞、土地利用变化和水文破坏。未来洪水频发可能提高渔业产量，但保护性的防洪减灾措施可能会因减少洪水而降低渔业生产力。
资料来源：Easterling等，2007。
4.6　地区、群体和热点地区的脆弱性
4.6.1　易受潜在影响的地理区域
迄今为止，大气温度上升的最高变化都出现在高纬度地区，随着未来气候变化，这种情况仍可能继续。然而，较难预测水温变化，而且受洋流变化影响。只有一些气候对渔业的作用受温度变化影响，因此在气候预测中，预测大气温度变化对潜在影响来说作用并不大。例如，在渔业依赖上升流的低纬度地区，珊瑚礁系统或易受影响的淡水水流可能比变暖的高纬度地区更易受气候变化影响。
政府间气候变化专业委员会（2007）的预测显示，热带风暴强度将加大，显著影响热带风暴区的捕鱼社区和基础设施（图5）。有可能但仍不能确定的是，现有热带风暴带将会扩大，而且会影响更多区域。在这种情况下，对较少遭遇热带风暴袭击的社区来说，如果缺乏适当基础设施设计、早期预警系统和基于先前经验的知识，这些社区在热带风暴来临时将更加敏感。
图5　热带气旋的频度
位于三角洲、珊瑚礁和多冰沿海地区的捕鱼社区将尤其易受海平面上升及相关洪水、盐水入侵和海岸侵蚀等威胁的影响（Nicholls等，2007a）。
4.6.2　脆弱的经济体
人们通常会认为，与经济和人类发展水平更高的国家相比，热带地区的发展中国家适应能力较低。这是因为后者的资源可用性较低，也缺乏提高适应能力的机构。
研究者对132个经济体的渔业受气候变化影响的程度进行了国家层面的分析，考虑了预测气候变化、经济体对渔业破坏的敏感度和适应能力等方面。这体现在社会发展和国家GDP统计数据中（Allison等，2005）。根据所得指数，西非和中非国家（发展水平低，水产品消费高）、南美西北部国家（较大捕捞量）和4个亚洲国家最脆弱（图6[2]）。只有俄罗斯和乌克兰这两个高纬度国家因变暖幅度较大和适应能力较低而显得较为脆弱。
图6　国民经济对气候变化影响渔业的脆弱程度比较
“低”是指每0.002度发生的气旋次数每3年不到一次，“中”是指每0.002度发生的气旋次数介于每3年一次到每年一次之间，“高”是指每0.002度发生的气旋次数为每年1～3次。单位0.002度（dd2）在赤道上相当于25千米2，随纬度升高而降低。
分析强调，尽管预计更大程度的气候变暖会出现在较高纬度地区，但提高非洲国家的适应能力也同样重要。虽然该分析开创了渔业对气候变化脆弱性的研究，但仍存在一些局限性。首先，大气温度升高被看做是受气候变化影响的一个指示器，但极端事件或非温度调节影响也可能是最重要的因素。其次，数据可用性未包括大部分发展中小岛国，因此预测这些国家脆弱性较高，因其高度依赖渔业、适应能力较低，而且经常受到极端事件影响。最后，在国家范围内的分析需要对国家进行概括分类，这就可能遗漏一些热点的地区性脆弱部门或社区。
要明确脆弱性地区的大范围分布，更详细地预测极端事件的可能性，需要更好地研究水文学和海洋学特点。英国自然环境研究委员会（NERC）发起的Quest-Fish项目综合了地球科学和生态学，超越对未来大气温度变化的应用，更好地归纳出气候变化影响的特点（web.pml.ac.uk/quest-fish）。同时，项目使用更高的分辨率，并运用地区性资源的应用数据来详细分析水产品消费和贸易、渔业生产和贫困的敏感度和适应能力。
4.6.3　社区的脆弱性
脆弱性也可以通过地方性数据来分析。例如，McClanahan等（2008）研究出适应能力指数，重点是位于西印度洋的5个国家（肯尼亚、马达加斯加、毛里求斯、塞舌尔、坦桑尼亚）中29个沿海社区的渔业生计损失。这一指数包括8个对于适应能力十分重要的变量，每个变量的相对重要性由这一地区的专家来判断。因此，从国家发展数据中可以大致预测出相应的社区排名（图7），但马达加斯加的社区除外（该国在5个国家中发展水平最低）。由于马达加斯加的职业流动性、“衰退反应率”和“社会资本”较高，其排名比更富裕国家的社区更高。因此，适应能力受到一系列因素的影响，富裕程度并不是一个完备的指标。
4.6.4　社会中的脆弱群体（脆弱性的人口变化）
同一社区中不同个体有着不同的脆弱性，某些群体尤其脆弱。图8与图7采用相同数据，但图8说明了每个社区和国家的家庭适应能力。家庭适应能力的差别与社区之间，或国家之间的差别一样，说明了国家、社区和家庭层面的适应能力变化方式。
图7　非洲东部29个社区的适应能力评估
图8　印度洋西岸五国社区内单个家庭适应能力指数分布
脆弱性常常被认为与贫困有关。2005年8月，侵袭新奥尔良州的卡特里娜飓风显示出穷人是多么容易受到伤害，即使在最富裕的国家也是如此。在飓风来临前，包括大量非洲裔美国人在内的贫困家庭及时撤离的可能性更小，因此伤亡人数更高，在房屋、教育和心理方面遭受的影响也更为严重（拯救孩子， 2007）。社会中较贫穷的人获得保险和早期预警信息的可能性也最小。
适应能力是参考七项家庭层面的变量和一项社区层面的变量（基础设施）而评估的综合指标。
“衰退反应”是反映从一个衰退的渔场撤离的渔民的比例的指标。
除容易受自然灾害的伤害外，社会中最贫穷的人常常被认为拥有更少的适应能力来应对生活的变化和生计手段的恶化。以渔业为例，在肯尼亚，较为贫穷家庭的渔民遇到渔业衰退时，更容易陷入困境（插文8）。
除贫困外，个人因素也影响脆弱性。例如，女性更容易受自然灾害和气候变化影响的伤害，这是因为她们待在家附近的时间更多，灾害发生后照顾家人的负担更重。
人们认为，在许多社会，女性适应能力低于男性。例如，她们的经济选择更少、获得教育的机会更少、无法享受更多的权利和资源、灾害过后要承受更多照顾家人的负担。女性当家做主的家庭则尤其容易受到伤害，这些家庭常常是社会最贫穷的家庭。对2004年印度洋海啸带来的影响所进行的研究阐释了背景因素的重要性（Oxfam国际， 2005）。在整个沿海灾区，女性死亡人数大于男性，在某些社区，女性死亡人数是男性的2～3倍。诸多因素导致女性更易受灾害的伤害，其中一些因素基于特定地点和背景，如游泳能力、身体素质、保护和照顾老人小孩的需要等。在某些地方，由于女性负责水产品加工和销售，当海啸来袭时，许多女性正在岸边等着渔船归来，这导致女性死亡人数高于在海上作业的男性。当然，上述不同的死亡方式对救灾、重建及家庭和社会受到的长期影响有着重大意义。但是，严谨的实证研究并不多见（Vincent, 2006），因此，各种材料中充斥着笼统的概况和未经证实的假设。例如，在诸多情况下，女性有可能获得丰富多样的社会资本，这可能会大大帮助她们应对某些方面的影响或极端事件。
4.6.5　对脆弱性的认识差异
插文8
肯尼亚渔民在家庭社会经济方面的适应能力
一项对于因捕捞量减少，肯尼亚渔民退出渔业意愿的研究发现：由于捕捞量锐减到一半，渔民称自己可能会退出渔业，这与家庭层面的社会经济变量之间关系密切。来自更富裕家庭的渔民（由物质生活方式、房屋物资和渔具所有权而决定）更有可能称自己会退出渔业。家庭层面的生计机遇同样意义重大，退出的可能性与家庭中从业人数关系密切。
本图描绘了财富、家庭从业人数和渔民声称将退出渔业以应对捕捞量减少至一半的可能性之间的数据关系。各个点显示了实际数据，各条线显示二元逻辑式回归分析法得出的关系。
资料来源：Cinner等，2009。
5．渔业对气候变化的适应性措施
5.1　渔业适应性措施的范例
5.1.1　渔业管理的适应措施
大多数渔业管理仍然只是在较小程度上基于最大可持续产量或种群产量这类固有观念。例如，近来北海底层鱼渔业得以治理，以使鳕生物量恢复到15万吨。尽管气候对鳕的繁殖确有影响（Anonymous, 2007），但目前并没有正规的策略将环境过程纳入管理目标和措施。由于气候变化加大环境的变化，因此更多的渔业管理者将不得不认真考虑这些变化，并超越对特定资源的静态管理。这些变化显示出，对渔业采取生态系统的管理方式更有必要，即要采取一种实现渔业可持续发展的、全面整体的多方参与方式（FAO，2006）。
5.1.2　机制在适应方面的作用
从最广泛的层面来看，机构代表着正式或非正式的传统、规定、政府体系、习惯、准则和文化。技术性适应方式会低估机构在促进或限制适应措施方面的重要性（尤其是非正式机构）。例如，为适应鱼类产量下滑，可以利用传统方式或考虑其他生计手段，然而在退出渔业时，一些渔民愿意考虑的、与渔业相关的文化认同可能会限制适应措施（Coulthard, 2009）。大量的文件资料记录了当地资源管理机构促进共享资源管理的事例，并建议这些机构采取适应性的和可持续性的管理（例如Berkes、Colding和Folke, 2000; Ostrom, 1990）。
然而，面对气候变化日益加剧的影响，这些机构会阻碍适应性管理所需的灵活性（Coulthard, 2009）。正规机构同样也会限制适应措施。例如，在秘鲁建立捕捞权管理机构以改善扇贝资源管理，这可能会阻止应对厄尔尼诺冲击的未来迁移计划（插文9）。纽芬兰渔业加强了对渔具和整个行业的管理法规，这意味着当鳕数量减少时，曾经捕捞多种鱼类的渔民，现在只能捕捞鳕，他们会因此陷入衰退的鳕鱼业，无法从规模不断扩大的贝类渔业中获利（Hilborn等，2003）。
插文9
秘鲁扇贝渔业中个人和机构对气候变化的适应
厄尔尼诺和拉尼娜气候现象的交替影响了秘鲁海岸的涌升流上喷程度和海水温度，造成重大波动。秘鲁的扇贝渔业容易受到这些波动的影响。渔民对这些波动采取快速灵活的非正规适应措施，而且常常会在厄尔尼诺现象导致的产量出现相反波动的两地之间迁移。与此相反，正规的渔业管理机构应对波动反应较为迟缓，并且其吸取教训的能力较为有限。但是正规机构必须考虑大规模的长期性因素，以防止无效的适应措施，如不可持续的措施。
资料来源：Badjeck, 2008；Badjeck等，2009。
5.2　增强渔业的适应能力
5.2.1　不确定性、突发性和总体适应能力需要
气候变化的本质和趋势及其带给渔业的冲击具有极大不确定性。渔业体系具有适应能力和恢复能力，对渔业进行投资似乎是支持未来适应性措施的良好策略，虽然目前这种适应性措施还无法预见。拥有灵活公正的机构，且管理良好的渔业有着更强的适应能力。例如，采取生态系统的办法会大大增强适应能力，为应对气候变化的影响作好准备。
许多渔民在遇到气候变化影响时，容易受一系列干扰，降低适应能力（FAO，2007c，d）。例如，解决捕鱼社区边缘化、易感染艾滋病和其他疾病，以及资源安全缺乏等问题可以看做是应对气候变化冲击的预防措施。
5.2.2　此类问题以前是否出现过？
在实现鱼类资源的可持续性、提升渔民福祉和减少渔民脆弱性等方面实施良好管理会增强整体适应能力。因此，努力建立公平和可持续的渔业或许能加强捕鱼社区适应能力，这也是渔业管理的目标。人们也一直认识到，渔业管理必须考虑渔业内在的不确定性，这是由气候变化、补充量变动和渔业在生态和社会层面的不确定联系造成（例如Charles, 1998）。
因此，通过增强鱼类资源和捕鱼社区的恢复能力，考虑不确定因素来适应气候变化，是良好渔业管理实施的效果，也是过去10年推荐的管理模式。但气候变化也提出了一个问题，即是否需要新的干预措施来促进适应性措施。
尽管这些挑战并不陌生，但面对气候变化，渔业可能需要增加资源并加大力度来适应变化。大多数渔业管理仍然缺乏可持续性和公平性，没有考虑不确定性因素。气候变化可能导致系统的突发变化，带来新挑战。变化规模会使“良好渔业管理”的现有方式难于应对。更为贫穷、遭到边缘化和最易受影响的渔民和捕鱼社区可能需要更为集中的适应性措施，超过此前的国际发展援助。国际金融机制旨在联合国气候变化框架公约原则下支持适应性措施。例如，这些机制为贫穷国家制订国家适应行动计划，提供资金支持。因此，特别的适应性措施获得了意义重大的资金支持，但这些并不足以支付适应变化的高额成本，同时，确定气候变化适应措施及资金问题会使资金的分配复杂化，这与增强总体适应能力有所不同（Ayers和Huq, 2009）。
6．结论
气候变化对渔业和依赖渔业生存的人们具有深远影响。正如在气候变化学中常见的那样，有关气候变化对水生生态系统的生物物理影响已有了庞大的知识体系，但关于渔业的社会经济方面如何调节这些影响，及适应性措施应如何进行等问题，却没有多少知识可借鉴。回顾诸如气候变化等领域的知识，我们会感觉到：渔业在人文方面的变化带来的影响（供应、需求、技术和管理集体资源的能力）与气候变化给捕鱼社区生计方式的脆弱性带来的生态影响或直接影响意义同样重大。
渔业易受气候变化的影响并不仅仅是由变化或影响的程度决定，同时还由个人或渔业体系的敏感性及其适应能力所决定。适应能力依靠多种资产，也会受诸多因素限制，如文化和边缘化程度。我们已经分析了可持续生计框架的贡献，以了解渔业生计功能、表现并客观衡量渔业背景的重要性。
政府、民间社会和国际组织在气候变化方面的首要责任是大幅减少温室气体排放（GHG），这是因为气候变化的长期后果十分复杂、难以获知，而且不可逆转。许多被边缘化的群体可能最容易受气候变化的影响。由于捕捞作业和运输依靠化石燃料，渔业排放了大量的温室气体。但通过改善技术和资源管理，可以减少渔业的排放。过去的全球排放已经意味着气候变化将影响海洋和淡水系统及捕鱼社区。因此，政府有责任加快适应性措施，对那些由于敏感性或缺少适应能力而容易受影响的群体尤其应当如此。因此，应开展必要的研究：
●明确最易受影响的个人和社区；
●调查研究可能由政府推动的适应性措施；
●考虑非官方适应性措施的局限性；
●寻求能够长期减少脆弱性的有利适应性措施，而不是可能增大脆弱性的短期应对策略。
分析气候变化对渔业的潜在影响，这一过程表明公共政策在适应性措施方面的作用：减少脆弱性、提供信息以制订并推动适应举措、确保适应行动不会对其他生态系统和渔业的生存带来长期消极影响。
推动适应性措施的首个基本原理是保护沿海地区的渔业和社区中应对能力最差的群体。例如，遭遇气候变化的沿海地区常常面临渔业全球化带来的多重压力。若在发展中国家，还面临公共基础设施缺乏、疾病负担较重及限制适应能力的其他因素。
公共政策的第二种应对方式是提供有关气候变化带来的风险、脆弱性和威胁的高质量信息。这类信息包括全球范围内的变化情况，同时还涉及大量投资以使气候信息纳入沿海土地使用规划和其他形式的规定中。各个政府部门需要在以下方面整合政策，如沿海地区规划、流域管理、农业、渔业、健康和营养等气候变化风险相互交叉的方面。
公共政策的第三种应对方式是创造并加强渔业的公共福利及相关的生物多样性和生态系统服务。千年生态系统评估强调了生态系统服务对人类福祉的重要性。鉴于全球都面临着栖息地减少和物种灭绝的风险，气候变化的影响让我们更有理由实现可持续的渔业管理，并激励我们推动沿海地区的生物多样性保护。
改善渔业管理，考虑自然变率、不确定性和可持续性，解决产能过剩和过度捕捞问题刻不容缓，因为这些问题带来经济损失、危害未来渔业并使水生生态系统退化（如呼吁实施生态系统办法）。
除此之外，目前国际组织推动在小型渔业进行有利于穷人的管理，以解决渔民边缘化和公平问题（FAO, 2005a）。对治理的这些熟悉的挑战仍会持续，或许还会在气候变化之下变得更加紧迫。一直以来，气候变率和不确定性都是管理者难以应对的重要因素，如今在气候变化之下将变得愈发普遍。与此同时，小型渔业的贫困问题和渔民的边缘化问题会降低其适应能力。
渔业所在的大环境也同样重要，这是因为政治、社会经济、人口、生态和市场能影响渔业（并成为气候变化影响的重要通道），还因为渔业在全球化的过程中正在迅速改变。未来的气候变化影响渔业的方式与当今的方式有所不同，因为这是在未来的环境下影响未来的渔业。这带来了新的不确定性，进一步强调了适应性管理和将渔业与农业等其他相关行业相结合的需要。由于气候变化和采取适应性措施，农业本身就会对渔业产生影响。
要解决渔业管理中的现有问题，需要值得信赖的强有力机构来管理资源。但矛盾的是，这种自上而下或者说严谨的方法，虽然看似可行，但也许难以面对气候变化，而提供灵活性以保障渔业体系和社区的恢复能力。采取适应性的共同管理等方法来应对多种不确定因素，在多个层面利用资源使用者的知识和承诺，这也许能增强渔业的恢复力。开展大量试验并分析这类方法应成为研究的重点。重视不断汲取经验，并将政策当做实验的管理体系将更有可能应对新的挑战。过于重视稳定性、确定性和自上而下的控制政策可能会导致出乎意料的后果，使渔业陷入困境，并阻碍有利的、可持续的适应性措施。
渔业及其相关社区适应气候变化的过程受到多种社会因素的推动和限制，并涉及以价值为基础的决策和权衡。放弃将渔业作为谋生手段或许会成为一些渔业的现实。适应性措施的政治本质和价值本质强调公平、可行的适应过程，例如，有些行动和政策可以帮助最脆弱的人群，有些可以提供最有效的适应性措施或强劲的恢复力。若要正确权衡这两者，便需要公平、可行的适应过程。
致谢
本论文部分内容由马来西亚槟城世界鱼类中心埃迪·埃里森提供。论文还参考了2008年4月7～9日在意大利首都罗马召开的联合国粮农组织“气候变化对渔业和水产养殖的影响”会议的专家意见。Cassandra De Young对论文的修改也提出了意见。
参考文献