从某种意义上讲, 人类社会和自然生态系统与气候之间存在着必然的依存关系^[9]。而且, 随着人类社会经济活动的膨胀和全球气候变暖的加剧, 气候条件对人类活动和自然生态系统的约束性日益明显, 气候变化带来的风险正在逐步升高, 非常需要用科学的指标来定量分析评估气候条件对社会经济活动和自然生态系统的支撑和包容能力。

以往常用气候资源、气候承载力、生态承载力、水资源承载力、土地承载力、人口承载力等指标来评价气候条件水平^[10~12], 但这些指标大都建立在低维度空间或仅体现气候对人类活动和生态系统的单向支撑作用, 并不足以表达气候与人类社会和自然生态系统之间抽象的多维度依存关系。最近, 国内学术界提出用“ 气候容量” （climatic capacity）来度量气候水平^[5~7]。气候容量的概念基本上是在借鉴大气环境容量概念的基础上提出的, 国内有相关研究已经对气候容量做了初步定义。其中, 最早的定义由潘家华等^[5]提出, 他们认为“ 一个地区特定气候资源所能够承载的自然生态系统和人类社会经济活动的数量、强度和规模” 就是气候容量, 其中包括天然容量和衍生容量2个方面; 后来, 宋连春等^[7]将气候容量定义为“ 特定地区能够承载一定的自然资源、人口和经济社会发展的气候本底条件” 。这些定义都表达了气候对人类活动和自然生态系统的承载性, 从不同视角解释了气候容量。本文则根据气候条件对人类活动的约束性和包容性特点, 将气候容量表述为“ 在特定区域的多维度气候空间里所能接受或容纳人类社会活动和自然生态系统的能力大小, 当然也包含吸收和消化温室气体的能力大小” ^[8]。这里的空间指依托几何空间构成的物理空间。这一定义基本能够综合表征气候条件对人类社会和自然生态系统的支撑和包容水平。根据这个定义, 气候容量可以表示为：

C=C0×f(∆T, ∆u, ∆p, ∆R, ⋯)(1)

式中：C是特定区域特定客体对象的气候容量, f是气候影响函数, C₀是特定区域特定客体对象的最佳气候容量, ∆T, ∆u, ∆p, ∆R, ⋯分别是特定区域气温、风速、降水、太阳辐射等气候要素的现实状态与最佳状态之间的差值, 它们可以分别表示为

C0=S×f0(T0, u0, p0, R0, ⋯)(2)

∆T=T-T0(3)

∆u=u-u0(4)

∆p=p-p0(5)

∆R=R-R0(6)

式中：f₀ 是最佳气候容度函数即单位物理空间上的最佳气候容量; S是特定区域的物理空间; T, u, p, R, …分别是气温、风速、降水、太阳辐射等气候要素的现实状态值; T0, u0, p0, R0分别是气温、风速、降水、太阳辐射等气候要素的最佳状态值。可见, 气候容量既与区域物理空间大小有关, 又与气候条件有关, 区域之间的气候容量差别主要受气候影响函数f控制。实际上, 气候影响函数f是个几乎永远小于1的值, 只有在气温、风速、降水、太阳辐射等气候要素组合达到最佳状态时气候影响函数f才能达到1。

与气候资源、气候承载力、生态承载力、水资源承载力、土地承载力、人口承载力等概念相比, 气候容量突出了气候空间的多维度性、空间有限性及其对人类社会经济活动和自然生态系统的约束性, 把一个抽象的物理概念转化成了一个具象而直观的几何性度量指标。它不仅具有明确的物理学内涵, 也赋予了一定社会学属性; 不仅考虑了气候作为人类活动的承载空间本身的自然属性, 又考虑了气候空间所承载的客体即人类活动和自然生态系统的社会和生态学属性。这个评价指标对准确理解人类与气候之间的关系具有很大帮助。

应该说, 气候容量概念充分反映了气候与人类活动和自然生态系统之间的平衡关系, 它可以在气候资源开发利用和气候安全风险的科学化定量管理过程中发挥独特的杠杆作用。这个指标的应用, 能够增进政府决策者和社会公众对气候与人类社会活动之间依存关系的科学认识, 搭建起气候业务服务与服务对象之间的沟通桥梁, 促进气候业务服务对国家非传统安全的技术保障性。

（1）气候容量是受多要素影响的综合性指标：气候容量既与空间几何因素即区域面积或范围大小有关, 更与物理因素即温度、光照、降水、极端气候事件等气候因素（甚至包括水资源、土地资源、生态资源等衍生要素）有关。

（2）气候容量是一个多维物理空间容量：气候容量是由依托在几何空间上的物理空间构建, 其维度可以包括数量、强度和规模等多个方面。

（3）气候容量具有有限性和收敛性：在特定区域和特定时间, 气候容量客观上一般是不能超越某种极限的, 并且人类活动和自然生态系统只能限制在气候容量所允许的范围之内, 这决定了气候容量对社会经济活动和自然生态系统的约束性。

（4）气候容量具有张力或弹性：虽然气候容量在很大程度上受几何空间即面积大小的刚性约束, 但在不断波动和易变的气候物理因素作用下也会表现出明显的弹性和张力, 存在一定程度的张力空间, 它很多时候会在张力空间范围内有所扩缩。

（1）气候容量是一个动态指标：一般来说, 气候变暖、自然因素变化或人类活动都会影响到气候容量, 所以特定地区的气候容量并不是一个静态的常值, 往往会表现出很明显的波动性或趋势性变化。

（2）气候容量与人类和自然生态系统之间是互动的：一方面人类活动和自然生态系统受限于气候容量, 而另一方面气候容量又一定程度受人类活动和自然生态系统的影响。如果两者之间形成良性互动, 气候容量空间可能会有所扩展; 否则如果两者之间会进入恶性循环, 气候容量可能会萎缩。

（3）气候容量具有一定对象性或选择性：气候容量大小还与其所容纳的具体客体对象有关。对某些特定客体对象而言气候容量较大的区域, 也许对另外一些客体对象而言其气候容量却比较小。比如, 在生态系统气候容量很低的西北干旱区, 其风能和光伏发电的气候容量却很大。

（4）气候容量还具有脆弱性特点：如果一个特定区域所容纳的客体对象的活动强度或规模明显超出了其气候容量空间, 并且已经越过了气候容量的弹性范围, 气候容量空间可能会被过于拥挤的客体撑破（穿帮或漏底）, 从而导致气候容量突然锐减, 进而演变为不可逆的恶性的发展状态, 表现出类似于环境蠕变的特点^[19]。

（5）气候容量还具有一定程度的可开发性：虽然气候容量是一个相对客观的物理空间, 但在遵循经济理性、生态完整性、风险防控等原则的前提下, 可以借助工程、技术、制度和管理等适应措施进行适当的改善和调整, 使气候容量空间进一步拓展。

根据气候容量的以上科学属性和特点, 可以给出如图1所示的气候容量的结构示意图。由图可见, 在特定区域, 对特定客体对象来说, 当气候要素最优组合时, 总会存在一个最佳的气候容量空间, 而该地区的现实气候容量空间永远比最佳气候容量空间小。当然, 在气候条件较好的地区它们之间比较接近, 而在气候条件较差的地区它们之间差距较大。同时, 由于受自然或人为因素变化的影响, 气候容量都会存在一定的张力或弹性空间, 现实气候容量会在这个张力空间范围之内扩缩, 这也表明气候容量具有一定的动态性。一般而言, 人类社会经济活动和自然生态系统是气候空间活动的主要客体, 它们与气候容量之间的相互作用会造成气候容量的调整, 无意识地过度膨胀的人类活动会造成气候容量的恶性循环, 而有意识和有计划的科学开发利用则可能会形成良性互动机制。

图1

Fig. 1

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	图1 气候容量结构示意图Fig. 1 The Structural diagram of climatic capacity

当前, 全球社会既面临人类活动暴涨造成的气候空间客体活动的强度和规模激增, 又面临气候变暖及人类活动等造成的气候容量空间的不断萎缩^[14~16]。在这两方面因素的共同作用下, 全球许多地区气候容量空间正在趋于饱和, 甚至有些地区还出现了超容的现象, 这使得全球气候风险总体正在不断升高, 人类社会经济发展和生态环境建设的未来气候容量空间将变得越来越有限, 气候安全的总体形势将会日益严峻^{[17, 18]}。这为我们当今社会如何积极应对气候安全风险问题及如何有效利用好现有气候容量空间和科学拓展气候容量空间提出了新的任务。

在对气候容量分布特征、变化趋势和影响机制科学认识的基础上, 可以通过对气候容量进行定量分析评估, 采取趋利避害的科学策略^{[19, 20]}, 开展气候资源开发利用和气候风险管理, 从而切实加强气候安全风险管理水平。目前, 至少可以在如下3个方面发挥气候容量分析评估对气候安全问题的科学支撑作用; 第一, 为国家气候安全服务提供科技支撑。根据对气候容量现状和分布特征的分析结果, 可以为社会经济发展和生态环境建设规划提供科学依据, 规划设计与气候容量现状相匹配的社会经济发展模式和生态环境建设策略, 保证社会经济发展和生态环境建设的气候安全。比如, 在类似长三角等气候容量充裕地区既要充分利用气候容量的资源优势, 又要避免出现人口增长和经济发展所伴生的气候变化适应问题; 而在类似我国西北地区等气候容量严重受限的地区既要有效发挥有限气候容量的效益, 又要尽量避免出现由于非合理发展导致的气候容量恶化问题。同时, 还可以在重大工程和关键性项目建设之前开展以气候容量为主要杠杆指标的气候可行性评估论证, 把好气候安全关, 使气候灾害防御的关口前移, 有效降低社会经济发展和生态环境建设的气候安全风险。这不仅能够有效防御人为重大气候环境灾难, 而且还可以保障国家和社会资金投入的安全性和效益性。

第二, 为有效防控气候变化风险提供科学对策。可以将气候容量作为适应气候变化的核心指标, 针对气候容量变化趋势的预估及其社会经济活动和自然生态系统的阈值水平, 对不同气候变化情景下气候容量水平的最优化人口规模和最优化社会经济发展速度做出客观定量评估, 提出符合当地气候容量阈值要求的社会经济发展战略和生态环境建设策略, 采取更加有效的气候变化适应和应对措施, 科学管控气候变化风险。

第三, 为合理开发和科学利用气候资源提供决策依据。利用气候容量的定量评估结果, 针对不同客体对象对区域气候容量进行精细化科学区划, 并以此为依据科学规划气候资源开发利用活动, 对气候容量和气候资源实行动态化定量管理, 使有限的气候容量发挥最大的气候资源开发利用效益及社会经济和生态环境效益, 将气候容量由限制人类社会经济活动的因素转变为服务人类社会经济活动的因素, 从而促进社会经济转型和可持续发展。