作为气候变化研究中的重大前沿科学领域，气候变化检测归因旨在揭示气候变化的原因，量化外强迫对气候变化的影响程度。这些问题不仅是气候变化科学研究的核心问题，也是气候变化国际谈判的热点和焦点问题。我国在检测归因领域总体起步较晚，但是近十年来，在中国科学家的努力下，我们从无到有实现了对中国区域气候变化和极端事件归因认识的若干突破，在中国气候变化检测归因领域取得了显著的研究进展。文中对该领域主要研究进展的回顾和梳理表明：20世纪中期以来，以温室气体排放为主的人类活动是中国区域变暖，极端温度频率、强度和持续时间变化的主要驱动因子。人类活动对极端降水变化产生了清晰的影响，同时也可在某些类型干旱的变化中发现人类活动的信号。百年时间尺度上，人类活动的信号可以在平均和极端温度指标的变化中检测到。对于重大高影响极端事件，人为强迫增加了极端高温事件发生的概率，减少了极端低温事件发生的概率。人类活动对强降水事件、干旱和复合事件的归因研究结论一致性较低，同时受到了事件定义和归因方法等的影响，要评估得出人类活动对这类事件影响程度的一般性结论仍然非常困难。未来需要加强对降水、干旱、大气环流、复合事件等变化的检测归因，理解并提高极端事件归因结果的可靠性。
从能量框架出发，对地球能量收支、有效辐射强迫、气候反馈和气候敏感度的相关研究做出系统的梳理。自20世纪80年代以来，地球能量收支增加0.28~0.52 W/m2，主要来源于大气顶反射太阳辐射持续减少，这是该时期全球升温的重要决定性因素。这些能量收支的改变与人为强迫及其气候影响密切相关。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）指出，1750—2019年，总的人为有效辐射强迫的最佳估计为（2.72±0.76）W/m2，引起的全球地表温度变化预计可达1.29（1.00~1.65）℃。气候反馈总体上能够抵消辐射强迫对地球系统的整体扰动，使气候状态趋于稳定。IPCC AR6给出的净反馈最佳估计结果为-1.16（-1.81~-0.51）W/(m2·℃)。为了预估未来气候变化，IPCC AR6给出了平衡态气候敏感度和瞬态气候响应的最佳估计值，分别为3.0（2.0~5.0）℃和1.8（1.2~2.4）℃。依据能量收支平衡下强迫-反馈理论框架，科学界通过量化地球能量收支及其长期变化、区分辐射强迫与气候反馈，厘清了人为和自然等外部强迫对气候变化的影响；依据气候反馈参数和气候敏感度的估算结果，可量化气候对强迫的响应幅度，实现对未来气候的合理预估。
为了应对气候变化并对大气成分及其相关物理、化学特性等进行系统的全球化观测，在青海省瓦里关山建成了欧亚大陆腹地第一个全球大气本底基准观象台（以下简称瓦里关本底站)，开展了包括温室气体、气溶胶、臭氧、辐射、酸雨等关键成分的长期观测，并开展了其与天气、气候、环境和人体健康效应相互作用的研究。文中系统回顾瓦里关本底站过去30年的发展历程、主要观测项目及其研究成果并展望未来的发展方向和研究重点，并指出了观测技术的提升、创新和新观测项目的引入是进一步精准描述本底大气特征对全球气候与环境变化多尺度响应的重要发展方向。
亚高山森林在维持生物多样性和区域水碳平衡等方面具有重要作用，同时对全球气候变化高度敏感，因此亚高山生态系统对气候变化的响应与适应始终是陆地生态系统研究关注的热点科学问题之一。树木生长是森林生态系统变化的重要反映。文中总结了气候变化下亚高山森林树木生长响应的不同模式和海拔分异特征，概述了导致树木生长气候变化响应分异的“温度和降水影响假说”“碳供给限制假说”“碳利用限制假说”和“以植物根-土互作为核心的地下生态过程的影响”等不同潜在机制及存在的问题，深入分析了这些不同机制与树木水力作用的关联关系，指出土壤-植物水力过程及其驱动的根-土关系和养分可利用性对树木生长的作用机制是解决高海拔森林生态系统响应气候变化这一前沿热点问题的关键和挑战。
冰川是冰冻圈最重要的组成部分之一，冰川物质平衡是对气候变化最直接的响应。青藏高原被称为“亚洲水塔”，探明该地区山地冰川物质平衡变化，对评估海平面和水资源变化以及预警冰雪灾害风险具有重要意义。受“高原放大效应”影响，青藏高原升温速率高于全球平均水平且持续增暖，高原气候向暖湿化发展。西风和季风是青藏高原气候与环境变化的决定性因素，青藏高原冰川近年来基本处于退缩状态并在20世纪末加速损失，其中季风影响区的冰川退缩强烈，西风影响区的冰川趋于稳定甚至部分冰川出现前进现象，西风-季风过渡地区的冰川退缩程度减弱；青藏高原东南部冰川加速亏损，西北部冰川萎缩速率较小，冰川总面积在未来持续减小。高原大部分冰川对气温变化的敏感性高于对降水的敏感性，极端天气和大尺度环流对冰川物质平衡变化也有重要影响，但其影响机制亟需进一步加强研究。开展青藏高原地区冰川物质平衡变化研究，仍面临很多挑战，是冰冻圈科学领域未来的前沿科学问题和重点工作。
对不同情景下我国氢能中长期供给和需求结构进行模拟预测。首先，设置基准、积极和强化情景，构建自下而上的低排放分析平台（LEAP）模型，对多情景下交通、工业和建筑等终端部门的氢能中长期需求进行预测；其次，测算计及碳排放的8类制氢方式的平准化单位制氢成本（LCOH)，并基于成本学习曲线预测未来成本趋势；最后，以最小化制氢成本为目标函数，构建氢能供给结构优化模型，得出2025—2060年各类制氢方式的占比，模拟碳排放演化过程。结果显示：从消费结构来看，工业部门占据了氢能消费的主导地位，2060年积极情景占比65%，交通是重要的氢能消费增长点；从供给结构来看，短期内仍以化石能源制氢供给为主，碳捕集与封存技术起到重要的过渡作用，远期逐渐形成以绿氢供应为主体的制氢结构，2060年可再生能源制氢比例将达到75%；从碳排放来看，得益于制氢产业结构的清洁化转型，碳排放将从2023年的6.18亿t下降至2060年的1.03亿t，2030和2060年关键时点的碳排放下降相较其他时点更显著。基于上述研究结果，提出了促进我国氢能产业高质量发展的政策建议。
碳计量是开展碳排放双控管理、实现“双碳”目标的基础性手段，工业碳排放占比仍较高，工业碳排放的结构与特征决定了应进一步加强工业设施碳计量体系的科学性与有效性。当前工业设施碳计量方法学存在如下不足：碳核算方法仍占主导，但排放因子不确定性较高；碳排放远程监测方法影响因素多，反演难度大；连续监测或现场监测方法实施障碍多，成本高；排放核查以人工为主，速度慢且易受主观影响。鉴于此，文中提出了基于“星-空-地-流”数字化融合的工业设施碳计量方法学框架与实施路径，具体如下：基于国际量值传递体系，推进基础数据监测检测标准化；以“星-空”监测手段结合碳排放数据基底，推进工业碳排放科学定位；“地”面监测与碳排放“流”模拟相结合，推进工业碳排放精准核算；创新工业碳排放数字化管理，推进工业碳排放快速核查；通过多场景、多领域、多层次应用，完善工业碳计量体系。
降碳目标分解方案及评估调整对我国实现“双碳”目标尤为重要。本研究首先提出兼顾公平、效率、可持续、可行性及差异性原则的降碳目标分解方法，在此基础上建立考虑基准值和调整值的分解模型，其中调整值按照分解原则由人均GDP、重点项目碳排放等6个指标加权求和确定。其次对成都市碳强度下降目标分解到各区（市）县进行案例研究，给出了“十四五”期间不同区（市）县碳强度下降目标，分为19.0%、19.5%、20.0%、20.5%、21.0%这5个等级，并分析导致不同区域碳强度下降目标差异的原因。最后为推动分解方案的落实，进一步提出了实现既定降碳目标的评估调整机制。
气候加速变暖导致极端天气气候事件频发，带来高频次、大范围、强破坏的停电事故和缺电事件，给电力系统安全稳定运行敲响了警钟。随着温控负荷迅速增长和新能源并网规模不断攀升，电力系统气候敏感性持续增强。为确保电力系统安全稳定运行和促进电力低碳转型，提升电力系统气候适应性迫在眉睫。文中系统梳理了电力系统气候适应性研究进展，提出了一种电力系统气候适应性分析框架，分析了源、网、荷侧电力资源的气候适应性特点，讨论了电力系统运行和规划中气候适应性提升面临的挑战，展望了新型电力系统气候适应性提升路径。建议强化电力系统气候适应性的宏观政策引导，不断加强基础理论研究、创新关键技术、优化资源配置、完善管理机制，通过多元化方式提升新型电力系统气候适应性。
人类活动导致的气候变化已经发生在整个气候系统，且影响到全球每个区域。进入21世纪，全球平均温度连年创下新高，一些气候临界要素即将到达临界点，但我们对这些威胁何时到来、该如何应对尚未准备好。文中从临界点的基本概念开始，系统地总结了气候系统临界要素现状及其发展趋势，全面分析了亚马孙雨林、大西洋经向翻转流（AMOC)、格陵兰冰盖、南极冰盖4个具有全球影响的临界系统的临界点，及一旦引爆可能产生的级联影响，尤其是对我国气候安全的可能影响。分析指出，亚马孙雨林崩溃主要通过影响青藏高原气温和降水，进而对我国风、光资源，以及冰冻圈稳定性产生负面影响；AMOC的崩溃主要通过影响亚洲季风降雨型对粮食生产产生影响，并有可能通过抬升区域海平面、加剧陆地高温热浪和海岸带风暴潮，同时给粮食安全和能源安全带来不利影响；两极冰盖崩溃对我国的影响，更多地是通过促进全球海平面上升，给海洋和海岸带生态系统带来负面影响，同时也通过为大西洋、南大洋注入更多淡水，加剧AMOC和南极翻转流的减弱，进而影响气候异常、海平面高度和海洋生态系统的生产力，直接或间接地影响食物供给和多样性。研究进一步通过分析临界点早期预警信号，指出对临界点进行早期预警对保障我国气候安全的战略重要性，并结合目前对临界点的科学认知，提出青藏高原可作为我国实现气候安全早期预警的第一抓手；对于政策制定者来说，应对气候变化的关键不仅是减缓，而且越来越多的是如何提升适应能力，以应对临界点的可能影响。
《2030年前碳达峰行动方案》明确提出，“京津冀、长三角、粤港澳大湾区等区域要发挥高质量发展动力源和增长极作用，率先推动经济社会发展全面绿色转型”。为评估三大重点区域的气候行动力以及绿色低碳发展进展，助力各地区找到适合自身的可持续和高质量发展路径，文中基于层次分析法搭建了区域气候行动力评价体系，并设置区域气候行动力指数。综合评价结果显示，长三角区域气候行动力指数最高，其次是京津冀和粤港澳区域。三大区域均存在相较于其他区域的优势与挑战，例如，京津冀在“双碳”目标和政策、能力建设和保障方面表现最突出，粤港澳在低碳发展水平方面最具优势，长三角则在区域协同、低碳资源基础及产业基础方面走在其他区域前面。形成了强化绿色低碳产业发展、完善气候立法与政策、推动绿色金融发展等政策建议。
