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评估气候变化的影响、适应性和脆弱性需要利用广泛的物理、生物和社会科学的专业学科知识，由此也将使用大量的方法以和工具。从第二次评估报告出版以来，利用这些方法已经改进了在生物和物理系统上气候变化的检测，并有大量的新发现。另外，从第二次评估报告出版以来，已经采取了谨慎的步骤来扩展“工具箱”以便更有效地探究气候变化的起因和后果两方面的人为因素，更直接地处理有关脆弱性、适应性和决策方面跨领域的问题。特别是，这些方法和工具已经开始应用于分析研究成本和评估价值影响、处理不确定性、跨部门和跨区域的综合影响、并应用于决策分析框架评估适应能力。总体上讲，这些一般方法论上的进展正在使我们的分析具备更坚实的基础、认识可能采取的与未来气候变化有关的适应对策。[2.8]
从第二次评估报告以来，开发了多种方法并应用于检测20世纪气候变化对非生物和生物系统的影响。对模式预测未来影响的一个重要补充，就是评估近期的气候变化对人类和自然系统已经产生的影响。这样的检测受到多重的、常常是内部相关的共同影响这些系统的非气候强迫因子的阻碍。为克服这一障碍，可使用指标物种（如：蝴蝶、企鹅、青蛙和海葵等）检测对气候变化的响应以推测气候变化分别对自然系统（如本土草地、南极大陆沿岸、赤道雨林、太平洋岩石圈内潮汐等）的更普遍性的影响。这种检测过程的一个重要组成部分是基于观测和预测的气候变化，寻找与期望相符合的跨越许多研究的变化的系统特征。随着跨越不同系统和跨地理区域的研究的重复进行，这些观测到的变化归因于气候变化的可信度增加。尽管这样的研究数以百计，但一些区域和系统仍未有充分的研究。[2.2]
为调查观测到的区域气候变化和生态系统中生物或物理过程的可能联系，编写组收集了超过2500篇与气候和动物、植物、冰川、海冰、湖冰或河冰有关的论文。为确定这些系统是否受到正在变化的气候的影响，只有那些满足以下至少两条标准的研究论文才能被包括进来：
至少以上三个标准中有两个必须显示出统计上的显著相关。仅仅考虑温度是因为在文献中它可以很好地确定温度对每一检验的系统的影响，同时温度趋势比其它局地变化的气候因子如降水变化，更具全球均一性。遴选的研究必须用10年以上数据进行检验，90%以上的研究时间跨度超过20年。
以上这些严格标准的使用，使能够用于分析研究的数目缩减至44个，而这44个动植物的研究涵盖了600个以上的物种。这些物种中，大约90%（超过550个）显示了其特性随时间变化。在这550个以上的物种之中，用已知的温度与每一物种特性相联系的机理，给予科学的解释，大约80%（超过450个）显示了在预期的方向上的变化。因此，从这550个以上物种中超过450个物种显示出在预期方向上的变化，表明这种变化并不是随机的和偶然的。
检验冰川、海冰、雪盖程度/雪融化或湖冰、河冰的16个研究包含了150个以上的站点。在这150个以上的站点中，67%（超过100个站点）显示出随时间变化的特性；而在这100多个站点中，有关的已知温度与特性物理过程的机理能给予科学的解释约99%（99个以上站点）显示出预期方向的变化趋势。从100多个站点的99个以上站点显示出在预期变化方向上的变化，表明这种变化并不是随机的和偶然的。[5.2, 5.4, 19.2]
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