環(huán)境演變過程與氣候變化的青海高原響應(yīng)

環(huán)境演變過程與氣候變化的青海高原響應(yīng)

青藏高原位于青藏高原東北部，位于大陸氣候和東季風(fēng)氣候邊緣。從該省的加熱范圍來看，它對(duì)世界氣候的變化非常敏感，對(duì)世界氣候變化也有很大的影響。它的環(huán)境變化與氣候變化密切相關(guān)。本文就青海高原的氣候變化與環(huán)境響應(yīng)問題進(jìn)行研究和探討,以配合青海省生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性研究,為青海省及青藏高原區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、恢復(fù)與優(yōu)化管理決策提供有效的科學(xué)支撐,也是區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與資源合理開發(fā)利用必須面臨的重要問題。1氣候變化及其環(huán)境反應(yīng)1.1青海高原降水的年際變化青海高原1971-2000年平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)氣候值為2.1℃,1961-2005年各年平均氣溫距平見圖1,20世紀(jì)60年代氣溫距平偏低0.4℃,70年代偏低0.1℃,80年代距平為0.0℃,90年代偏高0.4℃,2001-2005年偏高達(dá)1.1℃。近45年以來,青海高原出現(xiàn)持續(xù)增溫階段,是從1987年開始顯著增溫,1998年是45年來平均氣溫最高的年份,年平均氣溫偏高1.30℃。隨著近半個(gè)世紀(jì)以來氣候變暖,青海高原亞寒帶和溫帶的最熱月(7月)上限氣溫指標(biāo)分別增加了1℃和2℃,高原寒帶≥0℃積溫上限值增加了50℃。青海高原1971-2000年降水量標(biāo)準(zhǔn)氣候值平均為345.5mm。1961-2005年平均降水距平百分率見圖2,20世紀(jì)60年代偏少0.1%,70年代偏少1.7%,80年代偏多4.1%,90年代偏少2.5%,2001-2005年偏多2.6%。近45年來青海高原降水量總體上略呈增加趨勢(shì)。近45年來青海高原氣溫變化趨勢(shì)與同期全國氣溫變化趨勢(shì)基本一致,氣候存在著變暖的總趨勢(shì),年平均增溫率為0.36℃/10a,氣候明顯變暖的地區(qū)主要在北部,氣溫變化的位相超前于全國氣溫的變化,青海高原降水量變化趨勢(shì)的空間分布不一致,高原降水日數(shù)在減少,但降水強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)。1.2青海高血壓現(xiàn)代氣候變化的環(huán)境響應(yīng)1.2.1青海湖周邊沙漠化的自然成因分析青?；哪恋孛娣e2000年為2.22×105km2,占總面積的31.11%,其中沙質(zhì)荒漠化面積為1.89×105km2,占荒漠化總面積的84.83%。1949年初至1998年,青海省沙漠化土地面積增加了9.18×104km2,平均每年增加1.90×103km2,20世紀(jì)90年代末期增長率最大,為4.94%(表1)。青海湖泊效應(yīng)造成的湖風(fēng)與陸風(fēng)交替出現(xiàn)是形成青海湖周邊沙漠化的直接動(dòng)力。位于青海湖北岸的剛察站冬季湖陸風(fēng)出現(xiàn)率可達(dá)63%,年平均風(fēng)速為4.7m/s,最大年份為7.7m/s(1979年),其松散沙使得青海湖周圍的沙源不斷增加。近45年來,該區(qū)域蒸發(fā)量、平均風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)總體呈逐年減少態(tài)勢(shì),而氣溫在逐年升高,在20世紀(jì)90年代升溫幅度最高,比氣候標(biāo)準(zhǔn)值偏高0.39℃。該區(qū)域在20世紀(jì)90年代末沙漠化面積年增長率最大,可以說明,該區(qū)域暖干化氣候趨勢(shì),是導(dǎo)致沙漠化發(fā)展迅速的主要因素。根據(jù)2000年和2001年CBERS-1衛(wèi)星遙感解譯,黃河源頭瑪多縣土地荒漠化主要表現(xiàn)為鹽堿化和沙漠化面積的增加,增加速率分別為4.15km2/a和3.82km2/a?，敹嗫h由草地過度放牧、過度樵柴所形成的荒漠化土地比例較大,而在自然風(fēng)力條件下沙丘前移入侵而形成的荒漠化土地比例較小。該區(qū)域主要?dú)夂虺梢?(1)在風(fēng)蝕過程中,土壤水分含量與其抗蝕力呈正相關(guān),因而,隨著瑪多縣氣候的干暖化,土壤水分減少,風(fēng)蝕荒漠化程度加重,由零散分布趨向于大片連續(xù)分布;(2)氣候快速增暖,導(dǎo)致凍土大幅度消融,加劇土地荒漠化的進(jìn)程;(3)由于排水不暢及地下水位過高等,造成土壤鹽漬化。1.2.2草地退化原因青海高原在20世紀(jì)80年代可利用草地面積比70年代減少了7.53×104km2,90年代比80年代減少了7.06×104km2,90年代末草地退化速度加快;1998年中度以上退化草地面積7.33×104km2,占草地總面積的20.15%,嚴(yán)重退化草地4.40×104km2,占草地總面積的12.10%。草地退化的主要?dú)夂虺梢?(1)青海高原大面積的草原處于干旱、半干旱地區(qū),年降水量在150~450mm,生長季內(nèi)降水量成為牧草生長發(fā)育的主要限制因子;(2)氣候變暖在一定程度上減緩了低溫對(duì)高寒牧草生長的不利影響,但地表及植被蒸散量的增加遠(yuǎn)比降水增加的快,水分則成為牧草生長的限制因素,牧草產(chǎn)量一般隨著降水量的年際波動(dòng)而變化;(3)由于氣候的暖干化,促使草地水分環(huán)境劣變,導(dǎo)致草地群落結(jié)構(gòu)向著旱生化發(fā)展,優(yōu)良牧草比例下降,毒(雜)草類比例增加,增大了牲畜覓食的范圍和頻次,加重對(duì)草地土壤結(jié)構(gòu)的物理性破壞,使得草地生產(chǎn)力和草地質(zhì)量劣變;(4)由于草地蓋度降低,裸露土地比例增加,為風(fēng)力侵蝕創(chuàng)造了條件,而風(fēng)力侵蝕的進(jìn)程又加劇了草地退化的進(jìn)程,形成一個(gè)惡性循環(huán)的過程。1.2.3青海湖流域降水動(dòng)態(tài)變化(1)河流變化:1961年以來,黃河上游年平均流量以每10年40.1m3/s的速率減少,其中20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初減少最顯著(圖3)。降水量對(duì)流量的影響具有持續(xù)性和滯后性。黃河源區(qū)氣溫顯著升高對(duì)于加大流域蒸發(fā)量而導(dǎo)致流量補(bǔ)給減少的作用,要大于溫度升高致使雪冰融水補(bǔ)給的作用,其中春季氣溫回升影響效應(yīng)更為顯著,氣候變化導(dǎo)致流量的減少量占總減少量的70%。由于源頭水量的持續(xù)減少,導(dǎo)致下游斷流頻率增加,在1972-1996年的25年間,有19年出現(xiàn)河干斷流,主要出現(xiàn)在黃河下游的山東河段。(2)湖泊變化:青海高原湖泊近半個(gè)世紀(jì)主要表現(xiàn)為干涸、萎縮、分裂和鹽堿化等形式。20世紀(jì)60年代,青海省湖泊面積大于1km2的有226個(gè),目前約有1/4的小型湖泊陸續(xù)干涸。干旱半干旱的黃河源區(qū),1955-2005年最低氣溫、最高氣溫和平均氣溫以0.50℃/10a,0.18℃/10a和0.25℃/10a的速率升高,尤其是年平均最低氣溫的升幅最大。在此背景下,1960-2000年,青海高原以雪冰融水為主補(bǔ)給的湖泊面積以擴(kuò)大為主,而以降水為主補(bǔ)給的黃河源地區(qū)的湖泊面積則基本上全面萎縮。進(jìn)入21世紀(jì),黃河源區(qū)進(jìn)入近51年來最暖階段,年平均最高氣溫、年平均氣溫均創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄,而年降水量以4.28mm/10a傾向率呈微弱增加,年蒸發(fā)量以12.4mm/10a傾向率呈顯著增大趨勢(shì)。因此,降水量對(duì)湖泊的補(bǔ)給相對(duì)有限,蒸發(fā)量成為湖泊波動(dòng)最主要的影響因子,源區(qū)被譽(yù)為“千湖之縣”的瑪多縣,在20世紀(jì)50年代有大小湖泊4077個(gè),至90年代已有2000多個(gè)湖泊已經(jīng)干涸。1959-2006年,青海湖水域面積最大和最小的年份分別是1959年和2004年(圖4),面積差值達(dá)362.3km2。青海湖水域面積平均每年減少7.04km2,用方差分析法對(duì)青海湖面積和水位時(shí)序列計(jì)算其隱含周期及其振幅表明,水位在整體下降的背景下,又以1年或2年短期小幅回升,回升周期為3~8年,1989年面積回升幅度最大,為34.2km2。環(huán)青海湖地區(qū)在20世紀(jì)60年代和70年代年均氣溫距平未超過1℃,升溫趨勢(shì)不顯著,但青海湖流域降水變率超過6%的年份有18年之多,且降水波動(dòng)幅度較大,此階段青海湖水域面積與春季降水呈正相關(guān),因而該階段青海湖水位的年際波動(dòng)主要受降水影響。但20世紀(jì)90年代以來,比近30年平均氣溫升高0.39℃,比60年代升高0.74℃,比70年代和80年代升高0.42℃左右。迅速增溫效應(yīng)對(duì)青海湖水域面積的影響更具主導(dǎo)作用。(3)濕地變化:1990-2004年,黃河源區(qū)瑪多縣濕地面積萎縮,且生態(tài)景觀呈破碎化變化(圖4),14年間濕地面積共減少40102.65hm2,前10年(1990-2000年)和后4年(2000-2004年)減小速率分別為2329.81hm2/a和4201.14hm2/a,2000年后濕地減小速度是20世紀(jì)90年代的1.80倍。濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化較為敏感,氣候變暖引起濕地水文及土壤溫度升高,將影響濕地的能量平衡,使黃河源區(qū)濕地雪冰覆蓋和季節(jié)凍土凍結(jié)時(shí)間減少,進(jìn)而導(dǎo)致水位下降,而水位及積水面積變化會(huì)影響濕地生態(tài)系統(tǒng)生物群落巖體、溫室氣體排放強(qiáng)度及生物地球化學(xué)過程等。對(duì)于沼澤濕地,關(guān)聯(lián)度最大的是降水因子,其次是日照,與氣溫的關(guān)聯(lián)度最小;對(duì)于湖泊濕地,關(guān)聯(lián)度最大的是蒸發(fā),其次是降水,與氣溫的關(guān)聯(lián)度最小;對(duì)于河流濕地,關(guān)聯(lián)度最大的是氣溫,其次是蒸發(fā),與日照關(guān)聯(lián)度最小;對(duì)于葦?shù)?關(guān)聯(lián)度最大的是蒸發(fā),其次是日照,與氣溫的關(guān)聯(lián)度最小。(4)冰川、凍土變化:阿尼瑪卿山冰川面積由1990年時(shí)的166km2退縮為2000年的134km2,10年間退縮了約32km2,2002年退縮為101.94km2,較2000年又縮小32.06km2,退縮速率加快,2004年退縮為99.09km2,2年間又縮小2.85km2(圖5)。江河源區(qū)20世紀(jì)80年代夏季氣溫升高、降水減少的暖干化趨勢(shì),至90年代逐步擴(kuò)展到春、秋季節(jié)降水減少,多季節(jié)的暖干化趨勢(shì),加之90年代末劇烈增溫以及90年代降水減少、大風(fēng)和沙塵暴次數(shù)增多以及干旱程度加重和地表蒸發(fā)的增大是冰川消融加快的主要因素。近幾十年來,青海高原凍土表現(xiàn)為地溫顯著升高、凍結(jié)持續(xù)日數(shù)縮短、最大凍土深度減小和多年凍土面積萎縮、季節(jié)凍土面積增大以及凍土下界上升等總體退化趨勢(shì)。青海高原氣候變化有明顯季節(jié)性差異,即冬春季增暖明顯而夏秋季增溫較弱,最高和最低氣溫的變化趨勢(shì)普遍存在不對(duì)稱性,最低氣溫升幅明顯高于最高氣溫,導(dǎo)致氣溫日較差和年較差減小,這是多年凍土退化的主要原因。2青海高原環(huán)境穩(wěn)定性與氣候變化的關(guān)系氣候適宜期即通常所說的全新世大暖鼎盛期,在不同地區(qū)起迄時(shí)間有所不同,青藏高原全新世大暖期發(fā)生于9.0~3.5kaBP,早于我國大陸其他地區(qū),研究持續(xù)6000年左右鼎盛時(shí)期的氣候與環(huán)境的關(guān)系,對(duì)預(yù)測(cè)未來青海高原環(huán)境演變趨勢(shì)具有重要的理論意義。2.1大暖期與降水的變化大暖期鼎盛時(shí),據(jù)青海湖地區(qū)紫果云杉和孢粉推測(cè),青海湖地區(qū)在全新世中期(8.0~3.5kaBP)進(jìn)入暖濕適宜期,年均氣溫較現(xiàn)代偏高3℃左右,最熱月平均氣溫高于現(xiàn)代2℃,而最冷月高于現(xiàn)代8℃,冬季升溫值高于平均升溫值的0.7~1倍。據(jù)黃河源區(qū)、共和盆地和青海湖區(qū)古土壤的發(fā)育狀況,反映出當(dāng)時(shí)的溫度較現(xiàn)代偏高3~4℃,并且冬季的升溫幅度遠(yuǎn)高于年均氣溫。據(jù)推測(cè),相同時(shí)期中國東部地區(qū)年均氣溫比現(xiàn)代高出2.5℃,北半球的平均值為1.5℃,因此包括青海高原在內(nèi)的青藏高原在大暖期的升溫幅度最大。大暖期鼎盛時(shí),青海各地區(qū)降水均有較大幅度的增加,應(yīng)用水熱平衡法計(jì)算,當(dāng)時(shí)大部分地區(qū)降水在550~570mm。黃河源區(qū)和共和盆地的降水量比現(xiàn)代增加50%左右,達(dá)200~400mm;青海湖地區(qū)6.3kaBP時(shí)據(jù)紫果云杉推算,年降水600~650mm,高于現(xiàn)代50%;青藏公路沿線降水較現(xiàn)代高50~100mm,比現(xiàn)代增加了30%左右。2.2鼎盛時(shí)期的環(huán)境效應(yīng)2.2.1林下灌木及病物群落青海湖區(qū)現(xiàn)代植被為高寒灌叢、高寒草甸草原,而大暖期鼎盛時(shí)為森林繁盛期,由松、云杉和樺為主要組成的亞高山針葉林覆蓋湖區(qū),某些溫帶落葉闊葉樹種(榆、櫟、栗、鵝耳櫟、榛子等)混交其間,林下灌木及蕨類植物增多?？煽晌骼锏貐^(qū)海拔4670m的茍弄錯(cuò),此時(shí)孢粉濃度達(dá)到最高值,花粉種類豐富,以藜、蒿為主,松、樺、榛等喬木花粉含量也高?？傊?青海高原地區(qū)森林植被增加,整個(gè)地區(qū)是以高原草原和森林以及高原草原為主的植被面貌,高寒半荒漠和荒漠植被的面積大大縮小,僅分布在昆侖山南側(cè)及柴達(dá)木盆地中西部。2.2.2柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖青海湖在進(jìn)入全新世大暖期后,含鹽量呈波動(dòng)下降趨勢(shì),在5.1kaBP前后古湖含鹽量降至全新世以來最低值(0.435g/L),此時(shí)湖面較現(xiàn)代高出18m,全新世高溫期平均水溫比現(xiàn)代高1.8℃,最高時(shí)可比現(xiàn)代高2.2℃。柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖沉積特征表明,在大暖期中相對(duì)濕潤,在干鹽湖上出現(xiàn)了新的鹽湖?？煽晌骼锏貐^(qū)的湖泊以湖子湖和庫塞湖為代表,在6~5kaBP也經(jīng)歷了一個(gè)豐水期。2.2.3憲法上的黑土、灰褐土古土據(jù)研究,大暖期時(shí),在黃河源區(qū)鄂陵湖、星星海和托索湖沿岸,形成以高山草甸土型(草氈土)和亞高山草甸土型(黑氈土)為主的古土壤,表層有機(jī)質(zhì)含量高(10%~15%);在共和盆地和青海湖盆地形成的古土壤以黑壚土(灰褐土)居多,土色灰暗,具有結(jié)構(gòu)疏松而較厚的腐殖質(zhì)層;祁連山及其鄰近山地主要發(fā)育灰鈣土,呈灰棕黃色,結(jié)構(gòu)性差,有機(jī)質(zhì)含量低。2.2.4冰斗冰川內(nèi)的黃河源區(qū)湖泊在大暖期,青海高原的高山冰川有較大規(guī)模的退縮,較低山地的冰川消失殆盡,由于冰川的退縮和冰斗冰川的消失,在冰斗和冰川前形成許多新的湖泊如黃河源區(qū)這類湖泊較多。由于溫度升高,多年凍土大面積退化,在可可西里地區(qū),末次冰期形成的多年凍土上面20~30m全部消融,形成巨厚的融化層,冰川退縮后的一些地區(qū)變成高寒荒漠。3未來的氣候趨勢(shì)和環(huán)境反應(yīng)3.1氣溫、降水組合青海高原歷史時(shí)期的氣候變化大致可劃分為幾個(gè)階段:(1)氣候適宜期,距今7000~3000年,十分暖濕,最暖時(shí)平均氣溫較今高出3~4℃;(2)新冰期,公元前1000年至公元5世紀(jì),較為嚴(yán)寒,有過幾次大規(guī)模冰進(jìn);(3)溫暖期,6世紀(jì)至12世紀(jì),較現(xiàn)代溫暖濕潤;(4)現(xiàn)代小冰期,12世紀(jì)末至19世紀(jì)前期,偏冷,尤其17世紀(jì)中葉平均氣溫比現(xiàn)代低1℃左右;(5)最近的升溫期,19世紀(jì)中葉至今,氣溫以偏高為主,降水在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初偏多,后偏旱。在氣候變化中,氣溫的變化是主要驅(qū)動(dòng)因素,而降水的變化在氣溫變化的不同階段有不同的表現(xiàn),且不同的氣候區(qū)更有不同表現(xiàn),研究氣溫與降水組合關(guān)系和機(jī)制,對(duì)預(yù)測(cè)未來10年際氣候趨勢(shì)有重要意義。從歷史氣候分析,青海高原氣候變暖和增濕是一致的,古里雅冰芯所記錄的氣溫與降水的長期變化趨勢(shì)呈正相關(guān),但降水變化滯后于氣溫變化,其滯后期在古里雅冰芯記錄達(dá)50~100年。在10年際的時(shí)間尺度上,氣溫與降水相關(guān),溫濕組合呈現(xiàn)冷濕、冷干、暖濕、暖干的多種搭配。古里雅冰芯和敦德冰芯分別具有接近2000年和1400年達(dá)到10年分辨率的氣溫(以δ18O代表)和降水(以積累量代表)記錄,從中可知冷暖與干濕搭配中,10年際變化以冷濕和暖干組合占優(yōu)勢(shì),100年際變化多數(shù)是以暖濕與冷干組合,少數(shù)是冷濕與暖干搭配,聯(lián)系到孢粉、湖泊沉積、黃土與古土壤文獻(xiàn)等記錄1000年際的變化,大體都是暖期降水多于冷期。根據(jù)采自青海南部高原樹木年輪樣本重建的453年春季濕潤指數(shù)序列中,顯著的干旱時(shí)段有6個(gè),顯著的濕潤時(shí)段有5個(gè),具有60.4和50.3的長周期。3.2未來氣候趨勢(shì)的預(yù)測(cè)3.2.1青藏鐵路沿線氣候系統(tǒng)典型特征近2000年來,由于氣候持續(xù)的自然變暖和人類活動(dòng)影響的疊加,使得20世紀(jì)成為過去2000年來最溫暖的100年。根據(jù)IPCC第三次評(píng)估報(bào)告,從1860年以來全球平均升溫(0.6±0.2)℃。利用多條樹輪資料,青海高原近250年(1735-2002年)大致可以分為2個(gè)偏暖期和2個(gè)偏冷期,偏暖期為1779-1811年和1934-2002年,偏冷期為1741-1778年和1812-1933年,在20世紀(jì)80年代末期增溫最為迅速,最暖年份出現(xiàn)在1998年(圖6)。利用各國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)數(shù)據(jù)分發(fā)中心(DDC)提供的7個(gè)全球海氣耦合氣候系統(tǒng)模式(CCC,CCSR,CSIRO,DKRZ,GFDL,HADL,NCAR)的模擬結(jié)果,在假定CO2濃度繼續(xù)增加的各種情景下,預(yù)測(cè)青藏高原在2020-2030年氣溫上升1.68℃;到2050年上升2.22℃,在2×CO2情景時(shí)氣溫將達(dá)到2.94℃。在CO2增加2倍時(shí),數(shù)十個(gè)全球氣候模式模擬結(jié)果顯示,青海高原升溫在0.75~2.20℃,21世紀(jì)末,青藏鐵路沿線各站的增溫幅度在3.8~4.8℃之間。青藏高原是冬季增暖的最大區(qū)域之一。3.2.2青海高原降水趨勢(shì)及與預(yù)測(cè)的建議全球變暖使更多的水汽從海洋與陸面蒸發(fā),促進(jìn)水循環(huán),增加降水。由于青藏高原地面增暖,使夏季青藏高原熱低壓加強(qiáng),有利于夏季風(fēng)深入內(nèi)陸腹地,從而使降水量增加。在全新世大暖期盛時(shí),降水量大幅度增加,能超過因增溫而導(dǎo)致的蒸發(fā)加強(qiáng),如青海湖地區(qū)降水量比今多50%,遠(yuǎn)大于現(xiàn)代降水變率的20%范圍,這必須假定當(dāng)時(shí)大氣環(huán)流形勢(shì)有所改變,即西風(fēng)帶北移,季風(fēng)降水范圍擴(kuò)大,并較現(xiàn)代強(qiáng)烈得多。按照20世紀(jì)40-50年代升溫峰值階段降水有所回升的經(jīng)驗(yàn),以及降水變化滯后于溫度變化和干濕周期的規(guī)律,在20世紀(jì)80年代和進(jìn)入21世紀(jì)初,2003年以來青海高原降水已顯著增加的事實(shí),預(yù)測(cè)未來至21世紀(jì)中期青海高原年降水量持續(xù)增加的可能性較大。青海高原在CO2增加2倍時(shí),數(shù)十個(gè)全球氣候模式模擬結(jié)果表明,2010-2039年降水量將比1990年以前多年平均實(shí)測(cè)值增加0~30%不等;根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,在同時(shí)考慮CO2和氣溶膠的影響后,雖然青藏高原各地在不同季節(jié)降水增減不完全一致,但青海高原各季降水均有所增加;在只考慮溫室氣體的影響時(shí),21世紀(jì)中期青海高原年平均降水將增加2.5~10mm/月,21世紀(jì)后期降水將繼續(xù)增加。3.3未來氣候條件下環(huán)境反應(yīng)預(yù)測(cè)3.3.1流域年際變化、氣象變化與降水量的關(guān)系氣溫作為熱量指標(biāo)對(duì)地表水資源的影響主要表現(xiàn)在:(1)影響冰川和積雪的消融;(2)影響流域總蒸發(fā)量;(3)改變高山區(qū)的降水形態(tài);(4)改變冰川區(qū)下墊面與近地層空氣之間的溫度差,從而影響冰川區(qū)的小氣候。水文水資源對(duì)氣候變化的響應(yīng)是十分復(fù)雜的,它涉及氣候要素均值時(shí)空分布以及強(qiáng)度變化等多方面的水文響應(yīng),由于目前大氣環(huán)流模型只能給出大氣中CO2濃度加倍條件下年和季的氣候背景值,對(duì)其時(shí)空變化的考慮是很有限的。青海高原以雪冰融水補(bǔ)給為主的河流流量可能會(huì)減少。三江源地區(qū)的冰川退縮對(duì)長江、黃河、瀾滄江等國內(nèi)、國際河流水資源的影響較大。在未來幾十年,如果遭遇到氣溫升幅與降水減幅較大的“暖-干”氣候組合時(shí),流域產(chǎn)水量將有較大的減幅;當(dāng)氣溫變化不大而降水增幅較大時(shí),流域產(chǎn)水量將有明顯的增加,同時(shí)由于雪冰及凍土融水的補(bǔ)給,此氣候情景下黃河上游唐乃亥以上流域徑流量的增幅還將略大于降水量的增幅。根據(jù)2001-2006年黃河源區(qū)湖泊群的最新波動(dòng)研究,表現(xiàn)出湖泊面積增大、數(shù)量增多的一致性變化跡象,這種波動(dòng)趨勢(shì)在汛前期較汛后期表現(xiàn)得更為顯著,主要是在此期間降水量增大、蒸發(fā)量減小的暖濕化特征顯著,以及凍土退化加大了地下冰融化水補(bǔ)給量的直接效應(yīng)。到2100年氣溫上升3℃,降水不變,則冰川長度小于4km以下的冰川大都消失,整個(gè)長江源區(qū)的冰川面積將減少60%以上。如果考慮降水增加,冰川面積在2100年的氣候條件下減少約40%,將從現(xiàn)在的1168.18km2減少到700km2左右,冰川融水的比重也將會(huì)由現(xiàn)在的占河流總徑流的25%下降到18%。青海湖在氣溫不變,流域內(nèi)平均降水量增加1mm時(shí),湖水位將上升4.1mm;降水不變,流域氣溫上升1℃時(shí),湖水位將下降95mm。降水增加對(duì)湖水位的影響是正效應(yīng),氣溫升高對(duì)湖水位的影響則是負(fù)效應(yīng)。在流域內(nèi)降水量增加23.2mm時(shí),湖水位將上升95mm,與氣溫升高1℃的效應(yīng)相抵消。降水量凈增23.2mm僅相當(dāng)于年均降水量增加6%。3.3.2氣候變化對(duì)江河源地區(qū)草原—植被響應(yīng)根據(jù)幾個(gè)主要的大氣環(huán)流模型(GCMs)對(duì)2×CO2模擬結(jié)果的綜合,在氣溫增加4℃,降水增加10%的條件下,高寒植被將大部分消失,山地的高山草原與草甸分別向溫性荒漠與草原演化,高原上的高寒植被除少數(shù)轉(zhuǎn)化為森林和草原外,大部分將變?yōu)闇匦曰哪?植被垂直帶上移。在IPCC情景下,江河源地區(qū)溫帶草原到寒溫帶針葉林群落的面積增加,而溫帶荒漠到冰緣荒漠的面積縮小,分布界線向更高的海拔高度遷移。假定6種不同的氣候背景(溫度升高1℃,2℃,3℃,與兩種降水變化正負(fù)10%的組合),當(dāng)降水增加10%時(shí),如氣溫升高1℃,柴達(dá)木盆地的大片戈壁、鹽殼及風(fēng)蝕沙地將有50%發(fā)展為荒漠植被,青海湖周圍的草甸和沼澤北延到祁連山下、西伸到柴達(dá)木盆地邊緣;如氣溫升高2℃或3℃,上述區(qū)域內(nèi)植被演替方向與氣溫升高1℃時(shí)情景相同,即草原和稀疏灌木草原、草甸和草本沼澤的面積擴(kuò)大,荒漠面積縮小,沙漠、戈壁和鹽殼的面積基本不再擴(kuò)大,部分已被荒漠取代;當(dāng)降水減少10%時(shí),無論氣溫上升程度如何,上述區(qū)域內(nèi)的植被呈相反方向演替,即荒漠面積擴(kuò)大。由此說明,影響青海省植被分布的關(guān)鍵因子是降水。3.3.3沙漠化土地的自然因素青海高原年降水量<300mm的干旱區(qū)占總區(qū)域面積的43.2%,年降水量在300~450mm的半干旱區(qū)約占35.6%,兩者共占78.8%。青海高原潛在的沙漠化土地主要發(fā)育在半干旱地區(qū)的草原、荒漠草原地帶(農(nóng)墾后的旱作農(nóng)田、墾荒地)的農(nóng)牧過渡帶和各大沙地(過度放牧、樵采地帶)及其周圍。氣候變暖后,蒸發(fā)相應(yīng)加大,如果降水的增加量不足以抵消蒸發(fā)量的增加,則將會(huì)使農(nóng)牧交錯(cuò)帶擴(kuò)大,加之土壤侵蝕危害嚴(yán)重,土壤肥力降低,初級(jí)生產(chǎn)力下降,草地景觀將發(fā)展為荒漠化。據(jù)研究,如果氣溫上升1.5℃,我國旱區(qū)總面積將增加1.88×105km2,青海高原干旱地區(qū)面積也將擴(kuò)大。3.3.4植物生長過程的變化生物多樣性和氣候變化之間的聯(lián)系是雙向的:一方面生物多樣性受到氣候變化的威脅,另一方面生物多樣性可減輕氣候變化的影響。氣候變化對(duì)生物多樣性物種部分的不良影響主要包括:物種分布的轉(zhuǎn)移、滅絕率上升、繁殖時(shí)間改變和植物生長期長度的變化。氣候變暖后,各種植物的種植界限都要發(fā)生遷移,但物種的遷移有多種因素,包括物種本身的遷移能力、適應(yīng)能力、可供遷移的適宜地距離、遷移過程中的障礙等。許多物種將難以適應(yīng)氣候的變化,其中一些物種不能適應(yīng)溫度的變化而使植物群體生長期延長4.95d,即各物候期的始期提前,而末期推遲,并導(dǎo)致禾本科牧草的比例增加,莎草和雜草減少,物種的豐富度顯著降低,總生物量減少20%左右。3.3.5高溫凍土地基退化的可能對(duì)未來不同氣候變化情景下高原凍土變化的預(yù)測(cè)結(jié)果表明,氣候年增溫0.02℃情形下,50年后多年凍土面積比現(xiàn)在縮小約8.8%,Tcp(年平均地溫)>-0.11℃的高溫凍土地帶將退化,100年后,凍土面積減少13.4%,Tcp>-0.5℃的區(qū)域可能發(fā)生退化,如果升溫率為0.052℃/a,青藏高原在未來50年后退化13.5%,100年后退化達(dá)46%,Tcp>-2℃的區(qū)域均可能退化成季節(jié)凍土甚至非凍土。在未來假定氣溫以0.40℃/10a的變化率線性遞增,50年后高原多年凍土面積將減少3%,如果把不銜接凍土區(qū)的面積計(jì)算在內(nèi),則多年凍土面積將減少近25%。這直接影響到青藏公路、青藏鐵路的維護(hù)與建設(shè)。3.3.6氣候條件對(duì)草地土壤侵蝕的影響氣候變暖,由于溫室效應(yīng)使下墊面的水熱狀況改變,氣候要素的極值變化更大,將導(dǎo)致與生態(tài)系統(tǒng)密切相關(guān)的極端天氣和氣候事件,如干旱、洪澇、雪災(zāi)、火災(zāi)和病蟲害等頻率和強(qiáng)度的增加,從而使自然生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性增大。青海牧業(yè)區(qū)由于高原植被生長緩慢,覆蓋率低,植被稀疏,加之超載過牧等人為活動(dòng)的影響,砂礫外露,春季土壤解凍后土質(zhì)干燥松散,再配合以冬春季盛行強(qiáng)勁的偏西風(fēng)和頻繁出現(xiàn)的冷空氣活動(dòng),產(chǎn)生強(qiáng)勁的風(fēng)力作用,導(dǎo)致沙塵暴天氣頻發(fā),以及土壤風(fēng)蝕和土地荒漠化的發(fā)展;再遇強(qiáng)降水,在集中降水的沖刷下難以攔蓄徑流,泥沙俱下,易形成大面積水土流失,并