1、兰州大学硕士学位论文三江源湿地消长对区域气候影响的数值模拟姓名：马艳申请学位级别：硕士专业：大气科学 气象学指导教师：靳立亚20060501摘要本文运用1995年5月一9月的NNRP2再分析每日4时次资料驱动RegCM3模拟三江源及其周边地区，并用ECMWF再分析每日4时次资料中的ECT42与模拟结果相比较，得到验证区域气候模式RegCM3是适合运用于该区域。然后，运行区域气候模式RegCM3研究三江源湿地的消长对该区及其周边地区气候的影响。共设计了三组试验：控制试验(A)，即采用NOAA的OISST年D美国地理调查局提供的地形及全球植被资料，以1995年5月1日06时的NCEP资料作初始场，
2、积分至1995年9月1日oo时：三江源湿地面积扩大试验(B)，即将三江源区的土地覆盖N用类型11即半荒漠换成类型14即内陆水，其余都跟第一组实验相同：湿地面积缩小试验(c)，即将三江源区的土地覆盖利用类型2、9、12、13和14即草甸、冻土、冰川、沼泽和内陆水换成类型8即沙漠，其余都跟第一组实验相同。通过对比分析发现，三江源湿地的扩大和缩小都能影响地表温度、高度场和流场、以及降水的强度，还能影响到土壤含水量和蒸发量。对于湿地增加(减少)产生的影响，主要有以下模拟结果：当湿地增加后，青藏高原夏季平均温度降低，降水减小。这是因为当三江源湿地增加，使得地面反照率降低，热容量增加，感热输送减弱，对大气
3、的湍流加热减小，从而导致该区域上空的大气温度降低，对应的上升运动减弱，近地层等压面高度也就随之升高，降水就减少。高原气温降低致使高原上空的气旋性环流加强，长江中下游地区降水增多。同时，季风区的季风加强，降水增多。新疆温度降低，降水增多。当湿地减少后，主要变化与湿地增加后基本相反。由以上可以看出，三江源湿地的消长对该区及其周边地区的气候产生了深刻的影响。关键词： 区域气候模式气候模拟RegCM3三江源湿地AbstractImpacts ofe Rivet Source Regions changed area on the regional climate andenvironmentwere
4、studied and analyzed by using the latest Regional Climate Model(RegCM 31Experiment was designedto indicate the conclusion that RegCM_3 hasthe ability to simulate the climate of the me River Source Regionin this way：Thefour times daily reanalysis data during the period of May to September in year 199
5、5，offered by NCEP,was first used to initiate the Regional Climate Model，then theresult of simulation was compared with the reanalysis data collected from ECMWFThere were three groups of experiment designed to study the influence of the growthand degradation of Three River Source Regions wetland on t
6、lle climate of thestudying region and the regions aroundThe first experiment is ControlledExperiment(A)：run the model from 1“May，1 995 to 1“September,by using datasetsof OISST，Topography,and Global Vegetation，offered by NOAA and US GeologicalSurvey respectivelyThe second one was defined as Expanded
7、ExperimentfBl overThree River Source Regions wetland，as it iust changed the Land CoverVegetationClasses over River Source Region from type 11一Semidesert to type lnlandwaterThe final group is named as Miniature Experiment fClit was done bysubstituting type 2，9，12，13 and 14 of Land CoverVegetation Cla
8、sses over RiverSource Region，which is Short grass，Tundra，Ice capglacier,Bog or marsh and Inlandwater respectively,with type 8Desenwhile keeping the other types unchangedThe comparing analysis indicated that：expansion and degradation of Tllree RiverSource Regions wetland can both impose impacts on Su
9、rface Temperature，PotentialHeight Field，W砌Field，and intensity of precipitation，as well as the vapor rate andcontaining water of soilThe main simulating results about the impacts imposed byincrease or reduction ofwetland area include the following：Fh-stt11e average temperature in summer over Tibet Pl
10、ateau falls down andprecipitation decreases as the wetland areas increaseThis can be explained by thefact that decreased surface reflective rateincreased tllernlal capacity,weakenedsensitive heat flux and decreased heat on atmospheric turbulence，all resulted from theexpansion of wetland，can lead the
11、 atmospheric temperature over this region to fall，and its rising movement to weakenand then rise the geopotential height near thesurfaceas wellthe rainfall reduceThe falling temperature over Tibet Plateau callfurther strengthen the cyclone circulation over the Plateau，which causes theprecipitation o
12、ver Yangtze River to decreaseBesides，changes caused by degradation ofwetland are reverse to that ofexpansionObviously,the expansion and degradation of Three River Source Regions wetlandimpose great impact on the climate ofthe studying region and the regions aroundKey words：Regional Climate Model，Cli
13、mate Simulation，RegCM_3，Three RiverSource Region，Wetland原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：当整 日 期： 兰!兰兰关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州
14、大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：墨鱼 导师签名：第一章 绪论第一章绪论11土地利用，覆盖变化及其气候效应20世纪以来，由于自然原因和人类对自然资源过度开发及不合理利用而造成的生态环境退化问题日益显著，主要表现为森林破坏、草场退化、土地沙漠化、水土流失、湿地萎缩以及
15、由此造成的水资源、森林资源等自然资源的短缺和气候变异、自然灾害增多等现象。近些年来的一系列灾害性事件如洪涝、干旱和冰雹等的频繁发生日益突显生态环境的恶化与气候变化的密切相关，尤其是人类活动和土地利用覆盖同气候变化的相关性。研究表明，作为气候系统下垫面的植被生态系统会对气候系统产生很大影响，主要通过其生物物理过程，如辐射、蒸腾等与大气进行物质和能量的交换，二者之间的作用是相互的。由于人类活动对地表覆盖和大气成分的改变，植被和大气相互作用过程更为复杂，这种相互作用包括了物理的、化学的、生物的和社会的过程。因此，研究土地利用覆盖对气候变化的影响不但对于人类的生存至关重要，而且对于人类如何适应和减缓全
16、球气候变化具有指导意义。我国位于欧亚大陆的东南部，东部处于显著的季风气候区，内陆为大陆性气候。同时，我国幅员辽阔，地形结构复杂，复杂的地形结合多变的气候和长期人类活动的影响，使得我国近代土地利用覆盖的种类和面积产生了深刻的变化。因此，研究我国土地利用覆盖变化对区域性气候的影响具有重要的现实意义。近年来，国内外已开展了一些有关土地利用覆盖变化对边界层气候影响的研究工作。例如，Anthes(1984)研究了在半干旱地区植被覆盖度变化对对流性降水影响时指出，在半干旱地区如果植被宽度为50100km，则在有利的天气条件下会引起对流降水的增加。Mahfouf等(1987)研究了土壤和植被特征对中尺度环流
17、的影响，发现以草原代替雨林后，地表温度将升高25。C，年蒸散率下降30，降水减少25，并且在干季最明显。Charney等(1997)首先运用大气环流模式进行下垫面反照率影响降水的数值试验。该模式通过控制陆面蒸发系数来达到改变陆面反照率的目的，发现反照率的增加将导致地表辐射能量的损失，对流上升运动减弱，从而降水减少；反之，降水则增加。国内关于此方面的研究起步较晚。刘树华等(1996)利用陆面过程与大气边界层耦合模式研究了我国西第一章 绪论北半干旱区夏季下垫面物理特征的变化对区域边界层气候影响。结果表明，土壤湿度、植被覆盖度对局地环流和区域边界层气候的形成起着重要的作用。王革丽等(1997)在颜宏
18、等有限区域细网格模式的基础上，引入Deardorff植被参数化方案，研究了西南低涡降水对青藏高原及其邻近区域植被覆盖和土壤湿度变化的敏感性，试验表明，西南低涡降水对植被覆盖和土壤湿度的改变是敏感的，其降水范围和强度随着高原及其邻近地区植被覆盖率和土壤湿度的增加而增大，而且地面水汽通量的增加超过了降水量的增加。符淙斌等(1998)的研究表明，当内蒙古一带草原被破坏后，该区域内水分循环变弱，降水和蒸发量减少，地面温度升高，相应的地表感热通量和长波辐射增加，而潜热通量和吸收的太阳短波辐射减少，认为降水量和蒸发量的减少主要与地表粗糙度和反照率的改变有关。范广州，吕世华(1999)利用RegCM2模式做
19、了5组数值试验以检验陆面植被类型变化对华北地区夏季降水的影响，结果表明，在华北地区以草原或沙漠代替落叶林后，华北地区降水略有减少，但降水总量变化不大。钟中(1999)利用中尺度数值模式MM5对三北地区下垫面改变在三北地区及三北以外区域的生态效应进行了数值模拟，结果表明：三北地区植被退化和沙漠化将使三北地区月平均气温升高，区域平均湿度减小，近地面风速增加，降水减少，并且三北地区植被改变对环境影响程度在垂直方向可达到大气边界层以上。叶卓佳等(2000)利用中尺度生态气象模式并结合对流参数化方案，对不同地形(平坦地形和复杂地形)和不同天气背景条件下中纬度半干旱区陆面变化对中尺度大气边界层结构和气候的
20、影响进行了研究，发现在部分裸壤地区覆盖植被时，其土壤湿度将变大，植被上空大气边界层内的温度比其附近的裸壤地区偏低，而大气湿度有所增加。为了研究干旱区绿洲生态系统动态稳定性，潘晓玲利用水热平衡方程研究得出：绿洲生态系统是向绿洲化还是向荒漠化的方向发展，取决于局地气候对绿洲蒸散、植被覆盖面积、作物生理生态特性、生态系统下垫面状态等参数的敏感性响应。12三江源湿地的消长及其与气候变化的关系近15年来长江源区土地利用覆盖也发生了显著的变化(潘竞虎，2005)。据统计，目前三江源区沙漠化土地总面积为3，32803km2，占长江上游地区沙漠化土地总面积的8458(董玉祥、陈克龙，2002)，沙漠化年扩展速
21、率达09。三江源区沼泽低湿草甸植被向中旱生高原植被演替，泥炭沼泽地干燥并裸露，导致湿第一章 绪论地水源涵养功能降低。此外，湿地退化导致许多生物所依赖的自然环境消失，生物多样性面l临巨大威胁。湿地被认为是具有最高生态系统服务价值的土地利用类型，长江源区湿地大面积萎缩直接反映出区域生态环境的恶化趋势。长江中下游河床因泥沙淤积而抬高，湖泊淤积，蓄水能力降低，长江泄洪能力减少了1020，洞庭湖蓄水能力锐减，平均每年入洞庭湖的泥沙为129X 108m3，湖面面积从20t烷50年代初的4，300km2缩小到2，600km2，调洪能力从293108m3削减到174X 108m3(程胜高等，1999)，使得水
22、灾发生的可能性和造成的后果大大增加。湿地退化引起的气候变化又会加剧源区土地利用和景观格局的变化，形成一种正反馈机制。长江源区生态体系的脆弱性及高寒环境对气候增温的异常敏感性，使得气候的任何小幅变化都将对该区域生态环境产生深刻的影响。近40年来，长江源区平均增温幅度约为006“C10年(汪青春，1998)，同时期降水量以70 mm10年的速度减少，造成植被因干旱而退化，沼泽草甸因干旱而疏干，湿生草甸植被向中旱生植被演替。气候的暖干变化促使冰川融化、冰川末端退缩，冰川退缩又是冰缘湿地退化的原因之一。长江源区广泛分布着冻土层。近15年来随着气温逐渐转暖以及人为活动强度增大，造成多年冻土层退化，使得植
23、被根系层土壤水分减少，表土干燥，沼泽疏干：并使土壤结构、组分发生变化，从而使高寒草甸、沼泽草甸植被退化，优势植物种群发生演替。湿地保持和气候变化在近几十年来已经成为热点。他们之间表面的联系已经有大量的文章阐述过，也为更多的人所了解。由于在湿地生态学和气候学两个学科之间有很大的不同，所以在气候变化和湿地保持之间的内在联系还没有被揭示出来。尽管气候模拟从上个世纪七十年代就开始盛行，但是到目前为止仍然很少有将与气候模拟相关的方式用于湿地生态学领域的研究。然而，现在有越来越多的科学家已经意识到如果气候变化的过程没有弄清楚，全球保护和合理利用湿地资源就不可能做到。将湿地研究和气候模拟联系在一起的几种方式
24、中最受人关注的一种是关于湿地中二氧化碳沉积的研究(Wang HanJie et al，2005)。因为二氧化碳是最重要的温室气体，它可以作为辐射强迫因子而在模式中被参数化。来自湿地的任何数量的二氧化碳，不论是释放还是储存，都能在模式中明确的表达出，从而反映第一章 绪论对湿地的影响。(Christensen等人，1999)。将湿地资源与气候模拟联系在一起的一个简单方法就是通过的湿地覆盖动态变化来反映因之而引起的气候变化。进入卫星时代后，我们可以通过卫星图像追踪湿地资源的动态变化。根据卫星观测从1990年N2000年三江源湿地的总面积减少了百分之十五(Qin BoQiang et al，1998)
25、。13本论文研究的主要内容本文利用区域气候模式RegCM3(Third Generation Regional Climate Model)来研究三江源地区湿地覆盖面积的变化对当地及相邻地区气候变化的可能影响。通过在气候模拟中量化湿地覆盖面积的变化，模拟其产生的气候效应，探讨湿地变化与区域气候变化之间的紧密联系。4第二章三江源区生态环境段湿地变化第二章三江源区生态环境及湿地变化2I引言三江源区位于世界“第三级”青藏高原主体部位、青海省的西南部，是长江、黄河和澜沧江三大河流的发源地(殷青军、徐维新，2001)，素有“中华水塔”之称，区域内水资源涵养功能显著，是我国主要的水源地之一(周立志等，20
26、02)。三江源区地理位置介于东经89024 7102023，北纬3103936。16之间(王巨禄，2003)，地处高原，海拔高峻、地形复杂多变，自然条件严酷、生态环境脆弱、自然灾害频繁、生态环境面临的形势十分严峻。该区行政区总面积363万km2，约占青海省总面积的504(温生辉，2000)。青藏高原的隆起，以及其独有的热力和动力作用，打破了行星风系的临界尺度，迫使大气环流改变行径，建立了包括东南、西南和高原季风在内的季风气候系统，对全球生态因子的空间分布和生态多样化地区的分化产生了巨大的持续性影响。由于高原的“热岛”效应，其吸热系数远大于同纬度、等高度的自由大气。作为下垫面主要组分的水体、沼泽
27、和植被，必然影响到高原的吸热状况，从而改变近地面气流运动与交换，反作用于大气，影响高原及其周围地区气候，并经过大气环流和江河水流水气循环影响全球气候和生态变化(唐小平，2003)。22三江源区的气候、生态环境特征三江源系大陆性气候，具有寒冷、缺氧、多风、少雨、干燥，日温差大，冬长夏短，四季不分明，气候区分布差异大，垂直变化明显等特点。大部分地区年平均气温在一2以下，高山区常年在一6以下，是地球上仅次于南极和北极的第三寒冷区域(张忠孝，2004)。以青海湖为中心带，周围地区的年降雨量为300400mm，柴达木盆地的西部大都在lOOmm以下，人口密集的海东地区为250380mm之间，而相对蒸发量一
28、般在1400-2900mm之间，为降雨量的57倍。且年降水量的80集中在79)q份，所以少雨季节大地干渴，干旱肆虐；雨季暴雨频繁，洪水泛滥成灾。青藏高原严酷的高寒气候环境构成了独特的生命存衍区，许多生物至此已达边缘分布和极限分布，孕育了众多高原独有的生物物种，被誉为高寒生物自第二章三江源区生态环境及湿地变化然物种资源库和高原基因库，是世界上高海拔地区生物多样性最集中区(唐小平，2003)。在过去几十年里，因为气候的变化和人类活动的加剧，整个源区的生态环境发生了巨大的变化。源区的生态环境变化将直接关系到区域乃至国家的生态安全，对全国乃至全球的大气、水量循环具有重要影响(王巨禄，2003)。在历史
29、上，三江源地区曾经是水草丰美、湖泊星罗棋布、森林与草原相连、野生动物种群繁多的自然宝库。青藏高原虽然地跨亚热带、暖温带、温带和寒温带，但是由于喜马拉雅山横跨青藏高原，以及青藏高原隆升而伴随的寒冷气候，抑制了热带与亚热带植物的入侵，从而使温带植物区系得到充分的发育，因此组成高寒草甸的植物则以温带科、属为主(唐小平，2003)。源区孕育了众多高原独有的生物物种，植物中有许多青藏高原特有的经济植物。在野生经济植物中，中药材有400余种，神奇迷人的青藏高原，还孕育Y411种陆生脊椎动物。三江源区独特的地貌类型、丰富的野生动物类型、多姿多彩的森林与草原植被类型和秀美的水体类型，构成一道亮丽、独特的自然风
30、景。而且随着气象条件变化而产生的各种天象景观、随着季节变化而产生的林相及水体大小、形状的变化，更增添了大自然景观异彩纷呈。随着全球气候逐渐变暖，生态环境呈恶化之势，形势严峻。冰川、雪山逐年萎缩，直接影响当地湖泊和湿地的水源补给，致使众多的湖泊、湿地面积缩小甚至干涸，沼泽地消失，泥炭地干燥并裸露，沼泽低湿草甸植被向中早生高原植被演变。由于江河源头水汽条件恶化，产水量减少，水源涵养功能弱化致使草场退化、沙化面积逐年增加。水土流失也日趋严重。三江源区是全国最严重的土壤风蚀、水蚀、冻融地区之一，受危害面积达1075万hm2，占三江源区总面积的34(詹红岩，2002)。23三江源区湿地的特点三江源区是青
31、藏高原的重要组成部分，孕育了高寒湿地、高寒荒漠、高寒干草原等独特生态系统，特别是造就了世界上高海拔地区独一无二的大面积湿地生态系统，包括高原河流、湖泊、沼泽、雪山、冰川等多种湿地类型，面积达112万km2，沼泽分布率大于25，是全国分布率最高的地区。源区河流纵横，有较大支流180余条。湖泊星罗棋布，大小湖泊16，500余个，其中在仅100余k群的星宿海就有2，600多个湖泊，是世界上高海拔地区湖泊最密集的地区，湖泊分布率第二章三江源区生态环境及湿地变化仅次于世界湖泊分布率最高的芬兰，是高原分布最集中、面积最大的湿地。列入我国重要湿地名录的有扎陵湖、鄂陵湖、玛多湖、岗纳格玛错、依然错、多尔改错等
32、。其中扎陵湖、鄂陵湖是黄河干流上最大的两个淡水湖，具有巨大的调节水量功能。冰川总面积l，400km2以上，年消融量10余亿m3。由于大面积高寒湿地的存在，使得在地势高寒、大气储水能力甚差的半干旱气候区内可以储存生命之水，加上高原大地形的加热，强化了巴颜喀拉山地区的局部降水，长江、黄河、澜沧江得以同源于此。长江总水量的25、黄河总水量的49$1澜沧江总水量的15都来自于三江源地区，形成了名副其实的“中华水塔”甚至“亚洲水塔”。可以既，三江源区是我国和亚洲最重要河流的上游关键源区，起着各江河水文循环的初始作用。这些湿地在水源涵养、减缓径流、蓄洪防旱、防灾抗灾、降解污染、维持生物多样性等方面有着其他
33、生态系统不可替代的作用，具有巨大的生态功能，在生态安全体系中被誉为“生命的摇篮”。但是随着气候变化和人类活动加剧，三江源的湿地发生了巨大变化。在二十世纪里，青海湖的面积从1908年时的4980平方公里缩减到1986年的4304平方公里，约缩减了百分之十四(Qin BaoQiang et a1，1998：丁一汇等，2001)。同时，据调查，近几十年来黄河源头的扎陵湖、鄂陵湖水位下降了3米：素有“千湖之县”美称的玛多县，如今90以上湖泊已经干涸，而且数量也锐减至U300多个。水文观测资料表明，黄河上游己连续7年出现枯水期，1989年至1996年8年间，黄河上游年径流量较常年平均流量减少了233。1
34、997年第一季度曾经降到历史最低点，源头首先出现断流；源头的鄂陵湖和扎陵湖水位下降了近2，两湖之间发生断流。源头水量减少不仅制约了源区的社会经济发展和农牧民的生产生活，还由于黄河的青海出境水量占到黄河总流量的49，也使得下游断流频率不断增加，断流历时和河段不断延长，下游地区25万平方公里的l亿多人口的生产生活发生严重困难。24有关三江源区湿地研究进展随着三江源湿地退化现象日趋显著，人们开始对三江源的湿地进行研究。早在20世纪90年代初施雅风先生(1990)就提出，自20世纪50年代以来，西北地区的高山湖泊向萎缩的方向发展，暖干化的气候是重要原因，加上植被、草场荒漠第二章三江源区生态环境及湿地变
35、化化普遍出现，涵养水源的能力下降，从而导致湿地生态环境恶化。庄永成等人(2001)利用遥感多时相土地利用覆盖的信息提取结果和提取系列图表明，近10年来黄河源区内沼泽湿地急剧减少。在自然因素和人为因素的综合作用下，导致该区沼泽湿地发生逆向演替：沼泽湿地一沼泽化草甸一草甸一沙漠化地一荒漠。所以与此相应的是荒漠面积大幅度增加，特别是沙质荒漠化在近年来面积剧增，重度荒漠化土地平均以6，08的年速率递增，N2000年已增至1976年的444倍。由于排水疏干沼泽湿地，使地表积水明显变浅，目前沼泽地夏季积水多在1020mm，很多沼泽地表仅呈过湿状态，甚至干枯，沼泽湿地地下水位距地表少则数十厘米，多则数米。湖
36、泊出现萎缩，面积缩减，湖水深度普遍较60年代浅。青海湖附近的沙漠面积以每年平均lO12平方公里的速度增长，尤其是湖西岸沙丘是近十多年来才形成的风沙堆积，并成为该区域沙漠化最快的地区。庄永成等人(2001)发现源区自1976年以来，土地覆盖变化特征为：变化幅度递增序列从大到小依次为沙质荒漠、岩屑坡、泥质荒漠、砾质荒漠，递减序列从大到小依次为高盖度草山草坡地、沼泽湿地、中等盖度草地、湖泊水体。其中泥质荒漠表现为湖塘萎缩一形成泥漠一风蚀一形成沙质裸地，这种重复变化过程中的非稳定过渡态土地类型。湖塘不同程度地干涸和消亡，动态稳定性差的浅水小湖塘随沼泽湿地的萎缩快速成批消亡。区内水域面积大于lkm2的湖
37、泊，1990年有25个，2000年仅剩18个。风积沙地面积由1976年的约60kin2扩展至2000年的140km2。并在棉纱岭、扎陵湖南、江蒙错北等地新型成一些沙丘、沙垄。寒冻风化岩屑坡下限高程下移一般达30m(主要发生在近十年间)，冲洪积扇前缘泄出型沼泽湿地向前缘退缩170m(卡日纳勤)至300m(河汤岔玛)，表明源区内冻融作用在近10年来持续加强、地下水位在不断下降，造成湿地整体下移并使之严重“缩水”。沈永平、王根绪等人在研究长江一黄河源区未来气候背景下的生态环境变化中指出，N2100年气温上升3，降水不变则长度小于4km的冰川大都将会消失，整个长江源区的冰川面积将减少60以上；如果考虑
38、降水增加，冰川面积在2100年气候条件下减少约为40，将从现在的116818kxn2减少NT00 km2左右，冰川融水的比重也将会有现在的占河流总径流的25下降N18。另外，由于冰川大量退缩，草地和湿地蒸发量加大，许多湖泊将会退缩和干涸，沼泽地退化、沙化第二章三江源区生态环境及湿地变化扩展、草地退化等一系列严重的生态问题将更加突出。宋长春(2003)在研究湿地生态系统对气候变化的响应中指出，气候变化常伴随着区域气温及降水条件等发生变化，对湿地水文、生物地球化学过程、水质与水循环、湿地能量平衡与湿地生态功能等产生较大的影响。潘竞虎等人(2004)基于TMETM卫星遥感数据，运用6IS方法，对江河
39、源区19862000年土地利用类型的时空变化特征进行了研究，结果表明近15年来源区湿地面积减少的主要原因之一是气候变化。近40年来，江河源区气温具有显著的升高趋势，同时期降水量尤其是夏秋季降水量持续减少。源区生态体系的脆弱性及高寒环境对气候增温的异常敏感性，使得气候的任何小幅变化都将对该区域生态环境产生深刻的影响。气候的暖干化趋势加剧了该地区的蒸发，导致土壤含水量减少，植被因干旱而退化，沼泽草甸因干旱而疏干、湿生草甸植被向中旱植被演变，沼泽植被衰亡，草甸消失为荒漠。源区广泛分布的冻土，随着气温逐渐变暖，造成多年冻土层退化，使得植被根系层土壤水分减少，表士干燥，并使土壤结构、组分发生变化，从而使
40、高寒草甸、沼泽草甸植被退化，从而加剧地表土壤更加干旱而趋于荒漠化。白红军等人(2004)研究指出，其高原湿地(如青藏高原湿地)不仅具有调节区域小气候的生态功能，还充当着巨大的碳汇，但气候变暖、变干会导致湿地面积萎缩，加速泥炭分解，使湿地向碳源转变，进而加剧全球变暖的趋势。罗磊(2005)根据对与青藏高原湿地退化有关的水分、温度和日照等气候背景条件变化趋势及其生态环境效应的研究结果，认为全球和区域气候变化是青藏高原湿地退化的重要原因，其中年度内降水不均匀性的增加、日照时数的延长以及气温与地温的升高对高原湿地水分丧失和退化有着重要的影响，而主要气象要素在中小尺度上时空分配状态的变化和局地气候特征的
41、改变则可能是湿地退化的更直接的原因和动力。王汉杰等人(2005)利用RegCM3研究青海湖的萎缩对区域气候的影响，结果是湿地的减少使得区域气候干早化，生态环境恶劣，最终导致严重的荒漠化。青藏高原广阔而又高大的高原面，改变了全球中纬度地带高空大气环流形势，高原面强大的动力和热力作用，形成高原季风环流，这对高原周围的我国、南弧、全亚洲乃至东半球的气候都会产生不同强度的影响。因为本区是青藏高原第二章三江源区生态环境及湿地变化环境变迁和水热条件变化的敏感区，对青藏高原大多数地区具有显著的代表性，因此本区的保护不是对小区域局部地区的保护，而要放在全球生态环境保护背景之下。尤其显著的是这种变化对长江、黄河
42、、澜沧江三条河流的水文(流量、含沙量、汛期等)特征的影响，对下游地区715671108人口的生活和34016X104km2区域的生产建设产生直接影响10。湿地生态系统受到损害，生物多样性降低。湿地生态调节功能降低也是湿地退化的表现之一。被称为“地球之肺”的湿地具有强大的生态调节功能和效益。李静等研究中国西北干旱半干早区湿地的退化时发现，湿地的破坏相应地带来了生态调节功能的降低，艾比湖的缩小使当地沙尘暴日数出现增多趋势。许多研究结果指出，导致高原湿地退化的重要原因之一是气候变化，对于人为活动较少的江河源头和偏远高海拔湿地尤其如此。迄今为止，关于气候变化如何影响高原湿地生态系统的研究仍十分有限，仅
43、在四川若尔盖湿地开展了较多的研究工作(白红军，2004)，而关于高原湿地生态系统如何影响气候变化的研究就更少了。所以，对面积广阔的江河源湿地群以及高原内陆湿地群与气候变化相关性的研究仍有待深入。第三章区域气候模式及其应用研究进展第三章区域气候模式及其应用研究进展气候及其变化和人类活动对气候的影响己日益成为一个重要的科学问题。气候具有明显的区域性特征，实际上区域气候及其变化对人类生活的影响更为直接，比如地区洪涝等灾害常常威胁着人类的生存安全等，所以对区域气候及变化的研究也引起了人们的极大关注，对区域气候及其变化的模拟已经成为研究区域水平上的全球变化问题的关键性科学问题。因而长期以来与此密切相关的
44、对区域气候的模拟研究也有了较大发展。进入20世纪90年代以来，区域气候模拟研究的进展更加明显。文节将概括国内外区域气候模式及其对区域气候模拟的研究进展。31全球环流模式对区域气候模拟的可靠性与不确定性IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第一工作组1990年第一次科学评估报告、1992年补充报告及1995年的第二次科学评估报告先后评估了世界各国近40个全球环流模式(GCM)。对全球和区域气候模拟的可靠性研究表明，20世纪90年代的GCM模式对全球气候的模拟具有较好的可靠性，对区域气候的模拟虽在有些区域有些季节具有较好的模拟效果，但仍存在较
45、大的不确定性。赵宗慈等(1995)曾经先后选用IPcCl9901992报告中的7个GCM和1995报告中的5个GCM作东亚与中国地N(150600 N，70。1400 E)模拟可靠性评估。分析与研究表明，GCM模式对东亚与中国地区的模拟从总体来看气温的模拟效果优于降水，冬季的模拟效果优于夏季。模式大致可以模拟出气温与降水的分布趋势，但数值上差异较大。综上所述，目前的全球环流模式在模拟区域气候上具有一定的模拟能力，但尚存在较大不确定性，且由于全球环流模式的水平分辨率较低，难于较为细致地模拟出区域气候的具体特点，又由于全球环流模式主要反映大的时间与空间尺度，难于模拟逐日和小时的变化，因而需要着重研
46、究模拟区域气候的方案。32区域气候模式的建立及其性能检验区域气候模式的思想来自中短期天气预测，即为了提高在研究区域的预报准确率，需要嵌套一个或几个区域尺度的天气模式。一部分区域气候模式来自全球第三章区域气候模式段其应用研究进展大气环流模式，即把模式范围取到研究的区域再与相应的全球模式嵌套。更多的区域气候模式的框架大都来自中尺度天气模式，而在其中加入全球环流模式(GCM)的许多气候学的物理过程，使之便于作气候模拟。Dickinson等(1989)、Giorgi和Bates(1989)于1989年将改进的有限区域中尺度气象模式(LAM)与全球尺度GCMs耦合，发展了一种所谓的“区域气候模式”(RE
47、GCM)。近几年的许多模拟试验表明，这种模式能得到许多GCMs难以分辨的区域温度、降水及土壤水分的变化特征(Dickinson、Giorgi F，et a1，1989-1993)，因而对于区域气候研究具有一定的应用价值。自Giorgi等(1989)将中尺度模式LAM与GCM模式单向耦合后，国内外陆续有人对耦合后的区域模式的参数化方案、资料同化等方面做了许多工作。Giorgi和Dickinson等(1989)的研究结果从理论上证明：大尺度的大气运动对区域模式中的中小尺度特征的模拟有较大的控制甚至支配作用，所以用准确的大尺度分析资料给区域模式提供较准确的初始条件和边界条件对区域模式的模拟很重要。1
48、989年Giorgi(1990)把美国中尺度模式LAM与GCM模式单向耦合，用于区域气候的模拟研究，从此人们开始利用由中尺度有限区域模式改造而成的区域气候模式RCM与GCM单向耦合来研究区域气候。321国外的工作除美国国家大气研究中心(NCAR)#b，许多国外的研究单位，如英国气象局(theUnitedKingdomMeteorologicaloffice)，美国国家环境预报中心(NCEP)等，都开发了自己的区域气候模式。这些模式各有自己的特色，例如加拿大基于中尺度气象研究协作中心(me Cooperative Center for Research in Mesometeorology)的非
49、静力中尺度模式，加入了加拿大气候模拟和分析,l：,(Canadian Center for Climatemodeling and analysis)第二代GCM的次网格物理参数化包，改建而成的RCM(CayaDaniel et a1，1999)，采用了高效的半隐式半拉格朗日方案，模式在积分时可采用较长的时间步长。Cooke等(2000)用此模式对美国北部和北美西部作了模拟，发现GCM和RCM都能模拟出由ENSO导致的一些现象，但RCM能模拟出更详细的细节。表1给出20世纪90年代以来国外用区域气候模式作过的现代气候个例研究的模式简介。表中表明20世纪90年代以来的区域气候模式已经由积分一个月到积第三章区域气候模式及其应用研究进展分10a不等，表明模式较为稳定。模式的水平分辨率从15kin到125km不等。从模拟的地区来看，目前的区域气候模式模拟研究已经包括了美国、欧洲、亚洲、澳洲和非洲，具有一定的广泛性。研究的问题涉及到个例研究与敏感试验(GiorgiF et a1，1993 1996)。模式1RegCMI2RegCMl3R
