1、干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的研究进展第 3O 卷第 1 期2008 年 2 月冰川 I 冻土JOURNAIOFGLACIOIOGYANDGEOCRYOIOGYVo1.3ONo.1Feb.2008文章编号:10000240(2008)01 0057-07干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的研究进展邓振镛,张强,辛吉武,赵鸿,王全福.,王鹤龄(1.中国气象局兰州干旱气象研究所,中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,甘肃兰州 730020;2.海南省气象局,海南海口 570000;3.兰州市气象局,甘肃兰州 730020)摘要:西北地区现代气
2、候变化基本特征是冬暖夏干, 采用脆弱度和影响指数方法定量评价了生态环境对全球气候变暖响应,重点阐述了西北现代气候变化对干旱生态环境和水资源这两个领域的影响.结果表明:由于现代气候变干变暖的自然和人为因素的共同作用 ,导致我国西北地区的黄土高原,黑河流域,石羊河流域,甘南高原和黄河首曲的地域生态环境有不断退化的趋势.气候变干使渭河上游,黄河上游(洮河和大夏河) 以及黄土高原中部 7 条主要河流的径流量呈明显下降趋势,引起水资源短缺.关键词:气候变化;干旱生态环境;水资源;响应;技术成果 ;研究进展中图分类号:P339 文献标识码:A0 引言 1 西北地区现代气候变化的基本特征在全球气候变暖的背景
3、下,近百年来,中国年平均气温升高了 0.50.8.近 50a,变暖尤其明显,中国大部分地区呈增温趋势,以北方增温最为明显.地球上有九成自然生态系统的变化与全球变暖有关.全球变暖对粮食安全,水安全,环境安全等构成重大影响,对人类的生存环境与可持续发展构成了严重威胁,必须高度关注和加强全球气候变暖对生态系统的影响研究.目前这种类型的课题是国内外科研攻关的重点和热点.尤其中央西部开发战略的实施,干旱地区生态环境的恶化和干旱灾害频繁发生已成为当地国民经济建设和农业生产发展的重大障碍.因此,该研究的实施具有重要意义.以往全面,系统研究甘肃省干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的工作比较少,该项目从研究
4、范围,内容和深度都是前所未有的.其研究成果将对科学指导生态建设,有效减轻气候变化和灾害性天气对生态系统造成的危害具有指导意义.1.1 气温变化选取西北地区资料年代较长的 171 个地面测站196l 一 2003 年 El 平均气温资料,计算分析发现1986 年是西北地区气候变化发生明显转折的年份.西北地区 19872003 年的年平均气温比 1961-1986 年的平均值升高 0.7|C,其增温幅度明显高于全国年平均增幅 0.35.C 的水平.气温升高最明显地区在北疆西北部,准噶尔盆地,吐鲁番盆地,柴达木盆地东部,年平均气温升高了 1.01.3.C(图1).全年以冬季气温升幅最大,12 月,1
5、 月和 2 月的升幅分别是 1.0,1.7 和 1.4_1.西北地区0.C 积温 19872003 年比 19611986 年平均增加了 112,10积温平均增加了 107,0的负积温绝对值减少 137.大部分地方作物生长期热量资源显着增加.西北地区年极端低温事件发生频次除青南高原为微弱减少趋势外,北疆,青海北部,西北东部和收稿日期:20070329;修订 El 期:200709l8基金项目:科技部科研院所社会公益研究项目(2005DIB3J1oo;2004DIB5J192); 甘肃省自然基金项目(3ZS061 一 A25010);甘肃省科技攻关计划项目(2GS042A44017)资助作者简介
6、:邓振镛(1943), 男 ,广东新会人,高级 1 二程师,1964 年毕业于广东海洋大学,主要从事应用气象研究.Email:Dengzhy23sohu.corn58 冰川冻土年平均气温之差(单位:)Fig.1Thedifferenceofannualmeantemperaturebetween19872OO3and19611986innorthwestregion南疆均为显着减少,并发生突变现象;年极端低温事件发生频次对西北区域性增暖呈显着的负响应,这种响应自西北部的北疆向东南部的陕南逐渐变弱.年极端高温事件发生频次均表现为增加趋势,年极端高温事件发生频次同区域性增暖呈显着的正响应.1.2
7、降水变化西北地区年降水量 19872O03 年与 1961-1986 年相比,西部呈增多趋势,东部呈减少趋势,增多区与减少区的分界线(差值的 0mm 等值线)与黄河走向基本平行(图 2).越冬作物(冬小麦和冬油菜)主要分布在黄河以东,越冬作物全生育期降水量 1987-2003 年与 19611986 年相比,只有甘肃陇东和宁夏南部增加了 10mm 左右,其余大多数地方减少 550mm,关中东部和陕南减少最多为3O50mm.春小麦全生育期降水量 19872O03年与 19611986 年相比,除南疆和青海东南部,甘肃的甘南和陇中减少 530mm,大部分地方增加56Omm.秋作物生育期降水量 19
8、87-2003 年与19611986 年相比,西部增多 570mm,东部减少 5160mm.西部呈增多趋势,东部呈减少趋势,与年降水量差值分布基本一致 l2.西北地区夏季无雨日数的空间分型主要有:南疆型,北疆型,高原东部型,青海高原型,河西走廊型及西北东部型.北疆区夏季无雨日数呈微弱下降趋势,南疆区和青海高原区为较明显下降趋势,河西走廊区,高原东部区呈较明显上升趋势,西北东部区呈明显上升趋势.周期震荡以 1113a 和 79a 的较明显, 而 20a 以上的低频震荡和 35a的高频震荡在大多区域也有反映493.年降水量之差(单位:mm)Fig.2Thedifferenceofannualpre
9、cipitationbetween1987 2OO3and19611986innorthwestregion西北地区年中雨以上降水次数自西北向东南方向递增,与年降水量并不存在线性关系.北疆年中雨以上降水次数呈明显上升趋势,而西北东部呈明显下降趋势,其它各区趋势变化不明显,也没有发生突变.年中雨以上降水次数存在 24a 的最显着周期,5.7a 周期也较显着 ,个别区还存在 40a 以上低频振荡周期;春秋季表现为下降趋势,而夏冬季变化较平稳,没有发生突变 l】.2 气候变化对生态环境的影响2.1 定量评价生态环境变化的方法2.1.1 脆弱度定量评价生态环境通过建立甘肃省脆弱生态环境定量评价指标体系
10、,确定各指标权重,计算生态环境脆弱度,将全省 14 个地级市分为 4 个区(表 1):1)极强脆弱区,包表 1 甘肃省 14 地级市生态环境脆弱度Table1Thefragilitydegreeofecoenvironmentof14regionsinGansuprovince1 期邓振镛等:干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的研究进展 59气候影响指数水热影响指数括甘南和临夏长江黄河的上游源区;2)强脆弱区,包括疏勒河流域及腾格里沙漠南缘的白银北部;3)较强脆弱区,包括石羊河流域及陇中黄土高原区;4)偏强脆弱区,包括黑河流域及陇东南区.2.1.2 影响指数定量评价生态环境马兴祥等采用生态
11、环境影响指数分析石羊河流域近 50a 环境变化过程 ,结果表明 :人类活动影响指数由 0.121 升高到 2.142,增加约 18 倍(表 2),气候变化影响指数由 2.94 升高到 11.68,增加 4 倍(表 3),人类活动影响指数远远大于气候变化影响指数.由人类活动和气候变化共同作用,使该地区生态环境逐步恶化.2.2 气候变化对生态环境客观评价2.2.1 气候变化对甘南高原和黄河首曲生态环境的影响甘南高原和黄河首曲区域降水量年际变化呈下降趋势,以秋季降水量递减为主.气温年际变化趋势呈显着上升趋势,增温率以冬季最大.草地年干燥指数变化呈显着上升趋势,气候趋于暖干化.流域降水量与水资源呈显着
12、正相关,导致水资源减少.该区域由 1949 年实际载畜量 231.961O 只羊单位,增至 2004 年 842.1610 只羊单位,增加263.1(图 3).区域天然草场理论载畜量为428.8210 只羊单位,超载率达 96.39.气候变化是草原生态退化的自然诱发因素,而超载过牧,滥采滥挖,人为破坏,生物链失衡等环境蠕变是造成生态退化的人为因素,二者共同作用导致甘南草原湿地水资源锐减,湿地退化萎缩,生物多样性减少,草原鼠虫危害严重,水土流失加剧,生态环境退化 m 一.遥瓣料藕雉I 姐掣Fig.3ChangeonnumberotannuallivestockinMaqu2.2.2 气候变化对黄
13、土高原生态环境的影响黄土高原年平均气温呈明显上升趋势,增温速度大于全国同期增温速度;年降水量和作物生长季降水量均呈递减趋势,递减率高于全国同期值.黄土高原中部 7 条主要河流径流量呈明显下降趋势.气候生产力呈下降趋势(图 4),气候暖干化导致土壤含水量下降,风沙加大,植物存活率降低,植被RJL.8500蝼毒7500甘,瑚瑚瑚 m60 冰川冻土 3O 卷覆盖率下降,地表土质更趋疏松,是区域生态环境趋于恶化的重要原因1.2.2.3 气候变化对黑河流域生态环境的影响黑河流域气候变暖,蒸发量加大,干旱指数增高最高达 82,使全流域面积 93 的中下游地区几乎不产生地表径流.上游祁连山森林面积减少约16
14、.5,林带下限海拔由 1900IT1 升至 23001TI.下游额济纳三角洲地区的胡杨,沙枣和红柳等面积减少了 57.310hm,年均减少约 2.610hm,植被覆盖度7O 的林地面积年均减少约 1.410hm.土地沙漠化日趋严重,额济纳旗每年继续沙化面积 110hm.下游湖泊干涸,地下水位下降,2O 世纪 5O 年代末东西居延海有水面积分别为267km 和 35.5km,1961 年西居延海干涸,1992年东居延海干涸.草原退化严重,下游三角洲地区植被覆盖度7O 的林灌草甸草地减少约 78;覆盖度介于 3O7O 的湖盆,低地,沼泽草甸草地以及产量较高的 4,5 级草地减少约 4O;而覆盖度3
15、O 的荒漠草地和戈壁,沙漠面积却增加了68173.3 气候变化对水资源的影响3.1 气候变化对渭河上游径流量和输沙量的影响渭河上游径流量总体呈下降趋势,跃变点发生在 1967 年,以前是呈上升趋势,以后呈下降趋势(图 5).1990 年代以后的径流量最小,距平值为一43.0.渭河上游径流量的增减主要取决于上游流域降水量的增减,相关系数在 0.6OO.85,均达到 0.O1 的信度水平(表 4).葫芦河支流流域的降水量对径流量变化的影响最为敏感,其次是榜沙河.八/,一入-一 UVVVVV,图 5 渭河上游年径流量变化趋势Fig.5Trendofannualrunoffinupperreaches
16、ofWeiheRiver输沙量的多少主要取决于上游降水量的多少和大雨次数,其次是风速大小和大风次数的多少 m.3.2 气候变化对黄河上游主要产流区甘南高原水资源的影响黄河上游唐乃亥水文站径流量 19561986 年30a 平均年径流量 219.0610.m.,19872O0O 年14a 平均年径流量 182.3610.m.,减少 16.75(图 6).自 80 年代以来 ,全境补给黄河的水量减少了 15 左右.黄河首曲降水量与同期黄河下游断流天数呈明显的反相关,9O 年代黄河断流天数最多,在 100d 以上(图 7),黄河上游关键区气候变化对黄河水资源有重要影响.黄河上游主要产流区甘南高原水资
17、源呈显着下降趋势(图 8).该流域降水量与水资源呈显着正相关,大夏河年降水量与大夏河年水资源相关系数通过 0.01 检验,其余各地降水量与相应流域水资源相关系数通过 0.001 检验.近50a 来黄河上游主要产流区甘南高原流域降水量呈减少趋势,草地干燥指数呈上升趋势,导致水资源呈减少趋势 l_】.3.3 气候变化对黄土高原水资源的影响黄土高原近 40a 来降水量递减率快 ,直接导致河流径流量减少.黄土高原中部 7 条主要河流19612O0O 年平均年径流量为 4O.13110.1TI.,2O 世纪 6O 年代平均年径流量为 52.74110.1TI.,7O 年代为 39.86010.1TI.,
18、80 年代为 36.58710.1TI.,90 年代为 31.33510.m.,60 年代年平均径流量最大,9O 年代年平均径流量最小.7 条主要河流径流量呈明显下降趋势(图 9),线性拟合方程为:一51.5350.485lx,r=0.526通过 0.001 信度水平.河流年径流量以 0.485110.ITI.的速度下降.年径流量递减率以无定河最大,其次是泾河,清水河递减率最小,马莲河呈波动变化.3.4 河西内陆河流量气候特征及其对高原地面加热场强度的响应河西走廊中西部的水资源具有很好的持续性,特别是秋冬季节,其持续性达 3 个月以上.黑河流量具有 7.5a,准 15a 和准 26a 非常明显
19、的周期振表 4 渭河上游年径流量与上游各站降水量相关系数Table4CorrelationcoefficientbetweenannualrunoffandprecipitationinupperreachesofWeiheRiver/薯璐廿62 冰冻土 30 卷水量,以黄河为界,西北地区西部呈上升趋势,西北地区东部呈明显的下降趋势.冬暖夏干是气候变化的基本特征.(2)提出采用脆弱度和影响指数的方法定量评价生态环境.建立甘肃省脆弱生态环境定量评价指标体系,确定各指标权重,对甘肃省 14 个地级市脆弱生态环境进行定量评定,并把甘肃省进行极强,强,较强和偏强脆弱区 4 级划分.用生态影响指数分析石羊河流域近 50a 环境变化过程 ,人类活动影响指数由 0.121 增加到 2.142;气候变化影响指数由 2.94 升高到 11.68,使该地区生态环境逐步恶化.(3)由于现代气候变干变暖的自然因素和人为因素的共同作用,导致黄土高原,黑河流域,石羊河流域,甘南高原和黄河首曲的地域生态环境有不断退化的趋势.因此,必须采取相应的有效措施控制生态环境恶化的势头.(4)气候变化引起水资源短缺.气候变干使渭河上游,黄河上游(洮河和大夏河)以及黄土高原中
