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陈发虎 汪亚峰 甄晓林 孙建: 全球变化下的青藏高原环境影响及应对策略研究
浏览:7965来源:未知作者:未知时间:2022-01-17

摘要:青藏高原被称为“世界屋脊”“亚洲水塔”“地球第三极”,是我国重要的生态安全屏障、水资源安全屏障、国土安全屏障和战略资源储备基地。2020年8月,习近平总书记在中央第七次西藏工作座谈会上指出,保护好青藏高原生态就是对中华民族生存和发展的最大贡献。要把生态文明建设摆在更加突出的位置,守护好高原的生灵草木、万水千山,把青藏高原打造成为全国乃至国际生态文明高地。但近年来,在全球气候变暖的背景下,青藏高原部分地区气温快速升高,导致冰川加速退缩、湖泊显著扩张以及冰川径流增加等失衡现象,也引发了冰崩和冰湖溃决等重大灾害,未来草地退化、生态环境安全和水资源短缺的潜在风险可能逐步加剧。文章从全球变化下的青藏高原气候、环境变化和水资源及分配状况的角度,对青藏高原从过去2000年到未来100年的环境变化,及其对生态环境和农牧业生产的影响作了综合分析,提出进一步加强生态环境重大项目和重大课题的实施和深入研究,形成用科学数据支撑的权威评价报告,以提出应对气候和资源变化情况下的适应性管理策略。


十八大以来,以习近平同志为核心的党中央总结人类生态文明发展经验,统筹山水林田湖草沙冰的系统治理,全面推进生态文明建设。2020年8月28日,习近平总书记在中央第七次西藏工作座谈会上强调要把青藏高原打造成为全国乃至国际生态文明高地。2021年6月9日,在青海省考察时习近平总书记对深入推进青藏高原生态保护和高质量发展提出明确要求,强调:“生态是我们的宝贵资源和财富”;“要牢固树立绿水青山就是金山银山理念,切实保护好地球第三极生态。”7月21—23日,习近平总书记在西藏考察时强调,保护好西藏生态环境,利在千秋,泽被天下……保持战略定力,提高生态环境治理水平,推动青藏高原生物多样性保护,坚定不移走生态优先、绿色发展之路,努力建设人与自然和谐共生的现代化,切实保护好地球第三极生态。这些都充分体现了国家层面对青藏高原生态环境保护的重视,且重视程度达到了前所未有的高度。

当前,全球气候系统复杂多变,影响气候变化因素较多,对其变化趋势在科学认识上还存在不确定性。青藏高原作为地球的“第三极”,对全球气候变化最为敏感。如不及时、科学地对青藏高原的生态环境进行系统研究,并总结出相关适应性策略,全球气候变化将影响青藏高原的可持续发展进程。

为回答全球气候变化对青藏高原环境和水资源的影响,并提出科学对策,我们主要结合青藏高原研究所完成的《青藏高原环境变化科学评估》和最新的研究进展,从气候、水文、生态系统、陆表环境和人类活动等方面,综合讨论青藏高原过去2000年到未来100年的环境变化,以期为打造青藏高原生态文明高地提供理论基础,为青藏高原生态保护发展提供对策建议。


一、全球变化下的青藏高原环境概述

(一)青藏高原生态总体趋好是环境变化的重要特征

青藏高原的寒带、亚寒带东界西移、南界北移,温带区扩大,从而导致生态系统总体趋好。高寒草原面积增加,返青期提前,枯黄期推后,生长期延长,净初级生产力总体呈增加态势,但高寒草甸和沼泽草甸显著萎缩,西部地区变暖变干,生产力呈减少态势;青藏高原湿地总体呈退化态势,2000年以来,湿地退化幅度明显减缓,局部出现逆转;青藏高原森林面积和蓄积量在1998年以前略有减少,各项林业保护工程实施后,商品性森林采伐逐渐减少至全面停止,面积与蓄积量实现双增长;青藏高原的农田适种范围从1970年代中期以来呈扩大趋势,冬小麦适种海拔上限升高了133米,春青稞适种上限升高了550米,两季作物适种的潜在区域也在扩大,复种指数增加,拓展了农牧业结构调整空间,有利于增加农牧民收入。相关研究表明青藏高原生态系统的总体趋好改变了农区种植制度,过去50年来,农作物≥0℃的生育期平均每十年延长4—9天,≥10℃的生育期平均每十年延长4天。在未来气候变化的情境下,预测结果表明青藏高原近期(现今—2050年)和远期(2051—2100年)森林和灌丛将向西北扩张,高寒草甸分布区可能被灌丛挤占,植被净初级生产力将增大;种植作物将向高纬度和高海拔地区扩展,冬播作物的适种范围将会进一步增加,复种指数进一步提高。

(二)青藏高原气候变化的突出特征是变暖和变湿

青藏高原是我国气候变暖最快的区域,也是我国气候变湿最为显著的区域。在过去2000年时间尺度上,青藏高原的温度出现了时间长度不等的冷、暖变化,但整体上呈波动上升趋势。20世纪以来气候快速变暖,近50年来的变暖速度超过全球同期平均升温率的2倍,是过去2000年中最温暖的时段。1961—2020年,青藏高原年平均气温呈显著上升趋势,达0.35℃/10年,超过同期全球增温速率(0.16℃/10年)的2倍。

与此同时,青藏高原的降水在南部和北部的变化方式存在显著差异,北部呈明显增加趋势,而南部却相反。1961—2020年,青藏高原年降水量呈显著增多趋势,平均每十年增加7.9毫米。其中2016年以来,青藏高原地区降水量持续偏多,2016—2020年青藏高原平均降水量达539.6毫米,较1961—1990年平均值(478.6毫米)增加了12.7%。高原中部三江源等地变湿最为显著,年降水量平均每十年增加5—20毫米;高原西北部和西藏东南部地区降水增加幅度相对较小,而甘南和滇西北降水则表现为减少趋势。此外,模拟预测结果表明青藏高原近期(现今—2050年)和远期(2051—2100年)气候仍以变暖和变湿为主要特征。

(三)青藏高原冻土退化和草地退化加剧是陆表环境恶化的主要特征

在全球变暖大背景下,青藏高原冻土活动层以每年3.6—7.5厘米的速率增厚,同时冻土层的上限温度也以每十年约0.3℃的幅度升高;青藏高原近期(现今—2050年)和远期(2051—2100年)冻土面积将进一步缩小,活动层厚度将进一步增厚。

由于人类活动和气候变化双重影响,青藏高原草地退化日益加重,严重威胁其水土保持与水源涵养的正常功能。据统计,青藏高原约1/3的草地发生了不同程度的退化,草地退化面积达4.5×107公顷。其中的16%为重度退化,尤其在三江源等地区,部分草地发生了极度退化,进而形成“黑土滩”。但近年来,青藏高原草地退化趋势整体有所减缓,不过不同区域之间的草地变化存在显著差异,部分地区草地退化形势仍在加剧。

(四)人类活动对青藏高原环境有正负两方面的重要影响

人类活动对环境的影响可以概括为正面和负面影响。正面影响主要表现为青藏高原特别是西藏自治区的能源消费以清洁能源为主、产业结构以服务业为主,其污染物环境背景值明显低于人类活动密集区,与北极相当,仍为全球最洁净的地区之一。自1960年代,尤其是1990年代以来,西藏自治区不断实施的各类环境和生态建设工程使人类活动对环境的负面影响得到遏制,环境质量呈现逐步改善的趋势。负面影响是农牧业发展对生态系统格局与功能的影响、矿产开发和城镇发展对局部地区的环境影响、每辆汽车年平均耗能及相应的碳排放量高于全国均值。此外,不断加剧的南亚地区污染物排放,对青藏高原环境也造成一定影响。

人类活动对环境产生负面影响的另一方面是不合理的草地利用方式,其直接导致高寒草地退化。过牧导致草地生物量和土壤养分的下降,引起草地退化;此外,放牧对植物群落组成、结构和功能产生巨大影响。随着放牧强度的增加,牲畜喜食的牧草逐渐减少,而杂草和有毒植物相应增加,造成草场质量下降。值得肯定的是,传统的游牧方式通过大规模移动来调节草畜之间的矛盾,从而保持草地生态系统的弹性和可持续性。然而,随着近年来城镇化的发展,牧民越来越多地选择固定点居住,而居民点附近的草地持续受到高强度利用和踩踏等不利影响,更加容易发生退化。


二、气候变化对青藏高原水资源及分配的影响

青藏高原的水循环正在加强,这是水体对气候变暖和变湿的响应。青藏高原水循环加强具体表现为:冰川结束了2000年中相对寒冷期普遍前进的态势,20世纪以来的增温使冰川整体后退,其中以喜马拉雅山和藏东南地区冰川后退最为显著。但由于同期降水增加,喀喇昆仑和西昆仑地区的冰川较为稳定,甚至有冰川前进的现象。湖泊在1990年代以前较为稳定,之后出现普遍扩张趋势,2000年以后湖泊扩张加速,但存在显著的南北差异:北部湖泊水位显著上升,南部的雅鲁藏布江流域湖泊水位出现下降。河流径流量在20世纪80年代到21世纪初整体呈现减少趋势,但是自21世纪初以来,一些河流径流出现增加趋势。青藏高原近期(现今—2050年)和远期(2051—2100年)冰川以后退为主,积雪以减少为主,河流径流量以不同程度的增加为主。

(一)气候变化对冰川的影响

青藏高原的冰川整体处于退缩状态。近50年来,我国冰川量减少约20%,面积减少约18%。在青藏高原实际观测的82条冰川中(主要在我国境内),55条冰川处于退缩状态,27条冰川处于稳定或前进状态。冰川变化具有强烈的空间差异,不同区域冰川萎缩的速率存在显著差异。藏东南地区冰量亏损及面积萎缩幅度最大,其次为喜马拉雅山南缘,在青藏高原腹地冰川面积和长度退缩幅度相对较小,冰川物质亏损相对较弱。而在帕米尔—喀喇昆仑—西昆仑地区冰川退缩程度最小,部分冰川甚至出现前进,表现出微弱的物质盈余。冰川的强烈退缩和冰川“固体水库”储存水资源的短期大量释放,会使大部分冰川补给河流径流量在近期和短期内增加。随着冰川的不断退缩和冰川水资源储量的长期损失,会出现冰川径流达到峰值后转入逐渐减少的临界点,最终加剧冰川径流减少,“水塔”功能不稳定性加大,从而对区域及下游水资源的可持续利用产生重大影响。

(二)气候变化对积雪的影响

近60年来,青藏高原的积雪呈现先增加后减少的变化。青藏高原是中低纬度稳定的积雪区,积雪分布以海拔特征为主,有明显的垂直地带性,与高纬度地区的积雪存在明显的不同。积雪主要发生在10月至次年5月。青藏高原大部分区域积雪日数呈逐年递减的趋势,2000年以后,青藏高原积雪面积显著减少,平均雪深呈现总体缓慢下降趋势。

(三)气候变化对湖泊的影响

20世纪70年代以来,青藏高原湖泊整体上出现扩张。青藏高原现有湖泊总面积超过4.7万平方公里,占全国湖泊总面积的50%以上,其中大于1平方公里的湖泊有1200个左右。在1960—2015年间,大于1 平方公里湖泊数量增加16%,新出现湖泊42个,湖泊总面积由4.01±0.1万平方公里增加至4.74±0.05万平方公里,增幅达18%,其中内流区湖泊扩张幅度最为显著,总面积增大27.3%。增加的湖泊水量主要集中在高原的中部和北部。湖泊的面积变化与区域降水年代际变化相当一致,表明降水是影响湖泊水量变化的主要因素。

(四)气候变化对河流径流的影响

多数河川径流量呈现增加趋势。青藏高原及周边地区是长江、黄河和雅鲁藏布江等河流的发源地,被称为“亚洲水塔”。河流最重要的指标是径流量。基于河流源区主要江河水文站实测径流资料,分析发现由于降水增多、气温升高等气候变化的影响,青藏高原多数区域地表河川径流量呈现增加趋势,五大主要河流源区(长江、黄河、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江)的径流量除黄河源区有微弱下降外,其余主要河流源区径流量都呈现不同程度的上升趋势。青藏高原河川径流在最近十几年的变化趋势主要受降水影响,其次是冰雪融水,部分区域径流变化与蒸散发和土壤储水量变化也有一定关系。


三、气候变化对生态系统的影响

(一)气候变化对植被物候的影响

过去30年青藏高原植被物候总体呈现返青期提前、生长季延长。科学界对1982—1999年青藏高原植被返青期提前形成普遍共识,但对2000年以来的返青期变化仍存在较大争议——高原西南部地区返青期推迟,而东北部地区返青期持续提前。返青期变化呈现显著区域差异可能与西风模态和印度季风模态的降水空间分布相关。植被枯黄期年际变化相对较小或无显著变化,仅在青藏高原东部地区有少许推迟。因此,受生长季返青期提前影响,过去几十年间青藏高原高寒植被生长季显著延长。植被物候变化对温度的响应具有非一致性和不对称性,其温度敏感性可量化物候对温度变化的响应程度,大部分植物物候的温度敏感性在高海拔、低纬度地区较高。降水对青藏高原干旱地区植被生长产生的影响尤其明显。降水量与返青的时间呈负相关关系,降水增加,返青提前。

(二)气候变化对林地面积及生态过渡带边界变化的影响

1950年以来,青藏高原森林资源在面积、蓄积、类型及空间分布格局等方面均发生了显著变化。2016年第九次全国森林资源清查结果显示,西藏林地面积达1798.19万公顷,森林面积1490.99万公顷,森林覆盖率12.14%,活立木总蓄积23.05亿立方米,与2011年第八次全国森林资源清查结果相比,林地与森林面积分别增加14.75万和19.87万公顷,森林覆盖率提高0.16个百分点,森林蓄积量增加2047万立方米,实现了森林面积和蓄积“双增”。在气候变化背景下,青藏高原生态过渡带边界呈现向更高海拔扩张的态势。生态过渡带边界(林线、灌木线和草线)既受到气候因子的控制,也受到非气候因子的影响。气候变暖驱动了青藏高原林线向更高海拔爬升0—80米,对青藏高原不同地区草线爬升幅度的影响具有很大差异。

(三)气候变化对湿地及其生物多样性变化影响

气候变暖导致的蒸发增强,也使青藏高原湿地在2000年以前持续退化,此后湿地面积总体上得到恢复。1970—2000年,青藏高原湿地面积以每年0.15%的速率减少,总面积减少了2804.63平方公里,呈现出持续退化状态。2000年后,湿地萎缩态势减缓,面积呈现出一定程度上的增加:一是降水和冰川融水等持续增加,维持了湿地的水分平衡;二是实施了大量天然湿地保护工程。由于湿地土壤具有较高的碳储量,气候变暖下的冻土融化和有机碳分解导致大量甲烷和一氧化碳释放,在湿地面积有所恢复的情况下,使得青藏高原高寒湿地甲烷排放增强,对气候变暖形成正反馈。高寒湿地物种丰富,气候变化对高寒湿地生物多样性产生重要影响。以西藏拉鲁湿地为例,伴随湿地萎缩,湿地植物物种在数量上较早期增加了13科31属32种,但原生的湿地植物物种却有所下降,动物物种减少了12科20种。

(四)气候变化对高寒草地及其生产力变化的影响

青藏高原草地生态系统结构整体稳定,格局变化率低于0.13%,植被覆盖度微弱上升。青藏高原变暖变湿使得草地植被净初级生产力呈明显增加态势,但在最近10年增加态势变缓。1982—2012年间,青藏高原高寒草地植被净初级生产力总量增加了8.1%—20%,增加的面积达32%以上,平均净生产力增加区域的面积是减少的5倍以上。20世纪80年代至21世纪初的20年间,显著增长的区域主要分布在青藏高原的中东部,而气候暖干化的西部地区,草地生产力呈减少趋势。在空间上,青藏高原高寒草地生产力分布表现为由东南向西北逐渐递减趋势,该分布特征与高原水热梯度变化保持较好的一致性。高寒草地发挥着重要的生态安全屏障功能。2008—2014年间,西藏高寒草地的碳固定总量呈现轻微上升趋势,植被和土壤的碳固定总量增加了1650万吨,增加比例为2.56%。


四、气候变化对农牧业生产的影响

(一)气候变化对农作物种植格局和产量的影响

气候变化使青藏高原水热资源格局发生改变,变暖变湿使得农作物种植面积扩大,并有利于作物产量增加,也扩大了作物的种植范围。20世纪70年代中期到2000年,青藏高原地区农作物一熟耕地面积从1.91万平方公里扩展到2万平方公里,两熟耕地面积从9平方公里逐渐增到2015平方公里。如前文所述,冬小麦适种范围明显增加,分布海拔上限升高了约130米;春青稞种植上限升高了550米;玉米分布上限上升到3840米。进而使得青藏高原地区农业种植耕地面积总量呈增加趋势,截至2010年,已经超过113万公顷。但是,由于人口增加,人均耕地面积呈下降趋势,到2010年人均耕地面积为0.09公顷。

(二)气候变化对畜牧业生产条件的影响

青藏高原气候变暖变湿使得草地生产力增加,对畜牧业发展具有一定的积极影响。研究表明,家畜数量与草地生产力呈极显著正相关,是对气候条件适应的表现;而牲畜存栏量过高,会打破这种适应性。统计年鉴表明,2000—2015年,青藏高原(西藏自治区和青海省三江源区16县)平均年末牲畜存栏量为5702.8万头羊单位(只),平均放牧强度为0.60只/公顷,平均放牧强度空间差异明显。整体上,青藏高原放牧强度表现为由北到南、从西向东逐渐增加的趋势。然而,过度放牧可导致草地植被生物量不可逆地减少,因而造成部分草地退化。2000—2006年间,由于气候条件相对较差,放牧压力较大,藏北高原草地地上生物量减少,草地呈退化的趋势。2007—2014年,气候条件趋好,加之青藏高原地区开展的一系列生态保护工程建设和实施的退牧还草和生态补偿政策,使得放牧压力下降,在一定程度上恢复了草地生产力。


五、适应策略建议

面对全球气候变化对青藏高原环境、水资源、生态系统和农牧业生产等方面的影响,我们必须全面贯彻新时代党的治藏方略,坚持统筹推进“五位一体”总体布局、协调推进“四个全面”战略布局,抓好稳定、发展、生态、强边四件大事,在推动青藏高原生态保护如何持续发展上不断取得新成就,按照习近平总书记在中央第七次西藏工作座谈会上提出的“保护好青藏高原生态就是对中华民族生存和发展的最大贡献”的总要求,坚持对历史负责、对人民负责、对世界负责的态度,把生态文明建设摆在更加突出的位置,守护好高原的生灵草木、万水千山,把青藏高原打造成为全国乃至国际生态文明高地。

(一)加强基础科学研究,增强气候与生态环境变化监测能力

加强气候变化对青藏高原生态屏障作用影响及区域生态安全调控的基础研究。研究青藏高原生态安全屏障的结构、功能及其空间分异特征,分析区域生态安全屏障功能变化幅度与调控机制;研究过去、现在和未来气候条件下青藏高原生态屏障功能效应变化的时空格局,揭示高原区域生态功能变化与国家生态安全的关系,评估高原生态安全屏障功能发展态势、研究区域生态建设和生态系统管理途径和对策。全面部署“气候变化与生态屏障功能变化监测系统”建设,构建集监测、评价、预警为一体的青藏高原气候变化、生态安全屏障、碳中和示范及水资源监测综合网络系统,重点加强关键区域的冰川监测平台建设,开展多圈层综合观测和应急观测研究。

通过持续的科学考察研究,加深对青藏高原环境、生态和人类活动与气候变化间的机理研究,提出青藏高原资源环境承载力、灾害风险、绿色发展途径等方面的技术模式和对策措施,为维护青藏高原生态环境屏障提供科技支撑,为政府制定宏观政策和战略措施,为合理利用资源、改善生态与环境提供决策依据。

同时,扩大以我国为主的“第三极环境”(TPE)国际计划和“一带一路”国际科学组织联盟(ANSO)的影响,创设青藏高原科学发展国际论坛,弘扬中国发展成就和科学观念,为西藏发展助力,为国家形象代言,为“一带一路”聚力,牢牢把握青藏高原科学考察主动性和国际话语权,为青藏高原国际生态文明高地建设营造良好的舆论氛围、提供坚实的学理支撑。

(二)发展生态保护与建设关键技术,提升生态屏障功能的综合作用

开展针对高原冰川退缩、冻土退化、湖泊扩张、草地质量和湿地功能下降等引起的生态问题的深入研究,注重气候变化带来的系统性和综合性的生态问题,在提出切实保障和改善高原生态安全的技术体系前提下,研发因地制宜的保护与发展关键技术,并开展示范与应用。

(三)利用气候变暖变湿的特点,调整区域农牧业结构和发展模式

气候变暖扩大了作物的种植范围,不仅增加了小麦和青稞等区域作物的适宜种植区域,也可以视情引进谷子等高积温需求的作物种类。种植范围增加使得农业耕地面积总量增长,因此可以根据青藏高原地区的农业生产与经济发展实际,利用气候变暖的有利时机,调整农作物的种植面积、种植方式和引进新的适应品种。

此外,青藏高原气候暖湿化使得草地植被生产力明显增加,青藏高原在畜牧业发展中应实施“以草定畜”的方法,加强草场的区域轮牧或季节休牧,发挥农牧结合优势种植牧草,保持和改善草地健康程度,促进健康和可持续的畜牧业发展。

(四)加强生态与环境保护综合治理的宣传教育,树立高质量绿色经济融会贯通的科学理念

从建设全国生态文明高地的发展大局出发,把生态和环境保护放在青藏高原建设和发展的突出位置,加强对青藏高原生态安全屏障功能的科普与环境保护道德教育,提高全球民众对青藏高原生态环境变化的认识和关注;促进各级政府部门和社会公众给予生态环境保护更多的认同;使各级政府、企业、民众参与到生态管理、清洁生产和绿色消费的全球生态文明建设进程之中。


六、结语

青藏高原生态环境整体趋好,但由于全球变化的作用,气候变化对青藏高原陆地水资源分配形式产生影响,给生态系统和农牧业生产都带来不同程度的正反两方面的影响。水循环加强,冻土退化和沙漠化风险加剧,而不断增强的人类活动也可影响风险进程。因此,提出应对全球变化的适应策略迫在眉睫。

当前,亟需不断完善国家级观测研究平台建设,统筹青藏高原不同地区和不同级别的观测台站,建立观测联盟,推进观测—数据—模型的综合发展。有关部门应不断强化国家对青藏高原相关科研工作的投入,持续产出青藏高原环境变化的系统理论和知识,为共同应对涉藏国际舆论提供科技支撑,也为建设美丽的青藏高原做出更大贡献;同时,要进一步强化政治引领,以团结国际友好人士,共同塑造、宣传我国保护利用青藏高原国际形象;此外,应加强生态与环境保护综合治理的宣传教育,树立高质量绿色经济融会贯通的科学理念。


作者简介:陈发虎,中国科学院青藏高原研究所研究员,中国科学院院士、博士生导师;汪亚峰,中国科学院青藏高原研究所研究员、博士生导师;甄晓林,中国科学院青藏高原研究所科研教育处副处长;孙建,中国科学院青藏高原研究所研究员、博士生导师。


文章来源:中国藏学微信公众号 2022-01-12 原文载于《中国藏学》2021年第4期。引文请以原刊为准,并注明出处。