藏北高原气候变化与植被生长状况

杨秀海,卓 嘎,罗 布

（西藏高原大气环境科学研究所,西藏拉萨 850000）

青藏高原是地球上地势最高的地区,具有独特而又复杂的高原气候,不仅是气候变化的敏感区和启动区,还被认为是全球气候变化的驱动机与放大器,在气候变化研究中占有重要地位,也是全球所关注的热点地区。同时,西藏作为保持我国生态平衡和维系长江中下游地区经济安全具有重要作用的“生态源”,因受气候条件、自然灾害、人类活动等因素影响,自身生态环境十分脆弱,按国内现行的生态环境脆弱度评价指标体系,西藏生态环境的脆弱度位居全国第2,属于极强脆弱区。高原草地是全球非常独特的高寒生物物种资源库,同时又是高原生态系统中最脆弱的一个亚系统,一经破坏极难恢复[1-6]。

气候条件是植被分布和变化的直接驱动力,同时植被对气候也有反馈作用,可在一定程度上减缓或加剧气候变化的幅度[7]。随着全球变暖,位于亚洲腹地的青藏高原也同样表现出与全球变化相一致的增温过程[8]。关于青藏高原气候变化的研究已在多种时间尺度上取得了丰硕成果,尤其是近40年来西藏及青藏高原气候变化特征有众多研究成果[9-17]。受全球气候变化和对生态环境的关注影响,人们逐渐注意到这片广袤、贫瘠的土地,意识到加强脆弱区生态环境变化状况的动态监测,研究未来气候变化对脆弱区生态环境的影响有着更重要的意义。

藏北高原又称“羌塘高原”,位于西藏冈底斯山和念青唐古拉山以北的广阔地区,是青藏高原的主体和核心,是对全球变化反应最敏感的区域之一。藏北高原大部分地区海拔在4 600～5 100 m。地势由西北向东南倾斜,依其大地构造单元和地貌形态可分为昆仑山地区、北部羌塘高原湖盆区、南羌塘大湖区、冈底斯-念青唐古拉山地、喜马拉雅北麓湖盆区等5个地貌单位。土壤以沙嘎土、高山漠土为主要类型。该区域包括西藏的阿里、那曲2个地区,是我国气候条件最为恶劣、生态环境极为脆弱的典型区域,环境特点主要表现为气候干寒（大多属于高原亚寒带干旱、半干旱气候区）,空气稀薄,地理条件严酷,植被稀少,交通不便,人迹罕至,有较为广阔的“无人区”。藏北高原拥有辽阔的天然草地资源,各类天然草地面积占藏北高原土地面积的81%、西藏自治区天然草地面积的59%。区内天然草地类型主要为低草型高寒草原、高寒荒漠草原、高寒荒漠三大类,此外还有面积不大的高寒草甸与低湿沼泽草甸等。但由于受各种自然条件限制,长期以来,对该区域气候变化与植被生长状况的各项研究较少。因此,对近年来藏北地区气候变化与植被生长状况研究进行了初步总结。

1 指标与分析方法

藏北地区占整个西藏自治区面积的近1/3,所辖地域内仅有 10个气象观测站（其中那曲地区7个,阿里地区3个）,平均每平方公里一个气象观测站。选取各气象站的平均气温、降水量、月平均最高/低温度、相对湿度、风速、蒸发量、总云量、低云量、日照时数等常规观测资料[18-27],从区域热量指数、区域湿润指数[18]、年/季潜在蒸散和地表湿润系数[19-20,28]、积温、可能蒸散率（PER）、辐射干燥度（RDI）、＞0℃日数[21]等气候指标角度出发,用线性趋势分析[18-19,28]、墨西哥帽小波变换[28]等方法分析藏北地区气候变化特征。主要利用藏北地区NOAA/AVHRR、SPOT VEGETATION 卫星合成归一化植被指数（NDVI）资料[23,27,29-30]和LANDSAT TM图像资料[31]对区域内植被变化特征进行分析研究。牧业生产状况及生物量也可从另一个角度间接反映出气候变化与植被生长状况。卓嘎等[25-26]在这方面进行了有益尝试,他们利用牧业生产及社会经济统计资料（包括历年年末牲畜存栏情况,历年牲畜饲养、死亡和存活情况,农村经济效益收入情况等）,通过气象条件建立的牧业要素变化拟合方程,对当地气候变化与牧业生产之间的关系进行了细致研究。

2 藏北地区气候与植被变化特点

2.1 藏北地区气候变化分析受全球变暖影响,藏西北高寒牧区平均温度、降水量逐年增加,而蒸发量逐年减小[22-23,32-33],水汽压普遍增加,云量和风速也呈减少趋势[21],西藏高原北部气候整体上呈现出暖湿化趋势。从季节变化来看,藏北地区升温主要发生在秋、冬季,秋季增温最大,夏季最少[21-22]；降水增加以春、夏、秋季为主,但增加幅度各研究有所不同。王景升等[21]研究表明,降水增加量春、夏、秋、冬分别为 22、20、20和 6.5 mm；夏季降水在1980年以前有减少的趋势,后又逐渐增加。总体上春、夏、秋的增量占降水总增加量的绝大部分。毛飞等[28]研究表明,近40年那曲地区春季、夏季、秋季、冬季、生长季（5-9月）和年平均气温均呈增加趋势；降水量除夏季外均呈增加趋势；潜在蒸散量秋季和冬季呈减少趋势,其他时段呈增加趋势,而在1971-2000年,6个不同时段的潜在蒸散量均呈下降趋势。那曲地区近40年来的气候变化比较小,但总体向暖湿方向发展,2000年以后继续暖湿化的可能性比较大。杨秀海等[22]研究发现,降水量夏季增加最多,冬季最少；蒸发量的变化正好相反,冬季减少最多,夏季最少。这种差异与各自研究所取资料长度有关。蒸散率和辐射干燥度西部增加,中部、东部无明显变化；1980年以来,水汽压普遍增加,云量和风速均呈减少趋势[21]。年、季潜在蒸散减小,降水量增加,地表湿润指数增大,气候环境有暖湿化的迹象[20]。

由于藏北地区范围广,地理条件复杂,局地的高山狭谷对气候的影响较大,部分研究还进行了细化,对阿里、那曲2个地区进行了对比分析,结论相对一致[22,24]。阿里和那曲地区的气候变化特征差异明显,总体来看,共同的是这两大区域的温度都是逐年上升,大风日数均表现为极显著的减少趋势。不同在于,阿里地区年降水量总体趋势为缓慢下降；而那曲地区年降水量逐年缓慢增加；阿里地区20世纪80年代初以前蒸发量表现上升趋势,20世纪80年代以后呈逐渐减少趋势；那曲地区则表现为一致的下降趋势。阿里地区正朝着暖干型发展,而那曲地区的变化趋势是暖湿型。这两个地区比较的结果是阿里地区的年平均温度和年蒸发量高于那曲地区,而降水量少于那曲地区。

2.2 藏北地区植被变化分析对藏北地区植被变化的研究主要基于卫星遥感资料[23,27-28,30-31]。总体来说,近20年来藏北高原高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原的植被活动变化不显著,其中高寒草甸草原和高寒草原的年最大NDVI呈增加趋势,而东部的高寒草甸呈减少趋势[23]。从季节变化来看,那曲地区不同区域的植被长势和分布有较大差异[19,27]。不同区域牧草的返青期、生长期和枯黄期各不相同,中、西部时间相差不多,而东部差别较明显。一般是由东南向西北先后依次进入返青期,东部灌丛草地一般在4月下旬或5月上旬,中部草甸和西部草原为5月下旬到6月上旬；枯黄期的顺序与返青期正好相反,东部灌丛草地一般在9月上、中旬,中部草甸草地和西部草原草地为8月中旬。在植被整个生长期内（2004年4-10月资料）东部植被明显好于中、西部,尤其是4-6月和10月更为显著；4-6月中部和西部差别不大,7月以后,中部的植被明显好于西部。王秀红[32]研究了藏北地区申扎草地资源面临的自然环境和人为因素,认为草地加快退化、草原植被质量下降、草地负担能力降低、向荒漠化等方向发展。边多等[30]研究表明,藏西北高寒牧区草地的覆盖度等级呈正态分布,即覆盖度在20%以下和60%以上的面积较小,而植被盖度为20%～60%的面积所占比例较大,特别是覆盖度为20%～40%的面积比例最大,约为该区域草地的53%。说明藏西北高寒纯牧区的草地覆盖度等级为中等偏下水平,表明纯牧区地表的植被总体上比较稀疏。高清竹等[34]指出,藏北地区草地退化（2004年）十分严重,重度和极重度退化草地面积分别占草地总面积的 8.0%和 1.7%,区域草地退化指数（GDI）为1.86,接近中度退化等级；从1981年到2004年的近24年以来,藏北地区及其各个区域草地退化较为严重,其草地退化等级分布比例和草地退化指数年际波动较大,草地退化等级在轻度退化至重度退化等级之间波动；近几年藏北地区总体草地退化情况及中部、东部和北部地区的草地退化具有更加严重的趋势,而西部地区草地退化状况则略有减缓趋势。

2.3 气候变化与植被生长关系植被生态系统是与区域气候长期相互作用和相互适应过程中形成的脆弱型地表覆盖类型。气候系统内任何物理量的变化都会导致地表植被生态系统相应地发生适应性调整。影响植被生长的诸多因素主要有气候、土壤条件、生产水平、作物品种、天气等。就短期效应而言,天气的作用是明显的。近年来随着气温逐年上升,高原地区植被覆盖状况呈现2种不同的变化趋势,一是部分区域地表常年冻土溶化加速、沙漠面积增加、植被覆盖呈退化趋势[4,35-38]；二是气温增高使得高原地区植被生长所需积温增加,部分地区植被生长出现好的发展趋势[39-40]。毛飞等[23]认为,影响NDVI年内变化最显著的气候因子是最低气温,紧接着是水汽压、平均气温、最高气温、降水量、风速和日照时数,温度和水汽压是影响NDVI年变化的最主要因子,前者反映的是热量条件对植被的影响,后者反映的是水分条件对植被的影响。NDVI与最低气温、水汽压、平均气温、最高气温和降水量的滞后时间20～40 d,与日照时数0～10 d,与风速没有滞后现象。水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量。日照时数与NDVI呈负相关。影响NDVI年际变化最显著的气候因子是潜在蒸散量,紧接着是风速、日照时数、水汽压、最高气温、降水量、平均气温和最低气温。水分条件是影响NDVI年际波动的主要因素,水资源越丰沛,植被的长势越好。这与徐兴奎等[41]研究结论一致,他们认为降水量是决定高原地区植被整体覆盖年际变化和波动的主要气候驱动因素。除多等[29]的研究结果与以上结论稍有不同,他们通过SPOT VEGETATION卫星NDVI变化特征分析发现,植被生长变化与气温的相关系数明显高于与降水的相关系数,其中以那曲为代表的高寒草甸植被的NDVI与旬气温和旬降水总量的相关系数最大,分别达到了0.81和0.68,表明藏北地区由于海拔高,气候寒冷,植被生长变化对气温的响应程度明显高于对降水的响应程度,气温是植被生长的限制性因素；不同植被类型对气温和降水两个要素的响应程度大小依次是高寒草甸、高寒灌丛草甸和高寒草原。杨秀海等[27]通过分析发现,不同时间、不同区域的月最大NDVI与月平均气温、月最高气温、月最低气温、月平均相对湿度、月日照时数这5个因子都有较好的相关性,其中,与月日照总时数呈负相关,其他因子都是正相关。与当月降水量的相关关系不是很好,但与前期4个月的累积降水量的相关性显著提高。

2.4 草地退化机理研究在草地退化机理的研究中,杨秀海等[22]、唐洪等[24]、李才等[42]、王一博等[43]、徐增让等[44]认为,藏西北生态退化主要是由自然因子所致,但人类活动不可忽视,应严格控制。这与周边区域——藏东南和青海高原的研究基本上一致[45-46]。归纳而言,导致藏西北植被退化的自然因素主要有:1）藏北处于青藏高原寒冷、干旱核心区,植被生长所需的温度热量条件差；2）缺水干旱是影响生态环境的关键因素,该区域常年蒸发量远远大于降水；3）藏北地区大风日数多,强烈的干燥季风影响植被生长、地表沙化日趋严重,甚至能将地表中部分脆弱的牧草连根吹起,扩大裸露地面；4）由于缺少天敌,高原草地鼠害威胁严重；5）高原特有的地质因素。人类活动的影响主要体现在超载过牧,草地得不到应有的恢复和目前开矿所需及牧民自行购买的汽车对草地的碾压等方面。李辉霞和刘淑珍[31]、边多等[30]、魏兴琥等[47]则从草地资源的管理角度出发,提出草地严重超载、滥牧、抢牧、缺乏建设、缺少管护是造成草地严重退化,环境趋于恶化的重要原因。边多等[31]在草地退化机理方面的研究较为深入,总结认为藏北高原草地退化的原因有以下几个方面:1）阿里牧区在气候呈暖干化的变化趋势下,风蚀、水蚀和冻融侵蚀、鼠害虫害等次生自然灾害频繁发生,是草地沙化的直接原因。那曲牧区近期内暖湿化的气候变化趋势对草地退化起了一定的缓解作用,但降水分配不均也会造成影响。2）藏西北高寒牧区草地超载率达到59.18%,牲畜的大量增加使局部草地的压力越来越大,过度放牧引起的草地退化和沙化现象也越来越严重,是草地退化的另一主要原因。3）区域内人口的增加和人类活动的频繁,车辆的碾压、挖沙采石、滥挖药材、不合理的开发矿产资源、取暖能源的短缺等问题给草原生态带来严重的破坏,造成草地退化。

3 存在的主要问题

从以上的研究进展中可以看出,藏北高原正成为大家关注的重点区域。由于受观测资料的限制,对那曲的研究更多,也更深入,而对阿里地区所做的工作较少,随着西藏自治区自动气象站的建设,这一现状将会有所改善。

王澄海[48]研究了荒漠化和气候之间的关系后认为,气候对荒漠化的影响是一个缓慢而渐进的过程,主要是通过其对旱地土壤、植被、水文循环发生作用,人类对土地的不合理利用加快了这种影响的速度。藏北高原是西藏的牧业主体,是全球气候变化的敏感区,其独特的自然环境是千百年来各圈层、各要素相互作用、自然选择的结果,这种高寒环境下形成的极为脆弱的生态系统,经不起较大变化的影响。藏西北高寒牧区地处青藏高原腹地,地广人稀、交通不便,进一步扩大纯牧区草地畜牧业生产规模,受很多因素限制,困难很大。其特殊的地位提醒着人们,要投入更多的目光和精力,才能更好地保护天然草地,实现资源的可持续利用和区域社会经济的稳步发展。

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