气候变化对黄河流域生态安全影响及适应对策

肖风劲 徐雨晴 黄大鹏 廖要明 於琍

摘 要：黃河流域是我国北方重要的生态屏障，也是我国重要的农业生产基地、能源基地，在我国经济社会发展和生态安全方面具有重要的作用。在气候变化和人类活动共同作用下，黄河流域出现冰川冻土退化、水资源短缺、土地荒漠化、水土流失加剧、水旱灾害频繁、生物多样性减少等一系列生态环境问题。上游暖湿化、中下游暖干化的气候变化趋势，对黄河流域生态安全产生深远影响;未来黄河流域气温将持续升高，极端天气气候事件增加，干旱缺水的气候格局不会发生根本性改变，使得流域将面临更加严峻的生态安全风险。面对当前的各种生态问题以及未来生态安全风险挑战，采取应对气候变化和保护生态环境适应性措施十分迫切，主要措施包括加强气候变化和极端天气气候事件对黄河流域生态环境影响的科学研究，提升气候变化风险管理能力;在上游加强黄河水源涵养保护，中游强化荒漠与水土流失治理，下游强化黄河水资源和湿地生态保护;多部门联合协作共同应对气候变化带来的生态安全挑战，确保黄河流域的生态安全。

关键词：气候变化;生态安全;影响;适应;黄河流域

中图分类号：X37;P467;TV882.1文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.01.003 引用格式：肖风劲，徐雨晴，黄大鹏，等.气候变化对黄河流域生态安全影响及适应对策[J].人民黄河，2021，43（1）：10-14，52.

Impact of Climate Change on Ecological Security of the

Yellow River Basin and Its

Adaptation Countermeasures

XIAO Fengjin， XU Yuqing， HUANG Dapeng， LIAO Yaoming， YU Li

（National Climate Center， Beijing 100081， China）

Abstract：The Yellow River Basin （YRB） is not only the most important ecological barrier and economic region in the northern China， but also an important agricultural production base and energy base in China. It plays a very important role in Chinas economic and social development and ecological security. However， the ecological environment of the YRB is fragile， the situation of water resources security is grim and the development quality needs to be improved. In recent years， under the joint influence of climate change and human activities， a series of eco-environmental problems have appeared in the YRB， such as the degradation of glaciers and frozen soil， the shortage of water resources， the severe form of land desertification， the aggravation of soil erosion， the frequent occurrence of floods and droughts and the reduction of biodiversity. Warmer and wetter climate over the upper reaches and warmer and drier one in the middle and lower reaches have profoundly affected the ecological security of the YRB. In the future， the temperature in the YRB will continue to rise， extreme events will increase and the climate pattern of drought and water shortage will not be changed fundamentally， which will make the basin face more severe ecological security risks. For the current ecological problems and future ecological security risk challenges， it is necessary and urgent to take adaptive measures to deal with climate change and protect the ecological environment. These measures mainly include a） strengthening the scientific research on the impact of climate change and extreme events on the ecological environment of the YRB and improving the ability of climate change risk management; b） strengthening the water conservation and protection in the upper reaches， the management of desert and soil erosion in the middle reaches and the ecological protection of water resources and wetlands in the lower reaches in the YRB and; c） multi-sector cooperating to jointly tackle the ecological security challenges brought by climate change.

Key words： climate change; ecological security; impact; adaptation; Yellow River Basin

黄河流域生态区位重要，流域内有青藏高原生态屏障、黄土高原-川滇生态屏障、北方防沙带，是国家“二屏三带”的重要组成部分，更有12个国家重点生态功能区。流域气候区域差异明显，生态系统类型多样化，区域环境质量相对较差，因而其生态安全问题与可持续发展一直是人们关注的焦点。

工业化革命以来，全球正经历着以气候变暖为突出标志的气候变化。过去130多a来全球地表平均温度上升了约0.85 ℃，中国近百年的气温变化总体趋势与全球一致，但变暖幅度明显高于全球，这对我国自然生态系统和人类经济社会均产生了深远影响，尤其是对生态环境敏感区和脆弱区[1-4]。在气候变化和人类活动的双重作用下，黄河流域出现了一系列生态环境问题，虽然目前生态环境总体向好，但是水资源形势依然严峻，生态安全风险和威胁依然存在[5-8]。2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上强调，要坚持生態优先、绿色发展，以水而定、量水而行，因地制宜、分类施策，着力加强生态保护治理和高质量发展[9]。本文主要阐述在气候变化背景下黄河流域作为全国生态安全屏障所面临的主要生态安全问题以及未来气候变化的可能影响，并提出气候变化适应对策与措施。

1 黄河流域气候变化基本情况

黄河流域大部分地区属干旱半干旱区，由西向东主要处于高原山地气候区、温带大陆性气候区和温带季风气候区，光、热、水等自然资源区域分布差异明显。在全球气候变暖背景下，黄河流域气候发生了显著的变化，总体呈现出上游地区暖湿化、中下游地区暖干化趋势。

1.1 上、中、下游气温均显著升高

黄河流域多年平均气温为9.5 ℃，上、中、下游地区分别为6.1、10.8、13.3 ℃。1961—2019年，黄河流域的气温显著升高，平均升温速率为0.31 ℃/10 a，为全球升温速率的2倍。其中，上游地区气温上升趋势显著，升温速率为0.39 ℃/10 a，明显高于中、下游地区0.25、0.26 ℃/10 a的升温速率。

1.2 降水总体减少，但上游增加

黄河流域多年平均降水量为466.5 mm，上、中、下游地区分别为350.4、511.1、628.7 mm。1961—2019年，黄河流域年降水量总体呈减少趋势，但区域分布差异明显。其中：上游年降水量呈显著增加趋势，平均增速为5.4 mm/10 a，黄河源区为10～20 mm/10 a;中游地区年降水量减少，减速为4.6 mm/10 a，但极端降水强度增加明显;下游地区年降水量减少，减速为9.8 mm/10 a。

1.3 蒸散量总体减少，但上游增加

黄河流域多年平均蒸散量为653.6 mm，上、中、下游分别为643.5、649.3、736.1 mm。1961—2019年，黄河流域平均年蒸散量总体呈减少趋势，减速为5.4 mm/10 a，但区域分布差异明显。其中：上游地区年蒸散量总体呈增多趋势，增速为5.5 mm/10 a;中、下游地区均呈减少趋势，下游地区尤为明显，减速分别为7.5、21.2 mm/10 a。

2 气候变化影响下的黄河流域生态安全问题

作为我国重要的生态安全保护屏障，黄河流域在水源涵养、生物多样性保护、水土保持、调节气候等方面发挥着重要作用。近年来，在气候变化和人类活动的双重影响下，黄河流域生态系统的脆弱性和敏感性在增强，生态环境问题突出，生态安全面临严峻挑战，主要体现在以下几个方面。

2.1 冰川退缩

冰川是气候的产物，地球上受气候变暖影响最大的就是冰川，青藏高原及其周边地区广泛发育面积约10万km2的冰川，是高原湖泊的维系者，是大江大河的发源地。受气候变暖的影响，黄河上游地区的冰川消融加速，面积退缩，主体冰川面积均显著退缩，退缩幅度在8%～13%。三江源标志性冰川之一小冬克玛底冰川，1989—2015年累计物质平衡亏损7.6 m;在青海祁连山区，近50 a来冰川面积减少198.44 km2。阿尼玛卿山是黄河源区冰川分布比较集中的区域，其变化对黄河流域的水资源变化具有重要影响，在1966—2000年的34 a间退缩了1 950 m，冰川退缩使黄河源区年均损失冰川水资源约0.7亿m3，目前该冰川还在持续退缩[10-12]。冰川退缩已经引起了大范围的湖泊扩张和径流增加。湖泊的扩张将引起冰湖溃决等灾害，径流的增加将引起洪水等灾害，这将影响下游地区人类的生存环境。

2.2 冻土退化

多年冻土是冰冻圈的重要组成部分。黄河源区位于青藏高原多年冻土区东北部边缘地带，是季节冻土、岛状多年冻土和大片连续多年冻土并存地带。受气候变暖的影响，黄河源区多年冻土不断退化，活动层厚度不断增加。1961—2019年，黄河源区平均年最大冻土深度为113.8 cm， 2017年仅为90.3 cm，总体呈减小趋势，平均每10 a减小3.2 cm。黄河源区多年冻土呈区域性退化趋势，表现为由片状分布逐渐变为岛状、斑状分布，多年冻土层变薄，冻土面积缩小，融区范围扩大[13-14]。冻土退化造成鄂陵湖、扎陵湖20世纪50年代到1998年水位下降3.08～3.48 m，玛多县4 077个大小湖泊有一半干涸，若尔盖高寒湿地近2/3沼泽湿地面积退化、沙化[15]。冻土退化削弱了冻土的生态环境地质功能，引起黄河源区生态环境恶化。冻土退化后，形成的地下水流系统新格局对源区黄河断流起控制作用，导致植被覆盖度降低，“黑土滩扩大”，荒漠化加剧，同时活动层厚度增大，将促进土壤中有机质的分解和温室气体排放的增加，并引起生态环境和水文循环过程的变化，进一步影响青藏铁路和青藏公路等工程构筑物的稳定性与安全[16-17]。

2.3 水资源短缺

黄河流域大部分地区处于干旱半干旱区，对气候变化极其敏感，干旱缺水是黄河流域的主要问题。黄河流域水资源量仅占全国的2%，却承担着全国 15%耕地面积和12%人口的供水任务，人均水资源量仅有408 m3，为全国人均水资源量的1/5[18]。气候变化是黄河流域径流量总体明显减少的重要原因，在气候变化和人类活动的共同影响下，黄河的水文过程发生剧烈变化，干流百年来年径流量呈现减小趋势[19]。根据黄河上游唐乃亥水文站观测资料，1961—2019年唐乃亥年平均径流量为647.8亿m3，总体呈减小趋势，平均每年减少1.41亿m3。中游的潼关水文站实测数据显示，1919—2018年黄河多年平均年径流量为361.7亿m3，年径流量下降速率为2.26亿m3/a;内蒙古头道拐水文站径流资料显示，黄河年均径流量下降速率是 2.32亿m3/a。20世纪70年代以来，随着黄河流域的经济发展和用水量增加，加上降水偏少等原因引起的水资源量减少，黄河入海水量大幅度减少，河流生态环境用水被挤占，严重影响了黄河河口湿地生态系统，破坏了生物多样性[20-22]。自2005年三江源自然保护区工程实施以來，黄河上游水源涵养能力呈增强趋势，但黄河年径流量的下降趋势仍未得到根本性扭转。

2.4 荒漠化严重

黄河流域大部分地区处于生态环境脆弱带，特别是中上游地区荒漠化问题十分突出。黄河流域荒漠化区域主要分布在流域西北部，包括黄河源区、龙羊峡水库周边地区、若尔盖地区、甘肃北部，以及宁夏、内蒙古、山西和陕西交界地带。黄河流经的9个省（区）荒漠化面积约115.96万km2，约占全国荒漠化面积的44.2%[23-24]，土地荒漠化已成为黄河流域生态恢复和高质量发展的重要制约因素。黄河流域上游地区是中国土地荒漠化的重灾区之一，也是中国荒漠化监测和治理工作的重点区域。1975—2007年，黄河上游地区土地荒漠化面积增加了3 499.76 km2，气候变化是荒漠化快速发展的重要原因。在黄河上游荒漠化的演变过程中，自然因素起主导作用，气候变化是造成土地荒漠化的重要原因，地质条件控制的水文条件、风化作用和地形地貌是决定大规模土地荒漠化的内因[25-26]。黄河上中游内蒙古南部、陕西省北部及宁夏东北部等地区荒漠化问题十分突出，受到全球气候变化以及亚洲季风系统的影响，生态环境十分脆弱，干旱化趋势不可逆转[27]。

2.5 水土流失严重

黄土高原是我国水土流失最严重的地区，是黄河泥沙的主要来源地，水土流失面积达46.5万km2，占黄土高原总面积的70%左右，其中严重水土流失面积约11万km2。黄土高原大部分地区土壤侵蚀模数高于1 000 t/（km2·a），其中丘陵沟壑区土壤侵蚀剧烈，土壤侵蚀模数大部分高于5 000 t/（km2·a），皇甫川流域土壤侵蚀模数最高，接近25 000 t/（km2·a）。黄土高原水土流失给黄河河道治理带来很大困难，流入黄河泥沙量多年平均在16亿t，其中超过80%的泥沙来自黄土高原地区，致使黄河下游河道年均升高5～10 cm，成为地上悬河，增大了洪水灾害的发生概率[28-29]。

2.6 水旱灾害频繁

黄河流域干旱、暴雨洪涝、强降水及其引发的地质灾害比较严重。历史上黄河“三年两决口、百年一改道”，给沿岸百姓带来深重灾难。新中国成立前的2 500多a间，黄河下游共决溢1 500多次，改道26次。新中国成立至今，黄河70 多a不决口，先后抵御12次大洪水，实现70 多a安澜，但黄河流域防洪形势依然严峻[9]。在气候变化背景下，黄河流域部分地区降水的极端性增强，其中上、中游部分地区极端强降水频发，最大日降水量增加趋势明显，如宁夏的银川，1961年以来最大日降水量增加了68%，最大小时降水强度增加21%。

历史上黄河流域的旱灾严重，1368—1949年的581 a间，有记载的大旱107次，平均约5.4 a一次。1950 年以来，黄河流域有逐渐变旱的趋势。1950—1974年的24 a间，黄土高原地区共发生旱灾17次，平均约1.4 a一次，其中严重旱灾9次[30-31]。20世纪80 年代以后，黄河流域极端干旱和干旱的发生频次均呈增加趋势，特别是1997年的旱灾不仅造成农作物大量减产，而且使黄河下游的断流天数之多、断流河长均创历史纪录。

2.7 生物多样性减少

气候条件是影响生物生存的主要环境因子之一，气候的变化对动植物的分布、种群大小、物候等都能产生明显的影响。受气候变化和人类活动双重影响，黄河流域生物多样性变化明显。在若尔盖湿地区，禾本科杂草、菊科等旱生物种正在取代莎草科等湿生物种，生境的变化给珍稀濒危鸟类带来影响。三江源地区部分生物及其种群数量呈现锐减趋势，受威胁的物种占比为15%～20%，高于世界平均水平（10%～15%）。20 世纪70 年代玛曲县境内有各类珍稀野生动物230种，目前仅存140种，减少了90种;草场建群种、优势种由1981年的30种减少到1997年的21种[32-33]。草场植物组成也发生了明显变化，优良牧草比例下降45%，禾本科牧草减少25%，毒、杂草类比例却由20世纪60年代的20%上升到现在的70%～80%[34-35]。生物多样性急剧丧失，导致自然生态系统功能和稳定性下降，并威胁到国家的生态安全和社会经济的可持续发展。

3 未来气候变化对黄河流域生态安全的影响

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）预计，如果维持当前温升速率，那么升幅将在2030—2052年间超过1.5 ℃，中国区域的未来气候将持续变暖，降水将增加[1，3]。通过CMIP5多模式的模拟，在不同碳排放情景下，未来黄河上游气温继续升高、降水增多，将对冰川、积雪、冻土、生态系统等产生重要影响，并将进一步影响径流、水资源及生态环境的变化。如果气候变暖趋势持续，黄河流域内冰川、积雪和冻土在未来几十年里可能会继续发生变化。其中，积雪的减少将使得春季融雪径流减少或消失，积雪对河川径流的调节能力将显著减弱，干旱形势加剧，生态安全形势更加严峻。

气候变暖对黄河上游地区水源涵养、生态保护修复提出挑战。现阶段在上游暖湿化背景下，冰川、积雪融水性径流增加，使得生态得以改善;但从长期来看，冰川容量不能永远维持融水徑流增加，径流峰值过后将面临水资源短缺风险，上游地区生态环境也将受到严重影响。此外，冰川、积雪消融也导致冰湖面积增大，冰湖溃决事件发生频次增加，易引发山洪、泥石流等次生灾害。

未来黄河中游地区气温继续升高、强降水增加，水土流失防治任务依然艰巨。水土流失面积大，且水土流失强度高，自然条件恶劣。同时，在黄河中游气候暖干化背景下，短历时强降水却呈现增加趋势，导致山洪、泥石流、城市内涝等灾害风险增大，水土流失防治难度更大。

未来黄河下游地区气温继续升高、干旱加剧，极端强降水增多。2050年前后，黄河下游地区的升温幅度不及上中游地区大，升幅多低于1.5 ℃。年降水量以增加为主;大雨日数增加，增幅不超过0.5 d;连续干旱日数增多，但增幅不超过2 d。

4 黄河流域生态安全的气候变化适应对策

鉴于气候变化对黄河流域生态系统的深远影响，要加大生态保护力度和提高适应能力，最大限度地降低气候变化的不利影响。充分考虑区域差异性，精准施策，强化流域与区域统筹治理，重点在于提升上游水源涵养、中游水土保持能力，以及下游湿地生态功能系统的稳定性和质量。上游以三江源、祁连山、甘南黄河上游水源涵养区等为重点，推进实施一批重大生态保护修复和建设工程，提升水源涵养能力;中游要突出抓好水土保持和荒漠化治理;下游的黄河三角洲是我国暖温带最完整的湿地生态系统，要做好保护工作，促进河流生态系统健康，提高生物多样性[36-37]。同时，加强对黄河流域气候变化的科学研究，提升气候变化风险管理能力。

4.1 因地制宜，分区施策，加强气候变化对黄河流域生态安全影响评估基础研究

面对不同区域的气候变化特点和生态环境问题，针对性开展气候变化及极端天气气候事件对黄河流域生态环境的影响评估及基础研究工作。黄河上游要以三江源、祁连山、甘南黄河上游水源涵养区等为重点，加强气候变化对黄河源头冰川、冻土、高寒草甸等的影响评估与预估，提升水源涵养能力。黄河中游强化荒漠与水土流失治理，加强极端强降水对水土流失的影响评估，以及气候变化对黄土高原水土流失的影响及机理研究;加强气候变化及干旱、强降水等极端天气气候事件对荒漠化影响的机理研究，通过卫星遥感监测荒漠生态系统的动态变化，开展气候变化对荒漠生态系统结构、功能与服务的影响评估，为荒漠化生态恢复提供技术支撑。黄河下游要加强水资源和湿地生态保护，加强气候变化对黄河流域水资源及下游流域湿地的影响评估工作。

4.2 未来黄河流域气候变暖的趋势不会改变，应提高流域适应气候变化的能力

未来黄河流域大部地区气温呈上升趋势，上游地区呈现暖湿化，中下游则呈现暖干化。气候变暖将导致黄河流域极端天气气候事件频发，影响和风险日益加大。因此，应加强对黄河流域气候变化事实、气候变化的年代际特点、未来气候变化风险，以及气候变化对经济社会影响等方面的研究，遵循自然规律，对区域空间进行科学合理安排，提升气候变化风险管理能力。加强监测、预警和预防，重点关注与极端天气气候事件相关的农业和水资源风险加剧、生态安全风险升级、健康安全风险加大等问题的应对，保障我国粮食安全、水资源安全、人民健康安全。加强气候变化适应型城市、海绵城市、节水型社会建设，提高社会经济系统韧性;进一步完善高风险区、高脆弱区的防灾减灾工程体系，提升气候变化下气象灾害应对能力。

4.3 抓生态保护与高质量发展要点，严守生态红线与提升气候承载力并举

需要不断提升对气候规律的认知水平和把握能力，适应和顺应气候规律，加强气候变化背景下气象灾害风险、致灾机理及演变规律以及对生态安全的影响研究。加强生态环境保护，要把尊重气候规律、适应气候变化、保护气候环境融入生态文明理念中，把防范气候风险、利用气候资源融入经济社会发展中。需要充分考虑气候承载能力，守住生态环境中的气候红线。加强生态红线、永久基本农田、资源利用上限、环境质量等与气候条件相关的生态环境评估基础工作，确立合理的承载能力和开发格局，建立气候承载力对生态环境影响动态监测预警长效机制。黄河流域气候复杂多样，根据气候条件，宜水则水、宜山则山，宜粮则粮，宜工则工、宜商则商，把气候作为生态红线的重要内容，合理确定短中长期的气候安全目标，助力山水林田湖草一体化生态保护和修复。严守生态红线，保护稀缺生态资源，加强对重大基础设施、大型工程建设、区域性经济开发、区域农牧业结构调整、气候资源开发利用等的气候可行性论证，防范发展建设中的生态风险，推动黄河流域生态保护和高质量发展。

4.4 协同合作，共同应对黄河流域生态安全挑战

气候变化对黄河流域生态环境影响广泛，必须以维护黄河流域生态安全为主线，以系统思维推进黄河流域生态保护和高质量发展，不断探索科技合作与创新管理模式，多部门联合协作，信息共享，协同行动，共同应对气候变化带来的生态安全挑战;积极开展国际交流与合作，充分吸收国际先进技术和经验，不断提高我国生态安全的气象保障能力和水平。整合流域内外优势科学资源，加强应对气候变化的科技创新，提升气象灾害监测预警技术水平，把防灾、减灾科技工作纳入科技发展的优先主题。研究黄河流域气候变化适应措施和策略，加强对生态资源和功能的保护，对被破坏和退化的生态系统进行修复，加快黄河流域应对气候变化和生态保护适用技术的开发、示范和推广。加强应对气候变化的经济社会成本效益和气候精准扶贫等专项科学研究和技术研发。

5 结 语

黄河流域作为我国“两屏三带”的重要组成部分和重要的农业生产基地、能源基地，在我国经济社会发展和生态安全方面具有重要的作用。

（1）气候变化对黄河流域的生态安全产生深远影响。在气候变化和人类活动共同作用下，黄河流域出现冰川冻土退化、水资源短缺、湿地生态系统功能下降、土地荒漠化形势严峻、水土流失加剧、水旱灾害发生频繁、生物多样性减少等一系列生态环境问题。

（2）黄河流域上游暖湿化、中下游暖干化的气候变化趋势，对作为重要的生态屏障的黄河流域生态安全产生了深远影响;未来黄河流域气温将持续升高、极端天气气候事件增加、干旱缺水的气候格局不会发生根本性改变，使得流域将面临更加严峻的生态安全风险。

（3）面对当前的各种生态问题现状以及未来的生态安全风险挑战，要加强气候变化和极端天气气候事件对黄河流域生态环境影响的科学研究，提升气候变化风险管理能力;在上游地区加强黄河水源涵养保护，中游地区强化荒漠与水土流失治理，下游地区强化黄河水资源和湿地生态保护;多部门联合协作共同应对气候变化带来的生态安全风险。

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【责任编辑 赵宏伟】