藏北高原氣候變化與植被生長狀況

楊秀海,卓 嘎,羅 布

（西藏高原大氣環境科學研究所,西藏拉薩 850000）

青藏高原是地球上地勢最高的地區,具有獨特而又復雜的高原氣候,不僅是氣候變化的敏感區和啟動區,還被認為是全球氣候變化的驅動機與放大器,在氣候變化研究中占有重要地位,也是全球所關注的熱點地區。同時,西藏作為保持我國生態平衡和維系長江中下游地區經濟安全具有重要作用的“生態源”,因受氣候條件、自然災害、人類活動等因素影響,自身生態環境十分脆弱,按國內現行的生態環境脆弱度評價指標體系,西藏生態環境的脆弱度位居全國第2,屬于極強脆弱區。高原草地是全球非常獨特的高寒生物物種資源庫,同時又是高原生態系統中最脆弱的一個亞系統,一經破壞極難恢復[1-6]。

氣候條件是植被分布和變化的直接驅動力,同時植被對氣候也有反饋作用,可在一定程度上減緩或加劇氣候變化的幅度[7]。隨著全球變暖,位于亞洲腹地的青藏高原也同樣表現出與全球變化相一致的增溫過程[8]。關于青藏高原氣候變化的研究已在多種時間尺度上取得了豐碩成果,尤其是近40年來西藏及青藏高原氣候變化特征有眾多研究成果[9-17]。受全球氣候變化和對生態環境的關注影響,人們逐漸注意到這片廣袤、貧瘠的土地,意識到加強脆弱區生態環境變化狀況的動態監測,研究未來氣候變化對脆弱區生態環境的影響有著更重要的意義。

藏北高原又稱“羌塘高原”,位于西藏岡底斯山和念青唐古拉山以北的廣闊地區,是青藏高原的主體和核心,是對全球變化反應最敏感的區域之一。藏北高原大部分地區海拔在4 600～5 100 m。地勢由西北向東南傾斜,依其大地構造單元和地貌形態可分為昆侖山地區、北部羌塘高原湖盆區、南羌塘大湖區、岡底斯-念青唐古拉山地、喜馬拉雅北麓湖盆區等5個地貌單位。土壤以沙嘎土、高山漠土為主要類型。該區域包括西藏的阿里、那曲2個地區,是我國氣候條件最為惡劣、生態環境極為脆弱的典型區域,環境特點主要表現為氣候干寒（大多屬于高原亞寒帶干旱、半干旱氣候區）,空氣稀薄,地理條件嚴酷,植被稀少,交通不便,人跡罕至,有較為廣闊的“無人區”。藏北高原擁有遼闊的天然草地資源,各類天然草地面積占藏北高原土地面積的81%、西藏自治區天然草地面積的59%。區內天然草地類型主要為低草型高寒草原、高寒荒漠草原、高寒荒漠三大類,此外還有面積不大的高寒草甸與低濕沼澤草甸等。但由于受各種自然條件限制,長期以來,對該區域氣候變化與植被生長狀況的各項研究較少。因此,對近年來藏北地區氣候變化與植被生長狀況研究進行了初步總結。

1 指標與分析方法

藏北地區占整個西藏自治區面積的近1/3,所轄地域內僅有 10個氣象觀測站（其中那曲地區7個,阿里地區3個）,平均每平方公里一個氣象觀測站。選取各氣象站的平均氣溫、降水量、月平均最高/低溫度、相對濕度、風速、蒸發量、總云量、低云量、日照時數等常規觀測資料[18-27],從區域熱量指數、區域濕潤指數[18]、年/季潛在蒸散和地表濕潤系數[19-20,28]、積溫、可能蒸散率（PER）、輻射干燥度（RDI）、＞0℃日數[21]等氣候指標角度出發,用線性趨勢分析[18-19,28]、墨西哥帽小波變換[28]等方法分析藏北地區氣候變化特征。主要利用藏北地區NOAA/AVHRR、SPOT VEGETATION 衛星合成歸一化植被指數（NDVI）資料[23,27,29-30]和LANDSAT TM圖像資料[31]對區域內植被變化特征進行分析研究。牧業生產狀況及生物量也可從另一個角度間接反映出氣候變化與植被生長狀況。卓嘎等[25-26]在這方面進行了有益嘗試,他們利用牧業生產及社會經濟統計資料（包括歷年年末牲畜存欄情況,歷年牲畜飼養、死亡和存活情況,農村經濟效益收入情況等）,通過氣象條件建立的牧業要素變化擬合方程,對當地氣候變化與牧業生產之間的關系進行了細致研究。

2 藏北地區氣候與植被變化特點

2.1 藏北地區氣候變化分析受全球變暖影響,藏西北高寒牧區平均溫度、降水量逐年增加,而蒸發量逐年減小[22-23,32-33],水汽壓普遍增加,云量和風速也呈減少趨勢[21],西藏高原北部氣候整體上呈現出暖濕化趨勢。從季節變化來看,藏北地區升溫主要發生在秋、冬季,秋季增溫最大,夏季最少[21-22]；降水增加以春、夏、秋季為主,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、冬分別為 22、20、20和 6.5 mm；夏季降水在1980年以前有減少的趨勢,后又逐漸增加。總體上春、夏、秋的增量占降水總增加量的絕大部分。毛飛等[28]研究表明,近40年那曲地區春季、夏季、秋季、冬季、生長季（5-9月）和年平均氣溫均呈增加趨勢；降水量除夏季外均呈增加趨勢；潛在蒸散量秋季和冬季呈減少趨勢,其他時段呈增加趨勢,而在1971-2000年,6個不同時段的潛在蒸散量均呈下降趨勢。那曲地區近40年來的氣候變化比較小,但總體向暖濕方向發展,2000年以后繼續暖濕化的可能性比較大。楊秀海等[22]研究發現,降水量夏季增加最多,冬季最少；蒸發量的變化正好相反,冬季減少最多,夏季最少。這種差異與各自研究所取資料長度有關。蒸散率和輻射干燥度西部增加,中部、東部無明顯變化；1980年以來,水汽壓普遍增加,云量和風速均呈減少趨勢[21]。年、季潛在蒸散減小,降水量增加,地表濕潤指數增大,氣候環境有暖濕化的跡象[20]。

由于藏北地區范圍廣,地理條件復雜,局地的高山狹谷對氣候的影響較大,部分研究還進行了細化,對阿里、那曲2個地區進行了對比分析,結論相對一致[22,24]。阿里和那曲地區的氣候變化特征差異明顯,總體來看,共同的是這兩大區域的溫度都是逐年上升,大風日數均表現為極顯著的減少趨勢。不同在于,阿里地區年降水量總體趨勢為緩慢下降；而那曲地區年降水量逐年緩慢增加；阿里地區20世紀80年代初以前蒸發量表現上升趨勢,20世紀80年代以后呈逐漸減少趨勢；那曲地區則表現為一致的下降趨勢。阿里地區正朝著暖干型發展,而那曲地區的變化趨勢是暖濕型。這兩個地區比較的結果是阿里地區的年平均溫度和年蒸發量高于那曲地區,而降水量少于那曲地區。

2.2 藏北地區植被變化分析對藏北地區植被變化的研究主要基于衛星遙感資料[23,27-28,30-31]。總體來說,近20年來藏北高原高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原的植被活動變化不顯著,其中高寒草甸草原和高寒草原的年最大NDVI呈增加趨勢,而東部的高寒草甸呈減少趨勢[23]。從季節變化來看,那曲地區不同區域的植被長勢和分布有較大差異[19,27]。不同區域牧草的返青期、生長期和枯黃期各不相同,中、西部時間相差不多,而東部差別較明顯。一般是由東南向西北先后依次進入返青期,東部灌叢草地一般在4月下旬或5月上旬,中部草甸和西部草原為5月下旬到6月上旬；枯黃期的順序與返青期正好相反,東部灌叢草地一般在9月上、中旬,中部草甸草地和西部草原草地為8月中旬。在植被整個生長期內（2004年4-10月資料）東部植被明顯好于中、西部,尤其是4-6月和10月更為顯著；4-6月中部和西部差別不大,7月以后,中部的植被明顯好于西部。王秀紅[32]研究了藏北地區申扎草地資源面臨的自然環境和人為因素,認為草地加快退化、草原植被質量下降、草地負擔能力降低、向荒漠化等方向發展。邊多等[30]研究表明,藏西北高寒牧區草地的覆蓋度等級呈正態分布,即覆蓋度在20%以下和60%以上的面積較小,而植被蓋度為20%～60%的面積所占比例較大,特別是覆蓋度為20%～40%的面積比例最大,約為該區域草地的53%。說明藏西北高寒純牧區的草地覆蓋度等級為中等偏下水平,表明純牧區地表的植被總體上比較稀疏。高清竹等[34]指出,藏北地區草地退化（2004年）十分嚴重,重度和極重度退化草地面積分別占草地總面積的 8.0%和 1.7%,區域草地退化指數（GDI）為1.86,接近中度退化等級；從1981年到2004年的近24年以來,藏北地區及其各個區域草地退化較為嚴重,其草地退化等級分布比例和草地退化指數年際波動較大,草地退化等級在輕度退化至重度退化等級之間波動；近幾年藏北地區總體草地退化情況及中部、東部和北部地區的草地退化具有更加嚴重的趨勢,而西部地區草地退化狀況則略有減緩趨勢。

2.3 氣候變化與植被生長關系植被生態系統是與區域氣候長期相互作用和相互適應過程中形成的脆弱型地表覆蓋類型。氣候系統內任何物理量的變化都會導致地表植被生態系統相應地發生適應性調整。影響植被生長的諸多因素主要有氣候、土壤條件、生產水平、作物品種、天氣等。就短期效應而言,天氣的作用是明顯的。近年來隨著氣溫逐年上升,高原地區植被覆蓋狀況呈現2種不同的變化趨勢,一是部分區域地表常年凍土溶化加速、沙漠面積增加、植被覆蓋呈退化趨勢[4,35-38]；二是氣溫增高使得高原地區植被生長所需積溫增加,部分地區植被生長出現好的發展趨勢[39-40]。毛飛等[23]認為,影響NDVI年內變化最顯著的氣候因子是最低氣溫,緊接著是水汽壓、平均氣溫、最高氣溫、降水量、風速和日照時數,溫度和水汽壓是影響NDVI年變化的最主要因子,前者反映的是熱量條件對植被的影響,后者反映的是水分條件對植被的影響。NDVI與最低氣溫、水汽壓、平均氣溫、最高氣溫和降水量的滯后時間20～40 d,與日照時數0～10 d,與風速沒有滯后現象。水汽壓與NDVI的相關程度明顯大于降水量。日照時數與NDVI呈負相關。影響NDVI年際變化最顯著的氣候因子是潛在蒸散量,緊接著是風速、日照時數、水汽壓、最高氣溫、降水量、平均氣溫和最低氣溫。水分條件是影響NDVI年際波動的主要因素,水資源越豐沛,植被的長勢越好。這與徐興奎等[41]研究結論一致,他們認為降水量是決定高原地區植被整體覆蓋年際變化和波動的主要氣候驅動因素。除多等[29]的研究結果與以上結論稍有不同,他們通過SPOT VEGETATION衛星NDVI變化特征分析發現,植被生長變化與氣溫的相關系數明顯高于與降水的相關系數,其中以那曲為代表的高寒草甸植被的NDVI與旬氣溫和旬降水總量的相關系數最大,分別達到了0.81和0.68,表明藏北地區由于海拔高,氣候寒冷,植被生長變化對氣溫的響應程度明顯高于對降水的響應程度,氣溫是植被生長的限制性因素；不同植被類型對氣溫和降水兩個要素的響應程度大小依次是高寒草甸、高寒灌叢草甸和高寒草原。楊秀海等[27]通過分析發現,不同時間、不同區域的月最大NDVI與月平均氣溫、月最高氣溫、月最低氣溫、月平均相對濕度、月日照時數這5個因子都有較好的相關性,其中,與月日照總時數呈負相關,其他因子都是正相關。與當月降水量的相關關系不是很好,但與前期4個月的累積降水量的相關性顯著提高。

2.4 草地退化機理研究在草地退化機理的研究中,楊秀海等[22]、唐洪等[24]、李才等[42]、王一博等[43]、徐增讓等[44]認為,藏西北生態退化主要是由自然因子所致,但人類活動不可忽視,應嚴格控制。這與周邊區域——藏東南和青海高原的研究基本上一致[45-46]。歸納而言,導致藏西北植被退化的自然因素主要有:1）藏北處于青藏高原寒冷、干旱核心區,植被生長所需的溫度熱量條件差；2）缺水干旱是影響生態環境的關鍵因素,該區域常年蒸發量遠遠大于降水；3）藏北地區大風日數多,強烈的干燥季風影響植被生長、地表沙化日趨嚴重,甚至能將地表中部分脆弱的牧草連根吹起,擴大裸露地面；4）由于缺少天敵,高原草地鼠害威脅嚴重；5）高原特有的地質因素。人類活動的影響主要體現在超載過牧,草地得不到應有的恢復和目前開礦所需及牧民自行購買的汽車對草地的碾壓等方面。李輝霞和劉淑珍[31]、邊多等[30]、魏興琥等[47]則從草地資源的管理角度出發,提出草地嚴重超載、濫牧、搶牧、缺乏建設、缺少管護是造成草地嚴重退化,環境趨于惡化的重要原因。邊多等[31]在草地退化機理方面的研究較為深入,總結認為藏北高原草地退化的原因有以下幾個方面:1）阿里牧區在氣候呈暖干化的變化趨勢下,風蝕、水蝕和凍融侵蝕、鼠害蟲害等次生自然災害頻繁發生,是草地沙化的直接原因。那曲牧區近期內暖濕化的氣候變化趨勢對草地退化起了一定的緩解作用,但降水分配不均也會造成影響。2）藏西北高寒牧區草地超載率達到59.18%,牲畜的大量增加使局部草地的壓力越來越大,過度放牧引起的草地退化和沙化現象也越來越嚴重,是草地退化的另一主要原因。3）區域內人口的增加和人類活動的頻繁,車輛的碾壓、挖沙采石、濫挖藥材、不合理的開發礦產資源、取暖能源的短缺等問題給草原生態帶來嚴重的破壞,造成草地退化。

3 存在的主要問題

從以上的研究進展中可以看出,藏北高原正成為大家關注的重點區域。由于受觀測資料的限制,對那曲的研究更多,也更深入,而對阿里地區所做的工作較少,隨著西藏自治區自動氣象站的建設,這一現狀將會有所改善。

王澄海[48]研究了荒漠化和氣候之間的關系后認為,氣候對荒漠化的影響是一個緩慢而漸進的過程,主要是通過其對旱地土壤、植被、水文循環發生作用,人類對土地的不合理利用加快了這種影響的速度。藏北高原是西藏的牧業主體,是全球氣候變化的敏感區,其獨特的自然環境是千百年來各圈層、各要素相互作用、自然選擇的結果,這種高寒環境下形成的極為脆弱的生態系統,經不起較大變化的影響。藏西北高寒牧區地處青藏高原腹地,地廣人稀、交通不便,進一步擴大純牧區草地畜牧業生產規模,受很多因素限制,困難很大。其特殊的地位提醒著人們,要投入更多的目光和精力,才能更好地保護天然草地,實現資源的可持續利用和區域社會經濟的穩步發展。

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