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全球变暖背景下青藏高原发生了哪些变化

发布时间:2021年08月24日 来源:中国气象报社

  科学顾问:

  国家气候中心研究员 任国玉

  中国气象科学院青藏高原与极地气象科学研究所副所长、研究员 任宏利

  采写:

  中国气象报记者张明禄 简菊芳 宛霞 李慧

  内·自变

  风险,潜藏在更暖更湿更“美”背后

  在第二次青藏高原科考中,研究人员发现,阿里地区河流、湿地周边的绿意增多,生态总体变好,公路、湖泊周围随处可见藏羚羊、藏野驴、藏原羚等野生动物。

  此前干旱、寒冷的青藏高原正在悄然发生改变,人们最直观的感受就是不那么干冷,湖泊面积更大,甚至曾经的戈壁上开始有了绿色。更暖、更湿的气候背景下,青藏高原生态环境得到改善。

  先说一下气温的变化。研究显示,近60年来,青藏高原是我国气候变暖最快的区域。

  从1961年至2020年,它的年平均气温每10年上升0.35℃,超过全球同期增温速率的2倍,也是我国八大区域中升温速率最快的地区。其中,羌塘高原和柴达木盆地温升超过0.40℃/10年。

  以西藏自治区为例,数据显示,过去50年,西藏地表年平均气温平均每10年升高0.31℃,高于全国平均水平。同时,青藏高原大部分地区极端低温事件频次下降,而极端高温事件频次却显著上升。

  在气温不断上升的同时,降水也呈现增多趋势,这使得青藏高原成为我国变“湿”最为显著的区域之一。数据显示,1961年至2020年,青藏高原年降水量平均每10年增加7.9毫米。其中,高原中部三江源等地受益最大,年降水量平均每10年增加5~20毫米。特别是2016年以来,降水量持续异常偏多,2016年—2020年的平均降水量达539.6毫米,较1961年—1990年平均值(478.6毫米)增加了12.7%。过去的半个世纪里,西藏年降水量累计增加33毫米。

  第二次青藏高原科考队员对可可西里等高原湖泊的考察也证明了高原更加湿润:近些年来,该区域湖泊面积明显扩张、水量增加,多数湖泊扩张20%以上。其中,永红-西金乌兰湖扩张最为明显,面积由第一次科考时的416.1平方公里,扩张到615平方公里。不少湖泊的盐度,也随之下降。

  降水增加是高原湖泊水量增加的主要原因,特别是羌塘东部和可可西里地区,降水的贡献超过70%。青藏高原80%以上的湖泊出现扩张,近50年湖泊面积增加5676平方公里。2005年以来,青海湖水位稳定回升,至2020年达到3196.34米,恢复至20世纪60年代初期的水位。

  的确,气温上升、降水增加,高原地区更加绿色,空气更湿润,牧草产量增加,野生动物生存空间得到扩展,高原看起来“更加美丽”。但实际上,这种“美”需要付出一定的代价——显著暖湿化加剧了极端天气气候事件发生。

  研究显示,近40年,高原大部分地区极端高温事件、极端降水事件发生频次显著增加,强降水、暴雪等极端天气气候事件增多,泥石流、滑坡、崩塌、冰湖溃决等衍生灾害加剧。1983年以来,西藏共发生严重气象灾害1244起,发生频次呈增多趋势。

  外·影响

  高原发烧了,但被改变的远不止气温

  平均海拔4000米以上的青藏高原,是世界上最高的自然地理单元,也是我国乃至亚洲重要的生态安全屏障。上世纪80年代以来,全球变暖问题在青藏高原地区表现愈发突出,由此也产生了一系列显著影响。

  比如,气候变暖引起的区域和局地气候变化,已引发生态环境保护、水资源安全等一系列生态安全问题。近几十年来,青藏高原出现了土壤裸露、严重沙化、草地生产力下降等现象,气候变暖促使冰川持续退缩、冻土加速融化,这不仅会对水资源平衡和安全产生深远影响,而且还可能引发衍生灾害,给农牧业生产、工程质量和生命安全等带来重大威胁。

  来看青藏高原气候变化带来的显著影响——很多人以为高山冰缘带是一个非常恶劣、寸草不生的极端恶劣环境,但实际上它是一个五彩缤纷的世界,多种植物都在那里生长。

  专家认为,气候变化会给这缤纷世界带来复杂的影响,比如低地物种的涌入,使冰缘土著物种的生存空间被压缩,土著物种间的关系发生变化,甚至生态系统的网络结构发生变化,进而导致生态系统的结构和功能发生变化。

  这其中,高寒草地退化就是正在发生着的变化。温度是控制或影响青藏高原地区植被生长的重要条件之一,随着气候变暖,高原植被群落分布界线向更高海拔迁移,高寒草原群落出现向南扩张的趋势。高寒草地植被覆盖度与生产力大范围下降,群落组成发生改变,原生植被群落优势种群减少,草地沙漠化、水土流失和草场退化加剧。

  而草地退化可直接导致生物多样性下降,大量物种由于不能适应新环境而迁移或消亡。草地是青藏高原畜牧业生产的前提条件,草地质量变化对青藏高原的区域经济社会发展、藏区稳定和安全等都有十分重要的影响。在未来气候进一步变暖的背景下,草地退化趋势若得不到有效遏制,草地生态系统的恶性循环风险将进一步加大。

  与此同时,随着气候变暖加剧,过去50年,青藏高原的冰川加速退缩,储量减少15%,面积由5.3万平方公里缩减为4.5万平方公里。其中,喜马拉雅山、横断山、念青唐古拉山和祁连山冰川面积缩小20%~30%。冰川退缩将引起冰川末端冰湖的急剧增多和水位上升,使冰湖决堤溃坝的风险加大。

  同时,高原多年冻土面积由150万平方公里缩减为126万平方公里,减少了16%,这对青藏铁路、青藏公路等基础设施的安全运行极为不利。

  冰川“哭泣”的同时,青藏高原的积雪也在慢慢减少,且空间分布极不均匀。1981年至2010年,青藏高原92%的气象台站年积雪日数呈减少趋势,且高寒内陆中东部和西南喜马拉雅山脉南麓等高原历年积雪日数高值区减少最为明显。

  表面看,积雪减少、冰川退缩,将原本封存的水资源释放出来,为河流径流增加、生态改善增加水资源。但实际看,冰川快速退缩、冻土消融加剧了“亚洲水塔”功能的不稳定性,也引发了气象灾害及衍生灾害。

  2018年10月,西藏米林县冰崩导致雅鲁藏布江堰塞湖事件,对下游居民生产生活和基础设施造成了重大的威胁和影响。2021年2月7日,被广泛关注的印度北部北阿肯德邦冰川断裂事件,其本质也是由于高海拔山区的冰川退缩与冻土退化,造成冰缘地区应力条件改变,从而导致地貌失稳、岩崩发生。

  青藏高原未来“何去何从”?

  基于以上现状与分析, 青藏高原所面对的未来,并不乐观。从目前的评估来看,它仍将保持增暖趋势,气候与生态环境灾害复合风险加大。

  温度是影响植被生长期变化的最主要驱动因子。青藏高原升温将直接影响植被的生长变化。北半球高纬度大部分地区植被返青期主要受白天温度变化的影响,与之不同,青藏高原植被返青期的年际变化与夜间温度的关系更为密切,一些植物的春季物候除了受春季温度影响外,还可能受冬季温度的影响。科学家认为,气候变化是促进青藏高原植被生长的主要原因,这与泛北极地区植被生长促进机制一致。从近30年的变化趋势看,青藏高原植被生产力与全球大部分地区植被生产力的变化趋势基本一致,即总体上呈显著增加趋势。

  导致青藏高原植被生产力变化的驱动力之一是自然驱动,即气候变化、大气中CO2浓度升高以及氮沉降等。一直以来,青藏高原生态系统长期处于低温环境。然而,在气候变化背景下,青藏高原生长季温度是否仍保持在植被生长最适宜温度范围内?这不仅取决于升温速率,也取决于植被生长对气候变化的适应能力。只有更好地认识和描述高寒生态系统对气候变化的适应机理,才能更准确地预测未来全球变暖可能引起的青藏高原生态系统结构和生态系统功能的变化。

  受气候变化的影响,另一明显变化体现在多年冻土的变化。今年发布的《中国气候变化蓝皮书(2021)》明确指出,青藏高原多年冻土退化明显。利用多模式集合平均结果预估未来不同典型浓度路径(RCPs)情景下高原地表层多年冻土的可能变化发现,高原地表层多年冻土呈现区域性退化趋势,高原东部、南部及北部边缘地区冻土带退化较为明显,有从外围向西北部多年冻土区逐步退化的趋势,RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下未来50年地表层多年冻土面积分别减少约20.8%、27.7%、21.1%和35.3%。多年冻土的热退化可能对基础设施安全、生态系统弹性、水质及全球和区域气候产生重要影响。

  除了对冻土的评估,对于温度和降水量也是当前评估的重点。利用地球系统模式预估2021—2100年青藏高原年均气温和降水量的时空变化特征发现:从时间上看,气温和降水量均显著增加;从空间上看,西部和东南部气温变化趋势率大而中部小,降水量变化趋势率的变化范围随模拟排放强度的增加而加大,同时年平均气温和年降水量都在未来10年变化趋势率最大。气温和降水量变化趋势率与排放情景有关,RCP8.5情景下气温和降水量的增加趋势率最大,RCP4.5情景次之,RCP2.6情景最小。随着排放强度的增加,冷暖季气温和降水量变化趋势差异加大。青藏高原未来的增温趋势与外辐射强迫的强度呈正相关,高原地区对高浓度排放情景下的增温效应比中低浓度更加剧烈,并且升温值在21世纪末极有可能突破6.5℃。

  虽然科学家已经对青藏高原做了一系列研究,但是变化着的青藏高原对于全球天气气候的影响、与各个天气气候系统之间的关系仍然有很多不确定性。不同的气候模式模拟结果之间,也存在明显差异。

  为进一步加强青藏高原生态修复和环境保护、保障青藏高原核心地及周边地区的可持续发展,科学家建议,应加强青藏高原生态气候变化综合立体观测网络建设,提高数据获取和灾害风险早期预警能力;深化青藏高原敏感区气候变化机理研究与科学评估;加强气候资源合理利用与生态修复和环境保护等。

  青藏高原:全球气候变化敏感区

  在地球北纬30度附近,许多地方是沙漠戈壁、荒漠旱地,而有一个地方湿地辽阔、水源充沛,是目前地球上最洁净的地区之一,这就是被称为“世界屋脊”和“亚洲水塔”的青藏高原。

  青藏高原地势高耸,平均海拔在4000米以上,最高海拔超过8800米。这片区域太阳辐射强烈,日照多,气温低,积温少,气温日较差大,且干湿季分明,多夜雨。

  青藏高原以其强大的热力和地形动力作用,深刻影响着东亚大陆、南亚次大陆与中亚广大范围内的天气气候。

  青藏高原是世界同纬度地带太阳总辐射量最大的地区,并由此形成了一个“嵌入”对流层中部大气的巨大热源,可以伸展到自由大气中,显著影响着东亚大气环流和亚洲气候。其热力作用主要表现在感热加热和潜热释放,造成高原及其邻近地区气流的上升或下沉运动;高原热源的强度和分布不仅影响亚洲夏季风,也对南亚高压等环流系统产生重要影响。

  另外,青藏高原如同一堵墙一样,挡住了西风前进的道路。由于高原地形的机械阻挡和摩擦,引起大气动力过程发生变化,其导致的气流分支和急流影响东亚大气环流。西风气流在流动过程中遇到高原,一部分被迫抬升穿越高原,另一部分在水平方向发生偏转并绕高原南北边缘而过。青藏高原还能引导热带季风转变方向,侵袭藏东南、云贵高原,以及缅甸、老挝等地,形成山地和高原雨季。

  由于独特的地理位置,被称作“世界上最后一块净土”的青藏高原,目前也成为全球气候变化的预警区、敏感区,其主要表现为温度显著升高、冰川退缩、冻土融化、降水增加、湖泊扩张等。

  受全球变暖影响,过去30年内青藏高原积雪变化明显,年积雪日数、年降雪日数和雪深呈减少趋势。研究发现,近30年来,青藏高原地区的变暖趋势明显大于中国及全球其他地区。

  (责任编辑:张林)

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