“亚洲水塔”的近期湖泊变化及气候响应:进展、问题与展望

青藏高原分布的众多封闭湖泊是"亚洲水塔"的重要组成部分.最近几十年,青藏高原的升温速率是全球平均升温速率的2倍,并且呈现了明显的降水增长.作为中低纬度分布的最大冰冻圈系统,青藏高原的气温和降水变化对湖泊变化产生了深刻的影响.湖泊水量和盐度变化是气候变化下湖泊水量平衡形成的结果,是定量反映气候变化影响程度的重要指标,而变化的时空特征可能反映了西风季风环流对地表水循环的影响.湖泊水体的物理化学参数是影响湖泊生态系统的重要因素,其在气候变化下的改变深刻地影响着湖泊生态系统的组成与变化趋势.本文基于大量的青藏高原湖泊面积、水位、水量、水体物理化学参数与气候变化关系研究的分析,梳理了青藏高原湖泊变化对气候变化响应的研究进展,提出了第二次青藏高原综合科学考察研究任务中湖泊考察研究的主要目标和内容.     

大气污染物跨境传输及其对青藏高原环境影响

青藏高原拥有独特的多圈层环境系统与生态类型,对我国乃至亚洲具有重要的生态安全屏障作用.在青藏高原开展污染物跨境传输的科学考察研究,既是地表多圈层相互作用研究的重要组成部分,也是支撑国家生态环境安全的战略需求.针对第二次青藏高原综合科学考察研究的"南亚通道"关键区,结合长期站点监测和短期强化观测,本文全面综述了青藏高原大气污染物时空分布、传输过程和机理,以及污染物对气候和生态系统影响方面的新认识.从历史趋势上看,青藏高原黑碳和汞等记录,自20世纪50年代以来呈现快速上升,反映了亚洲区域大气污染物排放的快速增多.从传输过程上看,跨越喜马拉雅山的高空环流以及局地的山谷风是大气污染物跨境传输的重要途径.大气气溶胶-雪冰辐射反馈效应对青藏高原的气候变化带来一定的影响,外源污染物对青藏高原生态系统的负面影响业已凸显.未来研究中,亟待精确量化跨境污染物的输送量和影响范围,预测未来情景下污染物排放与环境健康风险的变化趋势.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

青藏高原冰缘植物多样性与适应机制研究进展

高山冰缘带紧邻雪线,位于高山生境的最前端,在山地植物垂直带谱中位居最高,是陆地生态系统中最为极端的生境之一.受到高原环境中多变的气候、多样的地形、独特的生物交流屏障和迁移通道等因素的综合影响,青藏高原孕育了全球最为丰富的冰缘植物多样性资源.这类极端环境下的生物多样性形成和维持机制一直是学界关注的热点和难点问题.本文总结了青藏高原冰缘生态系统植物多样性特征及物种生态适应、繁殖和维持机制的最新研究进展,并特别关注了冰缘植物的生态适应结构,植物种间互助以及植物与昆虫间协同进化对于维持冰缘生态系统物种多样性的重要性.已有研究表明,全球气候变化对于冰缘生态系统多样性维持和物种共存会产生重要影响.如何预测和判断全球气候变化背景下,青藏高原冰缘生态系统内生物多样性资源的命运及其对生态系统功能的影响,将是生态学研究者面临的新挑战.     

退化高寒草地的近自然恢复:理论基础与技术途径

近几十年来,青藏高原高寒草地植被活动整体上趋于向好,但大部分草地仍然存在不同程度的退化,局部有恶化的态势.在青藏高原生态屏障保护与建设过程中,由于建植或改良的草地草种单一、优良乡土草种少,加之受高寒气候的限制,群落稳定性和可持续性不强,使得生态系统多功能性和多服务性往往难以完全恢复.因此,探索行之有效的可持续恢复模式迫在眉睫.本文提出了对青藏高原高寒草地实施近自然恢复(close-to-nature restoration)的理念,从生物多样性、生态系统多功能性和多服务性、生态系统稳定性的理论出发,结合青藏高原高寒生态系统的特点,论述了近自然恢复是退化高寒草地生态恢复的必然选择.据此,本文提出优良乡土草种扩繁、组配及其补播技术是高寒草地近自然恢复技术亟须解决的瓶颈,土壤养分及微生物调控相结合是"近自然恢复"技术的重要辅助措施.该理论与技术途径为青藏高原退化高寒草地生态系统恢复提供了一个基于自然的解决方案.     

青藏高原生态变化

青藏高原是全球平均海拔最高的自然地理单元.近几十年乃至上百年来,在气候变化和人类活动双重影响下,青藏高原生态系统的结构和功能以及重要物种的种群数量和结构均发生了深刻的变化.近几十年的研究表明:青藏高原植被返青期提前,生长期延长,覆盖度和生产力增加,碳汇功能增强,青藏高原植被总体趋于向好,局部变差.气候变化是高原生态系统变化的主控因子,气候变暖对青藏高原生态系统的影响是正面的,但这种影响仍存在时间和空间上的不平衡性,尤其是降水在时间和空间上的变化对干旱和半干旱地区植被产生较大影响,在干旱的年份叠加人类放牧活动等会导致这些区域,尤其是青藏高原西部地区植被产生严重的退化,但随着青藏高原生态安全屏障保护与建设工程的实施,高原生态系统退化的态势得到了进一步遏制,人类对高原特有珍稀植物资源,如虫草、雪莲和胡黄连的过度采收以及对野牦牛、藏羚羊和藏野驴的盗猎等现象得到近一步缓解,近期高原的野牦牛、藏羚羊和藏野驴的种群数量得到恢复.青藏高原的隆起不仅对本区而且对其毗邻地区的气候与环境都产生着深刻的影响,其生态系统对全球变化的响应与影响研究具有特殊重要的地位,今后迫切需要加强生态系统结构和功能变化的地面监测和遥感技术的应用,加大大型生态保护工程建设的实施力度,整体提高高原地区应对全球变化的能力.     

青藏高原高寒草甸生态系统稳定性研究

青藏高原生态系统对全球气候变化较为敏感, 系统的行为能更早地预兆全球变化, 进而影响到邻近地区乃至全球气候. 因此, 青藏高原生态系统的行为研究具有特殊重要性. 利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年来积累观测的长时间序列数据, 运用生态系统稳定性直接分析方法, 定量分析高寒草甸生态系统的稳定性及其对环境变化的灵敏度. 结果表明, 高寒草甸生态系统的主要气候因子如年降水、年均气温都比较稳定(CV值分别为16.55%和28.82%), 而年度地上净初级生产量较降水和气温更为稳定(CV值为13.18%). 净初级生产量关于降水和气温的灵敏度或弹性分别为E = 0.0782和0.1113, 即净初级生产量对降水和气温的波动均不敏感, 也说明高寒草甸生态系统具有较高的稳定性. 通过高寒草甸生态系统与世界其他地区5个草地生态系统的稳定性度量值横向比较, 也显示出该系统的稳定性程度较高. 结构相对比较简单的高寒草甸生态系统有较高的稳定性, 说明群落稳定性虽然与物种多样性和群落复杂性有关, 但未必成正比关系. 还有其他一些因素与生态系统稳定性密切相关, 如生物群落的外部环境稳定程度等. 高寒草甸生态系统的主要气候因子(年降水和年均气温)以3~4年的主周期随机低频振荡, 在其作用下生态系统的行为呈现同主周期、振幅比较稳定的随机波动. 高寒草甸生态系统的较高稳定性, 是较稳定的环境和系统适应环境的进化演替结果.     

青藏高原高寒草地生态系统变化的归因分析

高寒草地生态系统是青藏高原主要生态系统类型之一,其结构和功能对全球变化敏感.过去几十年,随着气候变化与人类活动加剧,高寒草地生态系统结构和功能发生了巨大变化,然而其变化的自然及人为相对贡献率存在较大争议.本研究基于优化的模型差值法评估了1990～2013年青藏高原高寒草地变化的人为相对贡献率.研究结果表明,这一时期青藏高原高寒草地生产力显著增加,人类活动主导了草地生态系统净初级生产力的变化,人为相对贡献率达到74.0%,人类活动主导草地生产力增加的面积占比大于主导草地生产力减少的面积占比,青藏高原草地可能已由过度利用转变为适度保护,但其特征呈现复杂性. 2000年后人类活动影响急剧增强,表明同期实施的大型生态恢复工程可能增加了高寒草地生产力.空间结果表明,两个时期相比有36.7%的草地生产力变化由气候变化主导转为人类活动主导,其中主导草地生产力减少是增加的两倍以上.随着我国生态文明建设的不断推进,青藏高原高寒草地生态功能总体上开始呈恢复趋势,但人类活动主导草地生产力减少的区域也在增加,该区域可能已趋于人地关系发生转变的临界点.因此,退化草地的恢复与治理仍是青藏高原生态安全屏障建设的重要支点,青藏高原草地适应性管理已刻不容缓.     

青藏高原水-生态-人类活动考察研究揭示“亚洲水塔”的失衡及其各种潜在风险

<正>20世纪70年代开始,我国开展了首次青藏高原综合科学考察(以下简称"青藏科考")研究,前后历经20余年,积累了大量科学资料,为青藏高原社会经济发展提供了坚实的科学依据.自第一次青藏科考开展以来的近50年,青藏高原自然与社会环境发生了重大变化.气候变化尤为剧烈,气温的变暖幅度是同期全球平均值的2倍,使得这个地区成为全球变暖背景下环境变化不确定性最大的地区;在     

封面说明

<正>青藏高原作为淡水资源的"固体水库"、大江大河源头的"亚洲水塔"、亚洲生态安全的"生态屏障"和驱动广域气候变化的"调节阀门",惠及中华文明和印度文明等世界文明的发展.但其强烈变化的冰川、冻土、江河、湖泊、森林、草原、沼泽、荒漠等过程,会导致其脆弱环境的恶化.因此,人们希望抑制环境变化可能带来的负面影响,保护其环境向有利于人类生存的方向变化.2012年开始的青藏高原环境变化评估,通过气候、水体、生态系统、陆表     

新生代青藏高原生长对东亚水循环及生态系统的影响

新生代青藏高原生长和全球温度变化驱动东亚气候和生态系统发生了剧烈变化.本文综述了前人的相关研究成果,基于前期的数值模拟工作,进一步探讨了青藏高原地形地貌演变对东亚水循环及生态系统的影响.目前,关于青藏高原新生代以来地形地貌的演化还存在争议,但近年来不同学科的证据一致认为,青藏高原生长过程具有区域差异性.最新的古气候数值模拟表明,青藏高原北部抬升显著改变了亚洲气候系统,促使东亚降水显著增加,尤其是中国南方冬季降水增加更为明显,地表径流也相应增加,对东亚水系格局产生了重要影响;土壤含水量也随之增加,冬季深层土壤含水量增加尤为显著,导致中国东部植被从干旱、半干旱转变为湿润、半湿润植被类型,造就了现今东亚植被和生物多样性格局.目前,关于青藏高原生长对东亚降水的影响,科学界已有深入认识,但是还有若干关键问题亟待解决,包括:对青藏高原地形地貌演化的进一步限定、对气候转型期高精度的古气候数值模拟,以及进一步解析新生代东亚水循环和生态系统的耦合关系.理解这些关键问题对预测未来全球气候急剧变化背景下的生态系统响应及其演变趋势具有重要的参考意义.     

青藏高原退化高寒草地生态系统恢复和可持续发展探讨

近年来,青藏高原草地生态环境安全引起人们的高度重视,但是其生态环境仍处于不断恶化的状态。本文分析了青藏高原高寒草地生态系统的草地退化现状、退化因素和改良技术研究等,并针对其现状和恢复目标,为高寒草地生态系统和草地畜牧业的可持续发展提出了一些建议:加强高寒草地生态系统的基础研究,建立综合的草地改良和恢复技术体系,加强草地生态系统的管理,建立合理的草地放牧制度体系,并建立高效的饲草供应人工草地,在退化草地上建立集约化的高效社区模式草地畜牧业体系,改变退化草地生态功能,是实现退化高寒草地生态恢复、生物多样性保护和经济可持续发展的最佳措施。     

青藏高原植物物候的变化及其影响

植物物候是植物生活史的周期性循环事件。在气候变化和人类活动的影响下,青藏高原植物物候发生了显著的变化。近年来,青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势,而果实期则保持相对稳定;增温延长了生长季,主要是通过延长开花等繁殖物候而实现的。青藏高原的物候变化主要受温度、水分和放牧的驱动,暖湿化和适度放牧有利于植物提前或延长物候期,而暖干化则延迟或缩短物候期。物候变化对植物种群、群落、生态系统、农牧区生产以及旅游业(如赏花节)等都会产生显著的影响。然而,目前青藏高原植物物候研究仍然十分缺乏,尤其是物候变化对生态系统结构和功能的影响研究更少。针对当前青藏高原物候研究存在的问题给出了一些建议:在未来的研究中应该尽可能从生理尺度到生态系统尺度的不同视角来研究气候变化和人类活动对物候的影响,以及物候变化对生态系统结构和功能的反馈。     

对话姚檀栋:走近第二次青藏高原综合科学考察

<正>青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原.作为地球上最独特的地质-地理-生态单元,是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地,是中华民族特色文化的重要保护地.2017年8月19日,在拉萨启动了第二次青藏高原综合科学考察研究(简称第二次青藏科考)国家专项.系统开展第二次青藏科考,将为"守护好世界上最后一方净土"、     

青藏高原河川径流变化及其影响研究进展

青藏高原被称为世界"第三极",又有"亚洲水塔"之称,对其周边地区的水文和气候系统有重要影响.青藏高原是亚洲许多大河的发源地,其冰川与河川径流变化影响到周边数十亿人口.本文介绍了青藏高原河川径流观测现状,回顾了青藏高原河川径流变化研究. 20世纪50年代至21世纪初,黄河源区年径流呈减少趋势、长江源区年径流呈微弱增加趋势,青藏高原其他江河源区的年径流没有显著的变化趋势.黄河上游、澜沧江上游、沱沱河及拉萨河源区的春季径流有增加趋势.未来气候变化情景下,随着降水和冰雪融水增加,青藏高原大部分河流源区径流增加,洪水等极端水文事件发生更加频繁.青藏高原河流源区水文气象观测资料稀缺,是河川径流变化及其影响研究的重大挑战.青藏高原水文研究亟需结合最新观测与模拟技术,提高水循环观测与模拟能力,深入认识青藏高原河川径流复杂性及其变化规律,为径流变化的影响评估及其应对提供科技支撑.     

基于以色列Noy-Meir放牧系统动态模型提升青藏高原草地放牧管理决策

<正>我国北方主要的放牧区位于青藏高原高寒草原以及黄土高原的干旱草原区.青藏高原不仅是我国重要的牧区之一,也是非常重要的生态屏障.家畜作为草地生态系统的重要组成部分,对维系草地生态系统功能、健康、保持生物多样性(地上植被、昆虫、土壤微生物和动物等)起着重要的作用^[1～4].适宜的家畜数量、合理的放牧管理策略对于维系草地生态系统的生态和生产功能具有重要意义.草畜平衡一直是草地管理的核心议题,是家畜营养需求和草地牧草供给达到协调一致的理想化要求.在实际制定草畜平衡管理策略时,需要面对多种多样的因素,例如家畜种类、生理状态,以及复杂多变的草场类型、可食牧草种类、     

青藏高原不同类型湖泊温度季节性变化及其分类

青藏高原广泛分布的湖泊是研究高原气候变化及其与全球气候系统相互关系的理想载体,但是目前对于高原湖泊现代过程研究仍然比较缺乏,在某种程度上制约了对过去气候环境变化记录的指标意义和湖泊生态系统演替的深入理解.本研究对青藏高原西部淡水湖泊班公错和中部咸水湖泊达则错开展了为期1年的湖水温度监测,讨论其湖水分层、翻转等水文物理过程.数据显示班公错属于典型的双季对流混合型湖泊(dimictic lake),而达则错属于半对流湖泊(meromictic lake),可能与达则错深部湖水盐度较高有关.利用湖泊模型Lake Analyzer进一步确认达则错不完全混合是由湖水盐度梯度所致.现代湖泊温度监测为高原湖泊分类提供有效数据,也为进一步深入研究过去气候变化和生态系统演替提供了水文物理学基础.     

青藏高原“亚洲水塔”效应和大气水分循环特征

青藏高原是东亚海陆气相互作用最敏感的地区之一.青藏高原大气水分循环结构特征不仅反映了西风气流与"大三角扇形"影响域季风水汽流的相互作用特征,而且凸现出该区域为全球能量、水汽的交换关键区,构成"亚洲水塔"形成的重要背景;隆升的高原地形和强大的表面辐射加热形成了局地上升对流和高耸入对流层中部中空"热源柱".研究揭示出此"热力驱动"下青藏高原高、低层互为反环流类似台风的自激反馈机制,其提供了"亚洲水塔"水汽"汇流"与抽吸动力效应."亚洲水塔"热源驱动机制有助于"世界屋脊"大气"热岛"、"湿岛"的形成和维持,使暖湿气流从低纬海洋向高原输送、汇聚.针对"世界屋脊"高原对流频繁、云降水异常特征,揭示出"世界屋脊"空气低密度条件对高原对流云的触发效应.分析表明,低纬热带海洋成为"亚洲水塔"大气水分循环的重要水汽源区,水汽源区可跨越赤道追踪到南半球.提出了青藏高原"热力驱动"下大气水分循环结构类似全球性大气"水塔"的观点,青藏高原特殊的跨半球大气水分循环构建出"亚洲水塔"和其周边地区独特的大气-水文功能体系.给出了西风与季风协同作用背景下青藏高原为核心区的陆地-海洋-大气相互作用的"亚洲水塔"大气水分循环物理图像.     

青藏高原及周边地区近期冰川状态失常与灾变风险

青藏高原及周边地区是除南、北极地区之外全球最重要的冰川资源富集地.近百年来,青藏高原及周边地区冰川整体处于缓慢退缩状态,但20世纪90年代以来,这种状态发生了根本变化.以东帕米尔-喀喇昆仑-西昆仑地区冰川相对稳定甚至部分冰川前进为特征的"喀喇昆仑异常"是青藏高原及周边地区冰川状态失常的一种表现形式;而青藏高原东南地区冰川加速退缩则是这一地区冰川失常的另一种表现形式.高海拔地区的异常升温是青藏高原及周边地区冰川状态失常的重要驱动力.另外,这种冰川状态失常还与气候变暖背景下的西风和季风大气环流过程有关.随着全球变暖的加剧,冰川状态失常直接导致冰崩、冰湖溃决等灾变风险的增加.应对青藏高原及周边地区冰川状态失常的不利影响,需要进一步加强冰川变化监测与研究,加大冰川灾害防范力度.     

青藏高原多年冻土特征、变化及影响

青藏高原是全球中纬度面积最大的多年冻土分布区,青藏高原多年冻土对东亚季风乃至全球气候系统都有重要影响.本文在前人研究成果的基础上,系统地梳理了青藏高原多年冻土基本特征的现状,主要包括活动层厚度,多年冻土面积、温度和厚度的空间分布,以及多年冻土区地下冰和土壤碳储量等方面的研究进展.通过补充最近监测资料,阐述了高原尺度活动层和多年冻土热状况的动态变化过程及趋势,并分析了这种变化的水文效应.随后,概述了多年冻土与生态系统、多年冻土与碳循环相互作用关系方面的研究进展.青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,对多年冻土区地表的水、土、气、生间的相互作用关系产生了显著影响,进而影响着区域水文、生态乃至全球气候系统.本研究可为冻土与气候变化相互作用关系的机理研究提供思路,为寒区环境保护、工程设计和施工提供参考经验.