2021-4-10 | 农业
0引言
气候变化已成为当前全球关注的热点问题。监测数据分析结果显示，在全球范围气候变化呈现出温度升高（1906—2005年温度升高0.74℃）、降水时空异质性增强和气候灾害事件频繁发生的特征[1-2]，且有研究[3]预估，2010—2060年，平均气温可能升高1.3℃(1.1~1.4℃)。中国气候变化与全球气候变化保持基本一致的特征，主要指标的变化幅度较全球平均水平略强[4]。陆地是人类赖以生存的环境主体，以“气候变暖”为标志的全球气候变化对陆地生态系统产生了强烈影响[5]，森林、农田、草原作为3大陆地生态系统极易受到气候变化的冲击。目前，国内外有关气候变化对陆地生态系统影响与系统响应的研究主要集中于森林和农田生态系统[6-15]。对于中国而言，草原是面积最大的绿色生态屏障，坚守着森林、农田等其他植被难以延伸的干旱、高寒等自然环境最为严酷、生态环境最为脆弱的广阔地域，中国草原占国土面积的比重和其特殊的地理分布，彰显了其极其重要的国家生态安全战略地位[16]，同时也赋予草原在应对气候变化作用方面的重要性和不可替代性。但是，关于草原生态系统对气候变化响应的研究还较少，近年来才开始受到研究者们的重视，虽然相继有一些探索性的研究成果[17-26]，但与农田、森林生态系统相比，在研究的深度和广度上都略显逊色，亟待进行阶段性总结，以提出未来研究方向。
1温带草原区气候变化趋势、特征及预测研究
1.1温带草原区气候核心要素变化趋势的研究
1.1.1温度升高明显
温度升高是气候变化的主要表征之一，无论在全球还是国家尺度，都有大量的数据可以证明。内蒙古草原区地处北半球，是温度变化最为明显的地带之一，近年来大量的以点代区的研究结果不断支持气温升高的结论。从内蒙古大尺度空间区域来看，吴学宏等[27]选用内蒙古各盟市2~3个记录年代较长的代表性站点，用多年平均气温反映气候冷暖变化的情况，其研究结果显示，20世纪70年代中期以前，气温为负距平较多；70年代后期，气温为正距平偏多，特别是80年代中后期，全部为正距平。这表明20世纪70年代以后，内蒙古地区出现了持续性增暖，80年代以后，增暖趋势明显增强，到90年代，气温呈现加速上升趋势。从局地区域来看，不同生态类型草原区温度也朝着增加趋势发生变化。刘及东等[28]利用呼伦贝尔鄂温克自治旗中心气象站数据代表草甸草原区分析了1959—2006年间的气候变化，结果表明，期间该地区的平均气温总体变化趋势先降后升，1959—1970年平均气温-2.15℃，1971—1980年10年平均温度为-2.28℃，1981—1990年升高到-1.55℃，1991—2000年为-0.74℃，2001—2006年升至0.47℃。可见，从20世纪70年代初开始，该区域的升温趋势非常明显。云文丽等[29]以锡林浩特站为典型草原区代表性气象站，分析了1953—2003年区域平均气温的变化，研究结果表明，期间平均温度在波动中逐渐升高，上升趋势和全球变暖的趋势相一致，50年来气温累计上升大约3.4℃，特别是近20年平均气温累计上升4℃，另对季节变化的分析显示，4个季度的气温都有不同程度的升高，但是冬季和春季气温增加趋势较夏秋季明显。韩芳等[30]利用11个气象站点1961—2007年的气象资料分析了中温性荒漠草原温度的变化情况，研究结果显示，50年来区域年平均气温呈极显著上升趋势，每10年上升0.49℃（50年累积达2.45℃），特别是近20年，是升温最为明显的时段。
1.1.2降水量变化区域差异显著
从大区域尺度有研究表明，在北半球温暖时期，中国东南沿海降水量偏多，西北降水量将减少。温带草原主要分布在中国东北、中北和西北地区，东西和南北跨度较大，降水时空不均匀性明显。从海拉尔气象站数据资料分析来看，草甸草原区降水主要在250~400mm之间波动，降水年际变率很大，多雨年份可以达到少雨年份的2~3倍，其中各年份间春季的变率要明显大于其他季节，从1959—2006年的年降水量变化趋势来看，20世纪60—80年代降水量呈增加趋势，90年代后期呈下降[31]。闫伟兄等[32]对内蒙古典型草原1960—2004年降水量变化的分析结果表明，20世纪70年代末以前，处于正常偏少阶段，80—90年代降水偏多，1998年降水量异常偏多，之后降水明显偏少。但是，从1960—2004年间，典型草原区的年降水量线性变化趋势并不明显。李晓兵等[33]利用荒漠草原区二连浩特、朱日和和苏尼特左旗1961—2000年气象数据分析获知，40年间，年降水量均表现出波动性变化，1961—1982年多数年份的降水量大于多年平均值，而1983—2000年小于和大于多年平均降水量的年份基本持平，总体分析研究的40年中，后20年较前20年相比降水量略有下降，但是总体趋势不明显。
1.2温带草原区主要气象旱灾发生与变化的研究
多年来，干旱一直是制约中国北方地区农牧业发展的主要气象灾害。有研究[34]证实，近50年来中国北方一些地区降水量明显减少，这将预示着干旱的加重，这一趋势和结果必将对农牧业生产造成日益严重的影响[35]。当前，干旱已经成为危及人类生存环境的严重问题，人类可利用水资源的严重匮乏及荒漠化、沙漠化的加剧都是干旱发展的具体表现[36]。关于气象干旱灾害的评估研究方法已有不少报道，如美国广泛应用的Palmer干旱指数[37]、加拿大常用的标准化降水指数(SPI)[38]、中国国家气象中心在旱涝监测中使用的Z指数[39]以及各种模型或集成模型[40]等。需要注意的是，在2006年中国发布了《气象干旱等级》国家标准，列举并推荐了一系列干旱监测评价的单项指标和综合指标，为中国各地区的干旱等级评价提供了重要的依据和方法。虽然评估气象干旱的指标很多，但是，每种评估方法在应用的过程中都会有区域局限性，对于不同时空尺度的评价，往往需要研究修正模型参数。
旱灾是温带草原地区次数最多、分布范围最广、影响程度最烈的一种气象灾害[38]，对草原牧区的生产和人民群众的生活带来了严重影响。马宗普等[41]从第4纪气候变化和发展规律出发，据此认为21世纪初虽然可能降水量有所增加，但是该时期仍属于干旱期，特别是中国北方将受到干旱灾害的严重威胁，并将诱发或伴生一系列其他自然灾害。另据刘志刚等[42]对锡林郭勒草原气候变化与干旱特征的分析结果表明，1953—2005年的53年中，荒漠草原区气候干旱发生频率占62%，典型草原气候区干旱发生频率达60%，草甸草原气候区干旱发生频率也达51%。大旱年景典型草原气候区发生率最高，53年中出现了13次，占比25%，荒漠草原和草甸草原也都达到11次，占比达21%；与此同时，研究还分析了锡林郭勒草原气候干旱发生的时间分布特征，结果显示，50年代干旱发生较少，各气候区发生频率在30%左右，20世纪60—70年发表生频率都较高，荒漠草原发生频率最高达80%，90年发表生频率明显减少，但是，进入2000年以后，干旱又明显增多，达80%。目前，锡林郭勒地区正处在连续干旱时期，自1999—2007年已经连续7年发生不同程度的干旱，其中6年为严重干旱。