ABSTRACT

This article summarizes the climate change trend and mutative climate status of Qinghai-Tibet plateau from the last interglacial period (125-75 ka BP) to 2014 by studying the long-time research results of climate change of Qinghai-Tibet plateau from many researchers. And the trend of climate change in this region in the next few decades is summarized through the Yin Yunhe’s climate change prediction models on the Qinghai-Tibet plateau [1] . The results showed that: from the last interglacial period (125-75 ka BP) to 2014, the overall trend of the Qinghai-Tibet plateau climate’s change was rising and its regional feature was strengthening; climate changed drastically during the last interglacial period on the Qinghai-Tibet plateau, and the temperature decreased rapidly but increased slowly; in modern times, temperature had a tendency to accelerate, precipitation fluctuation changed little and it increased mainly in the spring and winter. According to the prediction results of different scenarios such as SRES A1B, A2, B2, it suggests that the climate of the Qinghai-Tibet plateau in the 21st century will develop in the direction of wet and warm, and precipitation will increase and peak in the middle of the 21st century.

Keywords:Qinghai-Tibet Plateau, Climatic Change, Air Temperature, Rainfall

青藏高原地区不同年份气候变化研究综述

李静，王潇，唐锦森，秦淼，张波

电子科技大学资源与环境学院，四川 成都

收稿日期：2017年4月6日；录用日期：2017年5月12日；发布日期：2017年5月16日

摘 要

本文通过介绍众多研究者对青藏高原地区多年气候变化的研究成果，归纳出了该地区从末次间冰期(125~75 ka BP)到2014年来的气候变化趋势和气候突变状况。通过分析尹云鹤等对青藏高原地区的气候变化的预测模型 [1] ，总结出了该地区未来几十年内气候变化的趋势。分析表明：从末次间冰期(125~75 ka BP)到2014年来，青藏高原气候变化的总体趋势是气温升高且区域性特征增强。在末次间冰期，青藏高原气候变化剧烈，降温迅速且升温缓慢；到了近代，气温有加速上升的趋势，降水量波动变化较小，降水增加主要体现在春季和冬季。根据SRES A1B、A2、B2等不同情景预测的结果表明青藏高原地区在21世纪向湿暖方向发展，降水量增加并在21世纪中期达到最大值。

关键词 :青藏高原，气候变化，气温，降水

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1. 引言

气候预测是一个世界难题，作为继南极，北极后的地球“第三极”，青藏高原气候变化对全球特别是亚洲的气候变化有很大的影响，被誉为全球气候变化的“驱动机”和“放大器”。从19世纪末到20世纪80年代，全球的平均气温上升大约0.6℃ [2] ，以全球变暖为标志的全球环境变化对全球生态系统以及人类社会有巨大的影响，这引起了众多各界人士、政府的广泛关注。而在全球变暖的形势下，研究者们对青藏高原气候变化的研究尤为重视，这主要是由于三江(长江，黄河，澜沧江)源区地处青藏高原腹地，三江源对我国长江和黄河中下游地区经济、生态等可持续发展有重要的作用，素有“中华水塔”之称 [3] 。整个青藏高原分布在中国境内部分的面积约为257万平方千米，平均海拔在4000~5000米，主要包括西藏自治区，四川省西部，云南省部分地区及青海省的大部分地区，新疆维吾尔自治区，甘肃省部分地区。

近年来我国学者运用多种方法，以研究青藏高原气候变化特征、原因、趋势为主，分析预测百年内该地区气候变化。总体来看，前人的研究多集中在气候变化的平均特征等方面，对不同气象要素的区域差异研究较少，同时气象资料的时间局限性也使得研究结果有所差异。本文集合多位研究者多年来关于青藏高原地区气候的研究成果，系统地总结出了该地区从百万年前到21世纪各气候要素(气温、降水)的变化趋势，对年际、季节、空间气候变异特征进行了统计分析，并预测出了百年内青藏高原地区气候变化的趋势。

2. 研究方法

气候变化是一个十分复杂的问题，随着时间尺度的变化，气候变化同时存在线性与非线性变化。线性变化主要包括趋势变化和周期变化，非线性变化主要表现为突变现象和气候相对稳定性。通过结合众多研究资料可以发现，对青藏高原地区近2000年的气候周期性检测方法主要有：对古气候的分析主要是通过那个时期的冰芯(古里雅冰芯，格陵兰冰芯，敦德冰芯)，树轮，沉积物，冰川活动，孢粉等队气候进行检测，比如王苏民等根据对希门错沉积物综合分析发现湖泊色度对水温变化敏感，由此反应了青藏高原2000年前古气候变化 [4] 。近代气候检测主要是通过气象站收集数据，再通过某种或几种方法模型来处理数据，最后直观反应变化特征。近年来，青藏高原地区主要气象站已有65个，虽然气象站观测数据能够帮助我们分析并预测气候状况，但是由于气象站数据时间尺度短，所以在研究中差异性是存在的。

近代气候检测方法主要分为趋势检测和突变点检测。其中趋势检测主要是用来研究一段时间内气候的一个均值状态。突变点检测主要是研究气候非线性变化。气候突变是普遍存在的。它是气候中的一个重要现象，但直到现在也还是没有对它的严格定义。气候突变主要分为4类，1) 均值突变：气候从一个平均值到另一个平均值的剧烈变化；2) 方差突变：气候从一个方差状态到另一个方差状态的变化；3) “翘翘板”式反向振荡突变；4) 转折突变：在某一时段持续减少(增加)，然后在某点开始持续增加(减少)。而检测方法主要包括低通滤波法，滑动t检测法，Cramer法，Mann-Kendall法，R/S分析和Spearman法。低通滤波法是通过消除高频信号，使气候长期变化更有效表现，但由于不能直接给出突变点的位置，所以置信度低。Mann-Kendall非参数检验法，其优点是不用遵从特定的分布，不受少数异常值的干扰，更适合类型变量和序列变量的分布特征分析 [5] 。R/S分析主要用于判定一段时间序列是否存在趋势性成分及未来的变化趋势 [6] 。

3. 研究过程与结果分析

3.1. 多年来青藏高原气候变化与变异情况分析

3.1.1. 气温

推测十几万年前的气候变化主要是通过分析冰芯，树轮，沉积物，冰川活动，孢粉等物质。根据古里雅冰芯记录，青藏高原在次末间冰期(125~75ka BP)气温变化十分剧烈，降温以大幅度突变为主，升温以缓慢变化为主，且是一个由降温到升温的过程。其间出现多个千年尺度的冷暖交替。在各亚阶段内又有若干个百年尺度的冷暖波动。在小尺度时段内波动更为频繁。次末间冰期后是末次冰期，主要分为末次冰期早冰阶(75~58 ka BP)、间冰阶(58~32 ka BP)和晚冰阶(32~10 ka BP)。根据记录显示，该时期最低温度大约在23 ka BP时段，其中间冰阶是整个时段的高温期，且晚冰阶内出现多次气候突变并在12~10 ka BP期间气温逐步回升。在末次冰期末期新仙女木事件(12.2~10.9 ka BP)是主要的气温突变事件，简称YD事件。11.05 ka BP是整个YD事件的最低温时段，之后温度逐渐上升并在10.5 ka BP后温度上升幅度加剧，在这100年中气温升温幅度达到12℃ [7] 。YD事件的结束意味着向全新世的开始。虽然青藏高原以升温形式进入全新世，但在7 ka BP时气温突降，这标志着全新世的暖期结束。其后青藏高原地区气温下降，到5.0 ka BP都是相对寒冷期，5.0 ka BP后，温度回升。在全新世中，由于地理位置，季风等因素的影响导致青藏高原北部气候比南部气候变化剧烈。5~2.5 ka BP期间早期气温显著下降，晚期逐渐回升，总的气候特征为早期偏湿润，晚期偏干暖。从2.5 ka BP到近代，根据对孢粉资料研究表明该时期总气候特征表现为干冷 [8] 。

近2000多年来，温度在波动中逐渐上升，可以划分为4个阶段：780~430 B.C.暖期，480~1460 A.D.暖期，430~480 B.C.冷期，1460~1900 AD冷期。但是由于青藏高原地区气候空间分布差异大，各个区域气温分布且表现不一致，主要表现为东北与西南部气温差异，例如在9-11世纪时，青藏高原东北部已暖期为主；西，南部地区则表现为寒冷期。而在1150~1850期间，青藏高原气温经历多次冷暖期交替变化，主要表现为：1150~1400，1250~1500为气温暖期；1500~1550、1650~1700、1800~1850为气温寒冷期。从1400年来，青藏高原地区经历了3次明显的百年尺度冷暖交替，主要表现为：1450年左右是由降温到升温的变化过程，1550年左右是由升温到降温的过程，1650年左右是由降温到升温的过程，且1650年左右出现了1400年来的最低温 [9] 。

近代气象观测数据分布表明：自上个世纪50年代(1951~1961)至今，青藏高原气温的总体趋势是逐渐上升的，且存在明显的暖-冷-暖-冷-暖期变化。其中，青藏高原气温特征大致可分为：60年代(1961~1971)为偏暖期，70年代(1971~1981)为偏暖期，80年代(1981~1991)为偏暖期，90年代初至90年代中期为偏冷期，90年代末为持续偏暖期(如表1)。根据1961~2007年的气象资料分析，青藏高原平均气温增温率约0.37℃/10a [10] 。虽然在近60年中青藏高原气温总体升高，但从年际，季节，空间变化三个方面考虑又有突变性(如表2)。例如，陈亮在做1959~2008年青海湖流域气候研究时发现整个70年代气温是呈平缓上升趋势，但在1973年前后气温出现峰值转折点 [11] 。又如李林在研究三江源区气候时发现60年代三江源区气候上升幅度大，70年代增温变化率小于60年代，且76年左右气温到达最低温转折点，80年代又显著增温，97年前气温缓慢降低，97年后呈陡坡增长 [12] 。气候变异又一体现在季节变化差异上，总体来看，四季变化强度依次为：冬季 > 秋季 > 夏季 > 冬季。从空间分布来看，1) 地理差异导致区域变化幅度不同。易湘生研究1961~2010年近40年青海三江源区发现，整个地区年平均气温上升幅度大约为0.26℃/10a以上，其中玉树最大，达到0.36~0.4℃/10a，然后随中心向四周递减，杂多，曲麻等地增幅大约为0.31~0.35℃/10a [10] 。2) 地理差异导致各站点变化趋势不同。孙永亮利用青海湖流域6站点观测2000~2005年数据发现，虽然在近5年时段里各个站点都是上升趋势，但在祁连站上气温最高、最低转折点分别在2002年和2004年，而西宁站则是在2000年后呈抛物线下降 [13] 。3) 地理差异导致个别站点

表1. 气候变化总趋势分析

表2. 气温变异特征表

地区气温变化与整体趋势相反。吴绍洪在研究青藏高原气候1971~2000年近30年中发现，在整个地区总体上气温呈增长趋势时，河南县等少数站点年平均气温在下降 [14] 。

3.1.2. 降水

由于过去几千年来青藏高原降水变化比气温变化复杂，所有通过冰芯、树木年轮、湖泊沉积物等资料的分析降水变化没有气温变化分辨率高，所以研究百万年前的降水变化情况可以通过土壤磁化率反应。过去8.3~3.5 Ma青藏高原边部兰州盆地地区为偏湿带，其中主要经历2次降水减少过程，年均从1150±3500 mm减少至500 ± 100 mm；3.5~1.7 Ma年均降水为240 ± 40 mm；1.7~0.45 Ma年均降水145 ± 135 mm；0.45~0 Ma年均降水363 ± 237 mm [15] 。根据古里雅冰芯记录得知，在过去2000年内青藏高原地区有5次高降水期和4次低降水期，其中降水变化周期跨度大，从几年到百年内不等且变化幅度差异大，表现为与温度呈正相关性并滞后于温度的变化。总体来看，2000年以来青藏高原降水变化特点为：在由增(公元初)到减(5~15世纪)再增(16~18世纪)到减(19世纪)，最后持续增加(20世纪至今)趋势。从气候特征来看，青藏高原在近1200~1500年气候干旱，1500~1560年较湿润，1560~1650年和1780~1850年为干旱期。张家武在2004年对青海湖沉积岩芯碳酸盐氧同位素δ18O研究认为，公元1500年前由于δ18O含量高，反应为降水少 [16] 。刘晶晶通过大果圆柏的树轮宽度研究青藏高原南部降水情况时认为，在1550~1620、1790~1820、1870~1890、1940~1960期间青藏高原南部地区降水偏少，呈相对干旱期 [17] 。20世纪90年代以来，对青藏高原降水和气候的描述主要通过各个气象站点的观测数据记录。根据各个气象站观测数据得知，从1961至今青藏高原降水总体呈现增长趋势(如表3)，且增加幅度小，波动频繁 [18] 。局部来看，

表3. 青藏高原各研究区域总体降水变化表

又可以分为两个时期，60年代到80年代降水减少，80年代后降水增加。吴绍洪利用青藏高原77个气象站观测研究表明，70年代初到2001年近30年来青藏高原地区年降水量增加6.9%，平均变化趋势为每年增加1.196 mm；各站变化幅度在−5.849~8.451 mm/a之间。青藏高原降水突变可以从年际变化、季节变化和空间变化3个方面来看(如表4)。从年际变化来看，50年代降水呈下降趋势，波动不明显，70年代总体下降但波动频繁，80年代降水增加趋势显著，90年代基本无明显变化，20世纪后降水整体增加。从季节降水变化强度来看，冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季 [19] ，且春夏冬季降水呈上升趋势，秋季降水呈减少趋势。空间分布不同也可能导致降水差异，其主要表现在：1) 局部地区与整体趋势相反，姜永见在研究江河源区1971~2000气候时发现，近30年来整个江河源区降水量呈增加趋势，但是东部以外地区的降水却下降 [20] 。王根绪在研究江河源区1950~2000年气候时得出，80年代秋季整个三江河源区降水量下降，但是沱河降水量却在增加 [21] ；2) 空间分布不均导致各地变化幅度有差异。李珊珊在研究三江源区时发现，就秋季而言，60年代澜沧江源降水比黄河源区降水量偏低，70年代长江源区比澜沧江源区偏低。

3.2. 青藏高原气候预测

如今越来越多的研究者探究青藏高原未来的气候状况，其中主要应用情景是SRES A2和B2，A2主要是模拟该地区经济增长较快，人口持续增加，碳排放高速增长场景；B2是低排放量区域经济、社会和环境相对稳定的可持续发展模型。但总的来看，青藏高原在21世纪中期后主要向湿暖变化发展，且月平均温度与月平均降水均呈增加趋势，但平均温度增幅远大于降水变化。到2100年青藏高原气温将上

表4. 青藏高原各研究区域降水突变表

升2℃~3.6℃，气温增长幅度季节性差异扩大，主要体现在冬季增温显著，夏季降水少导致干旱现象严重，且降水会随空间分布差异存在明显变化，北部地区到南部地区降水减少趋势大，三江源区到2100年温度增加2.4℃~3.2℃，降水增加−50~200 mm [22] 。尹云鹤采用动态植被模型(LPJ)以光合作用等能量平衡为基础，来模拟植物－土壤－大气之间碳水能量交换过程，并通过对植物蒸腾、蒸发，土壤下渗等作用预测长江和雅江源区气候因子，结果表明：长江源区及若尔盖区在A2排放量下，从21世纪中期到本世纪末，降水呈增加趋势，但趋势不明显；在B2排放量下，若尔盖地区降水丰沛且增长幅度明显。刘晓东采用SRES A2研究情景运用不同模型研究气温变化，采用GCM气候模型，分析出青藏高原大部分地区2030~2049年相对于1980~1999年，地面升温幅度在1.4℃~2.2℃范围内，季节性增温更加显著，其中冬季增温将达到2.4℃ [23] 。李婷采用CCSM3模型预测出21世纪中、末期整个青藏高原朝着湿暖方向发展，并在21世纪中期月平均温度和月降水量达到最大 [24] 。

虽然运用不同的气候模型预测结果时会有偏差，但大致变化方向差异不大(如表5)。王国庆运用GCMs场景将3个气候模型(MPI, UKMOH, LLNL)结合使用发现黄河流域未来几十年径流量减少，降水存在不同程度的减少 [25] 。在SRES A2研究情景下，张小文采用GCM模型预测长江流域到2090年气候变化中发现，未来长江源区气温与降水均呈增加趋势，且降水变化不明显 [26] 。而徐影采用CCCma，CCSR，CSIRO，GFDL，Hadley5种模型分别在A2、B2情境下模拟得出，在B2情况下温度持续增长，且幅度

表5. 青藏高原地区未来气候预测

小于A2下的变化，降水均呈增加趋势。沈永平采用GCM区域气候模型在HADCM2研究情景下模拟了未来青藏高原整个气候情况变化过程，研究表明，到2100年止，青藏高原地区平均温度升高的同时，由于冰川融化加剧，降水也呈增长趋势但是幅度却与温度的增幅不相同。刘晓东应用A1B模型模拟未来30~50年内青藏高原气候变化时指出了海拔，区域，季节与温度的内在联系，强调西部地区比其他地区冬季温度高取决于海拔和区域的共同作用；而降水季节性变化主要体现在夏季，西部和西南部地区降水减少趋势明显，整个青藏高原降水增加不超过5%。

3.3. 结论

通过以上总结和分析，我们可以得出青藏高原自末次间冰期以来的气候变化特征。其中，青藏高原古气候变化特征的研究主要是利用冰芯、树轮、湖泊沉积物、色素跟踪等方法，研究近代气候则主要通过气象站收集数据，通过气象数据对气候变化做出直观的反应。结果表明，青藏高原在末次间冰期气温变化强，降温迅速但升温慢，新仙女木事件使得青藏高原地区大部分地区遭遇显著降温，进入全新世后气温逐渐上升，2000多年来气温和降水都在波动中上升，降水变化滞后于气温变化，且都存在由区域不同导致气候差异大，甚至可能与总体趋势相反的情况，地区差异主要表现为东北部与南部差异。近代以来，青藏高原经历了多次冷暖交替变化的过程，自1961年到2007年以来，青藏高原平均气温增温率约0.37℃，降水波动频繁。从年际变化、季节变化、空间变化来看气候突变存在，比如，季节性降水春冬季明显，局部性气温与整体趋势相反等。

通过分析研究者在SRES A1B、A2、B2等不同排放情景下运用多种气候模型预测出的气候变化趋势，我们可以得到：1) 在由人类活动引起的温室效应不断增加情况下，21世纪青藏高原地区气温将持续增长，降水变化比温度变化更为复杂，总体来讲，整个青藏高原朝着湿暖方向发展，月平均温度和大部分地区月降水量都有增加，并在21世纪中期打到最大；2) 青藏高原在未来百年内，气温升高幅度远大于降水量增加，东西部降水分布极不均匀，虽然降水量在未来有缓慢幅度的上升，但全年平均降水量大多数集中在春季部分地区，导致部分地区旱情严重。所以加强对青藏高原地区环境保护及预测对中下游地区未来生态可持续发展有重大意义。

基金项目

国土资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室开放基金资助课题，编号：KF-2016-02-007。

文章引用

李 静,王 潇,唐锦森,秦 淼,张 波. 青藏高原地区不同年份气候变化研究综述
The Review of Qinghai-Tibet Plateau Region’s Climate Change in Different Years[J]. 地理科学研究, 2017, 06(02): 49-57. http://dx.doi.org/10.12677/GSER.2017.62006

参考文献 (References)