青海湖流域氣候變化特點及水文生態(tài)響應(yīng)

朱延龍，韓 昆，王 芳

（1.青海省水文水資源勘測局，青海 西寧 810001；2.中國水利水電科學(xué)研究院 綜合事業(yè)部，北京 100038；3.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038）

青海湖是中國最大的內(nèi)陸咸水湖，于1992年加入世界濕地公約，列入國際重要濕地，成為我國首批列入國際濕地名錄的七大濕地之一。但是，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候變暖、不合理的水資源利用、過度捕撈以及過度放牧使青海湖曾經(jīng)一度面臨嚴(yán)重的生態(tài)問題，不僅入湖水量減少，湖水位下降，湖面縮小；而且湖內(nèi)裸鯉數(shù)量減少，湖濱草場退化以及土地沙化，危及濕地鳥類的生存。近幾年來，湖水位上升，湖面擴張，使原本脫離主湖的海燕灣又與主湖相通，這一現(xiàn)象是全球變暖的總體趨勢，還是有其更多的隨機水文因素。同時在全球氣候變暖的總體情勢下，青海湖的水文和生態(tài)會發(fā)生怎樣的變化。本文針對這些問題進行了分析研究。

1 區(qū)域概況與研究方法

1.1 區(qū)域概況青海湖地處青藏高原東北隅（36°21′—37°15′N，99°36′—100°47′E），屬高原半干旱高寒氣候，流域面積29 610km2，地勢從西北向東南傾斜，湖泊及其湖濱平原面積為6 936km2（圖1）。湖泊水位3 193.59m時，水面面積4 300km2，pH值9.23，含鹽量14.134g/L。以各出山口水文站為界，進入湖濱及湖泊的多年平均地表水資源量14.57億m3，其中布哈河的徑流量占入湖地表徑流量的52%，不重復(fù)的地下水資源量為7.8億m3，河水補給主要來自大氣降水及少量冰雪融水。湖區(qū)多年平均蒸發(fā)量為41.0億m3。青海湖流域是青海省主要牧區(qū)及畜產(chǎn)品改良基地，2008年底共有人口11.52萬人，各類牲畜640.72萬頭，工業(yè)產(chǎn)值804.08萬元，耕地面積175km2，按照退耕還林（草）的規(guī)劃，湖濱的耕地面積在2010年全部退耕還草。流域水資源開發(fā)，主要是用于草場灌溉與人畜飲水，年消耗水量只有0.67億m2。

1.2 研究思路選擇青海湖流域海拔3 100m的剛察氣象站和海拔4 000m的天峻氣象站，以及流域外海拔5 100m的托托河氣象站，進行青海湖區(qū)域氣候變化規(guī)律的分析。在此基礎(chǔ)上，分析入湖徑流的變化，結(jié)合青海湖水位的變化，分析氣候變化對青海湖水位的影響，并進一步分析青海湖生態(tài)的響應(yīng)。分析思路見圖2。

圖1 青海湖流域水文站及主要河流分布

圖2 分析思路

2 結(jié)果分析

2.1 氣溫變暖的趨勢、階段性特點以及流域空間差異從剛察、天峻和托托河3個氣象站年平均氣溫變化趨勢圖（圖3）可以看出，氣溫上升趨勢比較明顯，且氣溫上升幅度與海拔高低沒有明顯的關(guān)系，每10年氣溫增加0.25～0.30℃。六階多項式擬合年平均氣溫變化曲線（圖3）表明，自20世紀(jì)80年代末該區(qū)域開始顯著增暖。從1990年以來的氣溫變化趨勢來看（表1），增溫幅度是50年均值的2～3倍，即平均增溫0.50～0.80℃/10a。

從季節(jié)變化來看，秋冬季增溫平均0.36℃/10a，春夏兩季增溫為0.18℃/10a。增溫趨勢與中國西北、華北和東北地區(qū)氣溫變化的趨勢一致[1]。但是，自20世紀(jì)90年代以來，季節(jié)增溫規(guī)律發(fā)生了變化，春季的增溫幅度遠大于夏季，總體趨勢是春、秋和冬3個季節(jié)增溫幅度大，平均0.76℃/10a，夏季增溫幅度平均為0.46℃/10a，見表1。

2.2 降水、蒸發(fā)、徑流對氣溫變暖的響應(yīng)

2.2.1 降水量的變化 青海湖地區(qū)坡面降水50年來總體上呈增加趨勢，海拔較高的地區(qū)增加幅度較大，天俊站與托托河站增加幅度為9.3mm/10a和10.9mm/10a；低海拔區(qū)增加幅度小，以剛察站的結(jié)果來看，降水增加值為3.5mm/10a，見圖4。

圖3 青海湖流域及附近地區(qū)年均氣溫變化

表1 青海湖流域平均氣溫變化統(tǒng)計

青海湖由于湖面面積大，湖面降水直接補給占有較大比例，通過分析青海湖周邊水文站布哈河口與下社水文站的長系列實測降水，湖濱區(qū)降水增加幅度較大，增加幅度10.6～14.4mm/10a，見圖5。

2.2.2 潛在蒸發(fā)量的變化 蒸發(fā)皿的實測蒸發(fā)（潛在蒸發(fā)）在總體上卻成減少趨勢（圖6），進一步分析表明20世紀(jì)90年代以前年潛在蒸發(fā)量呈遞減趨勢，此后轉(zhuǎn)為增加的趨勢。一般來說，蒸發(fā)能力隨氣溫的升高而增大，盡管青海湖地區(qū)年平均氣溫自20世紀(jì)60年代以來一直呈上升趨勢，但90年代以前年蒸發(fā)能力卻出現(xiàn)遞減趨勢，這與國際、國內(nèi)一些同類研究結(jié)論基本一致。孫福寶等[1]對我國西北地區(qū)近50年氣候的水熱狀況變化進行了研究，通過對影響蒸發(fā)能力的控制因素（包括太陽凈輻射、風(fēng)速、相對濕度和氣溫）進行相關(guān)分析得出，1990年以前蒸發(fā)能力受太陽總輻射和風(fēng)速減小的影響較氣溫升高的影響大，因此呈下降趨勢，而在1990年之后隨著全球氣溫的不斷升高，氣溫成為決定蒸發(fā)能力的主導(dǎo)因素，因而蒸發(fā)能力隨著氣溫的升高呈逐年上升的趨勢。

圖5 青海湖湖濱區(qū)降水變化

圖6 青海湖周邊地區(qū)潛在蒸發(fā)量的變化

2.2.3 陸面蒸發(fā)量的變化 利用高僑浩一郎公式計算陸面蒸發(fā)量，在20世紀(jì)90年代以前，陸面蒸發(fā)量基本不變，但是從90年代之后，陸面蒸發(fā)量顯著增加，而且隨海拔變化不明顯，平均增加值為13mm/10a（圖7）。

圖7 青海湖流域陸面蒸發(fā)量變化

2.2.4 徑流量的變化

（1）發(fā)源于低海拔區(qū)的小河流干涸。從補給青海湖的河流總數(shù)來看，20世紀(jì)50年代青海湖入湖共有大小河流108條，目前入湖河流減少到50多條，干涸的小河流都是源于低海拔區(qū)的河流。從前面的分析可以看出，低海拔區(qū)降水明顯低于中高海拔區(qū)，且20世紀(jì)90年代后陸面蒸發(fā)量明顯增加，加上低海拔區(qū)沙質(zhì)土壤，近年來植被建設(shè)量大，因此產(chǎn)流顯著減少。

（2）主要入湖河流總徑流量略有減少，枯季徑流減少明顯。主要入湖河流布哈河，占流域面積52%，多年平均徑流量7.6億m3，占流域總徑流量的52%，是一條純天然河流，土地和水資源均未開發(fā)。該流域內(nèi)的冰川儲量5.9億m3，初步估計融水量為每年0.1億m3，冰川融雪徑流變化對總徑流的影響幾乎可忽略。從其歷年實測徑流來看，50年來總體上變化不明顯，但春季徑流減少比較明顯，平均每10年減少2.3m3/s（圖8）。

2.3 湖泊水位變化以及氣候影響分析青海湖下社站1959—2008年水位變化曲線如圖9，總體上在波動中下降，由1959年的3 196.48m下降到2008年的3 193.40m，50年水位下降了3.08m，平均每年下降6.2cm。水位年際變化中水位下降年共有34年，占68%，平均年下降值為15.5cm；水位回升或持平共有16年，占32%，平均年回升值為10.9cm。年下降值超過10.0cm的有22年，回升值超過10.0cm的有5年。

圖8 布哈河徑流變化趨勢

圖9 1959—2008年青海湖下社站實測水位

在20世紀(jì)90年代以前全球氣候變化不明顯的時期，水位下降速率為6.8cm/10a。從前述內(nèi)容可以看到，主要補給河流入湖徑流總量減少不明顯，5條主要河流的入湖徑流占總徑流量的83%；湖濱區(qū)多年平均降水增加10.6～14.4mm/10a，但20世紀(jì)90年代以來增加幅度比較大，達到45～80mm/10a；同時低海拔區(qū)90年代以來水面與陸面蒸發(fā)量增加，水面蒸發(fā)增加幅度為17.1mm/10a，陸面蒸發(fā)增加的結(jié)果使50多條小河干涸。綜合分析結(jié)果表明，自20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初期，氣候變化加劇了青海湖的虧缺水量[2]，但從總體的發(fā)展趨勢看，預(yù)測未來的暖濕氣候使青海湖水位更快地趨于穩(wěn)定[3]。

2.4 流域生態(tài)對氣候與水文變化的綜合響應(yīng)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會在2007年4月發(fā)布的報告說[4]，在未來幾十年中由于人類活動導(dǎo)致的全球氣候平均將增加1.5～2.5℃，并將因此增加一些物種瀕臨滅絕的風(fēng)險。但氣候的變化在全球各地并不一樣，中國有關(guān)方面研究表明，在中國不同地區(qū)的影響也有所不同。

2.4.1 坡面植被的變化 青海湖流域在海拔相對較低的湖盆及河谷地帶以草原植被為主，在湖區(qū)周邊的山地以及海拔相對較高的山前洪積扇地段則以高寒草原、高寒灌叢、高寒草甸和高寒流石坡稀疏植被等各類高寒植被為主。由于該地區(qū)氣候變暖，進入20世紀(jì)90年代蒸發(fā)加大，大氣干旱加重，空氣中相對濕度呈明顯的減少趨勢。該地區(qū)年內(nèi)及年間降水量變化較大，所以季節(jié)性干旱更為明顯。從70年代到90年代湖區(qū)森林植被幾近消亡。同時由于春旱頻繁發(fā)生，草地水分蒸發(fā)量增加，使草地持水量減少，牧草生長受到明顯影響，返青推延，生長緩慢，產(chǎn)草量、植被蓋度下降[5]。根據(jù)1989年和2005年的TM影像圖解譯對比分析，青海湖流域近15年來的植被變化情況是：灌木林、高覆蓋度草地分別增加9.9%和11.5%，這主要是由于人工種植林草的結(jié)果。由于人工放牧和高覆蓋度草地的生態(tài)位侵占，中、低覆蓋度的草地面積是減小的。

2.4.2 湖濱平原沼澤草甸的變化 湖濱區(qū)主要的沼澤草甸群落是華扁穗草群落（Blysmus sinocompressus）、二桂頭蔗草群落和以水麥冬（triglochinpalustre）為優(yōu)勢種的雜類草群落。用1989年、1995年、2000年和2005年4期TM遙感影象，對80年代（1985年影象）、90年代（1996年影象）、2000年1∶10萬土地利用圖進行解譯校正以及2005年TM影像解譯，面積見表2。

2.4.3 湖泊生態(tài)的變化

（1）春季產(chǎn)卵期流量減少的影響。青海湖裸鯉生活在湖中，但必須回到河流淡水環(huán)境中產(chǎn)卵。每到春季，成群結(jié)隊洄游大小河道，溯河而上尋找產(chǎn)卵場。所以河水的流量大小至關(guān)重要，是決定蘊載裸鯉親魚的數(shù)量，以及受精卵的孵化率、成活率的主要因子。

表2 1985、1996、2000年和2005年湖濱區(qū)沼澤草甸及小水面面積

青海湖由于大部分小河流已干涸，可供湟魚產(chǎn)卵繁殖的淡水河道由原來的711km減少到278km，現(xiàn)在有裸鯉上溯產(chǎn)卵的河流除布哈河外，僅有沙柳河、黑馬河、泉吉河和哈爾蓋河。就是布哈河，產(chǎn)卵季的徑流量呈明顯的減少趨勢（圖8），使得部分產(chǎn)卵河段水深不足，影響其繁殖以及仔魚生長，據(jù)統(tǒng)計單布哈河到1995年，因斷流而擱淺致死的裸鯉親魚共300t，2001年一次因斷流致死親魚135t[6]。流量的變小也可能導(dǎo)致魚類不能正常產(chǎn)卵，黑馬河15%的湟魚到了產(chǎn)卵期不產(chǎn)卵可能也與河道流量變化有關(guān)。斷流和流量不穩(wěn)定，還使待孵化的受精卵干死，其數(shù)量無法統(tǒng)計。

（2）湖水位下降，水礦化度升高。湖水位的下降，導(dǎo)致湖水礦化度增加，影響湟魚的生存環(huán)境。青海湖含鹽量已由1956年的12.49g/L上升到2003年的15.334g/L，pH值由9.0上升到9.1以上。含鹽量和堿度的升高一方面造成餌料生物減少，影響魚類的生長速度和繁殖能力。同時，含鹽量的增加對湟魚的生存環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅，影響青海湖湟魚生存。

3 結(jié)論與建議

青海湖區(qū)域近50年來氣溫持續(xù)上升，平均上升幅度0.25～0.30℃/10a，自20世紀(jì)90年代以來增溫顯著，平均增溫0.50～0.80℃/10a。同時，降水呈增加趨勢，增加幅度與海拔高度和濕潤程度有關(guān)，高海拔區(qū)是低海拔區(qū)近3倍，平均增幅10mm/10a，湖濱測站降水增幅顯著高于其他地區(qū)，平均增幅12mm/10a；潛在蒸發(fā)量總體上呈減少趨勢，但自20世紀(jì)90年代以來，氣溫逐漸成為決定蒸發(fā)能力的主導(dǎo)因素，尤其在低海拔區(qū)，因而蒸發(fā)能力隨著氣溫的升高呈逐年上升的趨勢，升高幅度17mm/10a；陸面蒸發(fā)量在20世紀(jì)90年代以前基本不變，之后呈升高趨勢，升高幅度13mm/10a。

在氣象要素以及環(huán)青海湖東側(cè)植被建設(shè)的綜合作用下，近一半入湖小河流干涸；占入湖徑流83%的5條主要河流，入湖總徑流略有減少，但春季徑流減少明顯；青海湖唯一的魚類青海湖裸鯉溯河產(chǎn)卵，產(chǎn)卵河長由原來的711km減少到278km，現(xiàn)主要河流產(chǎn)卵季的徑流量減少，使得部分河段水深不足。因此，需要加強青海湖裸鯉產(chǎn)卵所需水文條件及其改善措施的研究。同時，青海湖的水位多年來大幅度下降，鹽度上升，主要是水量入不敷出，氣候變化使得青海湖的水量收支情況更加復(fù)雜；鹽度升高危及整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的安全，因此，需要加強青海湖鹽度以及生物變化的監(jiān)測，并開展相關(guān)研究。

[1]孫福寶，楊大文，劉志雨.海河及西北內(nèi)陸河流域的水熱平衡研究[J].水文，2007，27（2）：7-10.

[2]王芳，劉佳，燕華云，青海湖水平衡要素水文過程研究[J].水利學(xué)報，2008，39（11）：1229-1238.

[3]劉佳，王芳，于福量.青海湖水位動態(tài)及趨勢預(yù)測[J].水利學(xué)報，2009，40（3）：319-327.

[4]科學(xué)時報[N].2007年4月10日.

[5]宋炳煜.幾個主要地面因子對草原群落蒸發(fā)蒸騰的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報，1996，20（6）：485-493.

[6]陳燕琴，王基琳，張宏.青海湖祼鯉的人工放流及資源保護[J].中國水產(chǎn)，2006（1）：72-73.