青海高原典型生態(tài)區(qū)域未來氣候變化趨勢預估

韓有香，劉彩紅，李國山

（1.青海省果洛州久治縣氣象局，青海 果洛 814499；2.青海省防災減災重點實驗室，青海 西寧 810001；3.青海省氣候中心，青海 西寧 810001；4.青海省果洛州達日縣氣象局，青海 果洛 814299）

近50年全球變暖已經(jīng)是不爭的事實[1-4]，而人類活動很可能是近50年全球氣候系統(tǒng)變暖的主要原因[1-2]。政府間IPCC第5次評估報告指出：自1950年以來，全球幾乎所有地區(qū)都經(jīng)歷了升溫過程，體現(xiàn)在地球表面氣溫、海洋溫度和海平面的上升，冰蓋消融和冰川退縮、極端氣候事件頻率的增加等方面。未來除了低排放情景下，全球地表溫度變化到21世紀末相對于1850-1900年可能升高1.5 ℃，在中排放和高排放情景下，可能超過2 ℃[5]。張英娟等[6]預測中國西部地區(qū)未來氣候變化趨勢結果表明，到2050年全球溫度相對于現(xiàn)在增加1.5 ℃，而我國西部地區(qū)溫度升高1.2～2.2 ℃，其中最大增溫區(qū)出現(xiàn)在青藏高原附近；西南地區(qū)降水將增加200 mm以上。未來除了低排放情景下，全球地表溫度變化到21世紀末相對于的1850-1900年可能超過1.5 ℃，在中排放和高排放情景下，可能超過2 ℃；在21世紀，潮濕和干旱地區(qū)之間、雨季與旱季之間的降水對比度會更強烈[5]。江志紅等[7]、陳活潑[8]均對21世紀末中國極端降水事件的變化進行了探討。以變暖為主要特征的全球氣候變化已經(jīng)對青海高原脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)造成了嚴重影響[9]。顯然，全球氣候變化問題已經(jīng)超出一般的環(huán)境或氣候領域，而且涉及能源、經(jīng)濟和政治等方面[10-11]。

青海省是中國重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，是全國五大牧區(qū)之一。青藏高原是氣候變化的敏感和脆弱區(qū)域，它通過動力強迫和熱力作用影響著東亞和全球大氣環(huán)流，并由此影響全球氣候[12]。青藏高原作為氣候變化的敏感區(qū)，增暖現(xiàn)象更為明顯，是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，對我國乃至北半球大氣環(huán)流及氣候系統(tǒng)都有重要影響[13]。未來青藏高原的氣候變化是氣候變化領域的一個熱點問題。青藏高原的草地生態(tài)系統(tǒng)是發(fā)展當?shù)匦竽翗I(yè)、提高牧民生活水平的重要基礎，在維護生態(tài)安全方面有著重要意義。

因此，在這全球變暖的大背景下，研究全球、青藏高原未來氣候變化的研究較多，但未見對青海高原生態(tài)功能區(qū)的研究，因此，本研究用RCPs情景預測青海高原典型生態(tài)區(qū)域未來氣溫和降水的變化的趨勢，以及在未來氣溫和降水變化情況下牧草的生長情況，探討未來氣候變化亦或氣候持續(xù)變暖是否會對生態(tài)系統(tǒng)和人類社會造成比現(xiàn)在更為嚴重的后果，為青海高原典型生態(tài)區(qū)域未來氣候變化、開展牧草預測研究和服務，對于提早確定牲畜承載量、合理安排畜牧業(yè)生產(chǎn)、風險預估等提供氣候變化背景和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

青海位于我國西部，雄踞世界屋脊青藏高原的東北部，全省均屬青藏高原范圍內(nèi)，地理位置為89°24′03″－103°04′10″ E，31°36′02″－39°12′45″ N，同甘肅省、新疆維吾爾自治區(qū)、西藏自治區(qū)和四川省接壤。青海是長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地，故被稱為“江河源頭”，又稱“三江源”，素有“中華水塔”之美譽。青海省屬于高原大陸性氣候，總面積 72.23 萬 km2。

1.2 資料來源

取青海高原46個氣象觀測站1971-2000年的氣溫和降水量觀測場作為用來檢驗的實況氣候場，按照生態(tài)功能區(qū)的劃分法，把46個氣象觀測站劃分成5個生態(tài)功能區(qū)(表1)。對于模式對氣候場模擬能力的評估已由劉彩紅等[14]做了詳細的描述。

1.3 分析方法

用1971-2000年的氣溫和降水量觀測場作為用來檢驗的實況氣候場，計算相同時段氣溫、降水模擬數(shù)據(jù)的平均值，在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5 3種排放情景下，預測青海高原未來32年的氣候變化趨勢。采用線性傾向估計法[15]來描述5個生態(tài)功能區(qū)的氣候變化趨勢，且對趨勢系數(shù)進行了顯著性檢驗。采用Mann-Kendall法[15]，檢驗未來氣候變化的突變，對檢驗中出現(xiàn)的多交叉突變點，結合累計距平檢驗法[15]進行再次驗證確定。

2 1971-2000年氣溫和降水變化特征分析

1971-2000年呈升溫趨勢，柴達木盆地地區(qū)的增溫最快，速率為0.27 ℃·10 a-1；三江源地區(qū)增溫速率次之，增溫速率為0.25 ℃·10 a-1；祁連山地區(qū)和河湟地區(qū)增溫速率相同，為0.23 ℃·10 a-1；青海湖地區(qū)增溫最慢，增溫速率僅為0.21 ℃·10 a-1(表2)。結合表3可以看出，低排放情景下，柴達木盆地低氣溫的增溫速率小于氣候基準年的增溫速率，青海湖地區(qū)的增溫速率大于氣候基準年的增溫速率，祁連山地區(qū)的增溫速率和氣候基準年的增溫速率一致，河湟地區(qū)和三江源地區(qū)的增溫速率小于氣候基準年的增溫速率；中、高排放情景下的5個生態(tài)功能區(qū)的增溫速率均大于氣候基準年的增溫速率。由此可見，在未來30多年中，排放量越高，氣溫上升的越快。

1971-2000年5個生態(tài)功能區(qū)的降水量均呈增加的趨勢，祁連山地區(qū)的降水量以0.01 mm·10 a-1的速率增加，均小于2019-2050年在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的降水量增加速率；柴達木盆地地區(qū)和青海湖地區(qū)的降水量以0.01 mm·10 a-1的速率增加，增加速率均比在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的降水量增加速率小；河湟地區(qū)的降水量以0.01 mm·10 a-1的速率增加，比在RCP 2.6和RCP 4.5情景下降水量的增加速率大，比RCP 8.5情景下降水量的增加速率小；三江源地區(qū)的降水量以0.02 mm·10 a-1的速率增加，比在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的降水量增加速率都小。由此可見，未來的30多年的降水量增加速率遠大于1971-2000年的降水增加速率。

3 青海高原典型生態(tài)區(qū)域未來氣候變化特征分析

3.1 氣溫

3.1.1 氣溫變化趨勢

由青海高原生態(tài)功能區(qū)2019-2050年氣溫的氣候變化傾向率和氣溫距平值的變化曲線圖可知(表3、圖1)，2019-2050 年在 RCP 2.6、RCP 4.5 和RCP 8.5 3種排放情景下，青海高原5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫均呈上升趨勢，而且氣候傾向率隨著排放量的增加而增大。

表1 五大生態(tài)功能區(qū)的劃分表Table 1 Distribution of the five ecological functional zones

表2 1971-2000年氣溫和降水變化傾向率Table 2 Prevalence of changes in temperature and precipitation,1971-2000

在RCP 2.6排放情景下柴達木盆地地區(qū)升溫最快，其氣候傾向率0.25 ℃·10 a-1，2019-2050年柴達木盆地年平均氣溫較 1971-2000年升高1.0～1.9 ℃，在2048、2049年氣溫變化達到峰值(表3和圖1)。青海湖地區(qū)年平均氣溫以0.24 ℃·10 a-1的速率上升，2019-2050年青海湖地區(qū)的年平均氣溫較1971-2000年升高1.0～1.8 ℃，在2046-2049年氣溫變化達到高峰。祁連山地區(qū)以0.23 ℃·10 a-1的速率上升，2019-2050年平均氣溫較1971-2000年上升1.0～1.8 ℃，在2048年氣溫變化達到峰值。河湟地區(qū)是5個生態(tài)功能區(qū)中升溫最慢的地區(qū)，增溫速率只有0.21 ℃·10 a-1，較1970-2000年平均氣溫上升1.0～1.9 ℃，氣溫變化在2048年達到高峰。河湟地區(qū)的增溫幅度與青海湖地區(qū)、柴達木盆地地區(qū)和祁連山地區(qū)的增溫幅度相近。三江源地區(qū)以0.23 ℃·10 a-1的速率增溫，較1971-2000年年平均氣溫上升1.1～2.0 ℃，氣溫變化在2048年達到峰值2.0 ℃。

在RCP 4.5排放情景下，三江源地區(qū)和河湟地區(qū)的溫度上升速率一樣，柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)的溫度升高速率一樣。柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)的年平均氣溫以0.38 ℃·10 a-1的速率上升，較1971-2000年分別升高 0.9～2.2 ℃、1.0～2.2 ℃ 和 1.0～2.2 ℃，氣溫變化分別在2046年、2048年和2048年達到峰值2.2 ℃。河湟地區(qū)和三江源地區(qū)均以0.39 ℃·10 a-1的速率上升，2019-2050年較1971-2000年均升高1.1～2.4 ℃，氣溫變化在2049年達到峰值2.4 ℃(表3 和圖1)。

表3 2019-2050年5個生態(tài)區(qū)氣溫氣候傾向率Table 3 Temperatures and climate predisposition rates by ecological region,2019 - 2050℃·10 a-1

圖1 2019-2050年RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下氣溫距平變化曲線圖Figure 1 Chart of changes in temperature margins in the scenarios of RCP 2.6,RCP 4.5 and RCP 8.5 from 2019 to 2050

在RCP 8.5排放情景下，柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)的增溫速率相同，但增溫幅度不同。柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)均以0.52 ℃·10 a-1的速率呈上升趨勢，2019-2050年平均氣溫較1971-2000年分別升高1.1～2.9、1.1～2.7和1.1～2.8 ℃，氣溫變化均在2050年達到峰值2.9、2.7和2.8 ℃。河湟地區(qū)的年平均氣溫以0.53 ℃·10 a-1的速率上升，2019-2050年平均氣溫較1971-2000年升高了1.2～2.9 ℃，氣溫變化在2050年達到峰值2.9 ℃。三江源地區(qū)是溫度上升最快的地區(qū)，增溫速率為0.54 ℃·10 a-1，2019-2050年較1971-2000年上升了1.3～3.0 ℃，氣溫變化在2050年達到峰值3.0 ℃(表3和圖1)。

在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5 3種排放情景下各生態(tài)功能區(qū)的氣溫以不同的速率呈顯著的上升趨勢，增加幅度分別為1.0～2.0、0.9～2.4和1.1～3.0 ℃，峰值出現(xiàn)的時間大致一致，均出現(xiàn)在21世紀上半葉末，5個生態(tài)功能區(qū)均通過α = 0.001的顯著性檢驗，這與張英娟等[6]認為到2050年全球溫度相對于現(xiàn)在增加1.5 ℃，而中國西部地區(qū)溫度升高在1.2～2.2 ℃，其中最大增溫區(qū)出現(xiàn)在青藏高原附近一致。

3.1.2 氣溫年代際變化

2019-2050年在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5排放情景下，5個生態(tài)功能區(qū)均呈增溫趨勢(表4)。

在RCP 2.6情景下，2020-2029年是柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)、河湟地區(qū)和三江源地區(qū)5個生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫相對較低的時期，比平均值(2019-2050年)均偏低，分別偏低 0.2、0.3、0.3、0.2和 0.2 ℃；2030-2039年和平均值一致，到2040-2049年平均氣溫達到高峰，比平均值(2019-2050年)均偏高，柴達木盆地地區(qū)偏高0.3 ℃，其余4個地區(qū)均偏高0.2 ℃(表4)。由此可見2040-2049年是5個生態(tài)功能區(qū)的高溫期。

在RCP 4.5情景下，2020-2029年是5個生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫相對較低的時期，都比平均值(2019-2050年)偏低，柴達木盆地地區(qū)偏低0.3 ℃，其他地區(qū)均偏低0.4 ℃；2030-2039年柴達木盆地地區(qū)和三江源地區(qū)比平均值偏高0.1 ℃，其他3個地區(qū)和平均值持平；2040-2049年5個生態(tài)功能區(qū)氣溫達到高峰，柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)的氣溫升高至2.0 ℃，較平均值偏高0.4 ℃，河湟地區(qū)和三江源地區(qū)的氣溫上升至2.1 ℃，較平均值偏高0.4 ℃(表4)。

表4 2019-2050年氣溫變化年代際Table 4 Intergenerational changes in temperature from 2019 to 2050℃

在RCP 8.5情景下，2020-2029年也是5個生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫相對較低的時期，都比平均值(2019-2050年)偏低，分別偏低0.5、0.6、0.6、0.5和0.6 ℃；2030-2039年5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫和平均值一致，到2040-2049年5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫上升至峰值，除三江源地區(qū)的氣溫上升至2.5 ℃外，其他4個生態(tài)功能區(qū)的氣溫上升至2.4 ℃，均比平均值偏高0.5 ℃(表4)。

在3種排放情景下2020-2029年是5個生態(tài)功能區(qū)平均氣溫相對較低的時期，2040-2049年5個生態(tài)功能區(qū)平均氣溫達到峰值，達2.0～2.5 ℃。

3.2 降水

3.2.1 降水變化趨勢

在RCP 2.6和RCP 4.5排放情景下，除河湟地區(qū)的降水呈減少的趨勢外，其他4個生態(tài)功能區(qū)的降水呈增加趨勢。在RCP 8.5排放情景下，5個生態(tài)功能區(qū)的降水變化趨勢均呈增加趨勢(表5和圖2)。

在RCP 2.6排放情景下，柴達木盆地地區(qū)降水量以7.2 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了0.9%～8.0%，降水量變化最大值8.0%出現(xiàn)在2050年。青海湖地區(qū)降水量以6.8 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了2.2%～9.9%，降水量變化最大值9.9%出現(xiàn)在2050年(表5)。祁連地區(qū)降水量以2.3 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了0.4%～5.9%，降水變化最大值5.9%出現(xiàn)在2050年。河湟地區(qū)降水以-1.5 mm·10 a-1的速率呈減少的趨勢，2019-2050年降水較1971-2050年增加了0.7%～9.3%，降水變化最大值9.3%出現(xiàn)在2022年。三江源地區(qū)降水以0.4 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水較1971-2000年增加了0.1%～9.0%，降水變化最大值9.0%出現(xiàn)在2022和2029年。柴達木盆地地區(qū)和青海湖地區(qū)通過α =0.01的顯著性檢驗，其余3個生態(tài)功能區(qū)未通過顯著性檢驗。

在RCP 4.5排放情景下，柴達木盆地地區(qū)降水量以11.9 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了0.7%～7.4%，降水量變化最大值7.4%出現(xiàn)在2047年(表5)。青海湖地區(qū)降水量以13.1 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了1.1%～11.2%，降水量變化最大值11.2%出現(xiàn)在2037年。祁連山地區(qū)降水量以5.3 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了-1.0%～5.6%，降水變化最大值5.6%出現(xiàn)在2037年。河湟地區(qū)降水以-3.0 mm·10 a-1的速率呈減少的趨勢，2019-2050年降水較1971-2050年增加了-2.1%～7.4%，降水變化最大值7.4%出現(xiàn)在2042年。三江源地區(qū)降水以3.8 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水較1971-2000年增加了0.1%～10.1%，降水變化最大值10.1%出現(xiàn)在2037年。柴達木盆地地區(qū)和青海湖地區(qū)兩個生態(tài)功能區(qū)均通過了α = 0.001的顯著性檢驗，祁連山地區(qū)通過α = 0.01的顯著性檢驗，三江源地區(qū)通過α = 0.05的顯著性檢驗，河湟地區(qū)未通過顯著性檢驗。

表5 2019-2050年5個生態(tài)區(qū)降水氣候傾向率Table 5 Precipitation climate predisposition rates by ecological region from 2019 to 2050 mm·10 a-1

圖2 2019-2050年RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下降水距平百分率變化曲線圖Figure 2 Chart of variation in percentage of precipitation horizon under scenarios RCP 2.6,RCP 4.5 and RCP 8.5 from 2019 to 2050

在RCP 8.5排放情景下，柴達木盆地地區(qū)降水量以13.3 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了0.1%～8.6%，降水量變化最大值8.6%出現(xiàn)在2045年(表5)。青海湖地區(qū)降水量以15.6 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了1.3%～14.9%，降水量變化最大值14.9%出現(xiàn)在2048年。祁連山地區(qū)降水量以9.4 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水量較1971-2000年增加了0.1%～7.2%，降水變化最大值7.2%出現(xiàn)在2044年。河湟地區(qū)降水以3.3 mm·10 a-1的速率呈減少的趨勢，2019-2050年降水較1971-2050年增加了-0.7%～9.2%，降水變化最大值9.2%出現(xiàn)在2043年。三江源地區(qū)降水以5.9 mm·10 a-1的速率增加，2019-2050年降水較1971-2000年增加了2.7%～12.4%，降水變化最大值12.4%出現(xiàn)在2043年。柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)通過α = 0.001顯著性檢驗，三江源地區(qū)通過α = 0.01的顯著性檢驗，而河湟地區(qū)未通過顯著性檢驗。

在不同的排放情景下，各生態(tài)功能區(qū)的降水變化不一致，河湟地區(qū)在RCP 2.6和RCP 4.5情景下降水呈減少趨勢，這與全國[16](增加0.7～1.24 mm·10 a-1)及青藏高原[17](增加4.5～8.5 mm·10 a-1)降水的預估結果相反外，其他生態(tài)功能區(qū)的降水呈增加趨勢，在RCP 8.5情景下5個生態(tài)功能區(qū)的降水均呈增加趨勢，這與全國及青藏高原降水的預估結果相吻合。

3.2.2 降水年代際變化

在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5 3種排放情景下，5個生態(tài)功能區(qū)的變化不盡一致。在RCP 2.6情景下，2020-2029年是5個生態(tài)功能區(qū)降水偏少的時期，柴達木盆地地區(qū)的年降量呈增加趨勢，2020-2029年年降水量較平均值(2019-2050年)偏少0.6%；青海湖地區(qū)的年降水呈增加的趨勢，2020-2029年年降水量較平均值(2019-2050年)偏少1.2%；祁連山地區(qū)的年降水量呈減少的趨勢，2020-2029年年降水量較平均值(2019-2050年)偏多0.2%；河湟地區(qū)2020-2029年年降水量呈減少的趨勢，較平均值(2019-2050年)偏多1.1%；三江源地區(qū)的降水呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢，2020-2029年年降水量較平均值(2019-2050年)偏多0.6%(表6)。

在RCP 4.5排放情景下，柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)和三江源地區(qū)的降水呈增加趨勢，2020-2029年是降水相對較少的時期，均比平均值(2019-2050年)偏少，分別偏少1.5%、2.3%、0.7%和0.8%；河湟地區(qū)的降水呈減少趨勢，2020-2029年是降水相對較少的時期，比平均值(2019-2050年)偏多0.6%。柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)、河湟地區(qū)和三江源地區(qū)2030-2039年年降水量均比平均值(2019-2050年)偏多，分別偏多0.1%、0.5%、0.3%、0.4%和0.4%；2040-2049年是柴達木盆地地區(qū)、青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)和三江源地區(qū)降水較多的時期，均比平均值高，分別偏多1.5%、2.1%、0.7%和1.0%，2040-2049年是河湟地區(qū)年降水量偏少的時期，比平均值(2019-2050 年)偏少 0.3%(表6)。

在RCP 8.5排放情景下5個生態(tài)功能區(qū)的降水均呈增加趨勢，2020-2029年是年降水偏少的時期，較平均值(2019-2050年)分別少1.8%、2.0%、1.2%、0.1%和0.9%；2030-2039年柴達木盆地地區(qū)的年降水量比平均值多0.1%，青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)、河湟地區(qū)和三江源地區(qū)的年降水量比平均值低，分別低0.8%、0.5%、0.4%和0.2%；2040-2049年是5個生態(tài)功能區(qū)的多水期，均比平均值高，分別多2.0%、3.2%、1.8%、0.9%和1.6%(表6)。

表6 2019-2050年降水年代際變化Table 6 Inter-generational changes in precipitation from 2019 to 2050%

在RCP 2.6和RCP 4.5排放情景下2020-2029年是河湟地區(qū)在降水偏多期，在RCP 2.6排放情景下2020-2029年是祁連山地區(qū)降水偏多期，而其他3個生態(tài)功能區(qū)在3種排放情景下呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，2040-2049年是豐水期。

4 青海生態(tài)功能區(qū)未來氣候變化突變檢驗

4.1 氣溫突變檢驗

用M-K突變檢驗法對青海高原生態(tài)功能區(qū)未來32年氣溫的時間序列進行檢驗，由圖(圖略)可知，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，在RCP 2.6情景下柴達木盆地地區(qū)增暖趨勢在2031年發(fā)生了由低到高的突變，而且從2032年開始氣溫上升趨勢顯著；青海湖地區(qū)和祁連山地區(qū)于2029年發(fā)生突變，而且從2030年開始氣溫上升趨勢顯著；河湟地區(qū)于2029年發(fā)生了突變，從2032年起河湟地區(qū)氣溫上升趨勢顯著；三江源地區(qū)與2029年發(fā)生了突變，從2030年起三江源地區(qū)的氣溫上升趨勢顯著。

在RCP 4.5情景，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，柴達木盆地地區(qū)增暖趨勢在2031年發(fā)生了由低到高的突變，而且從2030年開始氣溫上升趨勢顯著；青海湖地區(qū)于2031年發(fā)生突變，而且從2030年開始氣溫上升趨勢顯著；祁連山地區(qū)于2031年發(fā)生突變，從2029年開始祁連山地區(qū)氣溫上升趨勢顯著；河湟地區(qū)于2032年發(fā)生了突變，從2029年起河湟地區(qū)氣溫上升趨勢顯著；三江源地區(qū)與2031年發(fā)生了突變，從2031年起三江源地區(qū)的氣溫上升趨勢顯著。

在RCP 8.5情景下，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，柴達木盆地地區(qū)增暖趨勢在2032年發(fā)生了由低到高的突變，而且從2029年開始氣溫上升趨勢顯著；青海湖地區(qū)于2031年發(fā)生突變，而且從2027年開始氣溫上升趨勢顯著；祁連山地區(qū)和河湟地區(qū)于2032年發(fā)生突變，從2028年開始祁連山地區(qū)氣溫上升趨勢顯著；三江源地區(qū)與2031年發(fā)生了突變，從2027年起三江源地區(qū)的氣溫上升趨勢顯著。

4.2 降水突變檢驗

用M-K突變檢驗法對青海高原生態(tài)功能區(qū)未來32年降水的時間序列進行檢驗，由圖(圖略)可見知，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，在RCP 2.6情景下，柴達木盆地地區(qū)于2032年發(fā)生了突突變，從2029年起柴達木地區(qū)的降水上升趨勢顯著；青海湖地區(qū)、祁連山地區(qū)和三江源地區(qū)的降水未出現(xiàn)突變；河湟地區(qū)于2035年前后發(fā)生了突變。

在RCP 4.5情景下，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，柴達木盆地地區(qū)降水于2034年發(fā)生了突變，從2038年起降水顯著增加；青海湖地區(qū)的降水于2030年發(fā)生了突變，從2041年起降水增加顯著；祁連山地區(qū)的降水于2022年發(fā)生了突變，河湟地區(qū)和三江源地區(qū)的降水未發(fā)生突變。

在RCP 8.5情景下，給定的顯著性水平檢驗值(U0.001= 3.29)，柴達木盆地地區(qū)的降水于2033年發(fā)生生了突變，自2040年起降水增加趨勢顯著；青海湖地區(qū)的降水于2036年發(fā)生了突變，從2047年起降水增加顯著；祁連山地區(qū)和河湟地區(qū)降水未發(fā)生突變；三江源地區(qū)的降水與2013年發(fā)生了突變，從2027年降水顯著增加。

通過累積距平檢驗可知，在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下，5個生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫和和降水量的累積距平曲線均呈上升趨勢，表明2019-2050年是氣溫偏暖，降水偏多的時期。

5 生態(tài)功能區(qū)對2 ℃的響應

2004年歐盟一些科學家率先提出了“2 ℃升溫閾值”的概念，認為2 ℃是人類社會可以容忍的最高升溫。2005年，國際氣候變化特別工作組發(fā)表了一份名為《應對氣候挑戰(zhàn)》建議書，建議書中指出：如果溫幅度超過2 ℃界限，氣候突變的可能性和危險性會大大增加，如農(nóng)業(yè)嚴重歉收，糧食安全的風險加大；水資源將嚴重短缺等。由此將2 ℃升溫閾值與“氣候變化危險水平”直接聯(lián)系起來[18]。氣溫2 ℃的變化受到了越來越多科學家[19-22]的關注。張莉[23]研究指出，21世紀全球和中國年平均氣溫均將持續(xù)升高，RCP 2.6情景下，年平均氣溫增幅先升后降，全球年平均氣溫在2056年達到升溫峰值，21世紀末升溫1.7 ℃；RCP 4.5和RCP 8.5情景下，21世紀末全球年平均氣溫增幅為2.6 ℃和4.7 ℃。中國年平均氣溫在2049年達到升溫峰值，21世紀末升溫2.1 ℃；RCP 4.5和RCP 8.5情景下，21世紀末中國年平均氣溫增幅為3.3 ℃和6.5 ℃。有研究表明青藏高原是全球氣候變化的“啟動區(qū)”，而且可能是中國百年尺度氣候變化的“啟動區(qū)”[24]，有可能是“全球氣候變化的驅(qū)動及機和放大器”[25]，5個生態(tài)功能區(qū)地處青藏高原腹地，因此這5個生態(tài)功能區(qū)的氣候變化將會受到更大的關注。山本良一[26]指出，如果地球平均氣溫增加量超過“2 ℃”時，地球上將會發(fā)生人類難以承受的氣候變動，從而社會和生態(tài)系統(tǒng)遭到毀滅性破壞。地球平均氣溫上升3 ℃，對陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響，海洋大循環(huán)將會停止。一些國家學者研究[27]指出，全球平均氣溫升高2～3 ℃后世界糧食產(chǎn)量將下降。在氣候變暖的大背景下，為避免這些氣候變暖帶來的影響，要減少排放量，將氣溫控制在2 ℃以下。因此，未來要實現(xiàn)“升溫不超過2 ℃”的目標，需要全世界共同努力，大幅度減少溫室氣體排放[28]。

通過以上的分析可知，在RCP 2.6情景下5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫未升至2 ℃或以上，在RCP 4.5情景下，2040-2049年5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫將達到2.0～2.1 ℃；在RCP 8.5情景下，2040-2049年5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫將達到2.4～2.5 ℃，而且排放量越高氣溫上升越高。因此，為減少未來排放情景下5個生態(tài)功能區(qū)氣溫升高2 ℃造成生態(tài)系統(tǒng)、水資源、生物多樣性和農(nóng)業(yè)等帶來的影響，要減少排放量，使氣溫控制在2 ℃以下。

6 未來氣候變化對牧草的影響

通過以上分析可知，在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5 3種排放情況下，各生態(tài)功能區(qū)的氣溫呈上升趨勢；在RCP2.6和RCP4.5情景下，河湟地區(qū)的降水呈減少趨勢，其余的4個區(qū)域的降水呈增加趨勢，在RCP8.5情景下5個區(qū)域的降水均呈增加趨勢。水熱條件是影響牧草生長發(fā)育的主要因素[29-31]，有研究表明，降水和溫度共同影響牧草的生長和產(chǎn)量[32]，降水量充沛、熱量充足的年份，天然草原牧草長勢旺盛、產(chǎn)量高[33-35]。徐海量等[32]研究結果表明，降水、氣溫與牧草產(chǎn)量的相關性均較好，只有在降水和溫度均適宜的條件下，牧草產(chǎn)量才會增加。宋金東等[36]指出，大氣降水是影響牧草產(chǎn)量的主導因子，溫度對牧草的影響不明顯，但溫度的升高會加劇蒸發(fā)，使土壤變干、草場進一步退化和沙化，從而直接影響草場生產(chǎn)力。通過以上的分析發(fā)現(xiàn)2019-2050年是氣溫偏暖，降水偏多的時期，在這種暖濕環(huán)境中，牧草(農(nóng)作物)的生長將會受到一定的影響，從而影響畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

通過以上分析可知，在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5 3種排放情況下，各生態(tài)功能區(qū)的氣溫呈上升趨勢；在RCP 2.6和RCP 4.5情景下，河湟地區(qū)的降水呈減少趨勢，其余的4個區(qū)域的降水呈增加趨勢，在RCP 8.5情景下5個區(qū)域的降水均呈增加趨勢。植被在適宜的水熱條件下才能更好地生長，2019-2050年是氣溫偏暖，降水偏多的時期，在這種暖濕環(huán)境中，牧草(農(nóng)作物)的生長將會受到一定的影響，從而影響畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

7 結論與討論

1)1971-2000年5個生態(tài)功能區(qū)的氣溫和降水量均呈升高趨勢，在中、高排放情景下5個生態(tài)功能區(qū)的增溫速率均大于氣候基準年的增溫速率。除河湟地區(qū)外的4個生態(tài)功能區(qū)基準年的降水增加速率均小于未來30多年3種排放情景下的降水增加速率。

2)在RCP 2.6情景下，各生態(tài)功能區(qū)的年平均氣溫均呈升高趨勢，其中柴達木地區(qū)是升溫中心，氣候傾向率在 0.21-1～0.25 ℃·10 a-1；在 RCP 4.5情景下，各生態(tài)功能區(qū)的氣溫均呈升高趨勢，其氣候傾向率在 0.38-1～0.39 ℃·10 a-1； 在 RCP 8.5 情景下，各生態(tài)功能區(qū)的氣溫均呈升高趨勢，氣候傾向率在 0.52-1～0.54 ℃·10 a-1。

3) 5個生態(tài)功能區(qū)年降水量變化趨勢不一致，在RCP 2.6和RCP 4.5情景下河湟地區(qū)的年降水量以-1.46和-3.02 mm·10 a-1呈減少趨勢，其他區(qū)域的降水呈增加趨勢；在RCP 8.5情景下5個生態(tài)功能區(qū)的降水呈增加趨勢。

4)在3種排放情景下，2040-2049年氣溫達到偏暖期，而且在RCP 4.5和RCP 8.5情景下2040-2049年氣溫達2.0～2.1 ℃和2.4～2.5 ℃。在低、中、高3種排放情景下，柴達木盆地地區(qū)和青海湖地區(qū)年降水量呈增加趨勢，到2040-2049年降水量最多的時期，成為暖濕地區(qū)。

5)通過M-K檢驗發(fā)現(xiàn)，在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下5個生態(tài)功能區(qū)的年平均氣溫均發(fā)生了突變，但發(fā)生突變的時間不一樣。柴達木盆地地區(qū)的降水在3種情景下在不同的年份中發(fā)生了突變；青海湖地區(qū)的降水在RCP 4.5和RCP 8.5排放情景下發(fā)生了突變；祁連山地區(qū)的降水在RCP 4.5情景下發(fā)生了突變；河湟地區(qū)的降水在RCP 2.6情景下發(fā)生了突變，而三江源地區(qū)的降水在RCP 8.5情景下發(fā)生了突變。

6)植被在適宜的水熱條件下才能更好地生長，2019-2050年是氣溫偏暖、降水偏多的時期，在這種暖濕環(huán)境中，牧草(農(nóng)作物)的生長將會受到一定的影響，從而影響畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

7)通過累積距平檢驗可知，在RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下，5個生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫和降水量的累積距平曲線均呈上升趨勢，表明2019-2050年是氣溫偏暖，降水偏多的時期。

未來氣候的變化已引起全球的關注，2 ℃的升溫閾值與“氣候變化危險水平”直接聯(lián)系起來，對農(nóng)業(yè)、水資源、生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性、以及經(jīng)濟和社會各領域產(chǎn)生深刻影響，CMIP5模式具有一定的先進性，但氣候系統(tǒng)本身的復雜性和未來排放情形的不確定性，且降水不僅受高空大尺度環(huán)流場影響，還受局地因子影響(如地形)，同時模式本身在模擬能力、氣候系統(tǒng)內(nèi)部各種反饋過程的理解還不完善，因此相應的預估結果也存在一定程度的不確定性。