保障黄河流域生态保护和高质量发展，亟需厘清全球气候变化影响，探索应对措施

关于全球气候变化对黄河流域区域气候、水资源量、生态格局、农业牧业生产、地质灾害、文物保护的影响及其应对相关问题，国内外已经有较多的研究，但是总体而言针对性和深度不足。

张镭等于2020年《科技导报》第17期刊发了《气候变化对黄河流域的影响及应对措施》一文，分析了全球气候变化对黄河流域区域气候、水资源量、生态格局、农业牧业生产、地质灾害、文物保护的影响及其应对研究方面的主要进展和问题，探讨了气候变化对黄河流域影响的未来趋势，提出了进一步研究工作的建议。

黄河流域在中国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。如今，黄河流域生态保护和高质量发展成为重大国家战略，为保障该战略的实施，亟需厘清全球气候变化对黄河流域影响，探索应对措施。

国内外虽然相关研究较多，但关于气候变暖导致黄河上游冰川退缩、冻土融解、草原退化，进而对生态系统特别是地表径流量的影响等方面研究仍存在不足，总体而言，针对性和深度不够。

在全球气候变化背景下，黄河流域区域气候、水资源量、生态格局、农业牧业生产、地质灾害、文物保护受到哪些影响，应如何应对？

气候变暖导致黄河上游冰川退缩、冻土融解、草原退化，进而对生态系统特别是黄河流域水量的影响如何？一系列问题值得进一步深入研究。

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黄河流域气候变化影响研究背景和现状

1、全球气候变暖背景下的黄河流域气候变化

在全球增温的背景下，近百年来干旱半干旱区的增温最为显著，不同气候区的增温存在显著差异。北半球中高纬度干旱半干旱地区的增温在全球温度变化中最为明显，亚洲半干旱区的冷季增温呈现出更为显著的增温趋势。

黄河流域各季节平均气温均呈显著增加趋势，其中冬季升温最明显，升温速率为0.52℃/10 a。流域内多年平均气温7℃，空间分布总体特征是东高西低，南高北低。

伴随着全球增温背景，陆地降水也发生显著变化，且存在显著区域差异。

过去半个世纪，中国东部呈现南涝北旱，北方呈现西部降水增多、东部降水减少的空间格局。中国西北干旱半干旱地区正由暖干型向暖湿型转变，年降水和季节降水显著增加，但温度升高削弱了这种变湿趋势。

黄河流域多年平均降水量约为440 mm，空间分布差异显著，自西北向东南逐渐增加，最大值和最小值之间相差近6倍；降水量总体以-10.7 mm/10 a的趋势减少，中游减少最为显著，上游降水量增加；流域冬季有暖湿化趋势，春、夏和秋季的降水量都呈减少趋势，特别在秋季减少最显著；21世纪以来，黄河上游兰州以上、石嘴山到龙门区间、渭河流域等的降水量高于多年均值，降水转丰。

而近年来，随着人口增加和灌溉面积扩大，中国干旱半干旱区地下水系统被长期超采并表现出明显的不可持续特征。

2、气候变化对黄河流域水资源量的影响

黄河源于青藏高原的巴颜喀拉山，2001—2017年水资源总量比多年平均值（1956—2000年平均值）减少了8.7%，天然径流量比多年平均值减少了 13.9%，中游径流量减少最显著。

积雪融水是黄河流域水资源的重要补给来源，1992年以来，黄河流域年总雪水当量在以5.77亿m3 /a的速度减少。

1960—2010年，整个黄河流域冰川面积从171.2 km2减少到126.7 km2，冰川面积减少了26.0%；冰储量从113亿 m3减少至85亿 m3。

冰川融水占黄河出山径流的1.9%，冰川退缩严重降低了冰川融水的调节径流和稳定生态的作用，对黄河流域水资源以及生态系统产生着重要的影响。

哈龙冰川

图片作者 舒小简

黄河流域多年冻土区面积占黄河流域面积的11.3%，季节性冻土变化明显，表现为多年冻土区活动层厚度以0.83 cm/a速率加深和季节冻土区土壤冻结深度以0.58 cm/a速率降低。

冻土退化导致了高寒草地、高寒草甸与沼泽湿地大面积的退化，同时影响地表径流产流和汇流过程，加速土壤侵蚀过程，严重影响黄河流域水资源与安全。

黄河流域大部分地域雨水同季，气候变化对流域水资源的形成、分布和转化影响显著，流域水资源的时空分配不均，决定了当前和未来一段时期，黄河流域将仍以水资源“三生”体系的有效支撑统筹各项发展。

在气候变暖背景下，增温促进流域蒸散发强度提高，对河川径流形成抑制效应；降水时空变化对流域水资源的形成起关键作用。

3、气候变化对黄河流域生态格局变化的影响

黄河流域上、中、下游分属不同气候区，地形地貌、植被类型自然分异性造成生态系统的区域差异。在气候变暖背景下，源区出现增温变干趋势，植物需水量增加，同时冻土退化，土壤含水量下降，高寒草地由于水分胁迫加剧而发生退化。

退化主要表现为覆盖度降低，源区中高覆盖草地减少了16.3%，尤其是黄河源区西南部和东部地区。气候变暖影响下的水土流失加重和鼠害猖獗，更加剧了高寒草地退化问题。草地重心呈现北移趋势，在北半球尤其明显，也将对中国畜牧业产生深远影响。

4、气候变化对黄河流域农牧业生产的影响

黄河流域主要的农业形式包括雨养农业和灌溉农业，前者在黄土高原的农业生产中占据重要地位，后者主要分布于年降水量200 mm以下的区域，高度依赖于地下水和地表径流。

1980年以来黄河流域气温总体上升，冬季尤为突出，对地区主要粮食作物的分布、种植面积和界限影响明显。对冬小麦生产影响最为显著，与1951年相比，1981年冬小麦种植北界在部分地区存在不同程度的北移。

旱作春小麦最优生育期也普遍延长10 d以上，使得该区域可种植生育期更长的晚熟品种，小麦单产潜力可能提高10%以上。

气候变化下旱作玉米潜在产量的变异系数高达0.83，若增温2℃，旱作豌豆生育期可能将缩短3~17 d，产量将减少6.3%~17.5%，作为区域内广泛种植的多年生深根系优良牧草，旱作产量随降水量增加而增加，但随气温升高，其产量呈降低趋势。

气候变化造成的降水年际和年内波动是影响黄河流域粮食生产安全的不确定因素。气温升高可降低草地生态系统物种多样性，降水增多使植物物候期提前，生长季延长，并提高草地初级生产力。气候变化对上游天然草地生态系统生产力的影响存在平均为期2年的滞后期，而对干旱半干旱区作物的滞后影响具有更大的不确定性。

5、气候变化对黄河流域文物保护的影响

黄河流域遗存有大量文化遗产，在全球气候变暖背景下，极端天气气候事件增多，黄河流域中上游降水增多，沙尘暴、洪水、地下水位、物种入侵、苔藓地衣繁殖等文物风险源发生显著恶化，进而引起文化遗产赋存环境的改变，加速文物风化，给流域内文化遗产安全保存带来巨大的挑战。

6、气候变化对黄河流域地质灾害影响

黄河中上游是中国地质灾害高发区，黄土高原是中国地质灾害分布最广、发生频率极高、危害最严重的区域之一。伴随黄土高原大规模的工程活动扰动，黄土重大工程潜在的灾变加剧了地质灾害风险。

地质灾害不仅严重影响水电工程的安全运营，还成为黄河流域泥沙的重要来源。此外，水库移民安置对地质环境平衡造成了严重影响，不断发生重大地质灾害。

黄土高原典型沟壑地貌，滑坡灾害极易形成链生灾害效应，堵塞沟谷与河道形成堰塞湖，溃坝对下游产生高的洪水灾害的风险。随着黄土高原极端气候的频发，更增加了重大地质灾害发生的可能性。

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黄河流域气候变化应对存在的问题

黄河流域横跨多个气候区，需要完善黄河流域气象、水文、生态、冻土、地质、环境观测数据资料，目前这方面资料不能满足需要，资料同时同地性差，站点密度不足，同时缺乏完善的预报预警及防控体系。

1、气候变暖加剧黄河流域水资源量变化，增加了精确测算的难度

目前还不能精确测算黄河流域积雪融水总量、冰川融水和多年冻土区地下冰储量。利用卫星遥感资料估算仍然存在很大的不确定性，还需大量野外实地观测资料验证遥感算法，提高估算精度，为流域水资源估算提供可靠数据支撑，进而解决精确估算积雪、冰川和多年冻土每年能为黄河流域提供多少水资源这个关键核心问题。

季节冻土对地表水文过程和土壤水分有着复杂的影响。如何根据季节冻土的冻融深度变化采取不同的耕作方式，并分析对土壤保墒效应及牧场草原质量和农牧业的可持续发展是重要的实际问题，也是科学问题。

2、气候变化和流域开发极大影响着黄河流域生态系统格局

近30年来黄河流域呈现明显增温、降雨减少、实际蒸发量增大，中下游径流减少等气候变化特征。快速城镇化、生态保护与修复、水资源开发、农业开发、自然灾害和气候变暖等因素正在影响着黄河流域生态系统格局。

目前气候变化对黄河流域生态系统格局的影响研究主要侧重于湿地，涉及其他生态系统类型的研究报道较少。

流域湿地对气候变化和人类活动的影响反应强烈，随着气候干燥度的增加，湿地率呈明显递减趋势。在气候变化和流域开发影响下，黄河流域湿地退化显著，流域的许多重要生态问题如土地沙化、干支流断流、环境恶化等现象都与湿地退化有关。

3、气候变化对黄河流域农牧业的影响复杂多样

降水年际、年内波动和极端气候的影响，加剧了黄河流域旱作农业生产的脆弱性，播种面积和产量出现较大的变异，当作物产量变异大于20%时，其影响通过市场价格波动放大，对区域粮食安全造成较大潜在威胁。

气温上升、CO2含量增加联合影响，可以加快作物发育进程，增加经济产量和生物产量，但是这种影响对不同作物表现不同：冬小麦和棉花品质呈良性变化，玉米品质可能下降，大豆品质影响不明显。

区域暖湿化趋势显著影响农牧产品品质、产量和产值，但对流域的总体影响和局部影响仍有待深入量化评估，以利于区域农牧产业更好地适应和应对气候变化。

4、气候变化对黄河流域文物保护的影响研究亟待加强

世界各国高度重视气候变化给文物保护带来的挑战，并提出了政策性和技术性的应对方案。相对于国外遗产保护强国（如意大利、英国、德国等），中国在气候变化对区域性文物保护影响的研究工作还处于萌芽状态，尚未提出相应的应对方案和措施。

目前对于整个黄河流域的文物分布、数量、类型、保存现状、赋存环境等家底尚未查明，气候变化对整个黄河流域文物保护的影响及其应对研究亟待开展。

5、气候变化影响下黄河流域地质等灾害防护面临挑战

黄河流域地质灾害存在的主要问题为：

（1）重大滑坡灾害活动与气候变化、重大工程活动关系尚不明晰；

（2）针对大型滑坡灾害隐患点的早期识别和临灾应急处置技术体系尚未形成；

（3）崩、滑、流、陷等地质灾害监测预警研究尚处于初步阶段；

（4）黄土加固技术和大面积黄土滑坡治理技术比较落后；

（5）缺乏针对黄河流域地质灾害（链）的临灾应急处置技术体系。

以上不足严重制约着黄河流域地质灾害减灾防灾的成效与应急抢险救灾的效率，使当前黄河流域的地质灾害研究、生态环境保护和长治久安面临着严峻挑战。

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气候变化对黄河流域影响的未来趋势分析

在全球气候变化和人类活动共同影响下，气候总体变暖趋势将持续，区域不均匀性更明显，极端天气、气候事件出现频率增加。

1、气候变化对黄河流域水资源量影响的未来趋势

未来黄河流域内平均径流量呈先增加后减小的趋势。至2050年，平均径流量随时间增加，增幅随时间推移逐减小；长期来看，至2100年随着蒸发量的增加，平均径流量呈下降趋势。

黄河源区的汛期径流量在未来呈下降趋势，至2045年，黄河源区汛期径流年平均减少0.25%，即3.7亿m3 /10 a。流域内未来干旱强度和频度都有减弱趋势，其中西北部干旱程度2031—2040年较2021—2030年明显减轻，但黄河流域供水的供需矛盾依然存在，黄河中游的中部区域未来缺水风险增加。

2、气候变化对黄河流域生态、农牧业影响的未来趋势

气候变暖改变了作物生理生态习性，增加了田间能量输入，提高了黄土高原地区的热量资源，农业生产有效积温提高，部分高海拔山区不仅能种植生育期短的早熟品种，也可以种植中晚熟品种；提高了复种指数，从过去的一年一季，提高到一年两季，有些地区还推动了间套作的发展。

随着热量资源的增加，喜温作物及林果药材适宜种植纬度北移。预计2030—2050年，一年一熟制大约可向北推移200~300 km，一年二熟和一年三熟制的北界也将向北推移500 km左右。

气候变暖使农田耕作层土壤微生物活性增强，可能会导致土壤有机养分分解速度加速，氮肥分解提高30%，导致地力下降，同时土壤水分蒸发量增加也可能加重土壤盐碱化程度。

在气候变化背景下，受多种社会经济、政策、自然因素、多元文化等共同影响，黄河流域生态系统格局复杂，但目前相关研究报道很少，亟待开展有针对性、系统性、宏观层面、多学科交叉的深入研究。

3、气候变化对黄河流域文物保护、地质灾害防护影响的未来趋势

黄河流域内分布有大量珍贵的文化遗产，这些文物多为土、木材料所建造，材质脆弱且多已步入老年期，对于气候变化异常敏感，很容易产生损害。

受气候变化影响，黄河流域集中强降雨较多，崩、滑、流、陷等地质灾害发生频率增高，且更易发生各种大型、大范围地质灾害，尤其是在黄土高原地区。这必然增加灾害风险与水土流失，导致黄河流域各种水力水电工程的承载力和安全性面临更大的考验。

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气候变化影响的应对建议

1、应对黄河流域气候变化，统筹建设黄河流域气象、水文、环境和地质灾害观测与预报预警系统

建议建立跨部门、跨行业、上、中、下游协调统一的黄河流域气象、水文、生态、冻土、地质、环境观测与数值预报预警及防控一体化平台。

针对黄河流域气象灾害、地质灾害多发，导致经济损失严重的问题，统筹建设黄河流域气象、水文、环境和地质灾害预报预警系统。

整合、补充和完善黄河流域水、土、气、生等监测网络，全方位、一体化进行气象、水文、冻土、生态和环境要素的观测，增强数据资料同时同地性，提高数据资料空间、时间分辨率，构建完整的和具支撑意义的数据库体系；

发展黄河流域数值预报模式，通过模式训练不断提高预报预警能力，开展未来50年黄河流域极端天气、气候频率预估；

进行黄河流域强降水和暴雨灾害的暴露度、脆弱性和风险评价；对黄河流域可能发生的暖干化做出预判；

为流域防洪防旱、防灾减灾提供水文、气象等方面的切实保障，更好地服务于国家战略。

2、应对气候变暖对黄河流域水资源量改变，厘清多因素影响下的流域水资源时空过程，提升流域水资源效能

加强气候变化与陆地水文过程之间影响-反馈的循环性耦合机理及其对天然水资源形成转化的研究，厘清多因素影响下的流域水资源时空过程。

加强多部门合作和流域水资源综合管理，通过水资源总体控制和综合开发，推广包括滴灌和水肥一体化的节水技术，采取有效措施鼓励农民科学生产，针对农村土地撂荒问题发展农村专业合作社和特色农业，保障以粮食体系为核心的流域经济-生态系统安全。

充分发挥农业科研院所的作用，实现节水与开源协调，以水资源的高效利用引导流域水资源向农牧产品产量效率高的区域配置，不断提升气候变化背景下流域水资源效能及应对能力。

3、应对气候变化对黄河流域生态格局的影响，调整坡耕地和生态用地，加强流域水源涵养能力

黄河流域雨养型农业占地广，在退耕还林还草背景下，坡耕地和生态用地的调整对坡面产汇流过程的影响，以及它们对流域水沙过程的正负效应和由此导致的一系列生态环境问题，关乎流域可持续健康发展，亟待深入研究。

未来气候变化背景下，陆表生态系统改良和确保一定数量的河川径流之间协同发展，具体涉及丘陵坡耕地的削减及林草、湿地、水域等生态防护型用地的扩张，通过有效遏制水土流失和改善区域小气候等增强流域生态系统稳定性，同时使流域水文过程的下垫面调节朝着有利于区域水源涵养能力稳定和提升的方向发展。

4、应对气候变化对黄河流域农牧业生产的影响，加强植物生理生态适应性研究，优化流域农业和草业布局

加强作物对气候变化和生态环境的生理生态适应性研究。

充分利用气候变化给作物生长带来的有利因素，发挥草类植物营养体生产应对气候变化生态位宽的优势，在黄河上游开展以草类植物为主的生态环境整理，进行相适应的作物栽培技术和动植物育种等方面的研究；

改变作物耕作制度和种植方式，优化农业和草业区域布局，结合国家“粮改饲”政策，改变农区传统单一作物耕作制度和种植方式，引草入田，采用多元种植系统，分摊气候变化给作物单一种植模式带来的影响；

减少规模化养殖场的饲养密度，调整畜牧业结构、发展节粮型的草食家畜。既关注极端天气灾害对农牧业生产的短期影响，又重视气候变暖长期影响。

针对区域降水和温度变化趋势，提前制定应对预案，选育新品种并加强病虫害防治，促进优势农牧产品向优势产区集中，降低气候灾害损失。

5、应对气候变化对黄河流域文物保护的影响，修订文化遗产赋存环境区划，进行预防性保护技术研发

气候变化背景下，洪涝、干旱、地质等灾害发生的广度和频度提升，适应性文物保护和抢救愈显紧迫。

建议全面梳理黄河流域文化遗产分布、类型、保护利用和管理现状，修订黄河流域文化遗产赋存环境区划；

基于气候脆弱指数评估文化遗产风险程度与趋势，制定相应区划；

结合气候变化影响评估成果，开展极端天气气候、大气污染驱动下的自然灾害链（如强降雨-崩塌、滑坡、泥石流等）对文化遗产影响及其治理研究，开展岩土质不可移动文物的加速劣化机制及控制技术研究，开展各类馆藏文物的预防性保护技术研发；

编制气候变化背景下文化遗产风险转移的短期与长期规划报告。

6、应对气候变化对黄河流域地质灾害防护的影响，加强流域黄土滑坡加固新材料和生态修复协同技术研究

在气候变化背景下，极端天气事件增多，加上人为影响，各类地质灾害相应增多。

黄河流域中下游以黄土类沉积为主，建议加强对湿陷性黄土和黄土滑坡加固新材料和生态修复协同技术的研究，建立黄土地质灾害（链）监测预警和应急处置技术体系，为黄河流域防灾减灾，特别是临灾应急应对和抢险救灾提供科学依据和技术支持。

本文作者：张镭，黄建平，梁捷宁，于海鹏，管晓丹，马金珠，沈禹颖，邓建明，黄宁，孟兴民，王澄海，李常斌，牟翠翠，巩杰，张帆宇作者简介：张镭，兰州大学大气科学学院，兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心，教授，研究方向为大气物理与大气环境；黄建平（通信作者），兰州大学大气科学学院，兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心，教授，研究方向为气候变化。

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