全球变暖背景下中亚兴都库什...昆仑及天山气候变化研究进展_刘方圆.pdf
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1、收稿日期:2021-10-22;录用日期:2022-02-09;网络出版:2022-02-27Received Date:2021-10-22;Accepted Date:2022-02-09;Online first:2022-02-27基金项目:国家自然科学基金项目(41991254,41977382)Foundation Item:National Natural Science Foundation of China(41991254,41977382)通信作者:石正国,E-mail:Corresponding Author:SHI Zhengguo,E-mail:专论REVIEWVo
2、l.14 No.1 Feb.2023 DOI:10.7515/JEE221008地 球 环 境 学 报Journal of Earth EnvironmentJEE引用格式:Citation:刘方圆,石正国.2023.全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展 J.地球环境学报,14(1):27 37,48.Liu F Y,Shi Z G.2023.Research advances in climate change over Hindu Kush,Karakoram and Tianshan Mountains in Central Asia under global wa
3、rming J.Journal of Earth Environment,14(1):27 37,48.全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展刘方圆1,2,石正国1,3,4*1.中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安 7100612.中国科学院大学,北京 1000493.中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心,西安 7100614.西安交通大学 全球环境变化研究院,西安 710049Research advances in climate change over Hindu Kush,Karakoram and Tianshan Mountain
4、s in Central Asia under global warmingLIU Fangyuan1,2,SHI Zhengguo1,3,4*1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology,Institute of Earth Environment,Chinese Academy of Sciences,Xian 710061,China2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China3.CAS Center for Excellence in Qu
5、aternary Science and Global Change,Xian 710061,China4.Institute of Global Environmental Change,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China Abstract:Background,aim,and scope The Hindu Kush,Karakoram and Tianshan Mountains(HKT)in Central Asia are sensitive to climate change,and their responses under cu
6、rrent global warming are of great significance for the stability and sustainable development of regional ecological and economic systems.However,the existing studies on these high-altitude regions of Central Asia are mostly focused on specific areas,lacking the 摘 要:中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山山脉(HKT)是气候变化敏感区,其在全球
7、变暖背景下的气候变化对区域生态和经济系统的稳定性及可持续发展有重要意义。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,有关 HKT 地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。本文对 HKT 地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了 HKT 地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。结果表明:(1)近 60 a,HKT 地区不同区域气候的时空特征存在差异,从时间上看,天山的年均温及年降水量均呈上升趋势,而兴都库什-喀喇昆仑山的年均温呈不显著增加趋势,其年降水量变化趋势不稳定;从空间上看,HKT 地区山脉南坡气温高于北坡,但北坡降水量高于南坡,且天山南北坡年降水均呈上升趋势。(2
8、)HKT 地区的气候变化除了受西风环流、南亚印度季风及局地条件等影响外,还受到北大西洋涛动和厄尔尼诺-南方涛动等大尺度气候模态的调制,如兴都库什-喀喇昆仑山脉在 NAO 正(负)位相和 ENSO 暖(冷)位相降水趋于增加(减少)。关键词:全球变暖;气候变化;兴都库什山;喀喇昆仑山;天山;中亚28地球环境学报第 14 卷DOI:10.7515/JEE221008comprehensively comparative analysis over the whole HKT region.Materials and methods This paper presents and summarizes
9、 the research advances in modern climate change in HKT region,with a special focus on the features,dynamical mechanisms and their relationship with global warming.Temperature and precipitation data from Climatic Research Unit,CRU TS4.04 are chosen and the linear trend method is used in the analysis.
10、Results In the past 60 years,the temporal and spatial characteristics of climate change in different regions of HKT are distinct.The mean annual temperature and annual precipitation over Tianshan Mountain show an increasing trend.The mean annual temperature of Hindu Kush-Karakoram Mountain increases
11、 insignificantly and the variation of annual precipitation is not stable.Spatially,the temperature over the southern slope of the HKT Mountains is higher than that over the northern slope,but the precipitation over the northern slope is higher.The annual precipitation on both slopes of the Tianshan
12、Mountains shows an increasing trend.Discussion Climate change and occurrence of extreme weathers in HKT region are affected by a combination of factors.The climate of the Tianshan Mountains is not only affected by large-scale circulation such as westerly circulation and monsoon,but also by local con
13、ditions,such as the increase of local oasis area and irrigation,and the increase in temperature in mountainous areas.The climate of the Hindu Kush-Karakoram Mountains is mainly influenced by the mid-latitude westerly gyre,the South Asian Indian monsoon and the intra-Asian high pressure system effect
14、.Precipitation in the Hindu Kush-Karakoram area increases(decreases)during the positive(negative)phase of NAO and the warm(cold)phase of ENSO.Conclusions In the past 60 years,there have been some differences in the temporal and spatial characteristics of temperature and precipitation in different HK
15、T regions.The studies on climate change in the HKT region can not only deepen the understanding of the regional climate response to global change,but also provide scientific basis for sustainable development of human society and ecological environment.Recommendations and perspectives The mechanisms
16、of climate change in HKT region are still not clear and future researches are eagerly required.It is necessary to evaluate the effects of local recycling and large-scale circulation on mountainous climate in different regions and altitudes of HKT.The potential impact of human activities should be al
17、so taken into account.Key words:global warming;climate change;Hindu Kush Mountains;Karakoram Mountains;Tianshan Mountains;Central Asia大气圈是地球系统的重要组成部分,以全球气候变暖为主要特征的气候变化是近年来地球科学研究的焦点。据政府间气候变化专门委员会第五次科学评估报告,1880 2012 年全球地表温度升高了 0.85(IPCC,2014)。过去 50 a 全球平均增温率为 0.175(10a)1(Harris et al.,2014),而中亚地区增温率达
18、0.36 0.42(10a)1(Hu et al.,2014),显著高于同期北半球及全球平均增温率。中亚变暖将改变区域温度并影响大气环流,导致降水时空分布及形式发生变化,这种变化引起诸多学者的关注(陈亚宁等,2017;苗运玲等,2019)。此外,中亚变暖会加速山区冰川积雪及内陆湖的消融和萎缩,改变水资源的构成和径流组分,加重中亚干旱区的水资源危机(Li et al.,2013a;He et al.,2015;Hussain and Qamar,2020),影响植被带垂直变化及自然植被生产力(普宗朝和张山清,2009;Zhang et al.,2021),导致极端天气发生频率增加(Zhang e
19、t al.,2009),影响当地的粮食安全和人民生计(Hussain et al.,2016)。中亚地区地形复杂、气候多变、生态环境脆弱(于志翔等,2021),是全球气候变化研究的热点及敏感地区。中亚范围内海拔超过 2000 m的兴都库什、喀喇昆仑和天山山区因远离人类活动密集区,观测环境变化相对较小,更能清晰地反映全球变暖背景下的区域响应(袁玉江等,2003)。兴都库什-喀喇昆仑山脉位于大喜马拉雅山脉的西部,全长约 3500 km,横跨巴基斯坦、印度和中国的边界,平均海拔约 5000 m,是世界上最大的山区及仅次于极地地区的第三大冰川保护区(Rasul et al.,2008)。天山位于亚欧大
20、陆的中心,全长约 2500 km,平均海拔约 4000 m,是世界上最大的独立纬向山系和全球干旱区最大山系,通常将其分为“西天山”和“东天山”。兴第 1 期刘方圆,等:全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展29DOI:10.7515/JEE221008都库什-喀喇昆仑-天山(Hindu Kush-Karakoram-Tianshan Mountains,下文简称为 HKT 地区)是中亚重要河流系统的“水塔”(Siegfried et al.,2012),为中亚和南亚地区数亿人的生存提供淡水资源(Immerzeel et al.,2010;Hewitt,2011)(图 1),
21、HKT 地区的气候变化研究将对中亚生态系统和社会经济的可持续发展以及人类福祉产生深远影响,为全球和区域生态环境及水文循环的提供科学依据和理论参考。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,如兴都库什、天山,对 HKT 地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。因此,本文统一对HKT 地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了 HKT 地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。1 HKT 地区的气温变化1.1 HKT 地区气温的时间变化近 60 a 以来,兴都库什-喀喇昆仑地区气候呈不显著变暖。1960 2019 年,兴都库什-喀喇昆仑山的年增温率分别为 0.15(10a)1
22、和0.20(10a)1,呈不显著的上升趋势,且上升趋势明显低于北半球近 60 a 以来的上升速率(图2)。目前,关于兴都库什山脉气温的研究表明:1980 2015 年,兴都库什地区的增温率是其附近巴基斯坦其他地区增温率的 2 倍,其中春季温度上升,夏季温度大致不变,而秋季稍有下降,冬季气温略有上升,但明显低于天山及北半球的增温率(Hussain et al.,2018)。但关于喀喇昆仑气温变化存在较大争议(Sheikh et al.,2009;Khattak et al.,2011;del Ro et al.,2013)。部分研究表明自 20 世纪 60 年代以来,年均温和冬季气温显著上升与全
23、球变暖一致,而夏季(6 11 月)具有不显著的相对较小的变冷趋势,夏季温度降低与喀喇昆仑冰川的增厚和扩张一致(Archer and Fowler,2004;Prasad et al.,2009);然而 Bocchiola and Diolaiuti(2013)的研究显示:1980 2009 年,该区域只有少部分站点记录了冬季变暖和夏季变冷的趋势。但也有研究发现 2002 2019 年夏季平均温度呈上升趋势,冬季呈下降趋势(Hussain et al.,2021)。近 60 a,东天山年均温和四季气温均呈上升趋势,年平均气温约为 7.8,增温率约为0.3 0.4(10a)1(普宗朝等,2008;
24、王圣杰等,2011;Guo and Li,2015),明显高于北半球同期增温幅度(0.29(10a)1)(刘友存等,2016)。本文利用英国东安格利亚大学气候研究中心(Climatic Research Unit,CRU)的时间序列数据(TS4.04)得到了与前人一致的结果。1960 2019 年,东 天 山 年 均 温 为 8,年 增 温 率 为0.33(10a)1,夏 季 增 温 率 为 0.26(10a)1,冬 季 增 温 率 为 0.41(10a)1(图 2)。20 世 纪60 80 年代,东天山的年平均气温与 1959 2000年的年均温相同,而 90 年代年均温上升最显著(袁晴雪和
25、魏文寿,2006),四季气温尤其是冬季温度也在 90 年代以后表现出显著增温趋势,这与 1990 2000 年是近千年北半球均温最高的十年的大气候背景一致,且与北半球及中国的增温规律吻合(袁玉江等,2005)。除了 20 世纪 70 80 年代春季和 60 70 年代冬季平均温度较低外,西天山年际与季节气温均呈上升趋势且明显高于全球变暖下北半球的气温上升速度。1960 2019 年西天山气温的线性增温率为 0.31(10a)1(图 2),与东天山表现出一致的增温趋势。西天山气温在冬季、夏季和秋季表现出显著增加趋势,四季增温率分图 中 白 色 框 自 上 而 下 分 别 为 东 天 山(海 拔
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