0引言

氣候變化已成為當前全球關注的熱點問題。監測數據分析結果顯示，在全球范圍氣候變化呈現出溫度升高（1906—2005年溫度升高0.74℃）、降水時空異質性增強和氣候災害事件頻繁發生的特征[1-2]，且有研究[3]預估，2010—2060年，平均氣溫可能升高1.3℃(1.1~1.4℃)。中國氣候變化與全球氣候變化保持基本一致的特征，主要指標的變化幅度較全球平均水平略強[4]。陸地是人類賴以生存的環境主體，以“氣候變暖”為標志的全球氣候變化對陸地生態系統產生了強烈影響[5]，森林、農田、草原作為3大陸地生態系統極易受到氣候變化的沖擊。目前，國內外有關氣候變化對陸地生態系統影響與系統響應的研究主要集中于森林和農田生態系統[6-15]。對于中國而言，草原是面積最大的綠色生態屏障，堅守著森林、農田等其他植被難以延伸的干旱、高寒等自然環境最為嚴酷、生態環境最為脆弱的廣闊地域，中國草原占國土面積的比重和其特殊的地理分布，彰顯了其極其重要的國家生態安全戰略地位[16]，同時也賦予草原在應對氣候變化作用方面的重要性和不可替代性。但是，關于草原生態系統對氣候變化響應的研究還較少，近年來才開始受到研究者們的重視，雖然相繼有一些探索性的研究成果[17-26]，但與農田、森林生態系統相比，在研究的深度和廣度上都略顯遜色，亟待進行階段性總結，以提出未來研究方向。

1溫帶草原區氣候變化趨勢、特征及預測研究

1.1溫帶草原區氣候核心要素變化趨勢的研究

1.1.1溫度升高明顯

溫度升高是氣候變化的主要表征之一，無論在全球還是國家尺度，都有大量的數據可以證明。內蒙古草原區地處北半球，是溫度變化最為明顯的地帶之一，近年來大量的以點代區的研究結果不斷支持氣溫升高的結論。從內蒙古大尺度空間區域來看，吳學宏等[27]選用內蒙古各盟市2~3個記錄年代較長的代表性站點，用多年平均氣溫反映氣候冷暖變化的情況，其研究結果顯示，20世紀70年代中期以前，氣溫為負距平較多；70年代后期，氣溫為正距平偏多，特別是80年代中后期，全部為正距平。這表明20世紀70年代以后，內蒙古地區出現了持續性增暖，80年代以后，增暖趨勢明顯增強，到90年代，氣溫呈現加速上升趨勢。從局地區域來看，不同生態類型草原區溫度也朝著增加趨勢發生變化。劉及東等[28]利用呼倫貝爾鄂溫克自治旗中心氣象站數據代表草甸草原區分析了1959—2006年間的氣候變化，結果表明，期間該地區的平均氣溫總體變化趨勢先降后升，1959—1970年平均氣溫-2.15℃，1971—1980年10年平均溫度為-2.28℃，1981—1990年升高到-1.55℃，1991—2000年為-0.74℃，2001—2006年升至0.47℃。可見，從20世紀70年代初開始，該區域的升溫趨勢非常明顯。云文麗等[29]以錫林浩特站為典型草原區代表性氣象站，分析了1953—2003年區域平均氣溫的變化，研究結果表明，期間平均溫度在波動中逐漸升高，上升趨勢和全球變暖的趨勢相一致，50年來氣溫累計上升大約3.4℃，特別是近20年平均氣溫累計上升4℃，另對季節變化的分析顯示，4個季度的氣溫都有不同程度的升高，但是冬季和春季氣溫增加趨勢較夏秋季明顯。韓芳等[30]利用11個氣象站點1961—2007年的氣象資料分析了中溫性荒漠草原溫度的變化情況，研究結果顯示，50年來區域年平均氣溫呈極顯著上升趨勢，每10年上升0.49℃（50年累積達2.45℃），特別是近20年，是升溫最為明顯的時段。

1.1.2降水量變化區域差異顯著

從大區域尺度有研究表明，在北半球溫暖時期，中國東南沿海降水量偏多，西北降水量將減少。溫帶草原主要分布在中國東北、中北和西北地區，東西和南北跨度較大，降水時空不均勻性明顯。從海拉爾氣象站數據資料分析來看，草甸草原區降水主要在250~400mm之間波動，降水年際變率很大，多雨年份可以達到少雨年份的2~3倍，其中各年份間春季的變率要明顯大于其他季節，從1959—2006年的年降水量變化趨勢來看，20世紀60—80年代降水量呈增加趨勢，90年代后期呈下降[31]。閆偉兄等[32]對內蒙古典型草原1960—2004年降水量變化的分析結果表明，20世紀70年代末以前，處于正常偏少階段，80—90年代降水偏多，1998年降水量異常偏多，之后降水明顯偏少。但是，從1960—2004年間，典型草原區的年降水量線性變化趨勢并不明顯。李曉兵等[33]利用荒漠草原區二連浩特、朱日和和蘇尼特左旗1961—2000年氣象數據分析獲知，40年間，年降水量均表現出波動性變化，1961—1982年多數年份的降水量大于多年平均值，而1983—2000年小于和大于多年平均降水量的年份基本持平，總體分析研究的40年中，后20年較前20年相比降水量略有下降，但是總體趨勢不明顯。

1.2溫帶草原區主要氣象旱災發生與變化的研究

多年來，干旱一直是制約中國北方地區農牧業發展的主要氣象災害。有研究[34]證實，近50年來中國北方一些地區降水量明顯減少，這將預示著干旱的加重，這一趨勢和結果必將對農牧業生產造成日益嚴重的影響[35]。當前，干旱已經成為危及人類生存環境的嚴重問題，人類可利用水資源的嚴重匱乏及荒漠化、沙漠化的加劇都是干旱發展的具體表現[36]。關于氣象干旱災害的評估研究方法已有不少報道，如美國廣泛應用的Palmer干旱指數[37]、加拿大常用的標準化降水指數(SPI)[38]、中國國家氣象中心在旱澇監測中使用的Z指數[39]以及各種模型或集成模型[40]等。需要注意的是，在2006年中國發布了《氣象干旱等級》國家標準，列舉并推薦了一系列干旱監測評價的單項指標和綜合指標，為中國各地區的干旱等級評價提供了重要的依據和方法。雖然評估氣象干旱的指標很多，但是，每種評估方法在應用的過程中都會有區域局限性，對于不同時空尺度的評價，往往需要研究修正模型參數。

旱災是溫帶草原地區次數最多、分布范圍最廣、影響程度最烈的一種氣象災害[38]，對草原牧區的生產和人民群眾的生活帶來了嚴重影響。馬宗普等[41]從第4紀氣候變化和發展規律出發，據此認為21世紀初雖然可能降水量有所增加，但是該時期仍屬于干旱期，特別是中國北方將受到干旱災害的嚴重威脅，并將誘發或伴生一系列其他自然災害。另據劉志剛等[42]對錫林郭勒草原氣候變化與干旱特征的分析結果表明，1953—2005年的53年中，荒漠草原區氣候干旱發生頻率占62%，典型草原氣候區干旱發生頻率達60%，草甸草原氣候區干旱發生頻率也達51%。大旱年景典型草原氣候區發生率最高，53年中出現了13次，占比25%，荒漠草原和草甸草原也都達到11次，占比達21%；與此同時，研究還分析了錫林郭勒草原氣候干旱發生的時間分布特征，結果顯示，50年代干旱發生較少，各氣候區發生頻率在30%左右，20世紀60—70年發表生頻率都較高，荒漠草原發生頻率最高達80%，90年發表生頻率明顯減少，但是，進入2000年以后，干旱又明顯增多，達80%。目前，錫林郭勒地區正處在連續干旱時期，自1999—2007年已經連續7年發生不同程度的干旱，其中6年為嚴重干旱。