文明的温度气候变化对中国西北地区生态、产业及文化遗产系统性影响评估响应西北鸭 先 知气候响应台 1中国西北地区深居欧亚大陆腹地，位于贺兰山—乌鞘岭以西，祁连山—昆仑山以北，包括新疆和河西走廊地区的广大西北内陆干旱区1。脆弱的生态本底条件，干旱和半干旱的气候特征，深居内陆的地理区位，相对落后的经济发展水平、产业结构和基础设施建设，是西北地区的社会经济及生态系统风险应对能力薄弱的关键原因。西北地区特殊的地理位置和气候条件，使其成为了中国关键的生态安全屏障，发挥着孕育大江大河，影响季风界限，阻挡沙尘东进、滋养绿洲农业、调节水气交换、改善局地气候的重要作用，是中国维护生态安全格局，实现可持续发展的关键区域2。与此同时，地处欧亚大陆中心的西北地区，自古是沟通中亚、连接欧洲的重要陆路通道，并因此孕育了丰富繁荣的文明。贯穿西北地区的丝绸之路沿线，保存着大量形式各异、艺术精美的石窟、壁画等物质文化遗产，具有珍贵的历史和艺术价值。然而，全球气候变化正给西北地区带来的新挑战。中国西北地区，是对全球气候变化最为敏感的区域之一。1960年以来，西北地区年平均气温增速约为0.34°C /10年3，约为同期全球平均升温水平的两倍。西北地区的降水量以9.3 mm/10年的速率呈增加趋势，但降水变化具有明显的空间差异性，且增量不足以使西北地区整体干旱半干旱的气候发生根本性的转变4。气候变化引起的气温升高和降水时空分布的改变，不仅影响了区域内水循环过程，导致极端天气气候事件的频次和强度增加5，同时也让高度依赖气候条件的西北地区生态系统稳定性、经济产业发展可持续性和物质文化遗产的存续面临更严峻的挑战。本报告以甘肃省为典型案例，选取具有典型性的生态系统，传统产业及物质文化遗产案例进行考察和分析。本报告旨在以案例区域气候变化特征、趋势、风险分析及应对措施研究为抓手，客观地呈现西北地区生态系统、社会经济系统，乃至文化历史遗迹已经经历的和即将面临的复杂挑战，激发更多跨学科的气候变化风险研究和应对行动。1丁永建 . 西北地区生态变化评估报告 [M]. 北京 : 科学出版社 , 2017.2冯起 , 白光祖 , 李宗省 , 等 . 加快构建西北地区生态保护新格局 [J]. 中国科学院院刊 , 2022, 37(10): 1457-1470.3张强 , 杨金虎 , 王朋岭 , 等 . 西北地区气候暖湿化的研究进展与展望[J]. 科学通报 , 2023, 68: 1814.1828.4同上 .5王澄海 , 张晟宁 , 张飞民 , 等 . 论全球变暖背景下中国西北地区降水增加问题 [J]. 地球科学进展 , 2021, 36(9):980-989. 张掖，金塔寺石窟。（李隽辉摄影） 23甘肃省气候变化基本特征及趋势位于中国西北地区的甘肃省，自东南向西北跨越了北亚热带湿润区、青藏高原高寒区、西北干旱区三大自然地理分区。独特的地理位置和自然条件赋予了甘肃省格局分明、多样的生态环境。作为“两屏三带”中国生态安全战略格局中的重要组成部分，甘肃省的生态质量决定着西北地区和青藏高原地区的生态安全 。甘肃省气候变暖特征明显，年平均气温、平均最高及最低气温均呈明显增加趋势。在过去的 60 年里（1961-2021），甘肃省年平均气温增速达到 0.28°C /10 年，显著快于全球平均水平。甘肃省年降水量在过去 60 年间，呈现先减后增的趋势，特别是2000年以后，年降水量显著增加，然而降水日数却明显减少，这表明极端降水事件可能增加。并且降水变化时空分布不均，西部地区尤其是中部地区降水增加，而东部地区降水减少。图 1 甘肃省区位与地形图图 2 1961-2021 年甘肃省年平均气温历年变化及变化趋势空间分布 4521 世纪初以来，甘肃省平均最高气温和极端高温日数显著增加，极端高温日数较2000年以前增加了约5.5天。甘肃省极端降水量呈增加趋势，大部分地区极端降水量均有所增加，特别是陇东和陇南地区极端降水量增加显著。极端高温事件和极端降水事件增加，为甘肃省社会和生态稳定性带来挑战。气候变化对以石羊河为代表的典型干旱半干旱区水资源和生态的影响以石羊河为代表的干旱半干旱区内陆河流域孕育了西北地区繁荣的绿洲经济。水资源是限制西北地区绿洲经济发展和生态修复的关键因素。西北干旱和半干旱区生态系统对气候变化和人类活动敏感性高。对石羊河流域研究显示，气候变化带来的温度和降水变化和以生态补水、农业灌溉为主的区域水资源调配、退耕还林等人类活动共同塑造了生态环境和水资源变化。承载了大量人口、工业和农业产业石羊河流域是河西走廊人口最集中、水资源使用程度最高的地区。随着社会经济发展对水资源需求的快速增长，以及水资源管理不利，石羊河流域内水资源曾被严重过度开发利用，导致下游民勤生态恶化，沙漠化加速扩张。2007 年，《石羊河流域重点治理规划》开始实施，通过综合治理，集中修复，石羊河流域水资源使用效率提升，生态环境质量改善。自 21 世纪以来，石羊河平均径流量由 4.48 m3/s（2001-2010 年）增加到 9.19 m3/s（2011-2020 年），武威中部绿洲，下游民勤青土湖水位均稳定上升。2021年对比 2010 年，流域内植被生态质量改善显著。图 3 甘肃省年降水量历年变化与变化趋势的空间分布图 4 2021 年与 2010 年石羊河流域植被指数差值图图 5 民勤县青土湖在多年积极的水资源管理和调控下水位上升，再现水草丰茂的场景。（李隽辉摄影） 67生态环境的改善也是曾经肆虐石羊河流域下游沙尘暴数量显著降低的原因之一。石羊河流域下游一带，是腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠的交汇地带，极易受大风、沙尘天气影响，曾是中国四大沙尘暴源地之一6。1961-2021 年，石羊河流域沙尘暴出现频次呈明显的减少趋势，平均每 10 年减少 11.2 站次。沙尘暴的形成受气象条件、沙源地土壤和植被条件等多重作用共同影响。2003 年起，石羊河流域开展了农业种植结构调整、压沙造林、移民搬迁、落实“五禁”等一系列生态治理措施，取得了显著成果，有效减少了地表沙源地暴露，为局地沙尘天气减少奠定了基础。随着气候变化的加剧，石羊河流域的生态修复和水资源可持续利用也面临着更严峻的挑战。自 1961 年以来，石羊河流域年平均气温呈显著上升趋势，平均每10年升高0.38°C；流域平均年降水量呈增加趋势，平均每 10 年增加 6.9 mm，年平均相对湿度为 51.2%，呈缓慢下降趋势。气候变化带来的温升和降水模式变化，导致了石羊河流域极端高温和降水事件加剧。1961-2021 年，流域内极端最高气温呈明显升高趋势，升温速率为0.32°C/年。日降水量≥ 10mm 日数增加趋势较为明显，增加速率为 0.27d/10a。2021 年，石羊河流域日降水量≥ 10mm 日数为 11.4 天，与 1991-2020 年平均值（8.8 天）相比偏多 2.6 天。对于西北干旱区域而言，这样的极端降水并不能被有效利用。而平均相对湿度的减少和关键生长期季节性干旱的发生对植被生长和农业生产带来更多压力。在未来流域持续升温、极端天气气候事件趋多趋强的情景下，干旱事件仍是生态恢复面临的严峻考验。与此同时，承载了大量人口及产业的绿洲区域内生产、生活及生态用水的需求量大幅上升，水资源矛盾凸显。气候变化对水资源的影响，将对地区社会经济高质量发展和生态治理产生更加显著、深远的威胁。6中国政府网 . 石羊河流域下游大气降尘量十余年来大幅减少 [N/OL]. (2018-03-08). https://www.gov.cn/xinwen/2018-03/08/content_5272190.htm图 6 1961-2021 年石羊河流域年平均气温变化图 7 民勤县通过种植梭梭等方式防沙固沙（李隽辉摄影）气候变化对以酿酒葡萄种植为代表的西北特色产业的影响西北地区葡萄种植有悠久的历史。史书记载张骞将西域葡萄引入中国，在唐代和元代甚至普及到民间。“葡萄美酒夜光杯”的诗句，折射出中国悠久的葡萄酒文化。甘肃省河西走廊地区是近现代中国葡萄酒重要的产区之一，特别是在河西及天水产区，葡萄种植面积和产量在全国名列前茅。虽然拥有悠久的历史和文化积淀，气候和环境条件也较为适宜，但当地发展现代葡萄酒产业的历史较短，且面临潜在的气候变化风险，作为地方特色产业的机遇与挑战并存。甘肃省土地资源丰富，气候冷凉干燥，光照充足，气候条件总体而言较适宜葡萄生长。在全球变化的大背景下，酿酒葡萄种植相关的各项气候指标也随之出现变化，影响酿酒葡萄气候品质。灾害性天气事件发生频次的变化，以及因冬季负积温变化引发的病虫害风险，是影响甘肃酿酒葡萄产量的重要因素。图 8 张掖市高台县祁连酒厂，位于地下存储葡萄酒的橡木桶。（李隽辉摄影） 89通过对酿酒葡萄气候品质的多项关键指标的研究显示，气候变化对甘肃省酿酒葡萄种植的影响呈现复杂性和非线性的特征。生长期内有效积温及水热值变化等指标，在一定阈值内的增长有利于酿酒葡萄品质的提升，而超过一定阈值则产生负面影响，降低酿酒葡萄的气候品质。除了影响气候品质的长期变化趋势外，短期极端气象灾害也是影响酿酒葡萄产量、品质和收益的重要因素。对于酿酒葡萄种植而言，在冬季休眠期相对寒冷的气候条件，有利于抑制病虫害的发生。然而，气候变化正带来越来越温暖的冬季。近 60 年来，甘肃省负积温呈现波动上升的趋势，特别是张掖、金昌、武威等主要酿酒葡萄产区，负积温增长超过 50°C -70°C /10 年。负积温的增加将有利于虫害的发生，对酿酒葡萄的生长带来威胁。全球变暖的背景下，气温的极端性增强，极端偏暖和极端偏冷的程度均有增加。生长季低温冷害对酿酒葡萄产量的影响尤为显著，单次灾害对植株的影响持续时间可达数年，而应对低温冷害需要投入大量人力和资金，也导致生产成本大幅增加。造成生育期低温冷害频次增加的主要原因是极端低温的变化，甘肃省平均的生育期低温发生频次在1990 年以后显著上升。酒泉东北部、嘉峪关、张掖西部增加趋势明显。对萌芽 - 开花期的晚霜冻的分析发现，进入2000年后，甘肃省晚霜冻的发生频次有一个跃变式增长，1981-2000年晚霜冻发生频次的均值为0.53次/年，2001-2020年则增加为0.82次/年。甘肃省不同地区的气候和环境条件、气候变化趋势有较大差异，对酿酒葡萄产业而言，复杂非线性的变化趋势，以及稀缺的水资源都对保障产业安全发展带来严峻挑战。随着气候变化进一步加强，科学精确的分析产区相关气候指标，选育耐受当地气候条件和环境条件的品种将是保障产业发展的关键。图 9 1961-2020 年甘肃省酿酒葡萄气候品质指数变化趋势及空间分布图 10 张掖市高台县祁连酒厂葡萄种植园，附近村民在农闲时来葡萄园工作。（李隽辉摄影） 1011气候变化对以石窟为代表的西北物质文化遗产的影响西北地区干旱稳定的气候条件使具有多元民族、文化、宗教特色的珍贵文物得以留存。甘肃省被誉为中国的“石窟之乡”，根据甘肃省石窟寺专项调查报告 2021 年的统计，全省现有石窟寺（含摩崖造像）219 处，文物点 236 个，包括石窟寺 229 个，摩崖造像 7 个。其中，世界文化遗产有 3 处：敦煌莫高窟、麦积山石窟、炳灵寺石窟。全国重点文物保护单位有 18 处（34 个文物点）。由于石窟群等文化遗产长期处在大自然环境中，气候变化对露天文物是一个无形的潜在破坏因素。无论是石窟群的岩体风化、风蚀及雨蚀破坏，还是洞窟内外的壁画、泥塑、石刻等文物产生的各种病害，都是由气候变化的长期影响引起的。气候变化对于文物遗迹的直接作用可以分为长期缓慢的变化和由极端天气气候事件带来的灾害影响两类。马蹄寺石窟外景。（李隽辉摄影） 1312石窟温湿度的频繁变化是石窟酥碱、壁画脱落等病害的重要影响因素。壁画保存的高风险湿度区间是 60%-65%7。在一定温度范围内，洞窟空气湿度的波动能够驱动岩体盐分向壁画地仗层迁移，不断地溶解、结晶，进行恶性循环，从而产生了严重的返碱、酥碱病害，被称为壁画、彩塑“癌症”。在相对湿度较高的环境中，砂砾岩易风化，泥质胶结物中