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青海湖流域气候系统复杂，是典型的气候敏感区和生态环境脆弱带。在气候变化和人类活动双重干扰下，流域生态环境逐步恶化，并引发了草地退化、冰川萎缩、湖泊干涸等一系列生态环境问题。针对这些亟待研究和解决的问题，本文系统分析了1961～2010年青海湖流域刚察、共和、海晏、乌兰和天峻5个气象观测站气温、降水、蒸发量、日照时数、平均风速和湿润指数等气候因子的时空变化特征。同时研究分析青海湖水位以及流域草地植被对气候变化的响应，揭示牧草生育期、产量以及群体结构与气象因子之间的关系和气候干旱化影响下草场植被的演变特征，深入分析气候变化及其对青海湖流域生态环境的影响，为青海湖流域生态环境与社会经济协调发展的研究和可持续利用提供科学依据，具有重要的意义。
气候变化主要表现在近50年来青海湖流域气温存在着明显变暖的总趋势，年平均气温以0.52℃·10a-1的倾向率上升。平均气温累积距平可分为3个阶段，1986年之前属于偏冷期，1986-1996年为过渡期，1996-2010年为偏暖期。气候变暖具有明显的季节性差异，变暖趋势主要体现在冬季，而春季变暖的趋势较为缓慢。流域平均气温的空间分布总体呈现出从西北向东南递增的变化趋势。年平均最低气温比年平均最高气温升温显著。平均气温没有发生突变，平均最高气温突变发生在1992年。
降水量的年际变化呈减少趋势，降水倾向率为-0.73mm·10a-1。年降水量70、90年代递减，80年代、2001-2010年递增。冬、夏季降水量呈增加趋势，春、秋季降水量呈明显的减少趋势。降水量空间分布不均，总体变化趋势是由西北向东南方向递减，与平均气温分布相反。2009年青海湖流域降水量发生了由多到少的突变，降水量下降幅度明显。年降水日数以-1.68d·10a-1的速率减少，春、夏、秋季降水日数分别以-0.81，-0.35，-0.68d·10a-1的速率减少，而冬季降水日数以0.33d·10a-1的速率增加。
年和四季平均风速呈减小趋势，年平均风速气候倾向率为-0.16m/s·10a-1。年和四季蒸发量整体表现出逐年增大的趋势，蒸发量大于降水量，导致很多河流出现断流。年日照时数以-7.29h·10a-1的趋势减少，夏季的减少趋势最为明显，冬季次之，春秋季节趋势不明显。流域大部分地区湿润指数在0.85-1.1之间，基本能够满足植被生理过程的需水量。
青海湖流域年SPI指数气候倾向率为0.04·10a-1，呈上升趋势。青海湖水位呈下降趋势明显，变化倾向率为-0.65m/10a。干旱指数和水位变化量的极大值、极小值出现的年份基本相差1年，当年的干旱情况影响次年的水位变化；水位变化量与当年和前一年气温的变化量相关性较弱，与前一年降水变量正相关性显著。
影响青海湖流域牧草返青期的主要因子是水分条件，前一年9-11月。降水量对牧草返青的作用比当年3-5月降水量的作用明显。年平均气温与牧草产量关系显著，相关系数为0.569(p<0.05)，温度对牧草产量的影响大于降水对其影响，反映出青海湖流域热量不足而对牧草产量形成不利的实际情况。青海湖流域植被NDVI增加的倾向率为1.8/10a；混合牧草产量鲜重总体呈现增长趋势，混合牧草产量与NDVI指数相关系数为0.657(p<0.05)。另外禾本科、莎草科、豆科牧草的分产量均呈现增加趋势，其中豆科牧草增加趋势最为明显。青海湖流域禾本科、豆科、杂类牧草的生育期随时间的变化而延长，莎草科牧草生育期随时间的变化而提前。