趙 陽

（中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081）

若爾蓋位于青藏高原東北隅，以擁有世界上面積最大的高原濕地成為我國第一大高原沼澤濕地。通 過查閱資料，近一二十年來世界各國都在采取積極措施對(duì)地區(qū)氣候進(jìn)行研究，國外有學(xué)者對(duì)陸地表面干 濕程度進(jìn)行了分析[1]，許多學(xué)者還對(duì)中國陸面干濕狀況進(jìn)行了研究[2-4]，但是研究區(qū)多集中在平原河湖濕 地和北方泥炭地。作為青藏高原冰凍圈的一部分，若爾蓋地區(qū)不僅對(duì)區(qū)域氣候變化響應(yīng)強(qiáng)烈，而且在改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和保障區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展方面具有重大意義。由于人類活動(dòng)，全球大氣的溫室 氣體濃度在顯著增加，近百年來全球溫度明顯上升。紅原若爾蓋草原沼澤泥炭地是中國特有的殘存最大的高原泥炭沼澤型濕地，富含有機(jī)質(zhì)的濕地土壤和泥炭層能夠有效的固定二氧化碳，對(duì)緩和全球氣候變 暖的趨勢(shì)將會(huì)起到積極重要的作用，紅原若爾蓋草原濕地是長(zhǎng)江、黃河上游源頭地區(qū)最重要的水源供給 區(qū)。因此在全球變暖的條件下，為了更好地保護(hù)黃河、長(zhǎng)江的水源，穩(wěn)定生物生態(tài)多樣性，保護(hù)草原的原生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)若爾蓋草原牧草生長(zhǎng)氣候條件的分析顯得十分必要。

1 資料和方法

1.1 資料來源

本文所有資料均由若爾蓋縣氣象局提供，分為氣象要素資料和牧草植被生長(zhǎng)狀況資料。氣象要素資 料具體是從 1980年到 2010年31年的資料，分為氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)的旬月資料；牧草植被資料是早 熟禾牧草的各生長(zhǎng)發(fā)育期生長(zhǎng)高度的統(tǒng)計(jì)資料，具體是從 1986 到2010年25年的統(tǒng)計(jì)資料。

1.2 研究方法

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析若爾蓋草原的氣候條件，包括溫度、降水量和日照時(shí)數(shù)的分析；研究早熟禾 牧草生長(zhǎng)各個(gè)發(fā)育期所適宜的氣候條件；通過統(tǒng)計(jì)方法將早熟禾牧草在各個(gè)發(fā)育階段生長(zhǎng)高度與氣象因 子之間的關(guān)系進(jìn)行分析[5-7]； 然后用灰度關(guān)聯(lián)法對(duì)早熟禾的生長(zhǎng)高度作出預(yù)報(bào)。

1.3 用灰色關(guān)聯(lián)度法建立早熟禾最終生長(zhǎng)高度預(yù)報(bào)方程

1.3.1 灰色系統(tǒng)與灰色關(guān)聯(lián)度灰色系統(tǒng)，是指在實(shí)際問題的解決過程中，部分信息明確、部分信息不 明確的系統(tǒng)，是集系統(tǒng)分析、評(píng)估、建模、預(yù)測(cè)、決策、控制、優(yōu)化技術(shù)于一體的一門新興學(xué)科的結(jié)構(gòu) 體系。

灰色關(guān)聯(lián)分析包括灰色關(guān)聯(lián)公理、灰色關(guān)聯(lián)度、廣義灰色關(guān)聯(lián)度（灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度、灰色相對(duì)關(guān)聯(lián) 度、灰色綜合關(guān)聯(lián)度）、基于相似性視角的灰色關(guān)聯(lián)度、基于接近性視角的灰色關(guān)聯(lián)度和灰色關(guān)聯(lián)序、優(yōu) 勢(shì)分析等內(nèi)容。

灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算應(yīng)與事實(shí)情況基本符合，這是灰色關(guān)聯(lián)度基本的依據(jù)。計(jì)算關(guān)聯(lián)度的目的是用其考察因素之間的關(guān)聯(lián)性，它是通過兩序列的關(guān)聯(lián)性來表示的。兩序列的關(guān)聯(lián)性是指兩序列所成的曲線的整體相似性，而曲線線的相似性是以局部的相似性綜合為基礎(chǔ)的，因此用局部相似程度的均值來度量整 體的相似性，即兩因素的關(guān)聯(lián)度。這樣局部相似性(即兩線段的相似性)的度量對(duì)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算起決定性 作用[8-10]。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)度的一般計(jì)算方法（1）數(shù)據(jù)列的表示方式。數(shù)據(jù)列分為參考數(shù)列（1個(gè)母因素）和比較數(shù)列（n個(gè)子因素），其表示方式為：

（2）求出其斜率序列矩陣。根據(jù)矩陣X求得矩陣X的斜率序列，構(gòu)成一個(gè)新的矩陣X,它們之間的關(guān) 系為：

（3）對(duì)斜率序列矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)序列化為了讓所有的數(shù)據(jù)在評(píng)估過程中都有同等的角色，對(duì)Y中的每一個(gè)元素ij Y進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將每一個(gè)元素除以該行所有元素的總和，表達(dá)式為：

這樣就得到了對(duì)應(yīng)的矩陣Y。

對(duì)新得到的矩陣中每一列的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序后得到序列化后的矩陣Y'。

（4）判定關(guān)聯(lián)性質(zhì)。根據(jù)步驟（3）中的得到的Y'。

（5）計(jì)算相關(guān)系數(shù)。由步驟（4）得到的指數(shù)根據(jù)下列公式算出對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度數(shù)組dist_ 0im,n-1，其中：

1.3.3 灰色關(guān)聯(lián)度處理數(shù)據(jù)的結(jié)果以早熟禾的最終生長(zhǎng)高度作為預(yù)報(bào)量Y z，對(duì)應(yīng)的旬溫度X z1、降水 量X z2、日照時(shí)數(shù)X z3作為影響因子，對(duì)1986—2007年的數(shù)據(jù)運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度模型處理后，得到各個(gè)物 理量的相關(guān)性，即為表1所示。

表1 早熟禾生長(zhǎng)高度與各氣象因子之間的相關(guān)性

然后在通過逐步回歸方法，建立回歸方程，得到因子相關(guān)陣R的逆矩陣：

得出：

于是標(biāo)準(zhǔn)化變量回歸方程可寫為：

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化變量回歸方程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到F=7.70，在顯著水平α=0.0 5，分子的自由度為 3，分母的自由度為 18的情況下，F(xiàn)α=3.1 6，所以方程具有顯著性。然后通過以上的預(yù)報(bào)方程對(duì) 2008—2010年生長(zhǎng)高度作出預(yù)報(bào)，得到表2。

表2 灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)早熟禾生長(zhǎng)高度的預(yù)報(bào)結(jié)果

從表2 可以得到，相對(duì)誤差絕對(duì)值在1.7%～8.6%，相對(duì)誤差絕對(duì)平均值為5.1%，相對(duì)誤差的平均值 較小，因此可以用此方程作為早熟禾最終生長(zhǎng)高度的預(yù)報(bào)方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 若爾蓋的氣候概況

若爾蓋在近 31年的年平均氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)均呈現(xiàn)多波動(dòng)形勢(shì)，年平均溫度總體在31年內(nèi)呈 現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，降水和日照均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。31年的年平均氣溫為 1.4℃。其中最冷年為 1983年，年平均溫度為 0.3℃，最暖年為2010年，年平均溫度為 2.7℃。降水量一般在550～750mm，最大降水量 出現(xiàn)在1984年，為 862.9 mm，最小降水量出現(xiàn)在2008年，為 464.8mm，兩者相差 398.1 mm；31年年平均降水量為 643.3mm。日照最少的是2005年，日照時(shí)數(shù)為 2 092.4h，日照最大的為 1980年，日照時(shí)數(shù)為 2 718.2h。

圖1 若爾蓋草原溫度的年際變化

圖2 若爾蓋草原降水量的年際變化

圖3 若爾蓋草原日照時(shí)數(shù)的年際變化

2.2 若爾蓋牧草早熟禾生長(zhǎng)的氣候條件

通過對(duì)表3 和表4 分析知道：早熟禾每年發(fā)育期返青時(shí)所需要的溫度為 0℃以上，當(dāng) 到夏季末時(shí)，溫度下降到 10℃以內(nèi)時(shí)，便開始 黃枯。在降水量方面，早熟禾發(fā)育時(shí)所需要的降水為 10mm，而且隨著雨量的增多，當(dāng)降水量 達(dá)到 45mm時(shí)，進(jìn) 入枯黃階段，在日照時(shí)數(shù)方面，早熟禾發(fā)育時(shí)的返青期所需日照為 70h，當(dāng)日照 達(dá)到 80h左右時(shí)，牧草開始枯黃。

表3 若爾蓋早熟禾發(fā)育期各階段生長(zhǎng)平均日期統(tǒng)計(jì)

表4 早熟禾生長(zhǎng)各階段氣象條件

3 結(jié)論與討論

（1）紅原若爾蓋地區(qū) 31年中年平均溫度為 1.4℃，在31年中年平均溫度總體呈現(xiàn)增高趨勢(shì)；31年中年平均降水量為643.3mm，年平均日照時(shí)數(shù)為 2479.3h，年降水量和日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)?？梢钥吹阶罱鼛啄觌S著溫度的升高，降水量和日照時(shí)數(shù)與溫度呈現(xiàn)某一種負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

（2）早熟禾返青時(shí)所需要的溫度為0℃以上，當(dāng) 到夏季末時(shí)，溫 度下降到 10℃以內(nèi)時(shí),便開始黃枯，牧草開始發(fā)育時(shí)所需要的降水均為 10mm左右，當(dāng)降水量達(dá)到 45mm左右時(shí)，牧草進(jìn)入枯黃階段，對(duì)于日照時(shí)數(shù)而言，牧草發(fā)育時(shí)返青期所需日照為70h左右，當(dāng)日照達(dá)到 80h左右時(shí)，牧草開始黃枯。

（3）灰度關(guān)聯(lián)法對(duì)早熟禾牧草生長(zhǎng)高度的預(yù)報(bào)效果是很好，此 方法所做出來的牧草生長(zhǎng)高度的預(yù)報(bào) 方程以通過顯著性檢驗(yàn)，最 終得到早熟禾生長(zhǎng)高度的預(yù)報(bào)方程為Y=0.301 7X1+0.311 2X2+0.275 1X3。（4）本文著重研究溫度、降水、日照時(shí)數(shù)對(duì)若爾蓋氣候的分析，沒有涉及到風(fēng)場(chǎng)，這也是一個(gè)典型的氣象因子，而且本文只對(duì)若爾蓋地區(qū)一種牧草的生長(zhǎng)高度進(jìn)行了研究，還可以結(jié)合多種牧草，比如恰 草、苔草的研究，以及各種牧草的干重以及濕重的研究等等。

[1]Rajendra K,Pachauri.Climate Change 2007:The AR4 synthesis report[R].Switzerland,Intergovernmental Panel on Climate Change.

[2]尚宗波,高瓊.中國水分狀況對(duì)全球氣候變化的敏感性分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(4):528-537.

[3]施雅鳳,沈永平,胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的信號(hào)、影 響和前景初步探討[J].冰川凍土,2002,24(3):219-226.

[4]靳立亞，李靜，王新等.近50年來中國西北地區(qū)干濕狀況時(shí)空分布[J].地理學(xué)報(bào),2004,59(6):847-854.

[5]胡毅,李萍,楊建功,等.應(yīng)用氣象[M].北京:氣象出版社,2005:1-86.

[6]黃嘉佑,氣象.氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法[M].北京:氣象出版社,1990.

[7]譚冠日,氣候?qū)W.氣象站數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法[M].北京:科學(xué)出版社,1978.

[8]李宏艷.關(guān)于灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法的研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2004:1231-1233.

[9]閆俊華,周國逸,申衛(wèi)軍.用灰色關(guān)聯(lián)法分析林生態(tài)系統(tǒng)植被狀況對(duì)地表徑流系數(shù)的影響[J].2000.

[10]李云松,李明.基于灰度空間特征的模糊C均值聚類圖像分割[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2007,28(6):1358-1360.