陶 健，董建新，劉光亮，張戈麗，朱軍濤，宋文靜，王程棟，陳愛國(guó)，王樹聲

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西南不同農(nóng)業(yè)區(qū)氣溫和降水量沿海拔梯度的變化特征*

陶 健1，董建新1，劉光亮1，張戈麗2，朱軍濤3，宋文靜1，王程棟1，陳愛國(guó)1，王樹聲1

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島266101；2. 俄克拉荷馬大學(xué)植物與微生物系空間分析中心，俄克拉荷馬州73019，美國(guó)；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室拉薩高原生態(tài)綜合試驗(yàn)站，北京100101）

利用1960-2013年氣象數(shù)據(jù)，從站點(diǎn)尺度分析西南不同農(nóng)業(yè)區(qū)（分為青藏區(qū)、西南區(qū)和華南區(qū)3個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)）年平均氣溫和降水總量及其變化速率的時(shí)空特征，基于標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)分析緯度、海拔兩個(gè)主控因素對(duì)氣溫、降水量變化的影響作用，重點(diǎn)闡釋研究區(qū)氣溫、降水量沿海拔因素的變化特征。結(jié)果表明：1960-2013年，整個(gè)研究區(qū)呈現(xiàn)顯著的氣候暖干化趨勢(shì)，在21世紀(jì)初期表現(xiàn)最明顯。青藏區(qū)和華南區(qū)氣候變暖的趨勢(shì)最顯著，而且高海拔青藏區(qū)氣候變暖早于其它地區(qū)；研究區(qū)年降水總量呈顯著下降趨勢(shì)，其中西南區(qū)南部云南與貴州交界處表現(xiàn)最顯著。標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)顯示，海拔因素對(duì)研究區(qū)氣溫、降水量變化的影響作用高于緯度因素，氣溫、降水量的變化速率均隨海拔升高而顯著增加，研究區(qū)高海拔農(nóng)業(yè)區(qū)屬于典型的氣候變化敏感區(qū)。隨海拔上升，高海拔農(nóng)業(yè)區(qū)下墊面潛熱作用釋放熱量減小，氣候變暖速率升高，由此導(dǎo)致蒸散作用增強(qiáng)，降水量增加，氣候因子更易產(chǎn)生波動(dòng)。

氣候變化；海拔因子；緯度因子；影響分析

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，全球陸地及海洋表層氣溫在1880-2012年上升了0.85℃，1983-2012年是北半球最暖的30a[1]。在過去60a（1951-2009年）中國(guó)陸地升溫的線性速率為0.023℃·a-1，進(jìn)入20世紀(jì)80年代后氣候變暖趨勢(shì)加速，尤其是2000年后有7個(gè)年份是有觀測(cè)記錄以來的最暖年份[2-3]。氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全的影響已成為人類在21世紀(jì)需要面對(duì)的重要問題[4]，尤其是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，受氣候變化的威脅最為嚴(yán)重[5]。因此，有關(guān)氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)氣候變化特征方面的研究，是評(píng)估氣候變化對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的前提和基礎(chǔ)。

前人研究表明，當(dāng)前的氣候變化深刻影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的格局和過程，不僅改變了農(nóng)業(yè)區(qū)域水熱條件，導(dǎo)致原有的農(nóng)作物分布格局及種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變動(dòng)[6-8]，更對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生深刻影響[9-10]。由此導(dǎo)致中國(guó)約24%的農(nóng)田在20世紀(jì)80-90年代生產(chǎn)力下降，尤其是西南地區(qū)有大面積連片農(nóng)田生產(chǎn)力大幅下降[11]。中國(guó)西南地區(qū)氣候變化具有典型的敏感性和復(fù)雜性，一方面，該地區(qū)毗鄰亞洲季風(fēng)的巨大熱源即青藏高原，并位于南亞季風(fēng)經(jīng)中南半島后的東部支流與東亞季風(fēng)的交匯區(qū)域，因此，該地區(qū)的氣候變化趨勢(shì)和波動(dòng)表現(xiàn)得非常復(fù)雜，屬于典型的季風(fēng)氣候敏感區(qū)[12-14]。并且，該地區(qū)地形地貌非常復(fù)雜，局部氣候波動(dòng)性和變異性較大，極端天氣事件頻發(fā)，氣候變化動(dòng)態(tài)特征非常難以捕捉[15-17]。另一方面，該地區(qū)囊括了青藏高原東緣及云貴高原等地區(qū)，是典型的高原農(nóng)業(yè)區(qū)域，氣候的垂直地帶性分異非常明顯。高海拔地區(qū)的氣候變化趨勢(shì)更為顯著，模型模擬結(jié)果表明該現(xiàn)象比實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果更加嚴(yán)重[18-20]。海拔因素在中國(guó)西南農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的相關(guān)研究中具有重要作用，海拔因素改變了山地地區(qū)的局部小氣候進(jìn)而調(diào)節(jié)區(qū)域水熱狀況，隨著海拔上升，高海拔農(nóng)田更易受到氣候變化的影響，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，海拔因素成為西南地區(qū)農(nóng)田作物格局及其空間分異的主要控制因素[11, 21]。

因此，在有關(guān)西南地區(qū)氣候變化的研究中，如何客觀地闡釋該地區(qū)氣候變化動(dòng)態(tài)特征，并認(rèn)清海拔因素的控制作用對(duì)準(zhǔn)確把握該地區(qū)氣候變化規(guī)律和地帶性分異特征具有重要意義。目前，有關(guān)西南地區(qū)氣候變化方面的研究較多[5, 8, 15-16, 22-27]，但鑒于該地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候分區(qū)的多樣性、氣象因子變動(dòng)的復(fù)雜性和海拔因素的多變性，有必要針對(duì)不同農(nóng)業(yè)分區(qū)進(jìn)行細(xì)化對(duì)比，并對(duì)海拔因素的控制作用進(jìn)行深入研究。本研究基于云南、貴州、四川、重慶4省份的國(guó)家級(jí)氣象臺(tái)站數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，分析該地區(qū)在1960-2013年的氣溫、降水變化趨勢(shì)與空間格局，對(duì)比不同農(nóng)業(yè)區(qū)的變化特征與階段性變化差異，捕捉不同農(nóng)業(yè)區(qū)的變化突變期，并對(duì)比緯度、海拔兩種地帶性因素的控制作用，旨在客觀解析西南不同農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變化規(guī)律，重點(diǎn)闡釋海拔因素對(duì)研究區(qū)氣溫、降水變化復(fù)雜性的控制作用。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西南地區(qū)包括云南、貴州、四川和重慶，西起青藏高原東緣，東至東南部低山丘陵區(qū)，橫跨13個(gè)經(jīng)度；南接中南半島，北鄰黃土高原，縱貫13個(gè)緯度；地理范圍21°08′-34°19′N，97°31′-110°12′E[8]。研究區(qū)內(nèi)分布有四川盆地、云貴高原及川西高原，地勢(shì)復(fù)雜，垂直地帶性分異明顯，環(huán)境異質(zhì)性高，是世界上地形最為復(fù)雜的地區(qū)之一（圖1a），也是生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域和熱點(diǎn)區(qū)域[28]。其中，研究區(qū)東北部四川盆地海拔最低，海拔高度在1000m以下；南部云貴高原地區(qū)海拔在3000m以下，高原東部海拔最低，西北部最高；西北部川西高原海拔最高，在3000m以上。研究區(qū)熱量資源豐富，降水集中在夏季，雨熱同期有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。從農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃上看，研究區(qū)涵蓋了青藏區(qū)、西南區(qū)和華南區(qū)3個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)（圖1b）：青藏農(nóng)業(yè)區(qū)分布在青藏高原東緣川西高原地區(qū)，平均海拔最高，氣候垂直地帶性最明顯；西南農(nóng)業(yè)區(qū)主要包括四川盆地及云南北部地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)；華南農(nóng)業(yè)區(qū)位于西南農(nóng)業(yè)區(qū)南部，屬亞熱帶與熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[29]。結(jié)合中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心2010年土地利用數(shù)據(jù)可知（圖1b），研究區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的空間差異導(dǎo)致農(nóng)田空間分布呈明顯的地域差異，四川盆地單位面積農(nóng)田比例最高，西南區(qū)其它區(qū)域和華南區(qū)則在20%～60%，青藏區(qū)比例最低。

Note: TP: the Tibetan Plateau agriculture region; SW: the southwest China agriculture region; SC: the south China agriculture region. The same as below

1.2 數(shù)據(jù)與方法

從中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)獲取研究區(qū)1960-2013年的國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)日值觀測(cè)數(shù)據(jù)集，剔除缺測(cè)值超過10%的站點(diǎn)后，選取92個(gè)站點(diǎn)（圖1a）的日值觀測(cè)數(shù)據(jù)。其中，青藏區(qū)內(nèi)站點(diǎn)數(shù)為21個(gè)，西南區(qū)內(nèi)站點(diǎn)數(shù)為60個(gè)，華南區(qū)內(nèi)站點(diǎn)數(shù)為11個(gè)。采用5日滑動(dòng)平均法對(duì)缺測(cè)值進(jìn)行插補(bǔ)，并計(jì)算各站點(diǎn)的年平均氣溫和年降水總量進(jìn)行分析。

采用一元線性回歸方法分析氣溫、降水量的變化趨勢(shì)，斜率即為變化速率，并分不同年代比較氣溫、降水量變化的年代際特征；采用Mann-Kendall（M-K）方法進(jìn)行氣候突變檢驗(yàn)[30]，捕捉氣象因子的突變期；鑒于研究區(qū)氣溫、降水變化的地帶性特征，采用消除各變量單位、量綱因素的標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)探討緯度、海拔兩種地帶性因素對(duì)研究區(qū)氣溫、降水量變化的控制作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫和降水量變化特征分析

2.1.1 變化趨勢(shì)

圖2為研究區(qū)及其內(nèi)各農(nóng)業(yè)區(qū)中氣象站點(diǎn)年平均氣溫、年降水總量的平均值在1960-2013年的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。由圖2可見，整個(gè)研究區(qū)及其內(nèi)各農(nóng)業(yè)區(qū)間年平均氣溫、年降水總量具有明顯差異，變化趨勢(shì)也明顯不同。研究區(qū)年平均氣溫在13.0～15.0℃（圖2a-d）；華南農(nóng)業(yè)區(qū)年平均氣溫顯著偏高，平均18.0～21.0℃，比全區(qū)平均值高出5.0～6.0℃（圖2d）；青藏農(nóng)業(yè)區(qū)最低，平均5.5～8.5℃，偏低7.5～6.5℃（圖2b）；西南農(nóng)業(yè)區(qū)年平均氣溫與全研究區(qū)的平均水平相當(dāng)，居其它兩個(gè)區(qū)之間（圖2c）。整個(gè)研究區(qū)年降水總量平均800～1200mm（圖2e）；其中華南農(nóng)業(yè)區(qū)最高，平均1100～1700mm（圖2h），年際動(dòng)態(tài)變異最大；青藏農(nóng)業(yè)區(qū)最低，平均600～900mm（圖2f）。

圖2a和圖2e顯示，1960-2013年，整個(gè)研究區(qū)氣候暖干化趨勢(shì)顯著。研究區(qū)年平均氣溫呈極顯著的上升趨勢(shì)，變化速率為0.015℃·a-1（P<0.01）；年降水總量則呈顯著的減少趨勢(shì)，變化速率為-1.221mm·a-1（P<0.05）。各農(nóng)業(yè)區(qū)的情況與整個(gè)研究區(qū)的平均態(tài)勢(shì)略有不同：青藏農(nóng)業(yè)區(qū)和華南農(nóng)業(yè)區(qū)均呈極顯著的氣候變暖趨勢(shì)（圖2b、d），年平均氣溫變化速率分別為0.023℃·a-1（P<0.01）和0.022℃·a-1（P<0.01），兩個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量的變化趨勢(shì)均不顯著（青藏區(qū)：P=0.284，華南區(qū)：P=0.237）；西南農(nóng)業(yè)區(qū)經(jīng)歷了顯著的氣候暖干化趨勢(shì)，年平均氣溫變化速率（圖2c）為0.013℃·a-1（P< 0.01），年降水總量變化速率（圖2g）為-1.758mm·a-1（P<0.05）。

從年代際時(shí)間尺度來看，研究區(qū)年降水總量動(dòng)態(tài)呈明顯的階段性特征，不同農(nóng)業(yè)區(qū)之間的差異也非常明顯。研究區(qū)年降水總量出現(xiàn)兩次明顯的減少階段，分別發(fā)生在20世紀(jì)80年代末-90年代中期和21世紀(jì)初（圖2e）。青藏農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量在20世紀(jì)80年代中期開始呈增加趨勢(shì)，自21世紀(jì)初開始逐漸減少（圖2f）；西南農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量的年代際變化特征與研究區(qū)大體一致，且21世紀(jì)初的減少趨勢(shì)更為明顯（圖2g）；華南農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量的年代際波動(dòng)較大，自21世紀(jì)初開始明顯減少（圖2h）?？傮w上，研究區(qū)年降水總量在21世紀(jì)初急劇減少，氣候暖干化趨勢(shì)非常明顯，其中尤其以西南農(nóng)業(yè)區(qū)表現(xiàn)最為明顯。

2.1.2 突變檢驗(yàn)

由圖3a可見，研究區(qū)氣候變暖自1994年開始，在1998年發(fā)生突變，并在2002年后達(dá)到顯著性水平。圖3b顯示，青藏區(qū)氣候變暖起始于1972年，但隨后在1977-1983年出現(xiàn)小幅波動(dòng)，1996年發(fā)生突變并達(dá)到顯著性水平；西南區(qū)氣候變暖始于1999年，在2001年發(fā)生突變，并在2006年后達(dá)到顯著性水平（圖3c）；華南區(qū)氣候變暖始于1980年，在1994年突變并達(dá)到顯著性水平（圖3d）。比較來看，青藏區(qū)氣候變暖先于其它農(nóng)業(yè)區(qū)，而西南區(qū)氣候變暖開始最晚（1999年）且最后（2006年）達(dá)到顯著性水平。

由圖4a可見，研究區(qū)年降水總量自1988年開始呈下降趨勢(shì)。圖4b顯示，青藏農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量自1972年開始呈上升趨勢(shì)，在2000-2005年達(dá)到顯著性水平；西南農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量自1987年開始呈下降趨勢(shì)，在2005年發(fā)生突變（圖4c）；華南農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量自1988年開始呈下降趨勢(shì)（圖4d）。綜合比較來看，西南農(nóng)業(yè)區(qū)降水減少情況明顯比其它農(nóng)業(yè)區(qū)嚴(yán)重，并且在2010年后表現(xiàn)最為顯著。

2.2 氣溫和降水量變化的空間格局分析

2.2.1 年平均氣溫平均態(tài)和變化趨勢(shì)分布

由1960-2013年全區(qū)各站點(diǎn)年平均氣溫的空間格局（圖5a）可知，整個(gè)研究區(qū)年平均氣溫呈現(xiàn)出南部、東北部高而西北部低的空間格局，南部低緯度的南亞熱帶、北熱帶地區(qū)及東北部低海拔的四川盆地年平均氣溫最高，西北部青藏高原東緣川西高原海拔高，氣溫最低。其中，青藏農(nóng)業(yè)區(qū)為高原氣候區(qū)，分區(qū)內(nèi)主要包括川西高原橫斷山脈一帶，其海拔最高氣溫最低，氣候變暖趨勢(shì)最顯著，該分區(qū)內(nèi)所有站點(diǎn)的變暖趨勢(shì)均達(dá)到顯著性水平（圖5b）；西南農(nóng)業(yè)區(qū)為中亞熱帶地區(qū)，氣溫較高，東北部四川盆地海拔最低，是區(qū)內(nèi)氣溫最高的區(qū)域，但四川盆地內(nèi)有6個(gè)相鄰站點(diǎn)的氣溫變化趨勢(shì)均不顯著；華南農(nóng)業(yè)區(qū)為亞熱帶和熱帶氣候，緯度最低氣溫最高，區(qū)內(nèi)（共11個(gè)）9個(gè)站點(diǎn)的變暖趨勢(shì)達(dá)到顯著性水平。

2.2.2 年降水總量平均態(tài)和變化趨勢(shì)分布

由圖6a可見，研究區(qū)年降水總量整體呈南部及東部高，西北部低的空間格局。其中，青藏農(nóng)業(yè)區(qū) 為南亞季風(fēng)的東部支流向青藏高原運(yùn)動(dòng)的水汽通道，屬高原半濕潤(rùn)氣候區(qū)，但與研究區(qū)其它兩個(gè)分區(qū)相比，其降水量最低；西南農(nóng)業(yè)區(qū)為中亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，降水量較高，該分區(qū)東部地區(qū)降水主要受東亞季風(fēng)影響，降水量高，而西南部烏蒙山地區(qū)降水受靜止鋒影響，降水量低，該分區(qū)內(nèi)四川盆地西北部邊緣地區(qū)和云南、貴州、四川、重慶4省交界處的大婁山—五蓮峰—烏蒙山一帶的變化趨勢(shì)較明顯，其中6個(gè)站點(diǎn)的降水減少趨勢(shì)達(dá)到顯著性水平（圖6b）；華南農(nóng)業(yè)區(qū)為亞熱帶和熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，降水主要受南亞季風(fēng)經(jīng)中南半島后的東部支流控制，降水量最高，但該分區(qū)內(nèi)站點(diǎn)的年降水總量變化趨勢(shì)均不顯著。

2.3 氣溫和降水量變化的地帶敏感性分析

2.3.1 年平均氣溫變化

利用研究區(qū)內(nèi)92個(gè)站點(diǎn)的緯度、海拔高度與年平均氣溫進(jìn)行相關(guān)分析，散點(diǎn)分布見圖7。由圖可見，年平均氣溫與緯度、海拔均顯著相關(guān)，而其變化趨勢(shì)則僅與海拔相關(guān)顯著。圖7a顯示，年平均氣溫與緯度間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著緯度的升高氣溫明顯降低；在地理位置上表現(xiàn)為由南向北沿北熱帶—南亞熱帶—中亞熱帶逐漸降低，變化趨勢(shì)為-0.969℃·°N-1（P<0.01）。但圖7c顯示，各站點(diǎn)年平均氣溫變化速率與緯度間的相關(guān)性不顯著（P=0.645）。由圖7b可見，年平均氣溫與海拔高度間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著海拔升高氣溫明顯降低，變化趨勢(shì)為-0.429℃·100m-1（P<0.01）。圖7d顯示，各站點(diǎn)年平均氣溫變化速率隨海拔升高迅速增加，兩者間為顯著相關(guān)關(guān)系，變化趨勢(shì)為0.0004℃·a-1·100m-1（P<0.05）。

為進(jìn)一步解析緯度、海拔兩者對(duì)年平均氣溫的控制作用，采用標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)對(duì)比兩者的相對(duì)貢獻(xiàn)的大小，結(jié)果見表1。由表可知，研究區(qū)年平均氣溫與緯度、海拔均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，海拔與緯度的標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)之比為2.139，即海拔因素對(duì)年平均氣溫的影響是緯度因素的2.139倍；研究區(qū)氣溫變化速率與緯度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與海拔則呈正相關(guān)，海拔與緯度的標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)之比為2.754，即海拔因素對(duì)年平均氣溫變化趨勢(shì)的影響是緯度因素的2.754倍。

2.3.2 年降水總量變化

圖8為研究區(qū)內(nèi)92個(gè)站點(diǎn)的緯度、海拔高度與年降水總量的散點(diǎn)分布圖。由圖可知，年降水總量與緯度、海拔均顯著負(fù)相關(guān)，而其變化趨勢(shì)則僅與海拔顯著正相關(guān)。圖8a顯示，研究區(qū)年降水總量也呈由南向北隨緯度升高而逐漸減少的趨勢(shì)，速率為-46.189mm·°N-1（P<0.01）；而年降水總量變化速率（圖8c）隨緯度的變化趨勢(shì)不顯著（P=0.074）。由圖8b可知，研究區(qū)年降水總量隨海拔升高迅速降低，速率為-16.702mm·100m-1（P<0.01）；年降水總量變化速率則隨海拔升高而增加（圖8d），增速為0.064mm·a-1· 100m-1（P<0.01）。

由表2可知，研究區(qū)年降水總量與緯度、海拔因素均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，海拔與緯度的標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)之比為1.503，即海拔因素對(duì)年降水總量的影響是緯度因素的1.503倍，海拔因素的影響高于緯度；年降水總量的變化速率與緯度、海拔因素均呈正相關(guān)關(guān)系，海拔與緯度的標(biāo)準(zhǔn)化線性回歸系數(shù)之比為3.178，即海拔因素對(duì)年降水總量變化速率的影響是緯度因素的3.178倍，海拔因素的影響高于緯度。

表1 年平均氣溫與緯度(°)、海拔(100m)的線性回歸系數(shù)

表2 年降水總量及其變化率與緯度(°)、海拔(100m)的線性回歸系數(shù)

3 結(jié)論與討論

（1）1960-2013年間，西南地區(qū)經(jīng)歷了顯著的氣候暖干化趨勢(shì)，尤以21世紀(jì)初最明顯。由此導(dǎo)致云貴高原干旱災(zāi)害頻發(fā)，2009-2013年的持續(xù)干旱[26]，主要?dú)w因于南亞季風(fēng)減弱，西南地區(qū)水汽輸送隨之減少，加上高緯度冷空氣南下路徑偏東，導(dǎo)致研究區(qū)上空冷暖氣流交匯難以形成，降水量減少，干旱頻發(fā)。對(duì)比來看，高海拔青藏農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變暖趨勢(shì)表現(xiàn)最為明顯，且該地區(qū)氣候變暖趨勢(shì)明顯早于其它地區(qū)；其次為華南農(nóng)業(yè)區(qū)，其升溫速率為0.022℃·a-1，與中國(guó)1951-2009年升溫速率相近（0.023℃·a-1）[3]；西南農(nóng)業(yè)區(qū)內(nèi)四川盆地在1951-2009年氣溫存在明顯的下降趨勢(shì)[3]，本研究發(fā)現(xiàn)1960-2013年四川盆地氣溫變化不顯著，兩者的差異主要是由研究時(shí)段的不一致性所導(dǎo)致的。研究區(qū)年降水總量整體呈顯著下降趨勢(shì)，四川盆地西部和云南與貴州交界處表現(xiàn)最為明顯。研究區(qū)年降水總量在20世紀(jì)80年代末-90年代中期和21世紀(jì)初出現(xiàn)兩次階段性減少趨勢(shì)，其中在西南農(nóng)業(yè)區(qū)表現(xiàn)最明顯，與前人采用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的研究結(jié)果一 致[25]。

從空間上看，西南農(nóng)業(yè)區(qū)氣候暖干化趨勢(shì)最顯著，尤其是四川盆地西部和云南與貴州交界處兩個(gè)地區(qū)。其中，位于寒溫帶半濕潤(rùn)區(qū)的四川盆地西部地區(qū)屬干旱災(zāi)害高危險(xiǎn)性區(qū)域，位于中亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)的云南東北部與貴州交界處則屬中-高危險(xiǎn)性區(qū)，研究區(qū)內(nèi)干旱災(zāi)害致災(zāi)危險(xiǎn)性與氣候帶和地勢(shì)空間分布基本一致[27]。該地區(qū)是全球連續(xù)分布面積最大的喀斯特地貌發(fā)育區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)變異敏感度高[31]。特殊的地質(zhì)條件決定了該地區(qū)農(nóng)田生境條件的承載能力低，生產(chǎn)力低下，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾性差，受氣候變化影響易發(fā)生惡性逆向演替，惡化速率快且恢復(fù)困難，極易造成土壤貧瘠化、石漠化，再加上喀斯特地層滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，季節(jié)性旱災(zāi)頻發(fā)，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、植被退化，水土流失進(jìn)一步加劇，形成惡性循環(huán)機(jī)制[32-34]。因此，該地區(qū)應(yīng)從加強(qiáng)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)、發(fā)展季節(jié)性災(zāi)害防控與減災(zāi)避災(zāi)技術(shù)體系、建立災(zāi)后恢復(fù)生產(chǎn)模式、增強(qiáng)減災(zāi)應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)集成等方面入手[5]，促進(jìn)農(nóng)業(yè)減災(zāi)增產(chǎn)增效，保障西南地區(qū)糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

（2）研究區(qū)年平均氣溫、年降水總量變化速率均與海拔因素呈顯著正相關(guān)關(guān)系，海拔因素是西南地區(qū)氣溫、降水量變化的主控因子，高海拔農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變化更為明顯，是典型的氣候變化敏感區(qū)。前人采用站點(diǎn)觀測(cè)資料、遙感數(shù)據(jù)、再分析資料及模型模擬等不同研究方法均表明：青藏高原的氣候變暖趨勢(shì)先于并快于中國(guó)及亞洲其它區(qū)域，屬典型的氣候變化敏感區(qū)[13,19,35-38]。本研究中，M-K檢驗(yàn)表明青藏農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變暖開始最早，但在初期年際波動(dòng)較大，這與前人研究結(jié)論一致[37]。川西高原青藏農(nóng)業(yè)區(qū)位于青藏高原東緣地區(qū)，氣候變暖速率最高；位于云貴高原南緣的華南農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變暖趨勢(shì)也非常顯著。研究區(qū)年降水總量整體呈下降趨勢(shì)，川西高原青藏農(nóng)業(yè)區(qū)年降水總量雖呈增加趨勢(shì)，但趨勢(shì)不顯著，該結(jié)論與前人在青藏高原的研究結(jié)果一致[20, 37]。

研究區(qū)年平均氣溫與緯度、海拔均呈顯著負(fù)相關(guān)，符合氣溫的緯度、海拔遞減率理論。但是垂直遞減率為0.429℃·100m-1，即海拔每上升100m，氣溫降低0.429℃，遠(yuǎn)低于理論值，這主要?dú)w因于研究區(qū)海拔南高北低、西高東低，東北部低海拔地區(qū)位于中緯度地帶，氣溫的海拔垂直地帶性與緯度地帶性相互作用導(dǎo)致遞減值變低。年平均氣溫變化速率隨海拔升高而增加的趨勢(shì)更為顯著，這主要?dú)w因于：研究區(qū)位于濕潤(rùn)氣候區(qū)，空氣濕度隨海拔上升迅速減小，下墊面水汽凝結(jié)潛熱作用釋放熱量減小，年平均氣溫上升速率高于低海拔地區(qū)[18, 38]。年降水總量也與緯度、海拔均呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但判定系數(shù)（R2）低于年平均氣溫。理論上，隨海拔升高，會(huì)出現(xiàn)最大降水高度，但研究區(qū)年降水總量隨海拔升高呈顯著下降趨勢(shì)，這主要?dú)w因于研究區(qū)位于濕潤(rùn)氣候區(qū)，空氣濕度大，海拔稍為升高，就會(huì)普降暴雨，最大降水量通常在山麓，年降水總量隨海拔升高而減小[39]。年降水總量變化速率隨海拔升高而增加的趨勢(shì)則主要?dú)w因于，高海拔地區(qū)受當(dāng)前氣候顯著變暖的影響，蒸散作用增強(qiáng)，尤其是川西高原積雪、冰蓋、凍土融化，局部空氣濕度增加，年降水總量變化速率高于低海拔地區(qū)[37, 40]。

需要特別指出的是，高海拔地區(qū)植被具有更高的氣候敏感性[40-42]。高海拔地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)通過改變植物元素組成、物種結(jié)構(gòu)及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等特征以適應(yīng)相對(duì)惡劣的生態(tài)環(huán)境[43-45]，由此導(dǎo)致對(duì)氣候變化的響應(yīng)更為敏感，高原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可能更易受到氣候波動(dòng)的影響[46-49]。因此，深入研究高原及高海拔地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

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Characteristics of Temperature and Precipitation Change along Increasing Elevations in Different Agriculture Regions of Southwest China

TAO Jian1, DONG Jian-xin1, LIU Guang-liang1, ZHANG Ge-li2, ZHU Jun-tao3, SONG Wen-jing1, WANG Cheng-dong1, CHEN Ai-guo1, WANG Shu-sheng1

(1.Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China; 2.Department of Botany and Microbiology, Center for Spatial Analysis, University of Oklahoma, Norman, OK 73019, USA; 3.Lhasa Station, Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)

The meteorological station records during 1960-2013 were used to investigate temporal and spatial characteristics of temperature and precipitation change in different agriculture regions (i.e. the Tibetan Plateau agriculture region, the southwest China agriculture region, the south China agriculture region) of southwest China, and compare relative contributions of elevation factor and latitude factor by standardized regression coefficient with the purpose of exploring change features of the characteristics along increasing elevations. The results showed that, first, southwest China experienced a significantly warming and drying trend during 1960-2013, especially after 2000. The climate warming showed a significant trend, especially in the Tibetan Plateau agricultural region and the south China agricultural region. Specifically, the climate warming in the Tibetan Plateau agricultural region occurred earlier than other regions. Second, the study area underwent a significant climate drying trend, especially in the border of Yunan and Guizhou provinces. Third, the effect of the elevation factor was quantified to be more significant than the latitude factor by the standardized regression coefficient. Change trends of temperature and precipitation increased along increasing elevations meaning the positive correlation function of the elevation factor in the climate change process, which reveals higher climate sensitivity in higher elevation areas of southwest China. Along increasing elevations, a higher climate warming trend was caused by a decreasing trend of surface latent heat, and thereby brought about an increasing wetting trend due to a stronger evapotranspiration under the warming trend. The elevation-dependent change trend of temperature and precipitation indicated an enhanced climate fluctuation in higher elevations.

Climate change; Elevation factor; Latitude factor; Effect analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.04.001

2015-12-10

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41501054；41201055）；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2012M510532； 2013T60163）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2015A02）

陶?。?983-），助理研究員，博士，主要從事農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究。E-mail：taojiancaas@163.com