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        青海省興海地區(qū)的降水分布格局及變化特征分析

        2018-12-26 09:21:32祁彩虹趙久淵朱永豐趙恒和
        四川環(huán)境 2018年6期

        祁彩虹,趙久淵,朱永豐,趙恒和, 孫 瑛

        (1.青海省氣象臺(tái),西寧 810001;2.貴南縣氣象局,青海 貴南 813199;3.海南州氣象局,青海 共和 813099)

        1 引 言

        政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次科學(xué)評(píng)估報(bào)告指出,全球平均地表氣溫上升,全球降水將會(huì)增加,氣溫每升1℃全球平均降水的增長(zhǎng)率將低于大氣水汽的增長(zhǎng)率,降水可能增加0.01℃-1~0.03℃-1[1]。前人的研究結(jié)果認(rèn)為降水沒有明顯的變化特征[2],但全球和區(qū)域降水由于人類活動(dòng)發(fā)生顯著的變化[3]。盡管如此,研究均顯示不同地區(qū)對(duì)全球變化的響應(yīng)不盡相同。對(duì)降水而言,不同區(qū)域甚至?xí)霈F(xiàn)完全不同的響應(yīng)格局[4]。許多低緯度地區(qū)的降水在增加,中緯度大部分地區(qū)降水量在減少,高緯度地區(qū)的降水量在增多[5]。

        近幾十年來(lái),位于我國(guó)高寒地區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生了顯著的變化,主要表現(xiàn)在冰川退縮、湖泊水位下降、源頭水量逐年減少、草場(chǎng)退化及水土流失日趨嚴(yán)重等方面[6~8]。這些生態(tài)環(huán)境問題既有自然因素影響也有人類活動(dòng)的影響,其中氣候變化是不可忽視的重要原因。降水作為最基本的氣候要素,對(duì)生態(tài)環(huán)境的變遷起著決定性作用,其變化已經(jīng)影響到世界上許多地方的各種自然和生物系統(tǒng)。因此,深入認(rèn)識(shí)三江源地區(qū)降水變化事實(shí)及其趨勢(shì),對(duì)于研究區(qū)域氣溫變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)及水資源安全影響具有重要意義,同時(shí)對(duì)青海三江源地區(qū)生態(tài)建設(shè)和保護(hù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值[9~11]。已有研究表明,高海拔地區(qū)的雨季主要集中于夏季[12],來(lái)自雅魯藏布江的研究資料顯示,其年降水分布自其河谷地帶向西北依次遞減,其中,雅魯藏布江下游地區(qū)降水最多,而柴達(dá)木盆地西北部降水最少[13-14]。因高原地區(qū)海拔較高,自然環(huán)境復(fù)雜多變,生態(tài)環(huán)境較為脆弱,而生態(tài)環(huán)境往往與降水分布格局相適應(yīng)。因此,降水的異常變化將極大地影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的平穩(wěn)發(fā)展[15-16]。高原北部和南部降水量的反相位關(guān)系是高原降水情況的一個(gè)重要特征[17-18]。也有研究顯示,青海地區(qū)的冬春季降水量與西藏地區(qū)汛期的降水量存在相似的相位變化;與此相反,青海地區(qū)汛期的降水量與西藏地區(qū)汛期的降水量變化存在反相位關(guān)系[19]。高原上水汽含量的分布對(duì)高原及其周圍地區(qū)的氣候、旱澇狀況有著重要的影響,考慮到高原水文循環(huán)的重要性,人們對(duì)其進(jìn)行了大量研究。郭曉玲等[20]曾提出1998年后,整個(gè)高原范圍內(nèi)所觀測(cè)的降水量出現(xiàn)突變。Gao et al.[21]采用4套再分析資料(NCEP)和1套模式資料比較了1979~1997年和1998~2011年高原水汽的變化,發(fā)現(xiàn)在高原總體濕度增加的背景下,其東南部趨于暖干化,西南部呈暖濕趨勢(shì)[22];謝欣汝等[23]基于多源遙感數(shù)據(jù)對(duì)青藏高原夏季降水與水汽輸送進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)印度半島北部到孟加拉灣的異常反氣旋導(dǎo)致了高原東南部降水偏多。

        興??h地處環(huán)湖和青南高原過(guò)度地區(qū),經(jīng)濟(jì)以畜牧業(yè)為主體。過(guò)去該地區(qū)水草豐美,植被覆蓋較好,是野生動(dòng)物樂園。但近年來(lái),由于氣候變暖,尤其是1990年以來(lái)暖干化趨勢(shì)逐漸加重,濕地萎縮、地下水位下降以及極端氣候事件的增多,致使草場(chǎng)退化、沙化和森林死亡等,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境有局部惡化的趨勢(shì)[5]。造成這一現(xiàn)象的原因很多,既有自然因素,又有人為因素。一方面近年來(lái)不利的氣候條件的變化,如氣溫的升高、降水量的減少、蒸發(fā)量的加大等,導(dǎo)致生態(tài)缺水現(xiàn)象明顯,干暖化趨勢(shì)加?。涣硪环矫嫒祟惢顒?dòng)引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題,隨著農(nóng)牧業(yè)人口、牲畜頭數(shù)等的逐年增多,使草地利用的壓力加大,人類利用自然資源的強(qiáng)度升級(jí),如開荒、過(guò)度放牧、亂砍亂伐等對(duì)下墊面的干擾加劇,使生態(tài)環(huán)境惡化的步伐加快。此前許多專家分析過(guò)氣候變化對(duì)沙漠化、水資源等生態(tài)環(huán)境影響問題,但主要考慮的是人類活動(dòng)和氣候要素自身變化趨勢(shì)的影響,從氣候基本特征方面研究的較少,而生態(tài)環(huán)境的演變是基本氣候養(yǎng)成特征變化的反映。為此,本文利用1961~2015年氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了興海地區(qū)年、夏半年及冬半年降水分布的變化規(guī)律。

        2 研究區(qū)概況和研究方法

        2.1 研究區(qū)特征

        興??h位于青海省海南藏族自治州西南部,地處環(huán)湖和青南高原過(guò)渡區(qū)。全縣總面積1.21×104km2,東與貴南、同德隔黃河相望,北與共和縣接壤,西與海西蒙古族藏族自治州都蘭縣毗鄰,南與果洛藏族自治州瑪多縣、瑪沁縣相連。距省會(huì)西寧248km,距海南藏族自治州首府恰卜恰鎮(zhèn)103km。地理坐標(biāo)位置為北緯34°48′~36°14′,東經(jīng)99°01′~100°59′。興海地區(qū)屬高原大陸性氣候;年均降水量為360mm,主要集中于6~9月份;年均溫為-1.7℃,平均海拔3 924m,草地類型以高寒草甸和溫性草原為主,土壤類型為栗鈣土。

        2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

        本文所采用的1961~2015年逐日降水量、降水日數(shù)資料均來(lái)自于興海縣氣象局。

        2.3 研究方法

        數(shù)據(jù)利用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理,并利用Sigmaplot12.5進(jìn)行繪圖;對(duì)降水量、降水日數(shù)和降水強(qiáng)度的變化趨勢(shì)采用最小二乘法計(jì)算,并進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 降水的季節(jié)變化特征

        興海地區(qū)降水量的月際和季節(jié)變化(圖1)。從圖1可以看出,興海地區(qū)多年平均降水量為364.2mm,降水量最多的月份主要是7月,為85.2mm,最少月份是12月,僅為0.9mm。春夏秋冬四季降水量分別為65.8、226.0、68.3和4.1mm,分別占全年降水量的比例分別為18.1%、62.1%、18.8%和1.1%。夏半年和冬半年多年平均降水量為327.4mm和36.8mm,分別占全年降水量的89.9%和10.1%。

        圖1 興海地區(qū)月和季節(jié)降水量分配Fig.1 The precipitation distribution by months and seasons in Xinghai Area

        3.2 不同等級(jí)降水的變化特征

        3.2.1 降水量、降水日數(shù)及降水強(qiáng)度

        興海地區(qū)地處青藏高原核心地帶,考慮高原地區(qū)氣候變化特點(diǎn)和降水形態(tài)(夏半年主要以雨的形式出現(xiàn),而冬半年以雪等形態(tài)出現(xiàn))的不同,而且高原地區(qū)暴雨(雪)以上量級(jí)的降水次數(shù)較少,文中將大雨(雪)、暴雨(雪)和特大暴雨(雪)合并為大到暴雨(雪)。為了對(duì)興海地區(qū)降水的氣候變化特征及成因深入了解,按中國(guó)氣象局降水量標(biāo)準(zhǔn)分夏半年(小雨為0.0~9.9mm、中雨為10.0~24.9mm、大到暴雨≥25.0)和冬半年(小雪為0.0~2.4mm、中雪為2.5~4.9mm、大到暴雪≥5.0mm)進(jìn)行等級(jí)降水量和降水日數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

        興海地區(qū)夏半年和冬半年按三個(gè)級(jí)別的降水量、降水日數(shù)和降水強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)。從表1可知,夏(冬)半季各個(gè)級(jí)別的降水占比重最大(小),量級(jí)越高不同級(jí)別的降水越少。夏半年,小雨、中雨和大到暴雨降水量多年平均分別為193.2、118.3和15.9mm,各級(jí)降水量占夏半年降水量的比重分別為59.0%、36.1%和4.9%,小雨、中雨和大到暴雨降水日數(shù)多年平均為69.6、8.3和0.5d,分別占夏半年降水日數(shù)比重分別為88.8%、10.6%和0.6%,小雨、中雨和大到暴雨降水強(qiáng)度分別為2.8、14.3和31.4mm/d;冬半年小雪、中雪、大到暴雪降水量多年平均為13.4、9.4和13.6mm,占冬半年降水量的比重分別為36.4%、25.5%和37.1%,小雪、中雪和大到暴雪降水日數(shù)多年平均為18.3、2.8和1.7d,占冬半年降水日數(shù)的比重分別為80.3%、12.2%和7.5%,小雪、中雪及大到暴雪降水強(qiáng)度分別為0.7、3.3和8.1mm/d。

        表1 1961~2015年興海地區(qū)降水分級(jí)統(tǒng)計(jì)Tab.1 The Classification statistics of precipitation in Xinghai Area from 1961 to 2015

        3.2.2 夏半年不同等級(jí)降水的年際變化

        從興海地區(qū)夏半年小雨、中雨和大到暴雨的降水日數(shù)、雨量和降水強(qiáng)度的年際變化(圖2)可以看出,小雨降水日數(shù)呈下降趨勢(shì),氣候傾向率為-0.8d/10a,中雨和大到暴雨的降水日數(shù)呈增加趨勢(shì),氣候傾向率分別為0.19和0.17d/10a,小雨和中雨降水日數(shù)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),大到暴雨降水日數(shù)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn);小雨、中雨和大到暴雨的降水均表現(xiàn)為增加趨勢(shì),氣候傾向率分別為1.6、1.3和5.4mm/10a,小雨和中雨降水量未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)大到暴雨降水量通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn);小雨和大到暴雨的降水強(qiáng)度呈增加趨勢(shì),而中雨降水強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

        注:a,b,c代表小雨;d,e,f代表中雨;g,h,i代表大到暴雨圖2 夏半年不同等級(jí)降水變化特征Fig.2 The variation characteristics of precipitation degrees in summer

        3.2.3 降水量的變化特征

        年和夏半年降水量年代際變化一致(見表2),60~70年代和90年代偏少,80年代基本持平,21世紀(jì)00年代偏多。冬半年降水量60~70年代和90~21世紀(jì)00年代偏少,80年代偏多。年平均降水量基本經(jīng)歷了一個(gè)升高的變化過(guò)程。

        表2 興海地區(qū)年、夏半年和冬半年降水量的年代際距平變化Tab.2 The decadal variation of precipitation by year, summer and winter in Xinghai Area

        3.2.4 冬半年不同等級(jí)降水年際變化

        興海地區(qū)冬半年降水量和降水日數(shù)的年際變化曲線(圖3)。

        注:j,k,l代表小雪;m,n,o代表中雪;p,q,r代表大到暴雪圖3 興海地區(qū)年、夏半年和冬半年降水量和降水日數(shù)的年際變化曲線圖Fig.3 The variation of precipitation and precipitation days by year, summer and winter in Xinghai Area

        從圖3可知,冬半年降水量呈增加趨勢(shì),氣候傾向率為1.1mm/10a,冬半年多年平均降水量分別為36.8mm;冬半年降水量最大為84.9mm,出現(xiàn)在1989年,最小值出現(xiàn)在1979年為5.6mm,極差為79.3mm。冬半年降水日數(shù)均呈減少趨勢(shì),氣候傾向率為-0.3d/10a,冬半年多年平均降水日數(shù)為22.8d,冬半年降水日數(shù)最多為48d,出現(xiàn)在1989年,最少值出現(xiàn)在1979年為9d。冬半年降水量和降水日數(shù)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),表明興海地區(qū)冬半年降水量和降水日數(shù)變化不明顯。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        興海地區(qū)水汽主要來(lái)源于孟加拉灣,受西南季風(fēng)和地形因素雙重作用的影響,年降水量的空間分布由東南向西北方逐漸減少,自然降水是該區(qū)地下水、土壤水和地表水的主要來(lái)源[24],對(duì)該區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境功能和水文循環(huán)過(guò)程起著重要作用。結(jié)果表明,隨著時(shí)間的推進(jìn),該區(qū)降水量呈逐年增加的趨勢(shì);小雨降水日數(shù)趨于減少,而中雨及大到暴雨日數(shù)呈逐年增加的趨勢(shì);除中雨降水強(qiáng)度減弱外,其余雨量等級(jí)的降水強(qiáng)度均顯著增加;另外,冬半年降水日數(shù)也逐年遞減。

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