道日娜, 包玉海,2

(1.內蒙古師范大學 地理科學學院, 呼和浩特 010022; 2.內蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統重點實驗室, 呼和浩特 010022)

在全球變暖的背景下，中國的地表年平均氣溫在過去的100 a里有了顯著的增長，變暖幅度約為0.5～0.8℃。在過去的50 a里，溫度的升高更為明顯，全國年平均地表溫度上升了1.1℃，變暖速率為0.22℃/10 a，明顯高于同期全球平均升溫速率[1]。在這個背景下，全球范圍內特大干旱、高溫等極端天氣氣候事件發(fā)生頻率和強度呈增加趨勢[2-3]。據世界氣象組織的統計數據，氣象災害約占自然災害的70%，而干旱災害又占氣象災害的50%以上[4]。干旱是全球范圍內發(fā)生的一種自然災害，對經濟發(fā)展和社會生活的影響超出了其他任何一種自然災害[5]。

中國北方地區(qū)干旱化問題一直是學術界關注的焦點[6]，內蒙古自治區(qū)是中國重要的農牧業(yè)生產基地，生態(tài)環(huán)境脆弱，也是全球氣候變化最敏感的地區(qū)之一[7]。干旱會對內蒙古地區(qū)草原和農業(yè)生態(tài)系統環(huán)境以及草原畜牧業(yè)和旱作農業(yè)經濟產生重大影響[8]。過去的多數干旱研究以內蒙古全區(qū)為研究區(qū)[4,9-10]，沒有考慮不同生態(tài)類型之間的差異，不同生態(tài)分區(qū)之間的干旱差異難以體現。干旱形成的原因較復雜，所以干旱評估指標的適用性會受到時間尺度和研究區(qū)域的限制[9]。目前的干旱指標大致可以分為2類：一類是從干旱機理上研究的指標，一類是研究導致干旱的氣象學指標，也有些指標綜合考慮了這些因素[11]。在眾多干旱指標中，標準化降水指數(SPI)較為常用。由于SPI標準化處理后的數據在多時間尺度、多地域上具有可比性，且只需降水量數據[12]，使得SPI適用于研究內蒙古地區(qū)干旱時空變化特征。

內蒙古植被類型按照降雨量和溫度的梯度變化，沿西南—東北依次可以分為荒漠、草原和森林[13]。因此，本文將內蒙古地區(qū)分為荒漠生態(tài)分區(qū)、草原生態(tài)分區(qū)和森林生態(tài)分區(qū)，選用標準化降水指數(SPI)為干旱分析指標，對1980—2015年的內蒙古降水數據進行動態(tài)分析，可為全球變暖背景下的內蒙古地區(qū)3個生態(tài)分區(qū)的干旱監(jiān)測和防災減災提供理論依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本研究使用的內蒙古47個站點1980—2015年逐月降水數據來源于中國氣象資料共享服務網(http:∥cdc.cma.gov.cn/)，剔除了缺測較多的吉訶德、杭錦后旗、伊金霍洛旗等3個站點，對個別站點的缺測數據采用均值替換法進行了插補處理，以保證數據的完整性[14]。

1.2 研究方法

標準化降水指數(SPI)是由McKee等人在1993年提出的表征某時段降水量出現概率多少的指標，有只需要較長時間的降水數據(一般超過30 a)，便可計算出不同時間尺度的干旱指數的基本特點[15]。本研究采用了世界氣象組織認可的美國內布拉斯加大學的計算程序計算了內蒙古地區(qū)標準化降水指數。標準化降水指數(SPI)的具體計算公式如下[16-18]：

(1)

當G(x)>0.5時，G(x)=1.0-G(x)，S=1；當G(x)≤0.5 時，S=-1。G(x)由Γ分布函數概率密度積分公式計算，計算公式如下：

(2)

式中：γ、β分別為Γ分布函數的形狀和尺度參數；c0，c1，c2和d1，d2，d3分別為Γ分布函數轉換為累積頻率簡化近似求解公式的計算參數，其中c0=2.515 517；c1=0.802 853；c2=0.010 328；d1=1.432 788；d2=0.189 269；d3=0.001 308[10]。

1.3 干旱評價指標

本文從干旱頻率、干旱站次比、干旱強度和干旱變化趨勢率等4個方面對內蒙古1980—2015年將近40 a來的干旱變化特征進行了評估。具體指標解釋如下：

(1) 干旱頻率(Pi)：用于評價某站有資料年份內發(fā)生干旱頻率程度，計算公式為：

Pi=n/N×100%

(3)

式中：N為某站有氣象資料的年數；n為該站發(fā)生干旱的總年數；下標i為不同站代號?？砂床煌潭鹊母珊蛋l(fā)生年數計算不同程度干旱頻率。為了便于比較，本文把輕旱(含輕旱以上)發(fā)生的年份均算為干旱，中旱(含中旱以上)發(fā)生的年份均記為中旱，重旱(含重旱以上)發(fā)生的年份記為重旱，特旱發(fā)生的年份記為特旱。

(2) 干旱站次比(Pj)：用某一區(qū)域內干旱發(fā)生站數多少占全部站數的比例來評價干旱影響范圍的大小，計算公式為：

Pj=m/M×100%

(4)

式中：M代表研究區(qū)總氣象站數；m為發(fā)生干旱的站數；j代表不同年份。

干旱的影響范圍定義:

當Pj≥50%時，為全域性干旱；當50%>Pj≥33%時，為區(qū)域性干旱；當33%>Pj≥25%時，為部分區(qū)域性干旱；當25%>Pj≥10%時，為局域性干旱；當Pj<10%時，可認為無明顯干旱發(fā)生[19]。

(3) 干旱強度(Sij)：單站某時段內的干旱強度可由SPI值反映，用于評價干旱的嚴重程度。計算公式為:

(5)

式中: |SPIi|為發(fā)生干旱時SPI 的絕對值；m為發(fā)生干旱的站數。當Sij≥1.5時為重度干旱，當1.5>Sij≥1時為中度干旱，當1>Sij≥0.5時為輕度干旱，當Sij<0.5時為干旱強度不明顯[4]。

(4) 變化趨勢率：變化趨勢率即氣候傾向率，為歷年氣候要素數據序列擬合直線的斜率，乘以10來表示多年氣候數據序列變化傾向率[20]。

2 結果與分析

2.1 年降水量的變化特征

本文用年尺度的SPI(SPI12)平均值分析了1981—2015年內蒙古年尺度上的干旱變化特征。由圖1可知，內蒙古1981—2015年平均SPI12最大值在1998年，最小值在2001年。共發(fā)生了8次干旱，分別發(fā)生在1982年、1999—2001年、2005年、2007年、2009年和2011年。從干旱頻率來看，內蒙古大約4到5 a會發(fā)生一次干旱，SPI12有輕微減小趨勢。

1980—2015年內蒙古草原生態(tài)分區(qū)SPI12最大值為1.70，最小值為-1.05。近40 a內共發(fā)生了8次干旱，分別在1980年、2000—2001年、2005—2007年、2009年、2011年，大約4～5 a發(fā)生一次干旱?；哪鷳B(tài)分區(qū)SPI12最大值為1.42，最小值為-1.13。1980—2015年共發(fā)生了10次干旱，分別在1980年、1982年、1986—1987年、1987年、1989—2001年、2005年、2009年、2011年，大約3～4 a發(fā)生一次干旱。森林生態(tài)分區(qū)SPI最大值為1.82，最小值為-1.52。共發(fā)生了7次干旱，分別在1982年、1999—2002年、2004年、2007年，大約5～6 a發(fā)生一次干旱。1980—2015年，草原生態(tài)分區(qū)和森林生態(tài)分區(qū)的SPI12均有輕微的減小趨勢，而荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI12有增加趨勢。3個生態(tài)分區(qū)發(fā)生干旱的頻率從大到小依次為荒漠生態(tài)分區(qū)、草原生態(tài)分區(qū)和森林生態(tài)分區(qū)。由于本文采用的是各站SPI12 的平均值，所以反映出的只是全區(qū)干旱的平均狀況，無法反映各個站點的干旱狀況[21](圖2)。

圖1 內蒙古SPI12變化

圖2 內蒙古各生態(tài)分區(qū)SPI12變化

2.2 干旱強度與干旱占次比變化特征

1980—2015年，內蒙古干旱強度在0～1.47之間，僅2012年內蒙古干旱強度不明顯，有15 a發(fā)生了輕度干旱，20 a發(fā)生了中度干旱。干旱強度以中旱為主，占56%，其次為輕旱，占42%。干旱強度有減小趨勢(圖3A)。

內蒙古地區(qū)1980—2015年干旱站次比在0%～73%之間波動變化。2001年在年尺度上發(fā)生干旱的站點最多，共34個站點發(fā)生了干旱，干旱站次達到了72.34%。2012年在年尺度上沒有站點發(fā)生干旱，干旱站次比為0%。內蒙古1980—2015年共有5 a無明顯干旱發(fā)生，分別為2012年、1984年、1990年、1994年和1998年。發(fā)生局域性干旱、部分區(qū)域性干旱、區(qū)域性干旱和全域性干旱的年數分別為11 a，6 a，3 a和10 a。1980—2015年，內蒙古主要以局域性干旱和全域性干旱為主，干旱頻率主要分布在20%～30%之間。新巴爾虎右旗、朱日和和鄂托克旗站干旱頻率較大，均大于29%。干旱頻率較小的站點為扎蘭屯、博克圖、海力素、化德和多倫站，均小于20%。干旱站次比變化趨勢不明顯(圖3B)。

從圖4—5可以看出：荒漠生態(tài)分區(qū)1980—2015年干旱強度值在0～2.14之間，有4 a干旱強度不明顯，發(fā)生輕旱和重旱的年數分別為12 a和19 a，僅在2005年發(fā)生了重度干旱。干旱強度以中旱和輕旱為主，分別占53%和33%。干旱強度有減小趨勢，變化傾向率為-0.082/10 a。干旱站次比在0%～82%之間波動變化。其中，1995年、2003年、2008年、2012年等4年無站點發(fā)生干旱。1980年、1982年分別有75%和81.25%的站點發(fā)生了干旱。有10 a無明顯干旱發(fā)生，發(fā)生局域性干旱、部分區(qū)域性干旱、區(qū)域性干旱和全域性干旱的年數分別為7，5，2，12 a?；哪鷳B(tài)分區(qū)發(fā)生全域性干旱和無明顯干旱的比例較高，分別占33%和28%。干旱站次比有減小趨勢。

草原生態(tài)分區(qū)1980—2015年干旱強度值在0～1.73之間，其中有5 a干旱強度不明顯，共有17 a發(fā)生了輕旱，有13 a發(fā)生了中旱，僅在1988年發(fā)生了重旱。干旱強度以輕旱為主，占47%，干旱強度有減小趨勢，變化傾向率為-0.025/10 a。干旱站次比在0%～82%之間。1985年、1990年、1998年和2012年等4 a無站點發(fā)生干旱。2005年和2006年有81.82%的站點發(fā)生了干旱。發(fā)生無明顯干旱、局域性干旱、部分區(qū)域性干旱、區(qū)域性干旱和全域性干旱的年數分別為11，4，7，3，11 a。草原生態(tài)分區(qū)主要以無明顯干旱和全域性干旱為主，各占31%。干旱站次比有增大趨勢。

森林生態(tài)分區(qū)1980—2015年干旱強度值在0～1.5之間，其中有11 a干旱強度不明顯，11 a發(fā)生輕旱、11 a發(fā)生中旱，3 a發(fā)生重旱。發(fā)生干旱強度不明顯、輕度干旱和中度干旱的頻率一樣。與其他兩個生態(tài)分區(qū)相比，發(fā)生干旱強度不明顯和重度干旱的比例較大。森林生態(tài)分區(qū)干旱強度有減小趨勢，變化傾向率為-0.058/10 a。干旱站次比在0%～100%之間波動變化。其中有11 a無站點發(fā)生干旱，發(fā)生無明顯干旱、局域性干旱、部分區(qū)域性干旱、區(qū)域性干旱和全域性干旱的年數分別為11，8，0，9，8 a，發(fā)生無明顯干旱、局域性干旱、區(qū)域性干旱和全域性干旱的年數相差不多，其中發(fā)生無明顯干旱的年數較多，發(fā)生頻率為31%。干旱站次比有增大趨勢。

圖3 內蒙古1980-2015年干旱強度與干旱站次比逐年變化

2.3 各生態(tài)分區(qū)SPI季節(jié)變化

本文用內蒙古3—5月、6—8月、9—11月、12月至翌年2 月的降水量數據，分別代表內蒙古春、夏、秋、冬的降水量來計算各個季節(jié)的SPI值(圖6—7)。

春季草原生態(tài)分區(qū)、森林生態(tài)分區(qū)和荒漠生態(tài)分區(qū)SPI最大值分別為1.51，1.13，1.49,最小值分別為-1.29，-1.19和-1.13。1980—2015年，3個生態(tài)分區(qū)春季SPI的平均值均為正值。春季平均SPI的線性傾向率相差不大，荒漠、草原和森林生態(tài)分區(qū)的SPI線性傾向率分別為0.152/10 a，0.174/10 a和0.158/10 a，表明春季3個生態(tài)分區(qū)SPI都有明顯的增加趨勢。

夏季草原生態(tài)分區(qū)、森林生態(tài)分區(qū)和荒漠生態(tài)分區(qū)SPI最大值分別為1.53，1.79，1.21，最小值分別為-1.50，-1.42和-1.53。1980—2015年，3個生態(tài)分區(qū)夏季SPI均有減小趨勢，其中草原生態(tài)分區(qū)的SPI減小趨勢較明顯，線性傾向率為-0.169/10 a，森林生態(tài)分區(qū)和荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI線性傾向率分別為-0.095/10 a和-0.066/10 a。

圖4 內蒙古各生態(tài)分區(qū)干旱強度變化

秋季草原生態(tài)分區(qū)、森林生態(tài)分區(qū)和荒漠生態(tài)分區(qū)SPI最大值分別為1.24，1.65，1.68，最小值分別為-1.08，-1.27和-1.33。1980—2015年，荒漠和草原生態(tài)分區(qū)的SPI都有增加趨勢，其中荒漠生態(tài)分區(qū)的增加趨勢更明顯，SPI線性傾向率為0.298/10 a。草原生態(tài)分區(qū)線性傾向率為0.049/10 a，增加趨勢不明顯。森林生態(tài)分區(qū)SPI有減小趨勢，線性傾向率為-0.096/10 a，與其他兩個生態(tài)分區(qū)相反。

冬季草原生態(tài)分區(qū)、森林生態(tài)分區(qū)和荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI最大值分別為1.06，1.20，1.17，最小值分別為-1.16，-1.25和-1.12。1980—2015年，森林和草原生態(tài)分區(qū)的SPI均有增加趨勢，線性傾向率分別為0.256/10 a和0.131/10 a，其中森林生態(tài)分區(qū)增加趨勢更明顯?；哪鷳B(tài)分區(qū)SPI線性傾向率為-0.002/10 a，無明顯變化趨勢。

在民宿這樣廣泛的概念基礎上，通過對“攜程”“去哪兒”等旅游網站的觀察，不難看出，民宿可分為城市民宿和鄉(xiāng)村民宿兩種，城市民宿主要存在于大型城市中，通過展現外來文化形成主題房間，體現著新潮的流行文化；鄉(xiāng)村民宿多依托景區(qū)或者地域特色資源而發(fā)展，核心內涵體現為鄉(xiāng)村文化。

1980—2015年春季內蒙古荒漠生態(tài)分區(qū)除吉蘭太站以外，其余各站點的SPI均有增大趨勢。草原生態(tài)分區(qū)僅呼和浩特站的SPI有減少趨勢，森林生態(tài)分區(qū)僅寶國圖站的SPI有減小趨勢。春季3個生態(tài)分區(qū)多數站點的SPI均有增加趨勢。

圖5 內蒙古各生態(tài)分區(qū)干旱站次比變化

夏季內蒙古荒漠生態(tài)分區(qū)只有白音毛道和蘇尼特左旗兩個站點SPI有增大趨勢。草原生態(tài)分區(qū)除了阿爾山站以外，其余站點都有減小趨勢。森林生態(tài)分區(qū)僅赤峰和扎蘭屯站SPI有增大趨勢。夏季3個生態(tài)分區(qū)多數站點的SPI值都呈減小趨勢，與春季正好相反，夏季3個生態(tài)分區(qū)都有干旱化趨勢。

秋季荒漠生態(tài)分區(qū)除了東北部的二連浩特和蘇尼特左旗兩個站點外，其余站點的SPI值都有增大趨勢。草原生態(tài)分區(qū)的SPI呈增大和減小趨勢的站點數相差不多，SPI有增大趨勢的站點多數分布在西部，SPI有減小趨勢的站點多數分布在東部，表明草原生態(tài)分區(qū)秋季SPI變化趨勢有較大的區(qū)域差異。秋季森林生態(tài)分區(qū)除了赤峰和寶國圖兩個站點的SPI有增大趨勢外，其余站點的SPI都有下降趨勢。內蒙古秋季SPI變化趨勢有明顯的地域差異，表現為西部地區(qū)SPI增大，東部地區(qū)SPI減小。

圖6 內蒙古各生態(tài)分區(qū)SPI季節(jié)變化

圖7 1980-2015年內蒙古SPI季節(jié)變化趨勢

冬季荒漠生態(tài)分區(qū)SPI有增大和減小趨勢的站點數相等，SPI有增大趨勢的站點多數分布于西部，而SPI有減小趨勢的站點大多分布在東部。草原生態(tài)區(qū)SPI有增大趨勢的站點數較多，總體上SPI有增大趨勢。森林生態(tài)區(qū)全部站點的SPI值都呈增大趨勢，冬季森林生態(tài)分區(qū)降水量有增加趨勢。

3 討 論

本文基于標準化降水指數，計算分析了內蒙古1980—2015年基于3個生態(tài)分區(qū)的干旱頻率、干旱站次比、干旱強度和干旱變化趨勢率等4個指標的變化特征。得到草原生態(tài)分區(qū)和森林生態(tài)分區(qū)的SPI12有輕微的減小趨勢，而荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI12有增加趨勢，此結果與那音臺和張煦庭等[6,8]得到的結論基本一致。春季內蒙古3個生態(tài)分區(qū)多數站點的SPI值均有增加趨勢，夏季與春季正好相反，秋季內蒙古SPI變化趨勢表現為西部地區(qū)增大，東部地區(qū)減小。該結論與白美蘭等[22]的研究結果一致。從上述分析可以了解到，在全球氣候變暖背景下，內蒙古3個生態(tài)分區(qū)對干旱化的響應具有明顯的差異。

本研究還有一些不足之處。影響干旱時空分布的因素較多，而本研究所使用的標準化降水指數只考慮了降水因素，未考慮溫度、土壤相對濕度、蒸發(fā)、連續(xù)無雨日數等因素。因此，本研究所得到的結果與真實值可能會有誤差，內蒙古地區(qū)的干旱變化特征還有待結合其他旱澇指標來進一步分析。

4 結 論

(1) 1980—2015年，從干旱頻率來看，內蒙古大約4～5 a發(fā)生一次干旱。SPI12有輕微減小趨勢。草原生態(tài)分區(qū)和森林生態(tài)分區(qū)的SPI12有輕微的減小趨勢，而荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI12有增加趨勢。

(2) 內蒙古全區(qū)干旱強度以中旱為主，干旱影響范圍以局域性干旱和全域性干旱為主?；哪鷳B(tài)分區(qū)干旱強度以中旱和輕旱為主，草原生態(tài)分區(qū)以輕旱為主，森林生態(tài)分區(qū)發(fā)生不明顯干旱、輕旱和中旱的頻率一樣?；哪筒菰鷳B(tài)分區(qū)干旱影響范圍以無明顯干旱和全域性干旱為主，而森林生態(tài)分區(qū)以無明顯干旱和區(qū)域性干旱為主。

(3) 1980—2015年，春季3個生態(tài)分區(qū)SPI的變化沒有明顯差別，都有明顯增加趨勢。夏季3個生態(tài)分區(qū)SPI均有減小趨勢，其中草原生態(tài)分區(qū)的SPI減小趨勢最明顯。秋季荒漠生態(tài)分區(qū)和草原生態(tài)分區(qū)的SPI都有增加趨勢，其中，草原生態(tài)分區(qū)增加趨勢不明顯，森林生態(tài)分區(qū)SPI有減小趨勢，與其他兩個生態(tài)分區(qū)相反。冬季森林和草原生態(tài)分區(qū)SPI均有增大趨勢，其中森林生態(tài)分區(qū)SPI增加趨勢更明顯。冬季荒漠生態(tài)分區(qū)的SPI無明顯變化趨勢。

(4) 1980—2015年，春季內蒙古3個生態(tài)分區(qū)多數站點的SPI值均有增加趨勢。夏季3個生態(tài)分區(qū)多數站點的SPI都呈減小趨勢，與春季正好相反。秋季內蒙古SPI變化趨勢表現為西部地區(qū)增大，東部地區(qū)減小。冬季荒漠生態(tài)分區(qū)SPI有增大趨勢的站點多數分布于西部，有減小趨勢的站點大多分布在東部，草原生態(tài)分區(qū)SPI有增大趨勢的站點數較多，森林生態(tài)分區(qū)全部站點的SPI值都有增大趨勢。