丁思聰，常佩靜

1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟氣象局，內(nèi)蒙古阿拉善 750306

旱澇災(zāi)害的發(fā)生與降水量和降水日數(shù)的有著密切的關(guān)系。研究表明，受氣候變化影響，降水量和降水日數(shù)的變化在某些地區(qū)并不具有同步性，而且不同季節(jié)內(nèi)的變化特征也不一致。這就增大了旱澇災(zāi)害發(fā)生率，也對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境等構(gòu)成威脅。近百年來，在全球氣候變化和局地城市化進(jìn)程的共同影響下，內(nèi)蒙古地區(qū)的降水特征也在發(fā)生改變[1]。通過對內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善地區(qū)近50年氣象觀測數(shù)據(jù)，分析阿拉善地區(qū)降水量和降水日數(shù)變化規(guī)律，為探討該地區(qū)旱澇演變和生態(tài)環(huán)境變化等提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域

阿拉善地區(qū)地處祖國西北邊陲，亞洲大陸腹地，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)最西端，總面積為27萬 km2，占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的22.8%。阿拉善地區(qū)屬內(nèi)蒙古高原的一部分，地形呈南高北低狀，平均海拔900~1 400 m，屬中溫帶干旱荒漠區(qū)。區(qū)域環(huán)境脆弱、易變，氣候主要以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎覛夂蛞氐哪觌H間變率大，是氣候變化敏感的典型區(qū)域。

阿拉善地區(qū)四季氣候特征明顯，晝夜溫差大，年均氣溫6℃~8.5℃，極端最低氣溫-36.4℃，極端最高氣溫41.7℃。降雨量在40~200 mm，蒸發(fā)量為4 200~2 400 mm。年日照時數(shù)達(dá)2 600 ~3 500 h。《中國氣候變化海洋藍(lán)皮書(2020)》明確指出，1961—2019年中國的極端強(qiáng)降水事件明顯加劇。因此，研究阿拉善地區(qū)的降水時空變化和極端情況的發(fā)生頻率、強(qiáng)度，對認(rèn)知?dú)夂蜃兓L(fēng)險，保護(hù)荒漠區(qū)生態(tài)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 資料與方法

2.1 資料來源

使用1968—2017年阿拉善地區(qū)境內(nèi)8個氣象觀測站逐日降水觀測數(shù)據(jù)。降水日數(shù)定義為日降水量大于0.0 mm。春季為3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12月至翌年2月。

2.2 分析方法

阿拉善地區(qū)降水日數(shù)由各測站出現(xiàn)降水的平均天數(shù)確定，降水量由8個測站平均降水量確定。

使用線性傾向法估計(jì)說明降水量和降水日數(shù)隨時間的變化趨勢，采用一次線性方程表示：

式中，xi為樣本量為n的某一氣候變量；ti表示xi所對應(yīng)的時間；a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，a和b使用最小二乘法估計(jì)?；貧w系數(shù)b為傾向值，當(dāng)b＞0時，說明隨時間t的增加，呈上升趨勢；當(dāng)b＜0時，說明隨時間t的增加，呈下降趨勢。b值的大小反映了上升或下降的速率。相關(guān)系數(shù)r表征t與之間線性相關(guān)的密切程度與回歸系數(shù)b有如下關(guān)系：b=r（σx/σt），∣r∣越接近于0，與t之間的線性相關(guān)就越小，反之相關(guān)越大。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量和降水日數(shù)的年、月變化

1968—2017 年阿拉善地區(qū)年平均降水量為109.1 mm，主要集中在6—9月，其中7月降水為全年最多，為25.9 mm，12月最少，為0.5 mm；1968—2017年阿拉善地區(qū)年平均降水日數(shù)為34.4 d，其中7月降水日數(shù)最多為6.6 d，12月降水日數(shù)最少為0.9 d（表1）。

表1 1968—2017年阿拉善地區(qū)降水量 統(tǒng)計(jì)特征值

3.2 降水量和降水日數(shù)的年變化趨勢

3.2.1 時間變化近50年來，阿拉善地區(qū)年平均降水量呈波動變化，無明顯的時間序列變化規(guī)律，20世紀(jì)80年代為降水的低谷期，降水偏少；1977年是近50年間降水量最多年份，達(dá)到165.0 mm；1985年降水量最少，僅有65.6 mm，兩者相差2.5倍。1968—2017年阿拉善地區(qū)年平均降水日數(shù)為34.3 d，無明顯變化規(guī)律，降水日數(shù)最多年份出現(xiàn)在2007年，為43.1 d；最少年份出現(xiàn)在1972年，為25.5 d，兩者相差17.6 d。

對阿拉善地區(qū)年降水量和年降水日數(shù)序列進(jìn)行線性傾向估計(jì)，結(jié)果分別如圖1和圖2所示。圖中折線為年降水量和降水日數(shù)的變化序列，直線為變化趨勢。結(jié)果顯示，近50年來，阿拉善地區(qū)的年降水量回歸系數(shù)0.2751，趨勢系數(shù)為0.1646（P ＞0.05）；年降水日數(shù)的回歸系數(shù)為0.0165（P ＞0.05），降水量與降水日數(shù)的變化均不顯著。

圖1 阿拉善地區(qū)近50 年降水量變化曲線

圖2 阿拉善地區(qū)近50 年降水日數(shù)變化曲線

從統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果來看，近50年來，阿拉善地區(qū)年降水量和年降水日數(shù)呈增多趨勢。其中，年降水量平均每10年增加2.8 mm，降水日數(shù)平均每10年增加0.2 mm。

近50年來，阿拉善地區(qū)年降水量和年降水日數(shù)的波動變化趨勢也不同步。通過計(jì)算每10年年降水量與年降水日數(shù)的相關(guān)關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，1968—1977年阿拉善地區(qū)降水量與降水日數(shù)表現(xiàn)為正相關(guān)，且相關(guān)最為明顯，雖然每10年中降水量與降水日數(shù)表現(xiàn)為正相關(guān)，但這一相關(guān)關(guān)系明顯趨于減小，其中最近10年內(nèi)年降水量與年降水日數(shù)的相關(guān)系數(shù)僅為0.688。另外，相關(guān)分析的斜率也呈現(xiàn)明顯的總體減小趨勢，表明降水日數(shù)對降水總量的貢獻(xiàn)逐漸減小，而降水強(qiáng)度的貢獻(xiàn)逐漸增大，即極端降水事件的發(fā)生概率明顯增加，這也是誘發(fā)洪澇災(zāi)害的重要原因之一。

3.2.2 空間變化從空間分布來看，阿左旗年平均降水量145.8 mm、阿右旗104.6 mm、額濟(jì)納旗40.4 mm；年降水量分布特征表現(xiàn)為從東南到西北逐漸減少。從各站點(diǎn)降水量變化趨勢來看，達(dá)來呼布、吉蘭泰及雅布賴地區(qū)降水量呈減少趨勢，其余地區(qū)均以增多趨勢為主，增幅最明顯的地區(qū)位于孿井灘，平均每10年增多9.6 mm。

從降水日數(shù)的空間分布來看，分布特征表現(xiàn)為賀蘭山沿山的巴彥浩特最多53 d，其次是孿井灘，為46 d；西北部的達(dá)來呼布和拐子湖最少，為18 d。

從降水日數(shù)空間變化趨勢來看，巴彥浩特、吉蘭泰、拐子湖降水日數(shù)有減少的趨勢，其余地區(qū)降水日數(shù)以增多趨勢為主。其中，減少和增多最為明顯的分別是吉蘭泰和孿井灘地區(qū)，分別為-1.3 d/10年和1.2 d/10年，其余地區(qū)增（減）趨勢較小。

3.3 降水量和降水日數(shù)的季節(jié)變化

阿拉善地區(qū)屬于典型的大陸性氣候，各季節(jié)降水特征明顯不同。通過計(jì)算近50年間各季節(jié)降水量的變化趨勢后發(fā)現(xiàn)，春季、秋季、冬季降水量呈上升趨勢，其中冬季上升趨勢不明顯，而夏季降水量呈下降趨勢；另一方面，四季降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢。

1968—2017 年阿拉善地區(qū)春季、秋季、冬季降水量均呈上升趨勢。其中，秋季降水量增加最明顯，平均每10年增加1.9 mm；其次是春季，平均每10年均增加0.8 mm；冬季最少，平均每10年僅增加0.2 mm；夏季降水有明顯的減少，平均每10年減少1.3 mm（圖3）。

圖3 1968—2017年阿拉善地區(qū)四季降水?dāng)?shù)距平

1968—2017 年阿拉善地區(qū)夏季降水日數(shù)呈減少趨勢，平均每10年減少0.7 d；春季和秋季呈略增多趨勢，平均每10年增多0.4 d；冬季無明顯變化（圖4）。

圖4 1968—2017年阿拉善地區(qū)四季降水日數(shù)距平

3.4 年降水量和降水日數(shù)的突變檢驗(yàn)

內(nèi)蒙古地區(qū)從20世紀(jì)60年代開始，氣溫逐漸回升，到90年代末，絕大部分地區(qū)的上升幅度在1℃以上，氣候變暖趨勢明顯[2]。而溫度的升高往往會伴隨著降水的減少，而由于阿拉善地區(qū)的地理位置，蒸發(fā)量旺盛，這種溫度的影響表現(xiàn)得更加顯著。因此，對阿拉善地區(qū)近50年的年降水量和年降水日數(shù)利用M-K法進(jìn)行突變檢驗(yàn)，了解近50年的降水變化情況。

分析圖5和圖6的結(jié)果可以看出，降水量和降水日數(shù)均未出現(xiàn)突變點(diǎn)，為了提升結(jié)論的可靠性，同時使用滑動t檢驗(yàn)法進(jìn)行突變檢驗(yàn)。利用滑動t檢驗(yàn)法分析了近50年的年降水量和年降水日數(shù)突變檢驗(yàn)結(jié)果，在0.01的顯著性水平下，沒有發(fā)現(xiàn)突變信號，說明近50年的年降水量和年降水日數(shù)沒有發(fā)生明顯突變（圖7、圖8）。

圖5 近5 0年降水量M-K突變檢驗(yàn)曲線

圖7 年降水量滑動T檢驗(yàn)曲線

圖8 年降水日數(shù)滑動T檢驗(yàn)曲線

4 討論

由于受到地理環(huán)境等因素的影響，阿拉善地區(qū)測站分布稀疏不均，且分布有大面積的沙漠、戈壁，觀測資料對于中西部荒漠地區(qū)的降水變化來說不具有代表性。這有待于測站密度的增加和觀測手段的豐富，以達(dá)到更加準(zhǔn)確地分析降水變化趨勢的目的。

阿拉善地區(qū)的年降水呈增加變化總體符合近年來內(nèi)蒙古地區(qū)降水空間分布西多東少的趨勢；阿拉善地區(qū)近50年降水量呈增加趨勢，降水日數(shù)呈減少趨勢，這與烏云娜等[3]的結(jié)論內(nèi)蒙古沙地進(jìn)入20世紀(jì)90年代后降水總量有所增加，而降水日數(shù)則明顯減少的趨勢一致。

阿拉善地區(qū)周圍有三大沙區(qū)：巴丹吉林沙區(qū)、騰格里沙區(qū)和烏蘭布和沙區(qū)，這意味著阿拉善地區(qū)的降水應(yīng)符合沙地周邊地區(qū)的降水變化特征。根據(jù)白美蘭等[4]的研究，降水量和降水日數(shù)的顯著變化與溫度有較強(qiáng)的聯(lián)系，但本研究未深入探討溫度與降水的相關(guān)關(guān)系。近年來，阿拉善地區(qū)夏季出現(xiàn)暴雨頻率增加，多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)日降水量突破歷史極值，這需要進(jìn)行更小的時間尺度的分析，是需要深入研究的方向。