王永輝, 冶曉娟, 潘紅忠, 白 鈺, 董得福, 姚華明,4
(1.長江大學油氣地球化學與環(huán)境湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430000;2.長江大學資源與環(huán)境學院,湖北 武漢 430000;3.黃河上游水電有限責任開發(fā)公司,青海 西寧 810000;4.中國長江電力股份有限公司,湖北 宜昌 443000)
施雅風院士等[1]于2002年首次提出:西北地區(qū)氣候正由暖干轉(zhuǎn)向暖濕,但由于其氣象觀測資料顯示的降水增加序列較短,致使該氣候轉(zhuǎn)型理論一經(jīng)提出即引起了廣泛的關(guān)注和爭論[2-4],國內(nèi)眾多學者對青藏高原地區(qū)氣候暖濕化趨勢開展了一系列研究。牛濤等[5]在2005年通過趨勢突變檢驗,提出20世紀80年代是青藏高原氣候轉(zhuǎn)型的節(jié)點,自此由暖干轉(zhuǎn)向相對暖濕;李林等[6]在2007年對三江源區(qū)極端氣候事件進行分析,提出該地區(qū)受高原季風、厄爾尼諾事件及高原積雪等因子的年際振蕩影響,暖化趨勢明顯;在此基礎(chǔ)上,李林等[7-8]對青藏高原1961—2007 年的氣溫、降水等因素進行統(tǒng)計分析,得出青藏高原氣候正趨于暖濕化的結(jié)論;其后又在2018年提出青藏高原在2006 年后暖化趨勢趨于緩和,暖濕化趨勢有可能繼續(xù)在青藏高原持續(xù)20~40 a[9]。而劉德坤等[10]基于青海省35 a(1971—2004年)濕潤指數(shù)(Hi)變化,指出青海省氣候總體更偏向暖干化趨勢;Liu 等[11]使用帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)對青海省干濕情況進行評價,發(fā)現(xiàn)只有長江源區(qū)呈現(xiàn)濕潤化趨勢。上述研究既肯定了青藏高原的氣候變化,又在研究結(jié)論上具有明顯差異。目前,有關(guān)西北地區(qū)氣候暖濕化研究存在研究要素缺乏綜合性、研究方法缺乏評價性,缺乏類似干旱評價體系的評價指數(shù),使現(xiàn)有研究難以達成足夠共識。
青海省地處中國西北內(nèi)陸、青藏高原東北部,該地區(qū)不僅是全球氣候變化的敏感區(qū),也是極為重要的三江(長江、黃河、瀾滄江)源頭匯水區(qū)。青海省氣候干濕轉(zhuǎn)型不僅對黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展有極大影響,也是目前全球氣候變化研究中極為重要的一環(huán)。鑒于此,綜合多因素構(gòu)建科學的氣候暖濕化評價指數(shù)不僅具有重要的研究意義,還可為青海省生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展提供參考。
青海省位于89°35′~103°04′E,31°9′~39°19′N,處于高原溫帶半干旱地區(qū),屬高原大陸性氣候,地勢總體西高東低,南北高中部低。青海省西北部主要為柴達木盆地區(qū),西部主要為可可西里盆地區(qū),南部為三江源區(qū)(東南部青海黃河源區(qū)、西南部青海長江源區(qū)及瀾滄江源區(qū)),東北部則為祁連山地區(qū)(圖1)。全省地形復雜,遠離沿海,水汽難以到達;省域內(nèi)降水少,降雨主要集中在春、夏季;全省多年平均水資源總量約為629×108m3,約占全國的2.2%,水量補給主要來源于雨水;青海省補給下游水量占黃河總徑流量的49%,長江總徑流量的2%,瀾滄江總徑流量的17%,是我國主要的水源涵養(yǎng)地[12]。
圖1 青海省位置示意圖Fig.1 Map of Qinghai Province
氣象數(shù)據(jù)來源于CRU TS v.4.05 數(shù)據(jù)集(東英吉利大學氣候研究室提供),時間分辨率為月,空間分辨率為0.5°×0.5°,時間序列長度為1901—2020 年[13]。經(jīng)研究檢驗,該數(shù)據(jù)集能較好地應(yīng)用于中國區(qū)域的氣候再分析[14-16]。NDVI數(shù)據(jù)主要來源于GIMMS(時間涵蓋1981—2015年),時間分辨率為15 d,空間分辨率1/12°(1 km),采用最大值合成月度NDVI 數(shù)據(jù)及年度數(shù)據(jù)。
基于研究方法需要,將青海省近60 a 降水(PRE)、平均氣溫(TEM)、潛在蒸散發(fā)(PET)、自校核帕爾默干旱指數(shù)(sc_PDSI)數(shù)據(jù)提取年均值后再使用克里金法進行空間插值;將青海省33 a(1982—2015 年)歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)重采樣為0.01°×0.01°,進行計算分析。
以青海省為評價對象,綜合考慮氣象因子、干旱指標、植被變化情況等要素,針對多年年均趨勢變化,采用數(shù)據(jù)標準化方法,分別構(gòu)建表征氣候暖化趨勢與氣候綜合濕潤化趨勢的評價指數(shù),從2 個角度對青海省近60 a氣候暖濕化趨勢時空變化進行等級評價。其構(gòu)成因素與計算方法如下:
1.3.1 氣候暖化趨勢指數(shù)(CWT) 氣候暖化趨勢指數(shù)需直觀指示區(qū)域的暖化程度。氣溫(TEM)是造成氣候暖化的主要因素,對區(qū)域內(nèi)的蒸散發(fā)、冰川消融及河川徑流過程都有較大影響。氣溫與氣候暖化趨勢呈正相關(guān)關(guān)系:氣溫越高,氣候暖化趨勢越顯著,氣溫長時間序列變化能直觀反映氣候暖化程度。綜合氣溫要素的直觀性與代表性,并考慮指數(shù)計算的簡便性,選取多年年均氣溫值歸一化處理,計算年氣候暖化趨勢指數(shù),計算公式為:
式中:xi為第i年的年均氣溫值;xmax為年均氣溫在時間序列長度T年中的最大值;xmin為年均氣溫在時間序列長度T年中的最小值;CWT為第i年的暖化趨勢指數(shù),其取值范圍為0~1,數(shù)值越大,表明第i年在T年時間序列長度中氣候暖化趨勢越明顯。
1.3.2 氣候綜合濕潤化趨勢指數(shù) 氣候濕潤化趨勢較暖化趨勢更為復雜、影響因子也更多,單一因素的趨勢變化無法客觀全面對其評價。因此,綜合適用性較好的干旱指數(shù)與植被指數(shù)表征濕潤化趨勢,構(gòu)建更具綜合性的氣候濕潤化趨勢指數(shù)。
(1)氣候濕潤化趨勢指數(shù)(CHT)
濕潤指數(shù)Hi與自校核帕爾默干旱指數(shù)sc_PDSI指示意義不同,前者指示氣候的干濕變化,后者則是表征區(qū)域的干旱程度。長期氣候干燥并不代表會發(fā)生干旱災害,而干旱災害發(fā)生的區(qū)域也并不總伴隨氣候干燥。氣候干旱往往是一個長期累積過程,其對于氣象變化的響應(yīng)需要一定滯時,區(qū)域短期的氣候濕潤依舊具有發(fā)生干旱災害的風險。故氣候濕潤化的評價不僅要考慮短期的氣候干濕變化,更要考慮長期的氣候干旱風險。氣候濕潤化趨勢指數(shù)CHT包含Hi 與sc_PDSI,其構(gòu)建意義在于綜合短期氣候干濕變化與長期干旱風險,對氣候濕潤化趨勢進行評價。綜上所述,兩指數(shù)數(shù)值及年均增幅越高,氣候濕潤化趨勢越明顯。年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CHT采用下式計算:
式 中:xi為 第i年 的 年 均Hi 值;yi為 第i年 的 年 均sc_PDSI 值;(xkyk)max為 同 一 年 年 均Hi 值 與 年 均sc_PDSI 值乘積在T年時間序列長度中的最大值;(xjyj)min為同一年年均Hi 值與年均sc_PDSI 值乘積在T年時間序列長度中的最小值;CHT為第i年的濕潤趨勢指數(shù),其取值范圍為0~1,數(shù)值越大,表明第i年在T年中氣候濕潤化趨勢越明顯。
(2)氣候綜合濕潤化趨勢指數(shù)(CHT*)
氣候暖濕后會導致植被覆蓋率增加[21],歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)可以指示區(qū)域植被覆蓋率,是目前研究應(yīng)用廣泛的植被指數(shù)之一[24-25]?;跉夂驖駶欄厔葜笖?shù)CHT,加入表征植被覆蓋面積的指數(shù)NDVI,為氣候濕潤化趨勢評價補充生態(tài)響應(yīng)要素,能夠更加全面反映氣候濕潤程度。據(jù)此構(gòu)建氣候綜合濕潤化趨勢指數(shù)CHT*,包括濕潤指數(shù)Hi、自校核帕爾默干旱指數(shù)sc_PDSI 與歸一化植被指數(shù)NDVI。構(gòu)成CHT*因素的指數(shù)數(shù)值及年均增幅越高,即氣候濕潤化趨勢越明顯。年氣候綜合濕潤化趨勢指數(shù)CHT*采用下式計算:
式中:xi為第i年的年均Hi 值;yi為第i年的年均sc_PDSI 值;zi為第i年的年NDVI 值;(xkykzk)max為同一年年均Hi 值、年均sc_PDSI 值與年均NDVI 值的乘積在T年時間序列長度中的最大值;(xjyjzj)min為同一年年均Hi 值、年均sc_PDSI 值與年NDVI 最大值的乘積在T年時間序列長度中的最小值;CHT*為第i年的濕潤化趨勢指數(shù),其取值范圍為0~1,數(shù)值越大,表明第i年在T年中氣候濕潤化趨勢越明顯。
根據(jù)氣候暖化趨勢指數(shù)與氣候綜合濕潤化指數(shù),將要素指數(shù)年均值或年最大值歸一化處理之后,以數(shù)值大小確定趨勢變化等級,并將等級劃分為Ⅰ~Ⅴ級(表1)。為更加詳盡了解青海省近60 a氣候暖濕趨勢變化,對青海省年均暖濕指數(shù)等級變化時序采取逐年等級變化分析,以把握全省總體氣候暖濕趨勢變化;而省內(nèi)不同區(qū)域氣候地理條件存在較大差異,會造成不同區(qū)域的氣候暖濕趨勢與程度大不相同,為更加客觀真實評價青海省近60 a氣候暖濕變化,揭示不同區(qū)域的氣候空間暖濕變化規(guī)律,對全省近60 a不同區(qū)域氣候暖濕空間等級變化進行評價分析,分析周期為10 a。
表1 氣候暖濕化趨勢指數(shù)評價標準及影響因子Tab.1 Evaluation criteria and influencing factors of climate warming and humidification trend index
2.1.1 基于年時間序列變化分析 比較不同時間序列長度下CWT的計算差異,使用青海省近60 a(1960—2020 年)與近33 a(1982—2015 年)年均氣溫序列,計算青海省年氣候暖化趨勢指數(shù)CW60與CW33。兩指數(shù)等級變化趨勢(圖2)均顯示,青海省近60 a氣候暖化趨勢十分顯著,1988年是青海省暖化趨勢轉(zhuǎn)變的重要節(jié)點,此前指數(shù)等級以Ⅱ~Ⅲ級居多、Ⅳ級出現(xiàn)的頻率較低;而在1988 年暖化等級首次達到Ⅴ級,此后暖化等級呈現(xiàn)波動增加趨勢。2000年后等級穩(wěn)定在Ⅳ級上下,其變化幅度不超過一級,且Ⅴ級出現(xiàn)頻率顯著增加,青海省近20 a暖化趨勢穩(wěn)定。通過CW60與CW33在1982—2015年的暖化等級對比(圖2),33 a間歷年暖化評價等級非常相近,顯示時間序列的長短對氣候暖化趨勢指數(shù)CWT的評價影響極?。辉?992年出現(xiàn)同年CW60等級高于CW33,這主要是由于近33 a 青海省年均氣溫最小值高于近60 a年均氣溫最小值,亦是近年青海省暖化趨勢顯著的體現(xiàn)之一。
圖2 青海省1960—2020年年氣候暖化趨勢指數(shù)CW60與CW33歷年等級變化Fig.2 Grade change of CW60 and CW33 climate warming trend index in Qinghai Province from 1960 to 2020
2.1.2 基于空間變化分析 1960年暖化等級高值區(qū)主要位于青海省西北部柴達木盆地區(qū)與東部青海省黃河源區(qū)局部地區(qū),暖化等級為Ⅳ~Ⅴ級;低值區(qū)主要位于西部可可西里盆地區(qū)與東北部祁連山地區(qū),暖化等級Ⅰ~Ⅱ級;剩余地區(qū)為中值區(qū),等級為Ⅱ~Ⅲ級;中值區(qū)與低值區(qū)覆蓋了青海省絕大部分地區(qū)。1970年暖化等級分布呈現(xiàn)兩極分化趨勢,高值區(qū)中Ⅴ級區(qū)域顯著擴大,同時中值區(qū)及低值區(qū)中Ⅰ級區(qū)域也顯著增加,表現(xiàn)為西北部柴達木盆地區(qū)及東南部青海省黃河源區(qū)暖化趨勢顯著,祁連山地區(qū)、可可西里盆地區(qū)與青海省長江源區(qū)部分地區(qū)冷化趨勢擴大。其后年份中,高值區(qū)暖化范圍減小、趨勢趨于穩(wěn)定;而低值區(qū)則呈現(xiàn)持續(xù)暖化趨勢。在2020 年,除西部可可西里盆地局部地區(qū)外,青海省其余地區(qū)氣候暖化等級均達到Ⅱ級及以上。近60 a,青海省CW60在空間分布上較為穩(wěn)定,其暖化等級的空間分布格局并未發(fā)生較大變化(圖3)。
圖3 青海省1960—2020年年氣候暖化趨勢指數(shù)CW60空間趨勢變化Fig.3 Spatial trend change of CW60 climate warming trend index in Qinghai Province from 1960 to 2020
2.2.1 基于氣候濕潤化趨勢指數(shù)CHT評價
(1)基于年時間序列變化分析
CHT指數(shù)變化(圖4)顯示,青海省在1996年前,濕潤化趨勢等級總體維持在Ⅰ~Ⅱ級,Ⅱ級以上等級出現(xiàn)次數(shù)極少;1996 年后評價等級穩(wěn)定在Ⅱ級,且Ⅱ級以上年份顯著增加;2002年后評價等級呈現(xiàn)波動增加趨勢,此時青海省氣候已呈現(xiàn)微濕潤化趨勢,其后年份的濕潤等級趨于穩(wěn)定;2010 年濕潤化等級首次達到Ⅴ級,其后的2013 年與2016 年青海省CHT等級出現(xiàn)大幅減小,其余年份的濕潤等級均維持在Ⅲ~Ⅴ級。綜合青海省近60 a 的CHT等級變化,青海省氣候已呈微濕潤化趨勢。
圖4 青海省1960—2020年年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CH60與CH33等級變化Fig.4 Grade change of CH60 and CH33 climate humidification trend index in Qinghai Province from 1960 to 2020
CH60與CH33的評價等級在1982—2015年期間,有6 a(1982 年、1989 年、2008 年、2009 年、2011 年、2012 年)同年份CH60評價等級低于CH33,1984 年的CH60高于CH33,兩指數(shù)同年份的等級差維持在一級。造成等級差異的主要原因有:首先CH33評價時間序列較CH60短;其次在1982—2015年期間青海省濕潤化趨勢較1960—2020年更為顯著,但這并不影響CHT對同一地區(qū)不同時間序列長度濕潤化趨勢的評價結(jié)果。由此可見,CHT對氣候濕潤化趨勢的評價結(jié)果受時間序列長度的影響極小。
(2)基于空間趨勢變化分析
1960 年青海全省濕潤化等級極低,等級介于Ⅰ~Ⅱ級,東南部黃河流域源區(qū)局部地區(qū)與西南部青海省長江源區(qū)小部分地區(qū)濕潤等級為Ⅰ級,其余地區(qū)均為Ⅱ級;直至20世紀80年代,青海省氣候濕潤化等級與空間分布并無顯著變化,20 a 間瀾滄江流域地區(qū)較全省其余地區(qū)氣候濕潤等級較高;80年代濕潤化等級顯著上升,西北部可可西里盆地及柴達木盆地區(qū)、青海省黃河源區(qū)及瀾滄江源區(qū)濕潤等級明顯提升,等級達到Ⅲ級;90 年代濕潤等級分布與60年代相似,瀾滄江源區(qū)較青海省其他地區(qū)濕潤等級更高;2000 年后,青海省濕潤等級出現(xiàn)大范圍提升,北部柴達木盆地區(qū)至東北部祁連山地區(qū)的濕潤等級提升至Ⅲ級,其后年份濕潤等級增加趨勢向南部地區(qū)擴散,三江源地區(qū)濕潤等級大范圍提升;2012 年南部地區(qū)與東北部祁連山部分地區(qū)濕潤等級處于Ⅲ級,其余地區(qū)處于Ⅱ級;濕潤等級的大范圍增加趨勢并沒有持續(xù),2015年除東部祁連山部分地區(qū)濕潤等級維持在Ⅲ級外,其余地區(qū)濕潤等級均降至Ⅱ級,2020年濕潤等級由中部地區(qū)向東南方向三江源地區(qū)逐級遞增,等級范圍在Ⅲ~Ⅴ級,除東北部祁連山地區(qū)外,其余大部分地區(qū)等級均為Ⅱ級。
近60 a 青海省CH60指數(shù)等級空間變化幅度波動較小,等級范圍主要集中在Ⅰ~Ⅲ級,呈周期性變化;2015 年后東南部三江源地區(qū)CH60等級大幅提升,東南地區(qū)氣候濕潤化趨勢明顯。近60 a濕潤指數(shù)CH60空間格局分布變化缺乏明顯規(guī)律性(圖5)。
圖5 青海省1960—2020年年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CH60空間趨勢變化Fig.5 Spatial trend change of CH60 climate humidification trend index in Qinghai Province from 1960 to 2020
2.2.2 基于氣候綜合濕潤化趨勢指數(shù)CHT*評價
(1)基于年時間序列變化分析
氣候綜合濕潤指數(shù)CH33*歷年等級變化(圖6)顯示,青海省在1996 年前指數(shù)等級變化趨勢不穩(wěn)定,指數(shù)等級維持在Ⅰ~Ⅱ級;1996 年后指數(shù)等級穩(wěn)定于Ⅱ級,并呈現(xiàn)緩慢增加趨勢,Ⅲ級以上年份顯著增加,2003 年后濕潤等級大幅提升,2010 年濕潤化等級達到Ⅴ級,2012 年后濕潤趨勢回落,等級維持在Ⅱ~Ⅲ級。CH33*指示青海省氣候于1982—2015年間已進入微濕潤化階段。
圖6 青海省1982—2015年年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CH33*歷年等級變化Fig.6 Grade change of CH33*climate humidification trend index in Qinghai Province from 1981 to 2019
(2)基于空間趨勢變化分析
青海省1982 年濕潤化等級處于Ⅲ~Ⅳ級,南部三江源部分地區(qū)、東北部祁連山部分地區(qū)濕潤化等級達到Ⅳ級,其余地區(qū)均為Ⅲ級。至20 世紀90 年代初,濕潤等級無明顯變化;90 年代青海省濕潤化等級出現(xiàn)大范圍降低,其中青海黃河源區(qū)濕潤化等級變化介于Ⅰ~Ⅲ級,瀾滄江源區(qū)濕潤化等級維持在Ⅲ級,此區(qū)域濕潤等級有明顯向西北方向逐漸擴大,其余地區(qū)濕潤化等級維持在Ⅲ級。2000 年后,青海黃河源區(qū)濕潤等級出現(xiàn)小范圍增長,等級在Ⅱ~Ⅲ間波動;而祁連山地區(qū)濕潤等級呈顯著增長趨勢,濕潤等級達到Ⅳ級,且范圍向西擴大;中部地區(qū)與三江源區(qū)西南部地區(qū)濕潤化等級達到Ⅳ級,小部分地區(qū)達到Ⅴ級。2012 年濕潤等級介于Ⅲ~Ⅴ級,南北部地區(qū)分級明顯,南部地區(qū)濕潤等級高于北部地區(qū),瀾滄江源區(qū)濕潤等級達到Ⅴ級。2015年全省除東北部祁連山部分地區(qū)濕潤等級達到Ⅳ級外,其余地區(qū)濕潤等級均維持在Ⅲ級(圖7)。
2.2.3 CHT與CHT*評價結(jié)果對比
(1)年時間序列變化對比分析
對比青海省濕潤等級指數(shù)CH33與CH33*在1982—2015 年歷年濕潤等級(圖8),相同時間序列長度下,大部分年份濕潤等級一致;在1982年、1998年、2008 年、2009 年出現(xiàn)CH33濕潤等級高于CH33*,反映出植被變化對氣候濕潤化的滯后響應(yīng)。兩指數(shù)都顯示,在1995年青海省濕潤化趨勢開始穩(wěn)定在Ⅱ級,并在2008 年具有微濕潤化趨勢且趨于穩(wěn)定;其后在2013 年和2016 年濕潤等級大幅減小,主要原因為這2 a青海省年均sc_PDSI數(shù)值的大幅減??;但在2017 年后濕潤化等級迅速回升,直至2020 年總體濕潤化趨勢恢復波動增加。CHT*也指示出青海省近39 a有微濕潤化趨勢。
圖8 青海省1982—2015年年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CH33與CH33*等級變化對比Fig.8 Grade change comparison of CH33 and CH33*climate humidification trend index in Qinghai Province from 1981 to 2019
(2)基于空間趨勢變化分析
對比青海省濕潤指數(shù)CH33與CH33*近33 a(1982—2015 年)的濕潤等級空間變化(圖5、圖7),二者均顯示,2000—2015年祁連山地區(qū)與三江源區(qū)部分地區(qū)氣候濕潤程度顯著增加,濕潤化等級由西北向東南方向呈逐級遞增趨勢。CH33*較CH33氣候濕潤等級在空間范圍上普遍有1~2 級的提升,但二者所呈現(xiàn)的青海省濕潤等級分布格局及歷年變化趨勢十分相近,在青海省氣候濕潤趨勢評價中體現(xiàn)了較好的一致性。
圖7 青海省1982—2015年年氣候濕潤化趨勢指數(shù)CH33*空間趨勢變化Fig.7 Spatial trend change of CH33*climate humidification trend indexin Qinghai Province from 1960 to 2020
青海省近60 a年均CW60等級變化顯示,全省自1988年后出現(xiàn)持續(xù)暖化態(tài)勢,尤以2000—2020年暖化程度顯著。而省內(nèi)年均CW60等級的空間變化則呈現(xiàn)不同的暖化趨勢,60 a 間青海省柴達木盆地區(qū)與青海省黃河源區(qū)東部氣候暖化趨勢持續(xù)顯著,青海省瀾滄江源區(qū)氣候暖化持續(xù)微顯著趨勢,青海省長江源區(qū)與西部可可西里盆地區(qū)暖化趨勢并不顯著。60 a中青海省氣候暖化趨勢在空間增長幅度上較為穩(wěn)定,暖化趨勢向東部祁連山地區(qū)與西南部長江源區(qū)緩慢傳遞,全省各區(qū)域氣候暖化等級的空間分布格局并未發(fā)生較大變化。
青海省近60 a 年均CH60與33 a CH33*等級變化顯示,全省在1996 年前氣候并不具備濕潤化趨勢,這與李林等[9]指出的青藏高原降雨量突變年份相符。1996年后濕潤化趨勢顯現(xiàn),2002年后全省氣候濕潤化等級呈現(xiàn)波動性增加,此時青海省氣候較60 a 總體變化呈現(xiàn)出微濕潤化趨勢,其后年份濕潤等級趨于穩(wěn)定;至2020年青海省氣候濕潤化趨勢維持在微濕潤化狀態(tài)。而省內(nèi)兩濕潤指數(shù)等級的空間變化則呈現(xiàn)不同區(qū)域的氣候濕潤化程度及濕潤化趨勢變化幅度不同:近60 a青海省氣候濕潤化趨勢空間變化幅度波動性較大,氣候濕潤化趨勢呈現(xiàn)周期性變化。20世紀80—90年代初,青海省濕潤化趨勢初現(xiàn),在祁連山地區(qū)及青海黃河源區(qū)、瀾滄江流域部分地區(qū),西北部柴達木盆地區(qū)至中部地區(qū)也呈現(xiàn)出短暫濕潤趨勢;90年代后青海省氣候濕潤化趨勢減弱;2000—2015 年濕潤化趨勢再度增強,這一時期的濕潤化趨勢更加明顯,覆蓋區(qū)域面積顯著增加,這一時期不同區(qū)域濕潤程度均有增加,以南部三江源地區(qū)與東部祁連山地區(qū)濕潤程度變化最為顯著;2015 年后濕潤化趨勢再度減弱,較濕潤區(qū)域縮減至東南部三江源流域部分地區(qū)至北部祁連山部分地區(qū),而黃河流域東南部地區(qū)的濕潤程度則顯著提升。青海省近60 a的氣候濕潤化趨勢總體呈現(xiàn)出不顯著—微顯著—不顯著—微顯著變化,而區(qū)域濕潤化的空間分布格局變化并不具明顯規(guī)律性。
全省氣候暖化程度高值區(qū)集中在柴達木盆地區(qū)與青海黃河源區(qū)東部地區(qū),前者是由于柴達木盆地獨特的地理構(gòu)造所造成的干旱氣候?qū)е職鉁亻L年高于其他地區(qū),后者則是因為該區(qū)域城市化建設(shè),人口急劇增加所造成的。CWT指數(shù)變化主要取決于年均氣溫,伊俊蘭等[26]也指出,青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)及柴達木盆地的年均氣溫較高,祁連山區(qū)及青南一線地區(qū)平均氣溫較低,這與本文結(jié)論相符。而氣候濕潤化程度則并不存在顯著的高值區(qū)域,相較全省其他地區(qū),祁連山部分地區(qū)、青海瀾滄江源區(qū)與青海黃河源區(qū)東南部氣候濕潤化趨勢更加顯著,這與該區(qū)域植被覆蓋度較高并且水資源(冰川、雪山、濕地等)豐富有較大關(guān)系。但根據(jù)張強等[27]對西北地區(qū)未來氣候變濕趨勢的預測分析,西北地區(qū)未來30 a濕潤化趨勢將會減緩甚至消失,這與本文提出青海省的年際氣候濕潤化趨勢變化規(guī)律相符,這對未來青海省三江源地區(qū)的水資源規(guī)劃利用是一個巨大挑戰(zhàn)。
綜合對比發(fā)現(xiàn),全省氣候暖濕化地區(qū)都具有區(qū)域生境受人為干擾少、植被覆蓋率高、水資源充足等特點。其中,青海瀾滄江源區(qū)及青海黃河源區(qū)氣候的顯著暖濕化極有可能是因為氣候暖化造成三江源地區(qū)的雪山融化與冰川縮減,該區(qū)域水資源總量增多,從而加速了區(qū)域水汽循環(huán),導致降雨量增多,使得濕潤程度加劇,植被覆蓋增加;人為因素對該區(qū)域氣候濕潤化趨勢也有一定影響:青海省自2000年開始實施退耕還林還草工程[28],其后在2005年實施《青海三江源自然保護區(qū)生態(tài)保護和建設(shè)總體規(guī)劃》,均起到了不容忽視的作用[29]。劉彩紅等[30]在基于黃河源區(qū)近60 a均一化氣溫與降水數(shù)據(jù)分析中也同樣指出,近10 a黃河源區(qū)氣候暖濕化趨勢尤為顯著,年降雨量是影響年徑流量的主要氣候因子[31]。氣候暖濕化趨勢顯著對三江源區(qū)的生境多樣性保護,青海省及下游省份的發(fā)展都具有重大意義,但如何利用這一趨勢合理規(guī)劃發(fā)展戰(zhàn)略也成為了新的挑戰(zhàn)。另外,柴達木盆地區(qū)氣候暖干化趨勢加劇,依舊不利于青海省新時期的生態(tài)發(fā)展。
青海省近60 a氣候暖濕化趨勢指數(shù)時空變化顯示,近60 a氣候變化并沒有改變青海省的氣候暖濕分布格局。Zhang 等[32-33]在基于西北地區(qū)暖濕化對生態(tài)植被的影響與西北地區(qū)增濕東擴趨勢,對環(huán)流機制的協(xié)同效應(yīng)中均提出目前的西北暖濕化趨勢并未改變西北地區(qū)基本的氣候格局;姚俊強等[34]分析新疆氣候暖濕化特征中提出新疆地區(qū)的增濕趨勢并沒有改變當?shù)氐母珊禋夂颦h(huán)境。許多研究都表明,目前的氣候暖濕趨勢未改變西北地區(qū)已有的氣候格局,但未來這一趨勢的發(fā)展依舊有許多不確定性。
(1)青海省近60 a氣候總體變化趨勢正處于顯著暖化又微濕潤化趨勢,其中東南部祁連山部分地區(qū)、黃河源區(qū)南部至東南部與瀾滄江源區(qū)氣候暖濕化趨勢最為顯著;但近60 a的評價結(jié)果顯示,青海省的基本氣候暖濕分布格局并未改變。
(2)基于數(shù)據(jù)歸一化處理的氣候暖濕化評價指數(shù),在對青海省近60 a的氣候暖濕變化評價中體現(xiàn)了其適用性與實用性,不僅適用于資料序列短缺、指標因素資料較少的地區(qū)進行暖濕化趨勢評價,還可對每年區(qū)域暖濕化程度進行快速評價。相較已有方法,即便資料序列精確度不高,該類指數(shù)依舊能根據(jù)指標因素整體變化趨勢判斷該地區(qū)的暖濕趨勢。