氣候變化對東部農業區干旱的影響范文

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摘要：利用青海東部12個測站的1961—2017年的資料序列，分析了氣溫、降水、蒸發、標準化降水指數（SPI）的變化趨勢，及氣候變化對干旱氣象指數（SPI）的影響。結果表明：青海東部區域平均氣溫呈非連續性明顯升高趨勢，線性傾向值為向值為0.396℃/10a,年降水量、年蒸發量及干旱氣象指數（SPI）總體呈增加趨勢。說明氣候變化呈暖濕方向發展，青海東部干旱指數（SPI）與年平均氣溫、蒸發量與呈反相關，而與降水量呈正相關。

關鍵詞：農業區；氣候變化；干旱；特征；青海；東部

引言

近年來全球氣候變化已經成為最為引人關注的環境科學問題之一，我國氣候變化評估報告表明，我國近一個世紀以來發現,中國年平均氣溫上升趨勢明顯,變暖幅度約為1.3℃,增溫速率達0.25℃/10a，不同區域范圍和區域尺度的區域性氣候變化明顯[1—2]。干旱作為西北地區、尤其是青海農業區最常見的氣象災害，對農業、水資源及環境變化造成影響。羅鍵等[3]分析得出，干旱的發生和發展較為復雜，一方面受氣候因素的（溫、濕、降水、蒸發等）的影響，另一方面又與人類的活動聯系在一起。盧洪健等指出[4]，降水、氣溫對干旱的形成和發展中起著重要作用，溫度升高與降水、蒸發的變化的疊加效應可能導致更多干旱事件的發生。一直以來，在干旱研究方面，許多學者提出了多種干旱指標，常見的有降水距平指數、帕默爾干旱指數、標準化降水蒸散指數等等。SPI指數，即標準化降水指數，是國際上廣泛應用的干旱指標，相關研究表明，SPI指數計算簡單，資料獲取容易，具有穩定的計算特性。SPI指數消除了降水的時空差異，具有對干旱變化反應敏感等優點，在使用上好于降水距平等干旱指數[5]。現用青海東部12個縣1961—2017年近57a的實時觀測資料分析各要素變化趨勢，計算SPI干旱指數，然后分析氣候要素對青海東部農業區干旱的影響。

1研究區概況

青海東部農業區（98°54′—103°04′E，34°48′—38°20′N）。包括西寧市和湟源、大通、湟中、樂都、民和等12縣（市）,總面積約3.6×104km2,耕地面積超過全省耕地面積的70%,是全省主要的糧食和農作物生產區。東部農業區氣候類型屬于高原大陸性季風氣候,冬季寒冷少雨，春季干旱多風。年平均氣溫3～9℃,無霜期100～200d,年平均降水量250~550mm，蒸發量高達1400～2200mm，海拔高度1700～4984m。降水分布不均勻，全年50%降水集中在夏季，屬于干旱半干旱地區。

2資料和方法

2.1資料來源和計算方法利用東部農業區12個氣象站逐月平均氣溫、降水量、資料均通過質量控制。地表蒸發量(由于蒸發皿的更換,實測蒸發量資料不連續用彭曼公式計算[6])，氣象要素的分析采用線性趨勢法分析，干旱指數用標準化降水指數（SPI）計算方法[7]，要素的突變分析采用采Marm—Kendall檢驗和滑動t檢驗相結合的方法。

2.2SPI指數計算方法標準化降水指數SPI是指由于不同時間、不同地區降水量變化幅度很大，直接用降水量很難在不同時空尺度上相互比較，而且降水分布是一種偏態分布，不是正態分布，所以在降水分析中，采用Γ分布概率來描述降水量的變化，然后再經正態標準化求得SPI值最終用標準化降水累計頻率分布來劃得干旱等級。

3結果分析

3.1氣溫變化特征1961—2017年，青海東部地區年平均氣溫為5.9℃，總體表現為明顯的增暖趨勢，以0.396℃/10a的速率上升，氣溫變化并不是持續的、連續增暖，而是呈非連續性的、冷暖相間波動上升的特點。

3.2降水變化特征1961—2017年，青海東部地區平均年降水量為400.4mm，總的呈現出波動中以0.957mm/10a的速率微弱增多的趨勢（圖3a）。年降水量的階段性變化明顯，20世紀60年代降水量逐年減少，并且上下波動較大,最大值達562.2mm(1961年)，也是降水量歷史極值，最小值為303.2mm（1962年），相差259mm。20世紀70—80年代降水增加，20世紀90年代減少，進入21世紀后，降水量增加，但增加與減少的幅度不明顯。從季節變化來看，春季、夏季、秋季的變化傾向率分別為1.696℃/10a、-1.078/10a和0.643/10a夏季降水量減少，其它季節降水增加，但均不顯著。從降水空間變化分析，各地降水量變化趨勢表現不同，互助大部、樂都東部、民和東北部降水量呈減少趨勢，平均每10年減少1.02～14.06mm，其中互助是降水減少最明顯的地區,通過了0.05的顯著性檢驗（t0.05=2.117）；其余大部地區降水量表現為增多趨勢，降水增加率在0.38～12.94mm/10a之間，增多的不明顯，其中西寧、大通、湟源和湟中北部是降水增加最多的地區，西寧通過了0.05的顯著性檢驗（t0.05=2.099）。

3.3蒸發變化特征從4a可以看出，1961—2016年東部農業區地面蒸發量以2.446/10a的速率上升，上升的不顯著，總的表現為“高—低—高”的演變過程，60—70年代上升，80年代下降，到1989年達到歷史最低值802.7mm，而90年代后開始上升，到2013年達到歷史最高值992.7mm。春、夏、冬地表蒸發量變化的氣候傾向率為正值，分別為26.80mm/10a、8.66mm/10a、1.56mm/10a，而秋季地表蒸發量變化的氣候傾向率為負值，為-7.68mm/10a、這說明春、夏、冬地表蒸發量呈增加趨勢，秋季呈減少趨勢，但都通不過顯著性檢驗。從蒸發空間分布情況來看，地面蒸發各地變化趨勢不一，西寧、樂都、民和、化隆呈下降趨勢，下降率分別為16.67mm/10a、4.27mm/10a、3.72mm/10a、2.26mm/10a,其中西寧下降尤其顯著，通過了0.001的顯著性檢驗。其余地方均呈上升趨勢，其中尖扎互助上升顯著，上升率分別為21.68mm/10a、16.097mm/10a,均通過了0.001的顯著性檢驗，而同仁上升較明顯，通過了0.02的顯著性檢驗。其余地方上升不明顯。

4干旱變化特征

4.1SPI指數的年際、季變化特征圖5給出了青海東部年和四季SPI指數變化情況，可以看出，近57a東部地區SPI指數呈下降趨勢，傾向率為0.059/10a,表明整體向濕潤方向發展，但變化趨勢不明顯，未經過顯著性檢驗。SPI指數最小值出現在1966年、1991年分別為-1.4329和-1.6501，也就是說，這兩年發生了重干旱平均發生率為25%,其中重旱占3%。輕旱和中旱各占22%。正常年份占75%。根據SPI指數變化情況，整個東部區域的干旱狀況處于不斷的波動當中，其中在20世紀60—90年代均有不同程度的干旱發生，其中60年代、70年代末80年代初、90年代初為干旱較為嚴重的階段，代表的年份有1962年、1965—1966年的春夏連旱造成中—重旱，1980、1982年的中旱，1991年夏（特旱）秋連旱導致的重旱，2000年的春夏連旱導致的中旱。進入21世紀以后，干旱變化有所減緩，除2015年春夏連旱導致的中旱外，均沒有大的旱情發生。在季節當中，春旱占多數，占38%，秋旱最少。因7、8月份干旱呈上升趨勢，導致夏季干旱呈現上升趨勢，傾向率為0.0013/10a，但上升的趨勢不明顯。春、秋季節干旱呈現下降趨勢，但極端值出現在春秋季節，1995年、2000年的重旱均出現在春季，1986、1972年和1991年的特旱出現在秋季。

4.2干旱的空間變化特征從空間變化來看，除了互助、民和干旱趨勢有所上升外，其余地方均下降趨勢。互助、民和分別以0.156/10a、0.043/10a的速率上升，互助上升速率超過了0.10的顯著性檢驗，而民和上升趨勢不明顯。

5氣候變化對干旱的影響

5.1氣溫變化對干旱的影響

1961—2017年干旱與平均氣溫有著較密切的關系，干旱指數受溫度的升高而降低，氣溫越高，SPI指數越小，二者呈反相關，相關系數為0.1567，顯著性水平超過了0.01，說明氣溫變化是影響干旱的主要原因之一。

5.2降水變化對干旱的影響

干旱隨降水量的變化而變化，降水量越大，SPI指數越大，降水與SP指數呈顯著正相關，相關系數為0.8522，大大超過了0.001的顯著性檢驗，表明降水量的變化是形成干旱的最主要原因。5.3蒸發變化對干旱的影響圖6(c)表明，1961—2016年蒸發與干旱有著一定的關系，干旱指數隨蒸發的增大而減小，二者呈反相關，相關系數為0.2829，顯著性水平超過了0.001的檢驗。表明蒸發是影響干旱的主要原因之一。

6結論

①青海東部地區平均氣溫為0.59，以0.396℃/10a的速率呈非連續、波動上升。冬季增溫明顯,春季增溫幅度最小。1997年后青海東部地區增溫明顯，為增暖的一個突變現象。其中互助是增溫最明顯的地方，西寧是增溫最小的地方。②青海東部年平均降水量為400.4mm，總的趨勢是0.957mm/10a的微弱上升。春、秋季降水增多，夏季降水減少，但均不明顯。其中互助是降水減少最明顯的地方，而西寧是降水增多最明顯的地方。③青海東部地面蒸發量以2.446mm/10a的速率上升，表現為“高—低—高”的趨勢。春、夏、冬季的蒸發氣候傾向率為正值，秋季為負值。其中尖扎、互助為蒸發上升明顯的地方，而西寧為蒸發下降最明顯的地方。④青海東部干旱指數（SPI）呈下降趨勢，傾向率為0.059/10a,表明整體向濕潤方向發展，但變化趨勢不明顯。干旱平均發生率為25%,其中重旱占3%。輕旱和中旱各占22%。在20世紀60年代—90年代均有不同程度的干旱發生，其中60年代、70年代末80年代初、90年代初為干旱嚴重的階段。進入21世紀以后，干旱變化有所減緩，出2015年春夏連旱導致的中旱外，均沒有大的旱情發生。其中互助為干旱趨勢上升最顯著的地方，西寧是干旱趨勢下降最明顯的地方。⑤氣候變化對干旱的影響明顯，氣溫越高，干旱指數（SPI）越小，二者呈反相關，相關系數為0.1567，超過了0.01的顯著性水平；降水越多，干旱指數（SPI）就越大，二者呈正相關，相關系數為0.8522，大大超過了0.001的顯著性水平；蒸發越大，干旱指數（SPI）越小，干旱越嚴重，二者呈反相關，相關系數為0.2829，也超過了0.001的顯著性水平。從空間分布上看，互助是氣溫升高趨勢最明顯，降水減少趨勢最明顯，而蒸發增大趨勢最明顯的地方，所以干旱指數（SPI）最小的地方，也是青海東部干旱趨勢加重的地方；西寧是氣溫升高趨勢最小，降水增多趨勢最明顯，蒸發減少趨勢明顯的地方，所以干旱指數（SPI）最大的地方，也是青海東部干旱趨勢明顯減少的地方。由此可見，氣溫升高，蒸發量增大，是造成干旱的主要原因，而降水量增大，干旱程度減小，對干旱起著一定緩解作用。

參考文獻：

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[6]劉懷屺.蒸發力計算方法———彭曼(H.L.Penman)公式的應用[J];山東農業科學;1989年06期.

[7]氣象災害標準.GB/T20481—2017，中國氣象干旱等級，2017.

作者：張翠花1；蘇芬2；李紅梅3 單位：1.大通縣氣象局,2.海南州氣象局，3.省氣候中心