瑪曲縣氣候特征分析

柴成武，徐先英，張 莉，唐進年，劉虎俊，吳春榮，梁 泰

（1.荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國家重點實驗室培育基地/甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站/甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省白銀市平川區(qū)農(nóng)技中心，甘肅 白銀 730913）

黃河源區(qū)瑪曲縣是青藏高原的一部分，屬高寒濕潤氣候區(qū)，素有“黃河蓄水池”之美譽。近年瑪曲縣的天然草地出現(xiàn)嚴(yán)重的退化。河道兩岸的護岸林幾乎消失殆盡，動植物物種多樣性減少。截止至1999年沙化面積達6 080hm2，比1990年凈增2 164.9hm2，10年間沙漠化草地面積年均增加176.18hm2。1995～2000年，該縣沼澤濕地面積減少了37.81km2，年均減少3.24%。2000～2006年，沼澤濕地面積減少了35.5km2，年均減少2.53%［1］。生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)引起了人們的高度重視，2001年國家將瑪曲縣草原列為國家級十大生態(tài)功能保護區(qū)之一。

水、光、熱等氣候資源直接影響著植被的空間配置及草地分布，研究瑪曲縣草原退化對青藏高原高寒草甸與濕地的保護具有重要的現(xiàn)實意義。在瑪曲縣氣候的研究中，李國軍等［2－4］研究了積溫及日照時數(shù)的變化、氣候與牧草產(chǎn)量的關(guān)系。王素萍等［5］從氣候傾向率方面分析了氣候變化。這些研究對瑪曲縣氣候的深入研究有較大的貢獻，對氣溫及降水量的具體細節(jié)變化涉及不多，但瑪曲縣的植物群落類型及其分布主要取決于水熱條件［6］。降水量的減少直接導(dǎo)致瑪曲縣濕地地表徑流的減少和地下水位的不斷下降［7］。筆者通過瑪曲縣降水量和氣溫特征分析來闡述降水和氣溫在瑪曲縣草地退化中的加速作用特征，為瑪曲縣草地恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

甘肅省瑪曲縣地處青藏高原東端，地理位置位于E 100°46′～102°29′，N 33°06′～34°33′，海拔為3 300～4 806m。國土面積為9.6×105hm2，其中，國土面積的89.4%為天然草地［8］。氣候?qū)俑咴箨懶詺夂?，年均氣?.26℃，冬季最低氣溫達－20.9℃，夏季最高氣溫20.7℃，年均降水量606.5mm。自然特征為海拔高、輻射量大、溫度低、牧草生長期短［9］，年平均日照時數(shù)只有2 583.9h。草地類型以灌叢草甸、高山草甸、草原化草甸、沼澤化草甸、沼澤類草地等為主。土壤類型以亞高山草甸土、褐鈣土為主。境內(nèi)分布著黃河上游支流330余條，補給黃河徑流水量的45%［10］，是黃河源區(qū)主要水量補給區(qū)。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

瑪曲縣氣候相關(guān)資料來源于瑪曲縣氣象局。

2.2 研究方法

采用趨勢分析法判別資料時間序列中的趨勢變化和傾向率。用一次直線方程來定量描述氣候傾向率，即y（t）＝a0＋a1t，則趨勢變化率方程為dy（t）/dt＝a1，把a1×10稱為氣候傾向率，其單位為℃/（10a）或mm/（10a），方程中的系數(shù)可用最小二乘法確定；降水量距平分析法，即某地個別年份的降水量與多年平均值之差。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量變化

3.1.1 年際變化 1967～1999年33年瑪曲縣降水量分布曲線及線性模擬趨勢線（圖1），瑪曲縣年代際降水量總體呈下降趨勢，傾向率－11.88mm/（10a），多年平均降水量606.5mm。

圖1 瑪曲縣1967～1999年降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation in Maqu County

瑪曲縣1967～1999年降水量距平年代變化曲線，總體上枯水年較多（圖2），盈水年較少。盈水年只有12年，稍大于分析年數(shù)的1/3。降水量盈余年中大于多年平均降水量距平10%以內(nèi)者居多，達6年；10%～20%和20%～30%的分別有3年、2年；瑪曲縣枯水年有21年，其中，距平10%以內(nèi)8年，10%～20%和20%～30%的分別有9年、3年，＞30%有1年即1996年，降水量為431.2mm，相對于平均降水量缺額達31.71%。分析看出，瑪曲縣枯水年降水量主要分布于低于多年平均值0～20%，達枯水年總數(shù)的81%。所以，瑪曲縣實際可利用盈余水量嚴(yán)重不足，瑪曲縣高寒草原多年呈干旱缺水狀態(tài)。

瑪曲縣年際降水量時間分布上，表征為多年干旱及連續(xù)幾年的干濕交替。1967及1968年為降水豐沛年，1969～1974年、1982～1988年、1993～1996年為枯水時段，1975～1981年、1989～1992年為干濕交替時段（圖2）。

圖2 瑪曲縣年代降水量距平Fig.2 Anomaly of precipitation in Maqu County

3.1.2 季節(jié)變化 瑪曲縣各年代降水量隨季節(jié)變化（表1），其中，春季（3～5月）平均為109.078mm，占全年的19.030%；夏季（6～8月）為309.860mm，占全年的54.170%；秋季（9～11月）為141.916mm，占全年的24.760%；冬季（12～2月）為11.700mm，占全年的2.040%。因此，夏季降水對該地區(qū)的水資源平衡起重要作用。

表1 瑪曲縣20世紀(jì)60～90年代降水量季節(jié)變化Table 1 Seasonal variation of precipitation among decades in Maqu County

3.1.3 降水量月變化 瑪曲縣年內(nèi)降水最高在7月（圖3），1～6月緩慢升高，8～12月急劇降低。以0～30℃為植物最佳生長期［11］，則植物最佳生長月主要在4～9月共計6個月，此時段內(nèi)降水的多少關(guān)系到植物的年生長量。該地區(qū)的降水量月份變化總體上呈現(xiàn)出先增加后降低的“單峰”曲線趨勢。

圖3 瑪曲縣氣溫、降水量年內(nèi)變化Fig.3 Characteristics of precipitation and temperature in a year in Maqu County

3.2 氣溫變化

3.2.1 年際變化 1967～1999年瑪曲縣溫度總體呈現(xiàn)出波動中上升的趨勢，多年平均氣溫為1.26℃（圖4）。1967～1976年10年間均溫1.18℃，1977～1986年10年間均溫1.12℃，1987～1995年9年間均溫1.47℃，1996年和1998年溫度上升劇烈，分別達3.32℃和3.22℃，增溫異常。

圖4 瑪曲氣溫1967～1999年變化Fig.4 Characteristics of temperature variation in Maqu County

3.2.2 溫度月變化 瑪曲縣年內(nèi)多年平均氣溫接近于正態(tài)分布，年內(nèi)最高溫與最高降水量一致，出現(xiàn)在7月，雨熱同期（圖3）。表2為瑪曲縣33年中年初＞0℃和年末＞0℃出現(xiàn)時間段頻率，瑪曲縣年初＞0℃出現(xiàn)時間主要集中于4月上旬，出現(xiàn)的頻率19次，占分析年數(shù)的57.6%，其次，4月中旬11次，占分析年數(shù)的33.3%；年末＞0℃出現(xiàn)時間主要集中于10月下旬，出現(xiàn)頻率18次，占分析年數(shù)的54.5%，其次，11月上旬9次，占分析年數(shù)的27.3%。年初及年末0℃出現(xiàn)頻率上，1967～1977年，1978～1988年，1989～1999年3個時間段4月上旬出現(xiàn)頻率逐段增加，增加速率平均0.045次/年，氣溫變暖時間逐段提前；10月下旬出現(xiàn)頻率逐段減少，11月上旬及中旬出現(xiàn)頻率波動增加，氣溫變冷時間逐段推后。

表2 瑪曲縣33年中年初＞0℃和年末＞0℃出現(xiàn)頻率Table 2 Occurrence frequency of＞0℃and＞0℃temperature in beginning and ending of year in Maqu County

4 討論與結(jié)論

（1）瑪曲縣年際降水量具有下降趨勢，在下降中呈豐枯波動變化，多年缺水，引起氣候向干旱方向發(fā)展；枯水年接近于分析年數(shù)的2/3，降水量主要分布于多年平均值0～20%；盈水年數(shù)稍大于分析年數(shù)的1/3，降水量主要分布于降水量距平10%以內(nèi)?，斍h33年內(nèi)降水量主要取決于夏季降水，占全年總降水量的54.17%，降水月分布上1～6月緩慢升高，8～12月急劇降低，主要集中于4～9月。這種變化趨勢與姚玉璧等［12］降水量的年際變化存在2～4，6～7，10～11a的年周期振蕩特征結(jié)論具有印證關(guān)系。

（2）瑪曲縣多年平均氣溫1.26℃，年際變化呈波動上升趨勢，1996年和1998年溫度上升劇烈，增溫異常；年內(nèi)多年1～12月平均氣溫接近于正態(tài)分布，年內(nèi)最高溫與最高降水量一致出現(xiàn)在7月，雨熱同期；年內(nèi)氣溫變暖時間提前，4月上旬變暖出現(xiàn)年代增多，變冷時間推后，由10月下旬轉(zhuǎn)向11月中旬及下旬，這與李國軍等［2］≥0℃積溫年際變化呈顯著增加趨勢的結(jié)論相一致。

（3）瑪曲縣氣溫增加有利于植物生長，延長了生育期，但增加了草地蒸散量，促使土壤旱化，沼澤濕地萎縮，降水的減少又加劇了該種趨勢，對草原沙化有加速趨勢。

［1］李文龍，王晶，郭述茂，等.瑪曲沼澤濕地景觀格局變化研究及驅(qū)動力分析［J］.草業(yè)學(xué)報，2009，26（8）：57－62.

［2］李國軍，張勝智，汪治桂，等.近40年來瑪曲草原的氣候生態(tài)特征［J］.干旱氣象，2007，25（3）：34－38.

［3］李國軍，張勝智，吉哲君.瑪曲草原氣候生態(tài)環(huán)境變化及牧草產(chǎn)量灰色預(yù)測［J］.干旱氣象，2009，27（1）：61－65.

［4］李國軍，張勝智，吉哲君，等.瑪曲草原氣候資源利用與牧草生產(chǎn)力的研究［J］.干旱氣象，2009，27（3）：276－281.

［5］王素萍，宋連春，韓永翔，等.瑪曲氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響［J］.冰川凍土，2006，28（4）：556－561.

［6］王孝安.甘南瑪曲植物群落的多元分析與環(huán)境解釋［J］.生態(tài)學(xué)報，1997，17（1）：61－65.

［7］戚登臣，李廣宇.黃河上游瑪曲濕地退化現(xiàn)狀、成因及保護對策［J］.濕地科學(xué)，2007，5（4）：341－347.

［8］孫國武，李耀輝.關(guān)于環(huán)境蠕變問題的研究［J］.干旱氣象，2007，25（2）：8－9.

［9］安華銀，姚玉璧，尹東，等.甘南高原生物氣候資源及其農(nóng)業(yè)區(qū)劃［J］.干旱氣象，2007，25（1）：67－71.

［10］姚玉璧，王潤元，尹東，等.氣候變化對黃河首曲地區(qū)草地生態(tài)退化的影響［J］.資源科學(xué)，2007，29（4）：127－133.

［11］云文麗，王永利，侯瓊，等.凈第一性生產(chǎn)力模型在內(nèi)蒙古典型草原區(qū)的應(yīng)用分析［J］.中國草地學(xué)報，2008，30（2）：1－4.

［12］姚玉璧，尹東，王潤元，等.黃河首曲氣候變化及其對黃河斷流的影響［J］.水土保持通報，2006，26（4）：1－6.