近50年貴德縣旱澇災(zāi)害變化特征分析

李進(jìn)虎，吳 讓?zhuān)w金忠

（1.青海省氣象局，西寧810001；2.青海省同德縣氣象局，青海 同德813201；3.青海省貴德縣氣象局，青海 貴德811750）

20世紀(jì)以來(lái)全球氣候有變暖趨勢(shì)已經(jīng)被許多研究所證實(shí)[1－3]，受全球氣候變化的影響，青藏高原氣候發(fā)生了較大的變化[4－6]。研究表明，幾十年來(lái)青藏高原氣候變化的總體特征表現(xiàn)為氣溫呈上升趨勢(shì)，降水量呈增加趨勢(shì)，近年來(lái)這一趨勢(shì)更為明顯[7－9]。我國(guó)各地自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，給糧食生產(chǎn)、水資源等帶來(lái)危機(jī)[10]。其中旱澇災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響最大。全球變暖將導(dǎo)致全球氣候系統(tǒng)發(fā)生重大變化，可能使極端氣候事件（洪水、干旱、高溫和低溫等）的頻率和強(qiáng)度增加。而干旱是我國(guó)最常見(jiàn)，影響最大的氣象災(zāi)害，每年因干旱造成的糧食減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失約占?xì)庀鬄?zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失的50%左右[11]。

本文利用相關(guān)資料分析貴德縣近50a在全球變暖影響下氣溫和降水的變化，在此基礎(chǔ)上分析氣溫突變前后旱澇災(zāi)害的變化，并預(yù)測(cè)未來(lái)5a該地區(qū)在全球變暖影響下的旱澇狀態(tài)，以期為該地區(qū)旱澇預(yù)報(bào)等起到參考作用。

1 資料與分析方法

1.1 研究區(qū)概況

貴德縣位于青海省海南藏族自治州東部，地處黃河上游南岸，處于黃土高原與青藏高原過(guò)渡地帶，是一個(gè)以農(nóng)為主，兼營(yíng)農(nóng)牧業(yè)的縣，也是全省重點(diǎn)農(nóng)業(yè)縣之一。黃河自西向東橫貫縣境中部76.8km，兩岸河谷輻集于黃河，形成群山環(huán)抱的河谷盆地。年平均氣溫7.3℃，年降水量252.5mm，年極端最高氣溫38.7℃，年極端最低氣溫－21.8℃。主要的氣象災(zāi)害為春季干旱、夏季洪水、泥石流。年降水量不僅較少，而且降水主要集中在汛期（6—8月）。春季降水量較少，發(fā)生春旱的頻率高，因此貴德地區(qū)春播農(nóng)作物受災(zāi)頻率較高且受害程度較重。

1.2 資 料

本文選用貴德氣象站1961—2010年逐日平均氣溫、逐月降水資料以及逐日最高、最低氣溫資料，分析近50a氣溫、降水以及最高最低氣溫的變化。利用氣溫、降水、最高最低氣溫等氣象要素，分別建立年及四季的時(shí)間序列。按12月至次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季劃分四季。30a平均值按世界氣象組織（WMO）規(guī)定的1981—2010年平均值。

1.3 計(jì)算方法

根據(jù)現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法，采用一元線性回歸分析方法[12]，對(duì)貴德縣近50a最高氣溫、最低氣溫和年氣溫、降水序列進(jìn)行趨勢(shì)分析；運(yùn)用滑動(dòng)t檢驗(yàn)[13]、信噪比法[14]來(lái)檢測(cè)貴德縣近50a四季及年平均氣溫序列的突變；用降水量來(lái)劃分貴德縣旱澇等級(jí)，進(jìn)而確定出貴德縣氣溫突變前后旱澇等級(jí)出現(xiàn)的年份數(shù)及所占的比例；根據(jù)貴德縣旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)1961—2010年貴德縣的降水量進(jìn)行等級(jí)劃分，運(yùn)用馬爾柯夫模型[15]對(duì)未來(lái)5a的旱澇狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 氣候要素變化趨勢(shì)分析

2.1 各氣象要素的變化趨勢(shì)分析

2.1.1 年平均氣溫變化趨勢(shì) 圖1為貴德年平均氣溫變化曲線，近50a來(lái)貴德氣溫呈明顯的上升趨勢(shì)，其年平均氣溫傾向率達(dá)0.23℃／10a，明顯低于全省0.32℃／10a的氣溫平均傾向率。年平均氣溫從60年代以來(lái)呈持續(xù)上升狀態(tài)，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后（1991—2010年）升幅最為明顯，并達(dá)到年代平均氣溫最高值（圖1）。

圖1 貴德年平均氣溫年際變化

貴德年平均氣溫為7.6℃，各年代年平均氣溫距平，60 年 代 （1961—1970 年）為 －0.5℃，70 年 代（1971—1980年）為－0.4℃，80年代（1981—1990年）為－0.5℃，90年代（1991—2000年）為－0.2℃，2001—2010年平均為8.1℃，1990—2010年較60年代升高了0.7℃。2010年是50a來(lái)年平均氣溫最高的一年，高達(dá)8.8℃。

2.1.2 年平均最高氣溫變化趨勢(shì) 近50a貴德地區(qū)年平均最高氣溫也呈明顯上升趨勢(shì)（圖2），氣候傾向率為0.35℃／10a，相關(guān)系數(shù)為0.662，通過(guò)0.001信度水平檢驗(yàn)。其增長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于年平均氣溫的增長(zhǎng)率。年平均最高氣溫的多年值為15.9℃，年代際變化中，年平均最高氣溫60，70，80年代基本相同，比多年值偏低1.3～1.4℃；90年代與多年值一致；21世紀(jì)前10a較多年值偏高0.7℃。2010年是近50a平均最高氣溫最高的一年，比常年平均最高氣溫偏高了1.1℃。

圖2 貴德年平均最高氣溫年際變化

2.1.3 年平均最低氣溫變化趨勢(shì) 近50a來(lái)，貴德地區(qū)年平均最低氣溫的氣候傾向率大于平均氣溫而小于平均最高氣溫（圖3），平均最低氣溫的氣候傾向率為0.25℃／10a，相關(guān)系數(shù)為0.593，信度達(dá)0.001。自有器測(cè)記錄以來(lái)，年平均最低氣溫一直呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。年平均最低氣溫的多年值為0.7℃，各年代際平均最低氣溫值中，除2001—2010年代的平均值高于平均值外，其他年代平均值均低于多年平均值。60年代平均最低氣溫最低，為0.1℃，較多年平均值偏低0.6℃；20世紀(jì)70，80，90年代為0.4℃，較60年代升高了0.3℃；21世紀(jì)前10a的平均最低氣溫升高幅度最大，較20世紀(jì)90年代升高了1.0℃。

圖3 貴德年平均最低氣溫年際變化

2.1.4 年降水量變化趨勢(shì) 貴德年降水量為253.3 mm。從年代際變化來(lái)看，60，80，90年代的年降水量低于多年平均值，其中80年代最少，為230.2mm；70年代和2001—2010年的年降水量略高于多年平均降水量，其中70年代降水量最多，為264.8mm。近50a貴德年降水量的氣候傾向率較小，為－7.6 mm／10a，這一結(jié)果與我國(guó)1951—1989年（39a）降水傾向率－12.69mm／10a一致[8]。

從年降水量累積距平圖（圖4）上可以看出，20世紀(jì)60年代的降水量呈減少趨勢(shì)，70年代初至80年代末降水偏多，累積距平曲線呈上升的趨勢(shì)，但進(jìn)入90年代以后至2003年，又呈明顯的減少趨勢(shì)，以夏半年降水變化量為明顯，2004年以后降水量又呈明顯的增多趨勢(shì)。

圖4 貴德年降水量及累積距平變化曲線

2.2 各氣候要素的突變分析

采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法（MTT）和信噪比方法（S／N）對(duì)貴德地區(qū)近50a氣溫序列的突變加以判別，并對(duì)四季及年平均氣溫序列進(jìn)行突變分析，計(jì)算春、夏、秋、冬及年平均氣溫序列中的統(tǒng)計(jì)量│t│值和S／N值。從表1可知，春季│t│最大值出現(xiàn)在1997年，夏季、秋季和年│t│最大值出現(xiàn)在1998年，冬季出現(xiàn)在1987年。年和四季5個(gè)統(tǒng)計(jì)量│t│值均通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)。而S／N值只有年平均氣溫大于1.0，由此可見(jiàn)，貴德地區(qū)年平均氣溫序列存在突變，且突變點(diǎn)在1998年，而春季、夏季、秋季和冬季四季只發(fā)生了一次大的轉(zhuǎn)折，其中冬季發(fā)生轉(zhuǎn)折的時(shí)間最早，在1987年，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)冬季氣溫影響較明顯。

表1 貴德地區(qū)平均氣溫的突變點(diǎn)

表1還給出了統(tǒng)一以1998年為突變點(diǎn)貴德地區(qū)四季和年平均氣溫突變前后的平均值及其差值。春季和秋季突變前后的平均值之差較小，年平均氣溫突變前后的平均值次小，為0.9℃，冬季和夏季突變前后的平均值之差都大于1.0℃，可見(jiàn)突變后的平均氣溫比突變前均明顯增加。其中冬季的增幅最大，為1.3℃；其次是夏季，為1.1℃。

3 貴德地區(qū)氣溫突變前后旱澇災(zāi)害的變化

旱澇災(zāi)害等級(jí)是反映一個(gè)地區(qū)旱澇災(zāi)害程度的統(tǒng)一衡量指標(biāo)，是分析旱澇災(zāi)害規(guī)律的重要依據(jù)。氣象中旱澇現(xiàn)象的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)很多[16]，前人在確定旱澇標(biāo)準(zhǔn)方面已做過(guò)許多工作[17－18]，由于各地的地理位置、下墊面情況以及人類(lèi)活動(dòng)影響等因素的不同，無(wú)論哪一種旱澇指標(biāo)都有一定的局限性[19]，鑒于貴德地區(qū)的氣候狀況，本研究用降水量來(lái)確定旱澇等級(jí)[20]，詳見(jiàn)表2。

表2 旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)旱澇災(zāi)害的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)出1961—2010年貴德地區(qū)旱澇災(zāi)害的年份，確定貴德地區(qū)氣溫突變前后旱澇等級(jí)出現(xiàn)的年份數(shù)及所占的比例，見(jiàn)表3。突變前37a和突變后13a對(duì)比，突變后澇（1級(jí)）和偏旱（4級(jí)）出現(xiàn)的年份數(shù)分別為1次和2次，出現(xiàn)的年份比例分別減少了0.42%和3.54%；偏澇（2級(jí)）出現(xiàn)的年份數(shù)比例增加了0.62%；正常（3級(jí)）和旱（4級(jí)）出現(xiàn)的年份數(shù)比例分別增加了1.46%和1.87%，可見(jiàn)，在貴德地區(qū)氣溫突變后，干旱、正常和偏澇的比例在不斷增加，其增加的比例為旱＞正常＞偏澇。

表3 貴德地區(qū)氣溫突變前后旱澇各等級(jí)出現(xiàn)年份數(shù)及所占比例

澇（1級(jí)和2級(jí)）的比例在突變后增加了0.20%，正常（3級(jí)）的比例增加了1.46%，而旱（4級(jí)和5級(jí)）的比例卻減少了1.67%。

4 旱澇預(yù)測(cè)

本研究根據(jù)降水量的狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定了1961—2010年貴德地區(qū)降水量的狀態(tài)變化情況，見(jiàn)表4。由表4計(jì)算可得該地區(qū)年降水量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣為：

表4 1961－2010年貴德地區(qū)降水量狀態(tài)

根據(jù)建模過(guò)程可知，如果某一事件在第0個(gè)時(shí)刻（或時(shí)期）的初始狀態(tài)已知，即π（0）已知，則利用遞推公式就可求得它經(jīng)過(guò)k次狀態(tài)轉(zhuǎn)移后在第k個(gè)時(shí)刻（或時(shí)期）處于各種狀態(tài)的概率，即π（k），從而得到該事件在 個(gè)時(shí)刻（或時(shí)期）的狀態(tài)概率預(yù)測(cè)。若將2010年的年降水量狀態(tài)記為π（0）＝[0，0，1，0，0]（2010年處于“正?！睜顟B(tài)），則將狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P及π（0）代入遞推公式，就可求得2011—2015年貴德地區(qū)降水量可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)概率，見(jiàn)表5。

表5 貴德地區(qū)2011－2015年降水量狀態(tài)概率預(yù)測(cè)值

2011—2015年處于“偏澇”的概率較大。而2011年則處于“正常”年份，2011年降水量的實(shí)測(cè)值是221.5mm，與預(yù)測(cè)值基本相符，而從2012—2015年5種狀態(tài)概率的變化可知，貴德地區(qū)偏澇的比例在不斷的增加。

5 結(jié)論

（1）貴德地區(qū)年平均氣溫、最高最低氣溫均表現(xiàn)了極顯著的上升趨勢(shì)，最高氣溫的上升幅度明顯高于最低氣溫，四季氣溫變化以冬季增溫最為顯著，春季增溫幅度最小。這種最高氣溫上升趨勢(shì)遠(yuǎn)大于最低氣溫上升趨勢(shì)的變化與他人的研究有所不同[21－22]。

（2）在氣溫變暖影響下貴德地區(qū)秋季、冬季和夏季降水量總體呈下降趨勢(shì)，尤以秋季降水量減少幅度最大，降水變化與氣溫變化呈負(fù)相關(guān)。

（3）貴德地區(qū)年平均氣溫序列存在顯著突變，突變點(diǎn)是1998年，而春季、夏季、秋季和冬季四季氣溫只是發(fā)生了大轉(zhuǎn)折，除了冬季發(fā)生氣溫轉(zhuǎn)折期較早（1987年），其它季的轉(zhuǎn)折期都在1998年附近。

（4）通過(guò)對(duì)比貴德地區(qū)氣溫突變前后旱澇出現(xiàn)的年份數(shù)和所占比例發(fā)現(xiàn)，貴德地區(qū)偏旱、正常和偏澇的狀態(tài)不斷增加，增加的比例為旱＞正常＞偏澇。從澇—正?！?級(jí)的比例來(lái)看，氣溫突變后旱（4級(jí)和5級(jí)）的比例減少，正常（3級(jí)）和澇（1級(jí)和2級(jí)）的比例在突變后增加。

（5）根據(jù)旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)1961—2010年貴德地區(qū)的降水量進(jìn)行等級(jí)劃分，運(yùn)用馬爾柯夫模型對(duì)未來(lái)5a的旱澇狀態(tài)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。2011—2015年處于“偏澇”的概率較大。2011年旱澇狀態(tài)的預(yù)測(cè)為“正?！睜顟B(tài)，通過(guò)與2011年實(shí)測(cè)降水量進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)與預(yù)測(cè)值基本吻合。

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