阿姆山自然保護區(qū)氣候資源研究

王 濤，王 平，鄒亞平

(云南師范大學 旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500)

山區(qū)地形復雜，氣候多變，豐富多樣的氣候資源為農(nóng)林牧副多種經(jīng)營、綜合開發(fā)提供先決條件，但氣候資源利用不充分是我國山區(qū)普遍存在的問題，加強對山區(qū)尤其是自然保護區(qū)氣候資源的研究和開發(fā)利用不僅可以維護和改善山區(qū)生態(tài)環(huán)境，還可為保護區(qū)及附近地區(qū)創(chuàng)造良好的生態(tài)效益和社會效益[1]。近年來，不少學者對山區(qū)氣候資源做過相關(guān)研究。王宇《云南山地氣候》闡述了云南各地山區(qū)氣象要素的水平和垂直分布特點，初步探討了形成原因并對其分布建立了數(shù)學模型。鄧靜認為：山地具有非山地不具備的多種特色氣候資源，應合理開發(fā)利用山地特色氣候資源，使氣候隱資源和潛資源轉(zhuǎn)化為顯資源[2]。顧衛(wèi)、李寧認為山地與氣候之間的關(guān)系是通過構(gòu)成山地的地貌、土壤、植被、河流等下墊面因子與氣候之間的作用表現(xiàn)出來的，山區(qū)地形直接制約著各種氣象要素的局地變化，引起垂直方向上的氣候差異[3]。以上學者都是從大區(qū)域?qū)ι絽^(qū)氣候資源進行分析，而對一些小區(qū)域山區(qū)氣候資源的研究尚待進一步開展，且更具實踐意義[4]。本文選擇未被研究過的云南省級自然保護區(qū)—阿姆山作為研究區(qū)，分析其氣候資源的時空變化特征。

1 研究區(qū)概況和方法

1.1 研究區(qū)概況

阿姆山自然保護區(qū)(23°12′19″～23°17′16″N、102°2′14″～102°9′58″E)位于紅河縣中南部(圖1)，哀牢山南段，屬北回歸線以南滇南低緯高原，為低緯山原季風氣候?？偯娣e147.56km2，海拔1 610～2 534m，高差924m，以季風常綠闊葉林、中山濕性常綠闊葉林、山地苔蘚常綠闊葉林、山地苔蘚矮林等生態(tài)系統(tǒng)為主要保護對象，是元江、藤條江的重要水源涵養(yǎng)地和紅河縣的生態(tài)屏障。屬省級森林生態(tài)系統(tǒng)類型的保護區(qū)。

1.2 方法

選用該縣唯一一個國家氣象站紅河站1961～1999年的資料，包括總輻射量、日照時數(shù)、年均溫、降水量和≥10 ℃積溫∑T10及≥10 ℃持續(xù)日數(shù)D10等，為使數(shù)據(jù)具有可靠性，采用該縣氣象局提供的保護區(qū)附近4個氣象哨(架車站、甲寅站、阿扎河站、寶華站)(表1)2008～2011年各月氣溫、降水統(tǒng)計值分析其獨特性。以紅河站已有氣象數(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù)，與保護區(qū)各海拔建立回歸方程，得出兩者之間的定量統(tǒng)計關(guān)系，再將所計算的海拔代入哀牢山東坡各氣候要素推算公式，計算得到每相差100m的海拔高度上某種氣候要素值[5-6]，再結(jié)合物候?qū)W方法[7]分析得出保護區(qū)不同的海拔段所表現(xiàn)出的氣候資源現(xiàn)狀。

Y(x)=a0±(x-x0)/100×b

式中：Y(x)為每相差100m海拔高度上的氣候要素值，a0為紅河站的氣候要素值，x0為紅河站的海拔，b為氣象要素的垂直遞增(減)率[5]。

表1 保護區(qū)及附近地區(qū)氣象站、點地理坐標

圖1 阿姆山自然保護區(qū)及氣象站點位置示意圖

2 氣候資源

2.1 光能資源

2.1.1 太陽總輻射

太陽輻射作為氣候形成和變化最重要的外部因素，是地面氣候系統(tǒng)的能源，也是生物生長過程中重要的限制因子之一，不僅影響植物的光合作用，還影響樹木跟、莖、葉的生長，由太陽輻射產(chǎn)生的熱效應更影響植物的生理活動和生長發(fā)育及其地理分布[8]。保護區(qū)地處北回歸線以南，太陽高度角大，隨海拔升高，大氣透明度增加，年太陽總輻射相應增強，由4 125MJ·m-2逐漸增大到5 097MJ·m-2，在省內(nèi)處于中偏少水平，與中國東南部的廣州、汕頭等地相當[9]。計算方法采用公式：

Q=Q0(a+bS)

式中：Q為各月太陽總輻射量，Q0為理想大氣中的輻射量，S為日照百分率，a、b為隨地區(qū)、季節(jié)而異的系數(shù)。計算太陽總輻射量時，深切河谷a、b值：干季(11月～次年4月)a=0.174、b=0.649，雨季(5～10月)a=0.243、b=0.545；山區(qū)a、b值：干季a=0.218、b=0.592，雨季a=0.217、b=0.588[10]。

由于旱、雨季天氣狀況和大氣中含水量存在明顯差異，輻射量的比率干季大于雨季[8]。春季降水少、晴天多，輻射量最大(1 303～1 583MJ·m-2)，占全年31%～36%；秋季霧日多，輻射量最小(700～927MJ·m-2)，占全年16%～20%；冬季次大；夏季多云雨，輻射量次?。桓杉咎柨傒椛淞?2 398～2 807MJ·m-2)占全年50%～62%；雨季太陽總輻射量(1 727～2 290MJ·m-2)占全年39%～49%[7]。

2.1.2 日照

日照作為最重要的氣候因子，是氣候形成最重要的因素和太陽輻射最直觀的表現(xiàn)，也是農(nóng)作物生長發(fā)育不可缺少的條件，若日照發(fā)生變化，會導致輻射熱量的供給條件改變，進而影響生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定[11]。保護區(qū)年日照時數(shù)1 605.6～1 927h，在全省居中等水平，多于東部各地，廣西(1 225.1～1 905.6h)[12]，具有隨海拔升高逐漸減少的趨勢，方程為：

S年=1919.1-34.708H

式中r=0.9530，α=0.05。

年日照時數(shù)垂直遞減率為34.708h/100m[6]。從南北坡來看，南坡(1 708.2～2 028.9h)多于北坡(1 503～1 825h)約204h，南坡為陽坡，日照時間長，北坡為陰坡，日照時間短。季節(jié)變化干季大于雨季，春季最多，秋季最少，冬季次多，夏季次少。

2.2 熱量資源

2.2.1 氣溫

(1)時間變化

溫度是影響植物生長最重要的因素之一，其變化對植物生長會產(chǎn)生一定的生態(tài)作用，表現(xiàn)為不同種類的植物，生長要求的溫度存在差異[13]。保護區(qū)年均溫15.9 ℃，最熱月(7月)均溫19.5 ℃，最冷月(1月)均溫11.4 ℃，海拔在1 900m以下地區(qū)年均溫16 ℃，最熱月均溫為20 ℃，最冷月均溫為9.1 ℃(表2)。氣溫年較差在6.9～8.1 ℃，海拔最高點與最低點年均溫差為5.1 ℃，與中國東部同緯度其他地區(qū)以及北方地區(qū)比氣溫年內(nèi)變化小，且年內(nèi)變化呈單峰型，起伏不大。從季節(jié)變化看：夏季溫差最小為0.6 ℃，冬季次小為2.3 ℃，秋季最大為2.4 ℃，春季次大為4 ℃。春季升溫快，秋季降溫快，春溫高于秋溫。

表2 保護區(qū)及其附近地區(qū)氣象站各月平均氣溫

(2)空間變化

不同海拔高度及山地南北兩坡的年均溫存在差異。通過對附近西拉東、底瑪、架車3個氣象哨年平均氣溫與海拔建立回歸方程，得出該區(qū)年平均氣溫垂直遞減率為0.555 ℃/100m，因此得出保護區(qū)內(nèi)年平均氣溫隨海拔高度變化的方程為：

T年=16.8-0.555H

自河谷至山頂，北坡年均溫從16.8 ℃降低到11.7 ℃，南坡從16.9 ℃降低到11.8 ℃；最熱月均溫北坡從20.8 ℃降低到15.7 ℃，南坡從20.9 ℃降低到15.8 ℃；最冷月均溫北坡從10.2 ℃降低到5.5 ℃，南坡從11.5 ℃降低到6.4 ℃。溫帶樹種種子最低發(fā)芽溫度為0～5 ℃，最適溫度為25～30 ℃，最高溫為35～40 ℃[13]，保護區(qū)年均溫在5.5～20.8 ℃，適宜溫帶樹種的生長，樹種大多以云南松、滇青岡、旱冬瓜等為主。

2.2.2 年≥10 ℃積溫

活動積溫是衡量一個地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源的重要指標，0 ℃是高等生物生命活動的起始溫度，10 ℃是喜溫植物適宜生長的起始溫度，所以農(nóng)業(yè)上通常用≥0 ℃活動積溫∑T0、≥10 ℃活動積溫∑T10及≥0 ℃持續(xù)日數(shù)D0、≥10 ℃持續(xù)日數(shù)D10來表示某地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源狀況[14]。隨海拔升高日平均氣溫≥10 ℃界限溫度初日逐漸推遲，終日逐漸提早，年≥10 ℃積溫逐漸減少，垂直遞減率為266.0 ℃.d/100m[7]，保護區(qū)年≥10 ℃積溫隨海拔升高變化的方程為：

∑T10=5418.0-266.0H

按該公式得出北坡年≥10 ℃積溫在2 237.7～4 695 ℃.d，南坡在1 927.6～4 385.4 ℃.d。積溫對植物的影響主要表現(xiàn)在：植物的生長發(fā)育需要一定數(shù)量的積溫才能完成，溫度高植物發(fā)育快，生長周期短，反之發(fā)育慢，生長周期增長；生態(tài)群類的需熱量也不同[13]，據(jù)保護區(qū)年≥10 ℃積溫在垂直方向上的變化將植被類型自下而上劃分為山地雨林、季風常綠闊葉林、中山濕性常綠闊葉林、山頂苔蘚矮林和山頂矮林。

2.3 水分資源

2.3.1 年降水量及時空分布

保護區(qū)年降水量豐富，北坡在1 441.6～2 277.6mm(表3)，南坡在1 412.2～2 248.3mm，具有隨海拔升高遞增的特點，平均垂直遞增率為90.481mm/100m，年降水量隨海拔高度變化的方程：

南坡：R年=1412.2+90.481H

北坡：R年=1424.6+90.481H

受大氣環(huán)流和山地季風氣候影響，干濕季分明，5～10月為雨季，各月降水量在90mm以上，7～8月是全年降水最多的月份，為主汛期，月最大降水量大于200mm，11月至次年4月為干季，12月至次年3月降水最少，月降水量低于50mm。降水年內(nèi)變化曲線呈單峰型，峰值出現(xiàn)在7或8月，谷值出現(xiàn)在1或2月。就四季來看：夏季最多，冬季最少，秋季大于春季；就干濕季來看：1 610～2 000m的區(qū)域，干季降水達185～207mm，雨季降水達1 020～1 132mm，雨季降水占全年的80%左右，干季占20%左右。

表3 保護區(qū)及其附近地區(qū)氣象站各月平均降水量

2.3.2 降水日數(shù)和降水強度

降水是影響植物生長的另一個重要因素，陸生植物對水分的適應性分為旱生植物、中生植物和濕生植物三類[13]。保護區(qū)降水日數(shù)隨海拔升高而增多，海拔2 000m以下降水日數(shù)在191～201d，海拔2 000m至山頂降水日數(shù)在200d以上。降水日數(shù)年內(nèi)變化，5～10月各月降水日數(shù)大于15d，7、8月降水大于20d。11～4月各月降水日數(shù)少于15d，1、2月降水日數(shù)最少[6]。

保護區(qū)降水強度不大，大雨、暴雨少，一般出現(xiàn)在5～10月。年大雨(日降雨量25.0～50.0mm)日數(shù)1.5～15d左右，年暴雨(日降雨量50.0～99.9mm)平均每年有3次，一般出現(xiàn)在8月；大暴雨(日降雨量>100.0mm)記錄很少，一般1年出現(xiàn)1次[15]。

保護區(qū)基本以中生植物為主，頂部以矮林為主，山頂降水多但水分流失較多導致生境干燥，出現(xiàn)類似旱生結(jié)構(gòu)和生理特征的適旱變態(tài)，因而個體變?。幌虏亢椭胁可齿^濕潤，發(fā)育的植被以雨林和常綠闊葉林為主。

2.3.3 相對濕度、蒸發(fā)量和干燥度

(1)相對濕度和蒸發(fā)量

年相對濕度隨海拔升高先增多后減少。山地北坡2 000m和南坡2 200m以下地區(qū)降水多，霧日多，植被茂密，濕度大；山地南坡2 000m和北坡2 200m至山頂，年總輻射量大，霧日少，晴天多，蒸發(fā)量大于降水量，濕度小。相對濕度在年內(nèi)各月分布情況也不同，7～8月相對濕度較大，在80%以上，亞高山地帶為81%～91%，中山地帶為70%～88%，河谷地帶為74%～87%；2～5月較小，亞高山地帶為51%～57%，中山地帶為55%～70%，河谷地帶為61%～72%。年最小相對濕度在4%～9%之間，年最小相對濕度差異不大。

保護區(qū)年蒸發(fā)量在1 200～1 700mm，隨海拔升高，蒸發(fā)量表現(xiàn)出先減少后增大的變化特點。蒸發(fā)量在河谷地帶最大，達1 700mm左右，山腰地帶最小，在1 200～1 600mm，蒸發(fā)量次大在高海拔地帶大于1 800mm。蒸發(fā)量季節(jié)差異大，春季最大(230～270mm)，夏季(170～200mm)次之，秋季(120～180mm)次小，冬季最小(120～160mm)，月最小值出現(xiàn)在12月，最大值出現(xiàn)在5月。

(2)干燥度

干燥度是蒸發(fā)量與同期降水量之比，是表征一地干濕狀況的重要指標。這里引用了張寶堃的干燥度計算公式即[16]：

式中：K為干燥度，∑t10為蒸發(fā)力，r為同期降水量。

按全國干濕氣候區(qū)劃指標[16]，K小于0.49為過濕潤，0.5～0.99為濕潤，1.0～1.49為半濕潤，1.5為半干旱，大于4.0為干旱。保護區(qū)1 610～2 000m的山體中部地區(qū)，干燥度在0.5～0.99，為濕潤地區(qū)；海拔2 000～2 200m的地區(qū)，干燥度<0.49，云、霧多，降水多，空氣、土壤濕度潮，原始森林廣布，屬過濕潤地區(qū)；海拔2 200～2 534m的山區(qū)，降水雖然更豐富，但云、霧較少，晴天多，風速大，蒸發(fā)更強烈，干燥度增大；山頂?shù)貐^(qū)在1.5～3.99，屬半干旱區(qū)域[10]。干燥度年內(nèi)變化大，春季干燥度最大，夏季最小。結(jié)合相對濕度和干燥度的變化趨勢：保護區(qū)山腰地帶比較濕潤，植被發(fā)育好，高大喬木多，為重點保護區(qū)域。

2.4 垂直氣候帶劃分

據(jù)全國和云南[17]劃分氣候帶的指標，以≥10 ℃積溫和持續(xù)日數(shù)為主導指標，年干燥度為輔助指標，將保護區(qū)劃分為以下4個山地垂直氣候帶。

2.4.1 山地中亞熱帶季風氣候

分布于保護區(qū)1 610～1 800m，年太陽總輻射量在4 125～4 164MJ·m-2，年日照時數(shù)1 793～1 825h，年均溫15.7～16.78 ℃，最熱月均溫在19.7～20.8 ℃，最冷月均溫在9.4～9.9 ℃，年≥10 ℃積溫在5 179～5 418 ℃，年降水量在1 424～1 504mm，土壤為黃壤，植被為季風常綠闊葉林。

2.4.2 山地北亞熱帶季風氣候

分布于海拔1 800～2 000m，年太陽總輻射量在4 235～4 378MJ·m-2，年日照時數(shù)1 689～1 759h，年均溫14.6～15.7 ℃，年≥10 ℃積溫在4 381～4 913 ℃，最熱月均溫在18.6～19.7 ℃，最冷月均溫在8.4～9.4 ℃，年降水量在1 594～1 775mm，土壤為黃棕壤，植被為中山濕性常綠闊葉林。

2.4.3 山地南溫帶季風氣候

分布于海拔2 000～2 400m以上，年太陽總輻射量在4 531～4 917MJ·m-2，年日照時數(shù)達1 550～1 655h，年均溫12.4～14.1 ℃，最熱月均溫在16.4～18.1 ℃，最冷月均溫在6.5～8.0 ℃，年≥10 ℃積溫在3 317～4 115 ℃，年降水量在1 865～2 137mm，土壤為黃棕壤，植被為山頂苔蘚矮林、山頂矮林和山頂灌叢。

2.4.4 山地中溫帶季風氣候

分布于海拔2 400至山頂，年太陽總輻射量在5 051～5 097MJ·m-2，年日照時數(shù)達1 503～1 515h，年均溫11.7～11.9 ℃，最熱月均溫在15.7～15.9 ℃，最冷月均溫在5.4～6.0 ℃，年≥10 ℃積溫在2 961～3 051 ℃，年降水量在2 227～2 258mm，土壤為黃棕壤，植被為山頂苔蘚矮林、山頂矮林和山頂灌叢。

3 結(jié)論

(1)保護區(qū)內(nèi)氣候資源各要素隨海拔升高不斷變化，導致氣候類型多樣、氣候資源豐富，表現(xiàn)出明顯的垂直分異，也為保護區(qū)內(nèi)發(fā)育不同生物、土壤及生態(tài)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

(2)基于保護區(qū)高差和南北坡氣候的差異得出：河谷地區(qū)水分條件差、熱量資源豐富，屬半濕潤區(qū)；山腰地帶熱量資源較好，降水豐富，屬濕潤區(qū)，為動植物的生長發(fā)育提供了良好的生境；山頂熱量資源最好，降水量多，但坡度大，降水多流失，屬半干旱區(qū)，不利于動植物的生長發(fā)育，且生境比較脆弱。

通過對阿姆山自然保護區(qū)氣候資源的研究，可以初步掌握該區(qū)氣候變化的規(guī)律，提高生物多樣性人為和自然兩方面的適應能力，為保護區(qū)物種保護、種質(zhì)基因保護、生態(tài)系統(tǒng)適應性管理、生態(tài)恢復和氣候災害防御等提供有關(guān)的科學依據(jù)。

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