青海東部—甘肅中部降水類型和干旱形勢的變化趨勢

魏 棟，劉麗偉 (蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730000)

干旱災(zāi)害是一個跨學(xué)科問題，涉及氣象、農(nóng)業(yè)和水文等各方面。在氣象上，將較長一段時間內(nèi)降水偏少的現(xiàn)象定義為氣象干旱［1］。我國有約50%的國土面積屬于干旱與半干旱區(qū)域［2］，其中主要位于西北地區(qū)。西北地區(qū)遠(yuǎn)離海洋，地處內(nèi)陸腹地，水汽輸送由于路徑長、地形阻擋等原因受到抑制;再加上高原的大地形形成的動力、熱力作用，造成了西北地區(qū)長期干旱的氣候背景［3］。20世紀(jì)60年代以來，西北地區(qū)干旱事件頻發(fā)，對人民的生產(chǎn)生活造成了重大影響，每次干旱事件的發(fā)生均對西北地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了災(zāi)難性的破壞。20世紀(jì)末，全球變暖趨勢愈發(fā)明顯，1906～2005年全球平均地表溫度上升了0．56～0．92℃［4］。在全球變暖的大環(huán)境下，西北地區(qū)干旱氣候也受到了不同程度的影響。大量研究表明，干旱變化趨勢已經(jīng)在中、小時空尺度可以清楚地識別到［5－7］。

青海東部—甘肅中部受亞洲季風(fēng)影響，是典型的干旱與半干旱區(qū)。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在這一區(qū)域的社會生產(chǎn)中占重要地位，干旱氣候成為影響這一地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因子，成為人們廣泛關(guān)注的問題。作為影響青海東部—甘肅中部這一區(qū)域干旱形勢的主要因子，降水量的變化及其趨勢可以很好地反映當(dāng)?shù)馗珊稻徏睜顩r［8］。筆者利用該地區(qū)14個氣象站點1962～2010年降水觀測資料結(jié)合NCEP-CFSR再分析資料，找出了不同季節(jié)不同類型降水對這一地區(qū)干旱的影響，研究了這一地區(qū)不同季節(jié)干旱發(fā)生狀況及其多年變化趨勢，揭示不同類型的降水對當(dāng)?shù)睾禎承蝿莸呢暙I(xiàn)，從而在對這一地區(qū)干旱變化趨勢和影響因子的認(rèn)知上起指導(dǎo)作用。

1 資料與方法

1．1 資料選取 在98°～105°E，以資料齊全和具有良好代表性為標(biāo)準(zhǔn)，選取了剛察、門源、烏鞘嶺、景泰、都蘭、恰卜恰、西寧、民和、靖遠(yuǎn)、興海、榆中、臨夏、臨洮、華家?guī)X14個站點，截取1962～2010年月降水資料和日降水資料。

1．2 分析方法

1．2．1 分季節(jié)探究降水趨勢和旱澇狀況。利用14個站點1962～2010年的月降水資料，計算出每個站點49年以來各個月份的平均降水量，得到14組49×12的數(shù)據(jù)，再取這14組數(shù)據(jù)的均值以反映總體區(qū)域降水。對這個區(qū)域降水資料進(jìn)行距平百分率計算，以此來分月份、分季節(jié)分析降水趨勢和旱澇狀況。首先將距平百分率為負(fù)值的情況定義為相對的旱，而距平百分率為正時定義為相對的澇，這樣旱澇情形便可以直觀地從距平百分率圖上反映出來。

1．2．2 分類型探究降水趨勢和旱澇狀況。對降水量日資料按大、中、小雨標(biāo)準(zhǔn)劃分提取，計算各類型降水的月總量以及多年月平均值，計算各類型降水在多年降水中的貢獻(xiàn)量和趨勢;結(jié)合1979～2009年的CFSR月平均再分析資料對近地面溫度變化的診斷，討論研究區(qū)干旱形勢的長期趨勢。將24 h降水量＜10 mm定義為小雨;24 h降水量在10～25 mm定義為中雨;24 h降水量＞25 mm定義為大雨。這里使用的初始資料為之前選取的14個站1962～2010年每天20:00～次日20:00的日降水資料，以上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提取分類，分別得到了大雨、小雨、中雨3組數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2．1 區(qū)域多年降水趨勢 從14個站點區(qū)域多年降水距平百分率(圖1)可以看到，1962～1970年這一地區(qū)降水距平百分率正負(fù)波動幅度大，降水年際變化大;1970～2000年降水雖有個別上升情況，但較20世紀(jì)60年代降水量已經(jīng)有了很大的減少，尤其在1990～2000年降水減少趨勢明顯。所以1962～2000年這一區(qū)域降水整體呈現(xiàn)出下降的趨勢，這與之前的相關(guān)研究結(jié)果是相符合的［7，9－10］。2001 ～2010 年降水量較前一個十年有所增加。

2．2 不同季節(jié)降水距平干旱趨勢研究 通過計算1962～2010年各個季節(jié)降水距平百分率，挑出負(fù)降水距平的年份代表干旱年，每10年統(tǒng)計干旱年年數(shù)。從不同時段各個季節(jié)的干旱年數(shù)(表1)可以看出，青海東部—甘肅中部1962～2010年春季干旱形勢持續(xù)緩解;夏季干旱形勢在1962～2001年有下降趨勢，但2001年以后，干旱形勢有加重的趨勢，與楊金虎等的研究結(jié)論［11］一致;秋季干旱形勢變化與夏季恰好相反，1962～2001年干旱年個數(shù)逐漸增多，而2001年以后干旱形勢逐漸緩解;冬季干旱形勢與春季干旱形勢有著相同的變化，即這49年來均有下降趨勢。所以除了夏季后10年的干旱形勢有所加重外，整個研究區(qū)域內(nèi)49年時間，春夏秋冬4個季節(jié)旱情整體呈現(xiàn)出緩解趨勢，尤其隨著2001年以后秋季旱情的減弱，區(qū)域旱情緩解趨勢更加明顯。

表1 1962～2010年不同季節(jié)不同時段旱年數(shù)

2．3 不同類型降水趨勢和旱澇狀況

2．3．1 不同類型降水貢獻(xiàn)量的月際變化。從不同月份的小雨、中雨、大雨在49年總體降水中所占平均百分比(圖2)可以看出，小雨所占比重幾乎均在80%以上，而大雨和中雨2種類型降水各占比率最高不過16%，所以總體來說，青海東部—甘肅中部一年內(nèi)的降水貢獻(xiàn)主要以小雨為主;中雨在3和10月出現(xiàn)的概率最大，所以這2個月份所占比重也相對較大;大雨主要在4和10月出現(xiàn)，整體貢獻(xiàn)量略低于中雨，但兩者很接近。

2．3．2 不同類型降水貢獻(xiàn)量的年際變化。利用資料進(jìn)行計算后可以得出各類型降水每年的平均百分比，即平均貢獻(xiàn)量。從小雨、中雨、大雨49年平均貢獻(xiàn)量的變化趨勢(圖3)可以看出，1962～2010年青海東部—甘肅中部小雨所占百分比有持續(xù)下降趨勢;中雨所占百分比在1970年以前有所下降，但1970年以后也開始保持上升趨勢;大雨所占百分比在20世紀(jì)80年代以前是下降的，但80年代以后呈現(xiàn)出了明顯的上升趨勢。小雨、中雨、大雨貢獻(xiàn)量的3條趨勢線均通過了95%的顯著性檢驗。整體來看，1962～2010年小雨所占比重略有下降，而中雨和大雨所占比重開始增長，尤其以中雨的逐漸增多趨勢較為明顯。在此所研究區(qū)域地標(biāo)主要以黃土為主，且植被稀少，草木覆蓋面積較小，加上當(dāng)?shù)氐湫偷狞S土地形［12］，如果短時間內(nèi)有太多降水的話，降水到地表以后會沖刷黃土，很快匯聚流走，而不能被土壤充分吸收，卻會引起洪澇災(zāi)害［13－14］，所以大雨對干旱的緩解是非常有局限性的。恰恰相反，短時降水量并不是太多，但持續(xù)時間較長的小雨和中雨所形成的降水反而能夠被土壤充分吸收，以此來緩解干旱。小雨和中雨整體所占比重在近49年有小幅度上升，最明顯的階段是20世紀(jì)80～90年代;大雨比重總體上升，但由于這一地區(qū)特殊的黃土特征和地貌，所以大雨對干旱緩解作用有限，反而會加大洪澇災(zāi)害發(fā)生的可能性。

2．3．3 結(jié)合近地面溫度變化討論干旱趨勢。通過以上研究可知，青海東部—甘肅中部降水主要以24 h降水量＜10 mm的小雨為主，20世紀(jì)70年代以后中雨所占比重上升明顯，80年代以后這一地區(qū)大雨出現(xiàn)的概率也在增加，整個區(qū)域干旱形勢有所緩解。為了從溫度的角度驗證所研究區(qū)域整體干旱形勢是緩解的，在此使用了1979～2009年的CFSR月平均再分析資料，診斷了青海東部—甘肅中部近地面溫度在4個季節(jié)的年際變化和長期趨勢。從圖4可以看出，1979～2009年所研究區(qū)域近地面溫度除了冬季長期趨勢不明顯外，其他3個季節(jié)整體均呈現(xiàn)出下降的趨勢，尤其以夏季溫度下降最為明顯(春季和秋季溫度長期趨勢通過了90%的顯著性檢驗，夏季溫度長期趨勢通過了95%的顯著性檢驗)。近地面溫度的整體下降與雨量變化的共同作用，推動了青海東部—甘肅中部地區(qū)整體干旱形勢的緩解。

3 結(jié)論

(1)青海東部—甘肅中部干旱主要與小雨的變化相關(guān)，盡管1962～2010年小雨貢獻(xiàn)量有所下降，但仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。

(2)所研究區(qū)域中雨貢獻(xiàn)量的增長補(bǔ)充了小雨的下降趨勢，對干旱影響較大的降水類型有著向中雨發(fā)展的趨勢。

(3)大雨在過去49年里均有所增加，但對干旱的緩解作用非常小。

(4)除了夏季后十年的干旱形勢有所加重外，整個研究區(qū)域1962～2010年旱情整體呈現(xiàn)出緩解趨勢，尤其隨著2001年以后秋季旱情的減弱，區(qū)域旱情緩解趨勢更加明顯，與此同時近地面溫度的長期趨勢呈現(xiàn)出下降態(tài)勢，進(jìn)一步緩解了旱情。

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