若爾蓋高原1967—2014年氣候變化特征分析

甄　碩　索朗奪爾基　董李勤　姚鵬舉　鄭茹敏

(1. 西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 若爾蓋濕地國家級自然保護區(qū)管理局，四川 阿壩 624500)

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若爾蓋高原1967—2014年氣候變化特征分析

甄碩1索朗奪爾基2董李勤1姚鵬舉1鄭茹敏1

(1. 西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 若爾蓋濕地國家級自然保護區(qū)管理局，四川 阿壩 624500)

以1967—2014年若爾蓋高原3個氣象臺站 (若爾蓋站、紅原站、瑪曲站) 的觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用線性回歸法計算全年及四季若爾蓋高原氣候因子變化趨勢，結(jié)合Mann-Kendall方法對氣候變化進行突變分析。結(jié)果表明： 若爾蓋高原氣溫呈上升趨勢，降水呈下降趨勢，蒸發(fā)量也呈增大趨勢，整體氣候繼續(xù)朝暖干化方向發(fā)展。若爾蓋高原氣溫各季節(jié)變化均呈上升趨勢，以冬季上升幅度最大；降水量除秋季呈明顯減少趨勢外，其他季節(jié)呈略增加趨勢，但降水整體趨勢為減少；各季節(jié)蒸發(fā)量均呈上升趨勢，其中以秋季蒸發(fā)量上升趨勢最大。若爾蓋高原氣溫在1997年發(fā)生突變，從此后上升趨勢明顯；高原降水分別在1975年和1985年發(fā)生了2次突變，第2次突變后降水增加趨勢變慢并在1991年后開始減少；蒸發(fā)量在1994年和1999年發(fā)生突變。

氣候；若爾蓋高原；變化特征

若爾蓋高原位于青藏高原東緣，是我國重要的沼澤分布區(qū)，生態(tài)研究意義重大。若爾蓋高原平均海拔3 500 m，氣候為大陸性高原氣候，主要特點為：長冬無夏、嚴寒濕潤、霜凍期長、干雨季分明[1]。近40年來，若爾蓋濕地氣候呈現(xiàn)較明顯的暖干化趨勢[2]，高原生態(tài)環(huán)境發(fā)生了顯著變化，沼澤和沼澤化草甸退化明顯[3]，使該區(qū)域成為近年來高原氣候研究的熱點[4-5]。本研究以1967—2014年若爾蓋高原3個氣象臺站 (若爾蓋站、紅原站、瑪曲站) 的氣候數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計各站的年均溫、年降水和實際蒸散量等數(shù)據(jù)，力求揭示該地區(qū)近48年以來的氣溫、降水和蒸發(fā)量變化及突變情況，以期為若爾蓋高原的氣候研究提供依據(jù)，為研究區(qū)的濕地恢復(fù)、物種多樣性維護以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1　研究方法

本研究采用氣溫、降水量和蒸發(fā)量作為氣象要素因子分析若爾蓋高原1967—2014年氣候變化情況。氣溫和降水量數(shù)據(jù)取自若爾蓋高原 (若爾蓋、紅原、瑪曲) 3個氣象臺站 (圖1) 1967—2014年觀測的實測數(shù)據(jù)。

圖1　若爾蓋站、紅原站、瑪曲站位置圖

利用3個氣象站逐月氣溫和降水量數(shù)據(jù)，參照文獻[6-7]計算蒸發(fā)量，其計算公式為

采用3個氣象站氣象數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值來代表整個區(qū)域氣象要素的平均值。對氣溫、降水量和蒸發(fā)量進行季節(jié)變化分析，其中定義3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—翌年2月為冬季。氣候變化趨勢分析采用線性趨勢法，并采用F檢驗進行顯著性檢驗；氣候突變檢驗采用Mann-Kendall方法。

2　氣候變化特征分析

2.1氣溫變化趨勢

若爾蓋高原1967—2014年氣溫變化情況見圖2，氣溫季節(jié)變化情況見圖3。

由圖2可以看出，若爾蓋高原1967—2014年年均氣溫明顯呈上升趨勢。數(shù)據(jù)顯示，48年間高原平均氣溫上升了約1.86 ℃。各站氣溫均呈不同程度的升高趨勢，升高幅度在0.35～0.42 ℃/10 a，其中以若爾蓋站氣溫上升幅度最大，紅原站上升幅度最小，說明若爾蓋站的氣溫升高對高原影響最大。全區(qū)平均氣溫上升幅度為0.4 ℃/10 a。其中，若爾蓋站、瑪曲站和高原氣溫平均值的變化率均通過了0.01顯著水平的檢驗，表示3個氣溫數(shù)據(jù)變化顯著。

由圖3可知，若爾蓋高原1967—2014年各年的氣溫季節(jié)變化也均呈上升趨勢。其中，以冬季上升幅度最大，為0.50 ℃/10 a；春、夏、秋季漲幅分別為0.30、0.37、0.42 ℃/10 a。說明高原年均溫變化主要由冬季氣溫上升引起。

2.2降水變化趨勢

若爾蓋高原1967—2014年降水變化情況見圖4，降水季節(jié)變化情況見圖5。

有圖4～5可知，若爾蓋高原降水量總體呈略減少趨勢，全區(qū)降水均值為668.63 mm。高原降水平均值以每10年1.07 mm的速度減少。其中瑪曲站減少最快，為4.58 mm/10 a；若爾蓋站為0.51 mm/10 a；紅原站降水則呈略增加趨勢。說明高原降水平均值減少主要由瑪曲站降水減少引起，也從一定程度顯示出若爾蓋高原降水地域分布的一種變化特征，即高原西北部降水減少明顯大于高原東南部。

若爾蓋高原降水量各季節(jié)的變化趨勢并不一致，其中春、夏、冬季均呈略上升趨勢，只有秋季降水下降明顯。說明高原降水減少主要由秋季降水減少引起。秋季降水變化速度為每10年減少7.66 mm。春季、夏季和冬季的上升速率分別為1.82、3.80、0.69 mm/10 a。

2.3蒸發(fā)量變化趨勢

若爾蓋高原1967—2014年蒸發(fā)量變化情況見圖6，蒸發(fā)量季節(jié)變化情況見圖7。

圖21967—2014年若爾蓋高原年均溫變化圖

Fig.2Average annual temperature curve of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖31967—2014年若爾蓋高原氣溫季節(jié)變化曲線圖

Fig.3Seasonal temperature trend of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖41967—2014年若爾蓋高原年降水變化圖

Fig.4Annual precipitation curve of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖51967—2014年若爾蓋高原季節(jié)降水變化曲線圖

Fig.5Seasonal precipitation trend of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖61967—2014年若爾蓋高原年蒸發(fā)量變化圖

Fig.6Annual evaporation curve of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖71967—2014年若爾蓋高原季節(jié)蒸發(fā)量變化曲線圖

Fig.7Seasonal evaporation trend of Zoige Plateau from 1967 to 2014

圖6顯示，若爾蓋高原平均蒸發(fā)量為219.29 mm/a，其中，瑪曲站的蒸發(fā)量明顯小于其他2站。若爾蓋高原各站蒸發(fā)量均呈增大趨勢，平均變化速度為5.05 mm/10 a；其中以紅原站的變化速度最明顯，為6.99 mm/10 a；若爾蓋站的變化速度為6.79 mm/10 a；瑪曲站的變化速度為1.39 mm/10 a。說明高原蒸發(fā)量均值的升高主要由紅原站和若爾蓋站引起。

由圖7可知，若爾蓋高原各季節(jié)蒸發(fā)量均呈上升趨勢。其中，以秋季蒸發(fā)量上升趨勢最大，為2.28 mm/10 a；春季蒸發(fā)量上升趨勢其次，為1.80 mm/10 a。說明高原蒸發(fā)量上升主要由春、秋季蒸發(fā)上升引起。各季節(jié)增加趨勢正好與高原降水量的減少趨勢呈負相關(guān)。其中，夏季和秋季的蒸發(fā)量趨勢通過了0.01置信水平檢驗。

2.4氣候要素的突變分析

以三站平均值求得的若爾蓋高原年季氣溫、降水、蒸發(fā)量為基礎(chǔ)值對若爾蓋高原氣候要素進行突變分析，結(jié)果見圖8。

圖81967—2014年若爾蓋高原氣候因子M-K檢驗曲線圖

Fig.8Mann-Kendall test curve of climatic factors in Zoige plateau from 1967 to 2014

對圖8進行時間序列的M-K突變分析，繪制Uf和UB曲線，結(jié)果表明：

1) 若爾蓋高原年均氣溫在1967—1972年經(jīng)歷了1個下降—上升—下降的短期循環(huán)；1972年后整個高原的年均溫開始逐年升高，1998—2014年上升趨勢顯著；1997年為突變點。

2) 高原年降水量從1967年開始到1975年總體趨勢為逐年下降，1974年為第1次突變；從1976年降水量開始增多，到1985年增加趨勢開始減弱，1985年為第2次突變點；1985年后降水增加趨勢逐年減弱，1991年開始逐年減少，減少趨勢持續(xù)到2014年，整體變化趨勢不明顯。

3) 若爾蓋高原蒸發(fā)量從1967—1983年經(jīng)歷了3個降低又升高的周期，但變化趨勢都不明顯；從1983年到1991年蒸發(fā)量持續(xù)降低；從1992年開始升高，1994年和1999年為突變點。其后，蒸發(fā)量繼續(xù)升高，2008年夠開始顯著升高。

3　結(jié)論與討論

1) 若爾蓋高原氣溫呈上升趨勢，降水呈下降趨勢，蒸發(fā)量也呈增大趨勢。整體氣候繼續(xù)朝暖干化方向發(fā)展。

2) 若爾蓋高原氣溫各季節(jié)變化均呈上升趨勢，以冬季上升幅度最大，為0.5 ℃/10 a；高原秋季降水呈明顯減少趨勢，為7.66 mm/10 a，其他季節(jié)呈略增加趨勢，降水整體趨勢為減少，且主要由秋季降水減少引起；若爾蓋高原各季節(jié)蒸發(fā)量均呈上升趨勢，其中以秋季蒸發(fā)量上升趨勢最大。

3) 若爾蓋高原氣溫在1997年發(fā)生了突變，從此開始上升趨勢明顯；高原降水分別在1975年和1985年發(fā)生了2次突變，第2次突變后降水增加趨勢變慢并在1991年后開始減少，減少趨勢持續(xù)到2014年；蒸發(fā)量在1994年和1999年發(fā)生了突變。

本研究分析得到的高原氣溫、降水和蒸發(fā)量趨勢驗證了近幾年的研究成果，尤其體現(xiàn)在氣溫、降水的年變化，氣溫的季節(jié)變化和氣溫、降水的突變點上[2,8-10]；但是在降水的季節(jié)變化上存在一定差異[8，11]，春季降水呈現(xiàn)出減少趨勢。突變分析方法使用了國內(nèi)近幾年氣候研究中經(jīng)常使用的M-K檢驗[12-14]，對比實測的氣候數(shù)值后顯示可以達到真實反映突變年份的效果。

本研究的研究數(shù)據(jù)真實，但是研究方法和數(shù)據(jù)選取上還存在一定的局限性，如氣溫、降水和蒸發(fā)量的算術(shù)平均值能夠從一定程度上反應(yīng)該區(qū)的氣候平均狀況，但并不能夠完全、準確地代表全高原的氣候情況。本研究的結(jié)果可以從一定程度上對該區(qū)的氣候研究進行補充和更新，揭示了近幾年若爾蓋高原的氣候變化情況。氣候數(shù)據(jù)截止至2014年，可從時間尺度上補充了該地區(qū)氣候研究資料。結(jié)合氣候趨勢分析和突變分析結(jié)果，可以為該地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展提供氣候方面的參考。

在今后的研究中，應(yīng)在方法上綜合除本研究用到的3項氣候指標以外的其他氣候指標進行研究，如日照時數(shù)、相對濕度和最高與最低氣溫等；在研究區(qū)域與尺度上，可以在更小的尺度上分析高原內(nèi)部的氣候分異情況，并從多尺度對比的角度出發(fā)綜合分析不同尺度上氣候變化與突變的關(guān)系；在內(nèi)容上，可以通過分析氣候變化趨勢進一步模擬其未來的發(fā)展方向。

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(責(zé)任編輯曹龍)

Analysis on Climate Change Characteristics of Zoige Plateau During 1967-2014

Zhen Shuo1, Suolang Duoerji2, Dong Liqin1, Yao Pengju1, Zheng Rumin1

(1. College of Ecotourism, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan 650224, China;2. Management Bureau of Ruoergai Wetland National Nature Reserve, Aba Sichuan 624500, China)

Based on climate data of three stations (Zoige, hongyuan, maqu) of Zoige plateau from 1967 to 2014. Application of linear regression calculation of annual and seasonal climatic change trend, and Mann-Kendall method of three stations data of climate change for mutation analysis. The results show that the climate change in Zoige plateau is: the rise of the temperature, the decrease of precipitation and evaporation quantity, climate was warm and dry in the direction of the trend. Seasonal temperature showed an upward trend, and the trend is evident in winter. In addition to the autumn precipitation reduced obviously, the rest of the season showed a slight upward trend, the general tendency of precipitation is decrease. Seasonal evapotranspiration showed a rising trend, and the trend reached the maximum in autumn. Air temperature had a mutation in 1997. Since then, the upward trend is obvious. Two mutations of precipitation occurred in 1975 and 1985, respectively. Precipitation increased slowly after the second mutation and began to decrease in 1991. Evaporation quantity had two mutations in 1994 and 1999, respectively.

climate, Zoige Plateau, change characteristics

10. 11929/j. issn. 2095-1914. 2016. 05. 023

2015-12-31

董李勤 (1985—)，女，博士，講師。研究方向：濕地生態(tài)水文與氣候變化。Email: dongliqin0828@163.com。

S716.5

A

2095-1914(2016)05-0138-06

第1作者：甄碩 (1990—)，男，碩士生。研究方向：氣候變化與濕地景觀格局。Email: benbenben214@163.com。