西南不同農業(yè)區(qū)氣溫和降水量沿海拔梯度的變化特征*

陶 健，董建新，劉光亮，張戈麗，朱軍濤，宋文靜，王程棟，陳愛國，王樹聲

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西南不同農業(yè)區(qū)氣溫和降水量沿海拔梯度的變化特征*

陶 健1，董建新1，劉光亮1，張戈麗2，朱軍濤3，宋文靜1，王程棟1，陳愛國1，王樹聲1

（1. 中國農業(yè)科學院煙草研究所，青島266101；2. 俄克拉荷馬大學植物與微生物系空間分析中心，俄克拉荷馬州73019，美國；3. 中國科學院地理科學與資源研究所生態(tài)網絡觀測與模擬重點實驗室拉薩高原生態(tài)綜合試驗站，北京100101）

利用1960-2013年氣象數(shù)據，從站點尺度分析西南不同農業(yè)區(qū)（分為青藏區(qū)、西南區(qū)和華南區(qū)3個農業(yè)區(qū)）年平均氣溫和降水總量及其變化速率的時空特征，基于標準化線性回歸系數(shù)分析緯度、海拔兩個主控因素對氣溫、降水量變化的影響作用，重點闡釋研究區(qū)氣溫、降水量沿海拔因素的變化特征。結果表明：1960-2013年，整個研究區(qū)呈現(xiàn)顯著的氣候暖干化趨勢，在21世紀初期表現(xiàn)最明顯。青藏區(qū)和華南區(qū)氣候變暖的趨勢最顯著，而且高海拔青藏區(qū)氣候變暖早于其它地區(qū)；研究區(qū)年降水總量呈顯著下降趨勢，其中西南區(qū)南部云南與貴州交界處表現(xiàn)最顯著。標準化線性回歸系數(shù)顯示，海拔因素對研究區(qū)氣溫、降水量變化的影響作用高于緯度因素，氣溫、降水量的變化速率均隨海拔升高而顯著增加，研究區(qū)高海拔農業(yè)區(qū)屬于典型的氣候變化敏感區(qū)。隨海拔上升，高海拔農業(yè)區(qū)下墊面潛熱作用釋放熱量減小，氣候變暖速率升高，由此導致蒸散作用增強，降水量增加，氣候因子更易產生波動。

氣候變化；海拔因子；緯度因子；影響分析

IPCC第五次評估報告指出，全球陸地及海洋表層氣溫在1880-2012年上升了0.85℃，1983-2012年是北半球最暖的30a[1]。在過去60a（1951-2009年）中國陸地升溫的線性速率為0.023℃·a-1，進入20世紀80年代后氣候變暖趨勢加速，尤其是2000年后有7個年份是有觀測記錄以來的最暖年份[2-3]。氣候變化對農業(yè)生產和糧食安全的影響已成為人類在21世紀需要面對的重要問題[4]，尤其是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)的農田生態(tài)系統(tǒng)，受氣候變化的威脅最為嚴重[5]。因此，有關氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)氣候變化特征方面的研究，是評估氣候變化對該地區(qū)農業(yè)生產影響的前提和基礎。

前人研究表明，當前的氣候變化深刻影響了農業(yè)生產的格局和過程，不僅改變了農業(yè)區(qū)域水熱條件，導致原有的農作物分布格局及種植結構發(fā)生變動[6-8]，更對農作物生長發(fā)育過程的各個環(huán)節(jié)產生深刻影響[9-10]。由此導致中國約24%的農田在20世紀80-90年代生產力下降，尤其是西南地區(qū)有大面積連片農田生產力大幅下降[11]。中國西南地區(qū)氣候變化具有典型的敏感性和復雜性，一方面，該地區(qū)毗鄰亞洲季風的巨大熱源即青藏高原，并位于南亞季風經中南半島后的東部支流與東亞季風的交匯區(qū)域，因此，該地區(qū)的氣候變化趨勢和波動表現(xiàn)得非常復雜，屬于典型的季風氣候敏感區(qū)[12-14]。并且，該地區(qū)地形地貌非常復雜，局部氣候波動性和變異性較大，極端天氣事件頻發(fā)，氣候變化動態(tài)特征非常難以捕捉[15-17]。另一方面，該地區(qū)囊括了青藏高原東緣及云貴高原等地區(qū)，是典型的高原農業(yè)區(qū)域，氣候的垂直地帶性分異非常明顯。高海拔地區(qū)的氣候變化趨勢更為顯著，模型模擬結果表明該現(xiàn)象比實際觀測的結果更加嚴重[18-20]。海拔因素在中國西南農業(yè)區(qū)氣候變化及其對農業(yè)生產影響的相關研究中具有重要作用，海拔因素改變了山地地區(qū)的局部小氣候進而調節(jié)區(qū)域水熱狀況，隨著海拔上升，高海拔農田更易受到氣候變化的影響，在長時間尺度上，海拔因素成為西南地區(qū)農田作物格局及其空間分異的主要控制因素[11, 21]。

因此，在有關西南地區(qū)氣候變化的研究中，如何客觀地闡釋該地區(qū)氣候變化動態(tài)特征，并認清海拔因素的控制作用對準確把握該地區(qū)氣候變化規(guī)律和地帶性分異特征具有重要意義。目前，有關西南地區(qū)氣候變化方面的研究較多[5, 8, 15-16, 22-27]，但鑒于該地區(qū)農業(yè)氣候分區(qū)的多樣性、氣象因子變動的復雜性和海拔因素的多變性，有必要針對不同農業(yè)分區(qū)進行細化對比，并對海拔因素的控制作用進行深入研究。本研究基于云南、貴州、四川、重慶4省份的國家級氣象臺站數(shù)據，結合農業(yè)區(qū)劃，分析該地區(qū)在1960-2013年的氣溫、降水變化趨勢與空間格局，對比不同農業(yè)區(qū)的變化特征與階段性變化差異，捕捉不同農業(yè)區(qū)的變化突變期，并對比緯度、海拔兩種地帶性因素的控制作用，旨在客觀解析西南不同農業(yè)區(qū)氣候變化規(guī)律，重點闡釋海拔因素對研究區(qū)氣溫、降水變化復雜性的控制作用。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西南地區(qū)包括云南、貴州、四川和重慶，西起青藏高原東緣，東至東南部低山丘陵區(qū)，橫跨13個經度；南接中南半島，北鄰黃土高原，縱貫13個緯度；地理范圍21°08′-34°19′N，97°31′-110°12′E[8]。研究區(qū)內分布有四川盆地、云貴高原及川西高原，地勢復雜，垂直地帶性分異明顯，環(huán)境異質性高，是世界上地形最為復雜的地區(qū)之一（圖1a），也是生物多樣性保護的關鍵區(qū)域和熱點區(qū)域[28]。其中，研究區(qū)東北部四川盆地海拔最低，海拔高度在1000m以下；南部云貴高原地區(qū)海拔在3000m以下，高原東部海拔最低，西北部最高；西北部川西高原海拔最高，在3000m以上。研究區(qū)熱量資源豐富，降水集中在夏季，雨熱同期有利于農作物的生長發(fā)育。從農業(yè)氣候區(qū)劃上看，研究區(qū)涵蓋了青藏區(qū)、西南區(qū)和華南區(qū)3個農業(yè)區(qū)（圖1b）：青藏農業(yè)區(qū)分布在青藏高原東緣川西高原地區(qū)，平均海拔最高，氣候垂直地帶性最明顯；西南農業(yè)區(qū)主要包括四川盆地及云南北部地區(qū)，屬亞熱帶季風氣候區(qū)；華南農業(yè)區(qū)位于西南農業(yè)區(qū)南部，屬亞熱帶與熱帶季風氣候區(qū)[29]。結合中國科學院資源環(huán)境數(shù)據中心2010年土地利用數(shù)據可知（圖1b），研究區(qū)農業(yè)氣候資源的空間差異導致農田空間分布呈明顯的地域差異，四川盆地單位面積農田比例最高，西南區(qū)其它區(qū)域和華南區(qū)則在20%～60%，青藏區(qū)比例最低。

Note: TP: the Tibetan Plateau agriculture region; SW: the southwest China agriculture region; SC: the south China agriculture region. The same as below

1.2 數(shù)據與方法

從中國氣象局氣象數(shù)據共享網獲取研究區(qū)1960-2013年的國家級氣象站點日值觀測數(shù)據集，剔除缺測值超過10%的站點后，選取92個站點（圖1a）的日值觀測數(shù)據。其中，青藏區(qū)內站點數(shù)為21個，西南區(qū)內站點數(shù)為60個，華南區(qū)內站點數(shù)為11個。采用5日滑動平均法對缺測值進行插補，并計算各站點的年平均氣溫和年降水總量進行分析。

采用一元線性回歸方法分析氣溫、降水量的變化趨勢，斜率即為變化速率，并分不同年代比較氣溫、降水量變化的年代際特征；采用Mann-Kendall（M-K）方法進行氣候突變檢驗[30]，捕捉氣象因子的突變期；鑒于研究區(qū)氣溫、降水變化的地帶性特征，采用消除各變量單位、量綱因素的標準化線性回歸系數(shù)探討緯度、海拔兩種地帶性因素對研究區(qū)氣溫、降水量變化的控制作用。

2 結果與分析

2.1 氣溫和降水量變化特征分析

2.1.1 變化趨勢

圖2為研究區(qū)及其內各農業(yè)區(qū)中氣象站點年平均氣溫、年降水總量的平均值在1960-2013年的動態(tài)趨勢。由圖2可見，整個研究區(qū)及其內各農業(yè)區(qū)間年平均氣溫、年降水總量具有明顯差異，變化趨勢也明顯不同。研究區(qū)年平均氣溫在13.0～15.0℃（圖2a-d）；華南農業(yè)區(qū)年平均氣溫顯著偏高，平均18.0～21.0℃，比全區(qū)平均值高出5.0～6.0℃（圖2d）；青藏農業(yè)區(qū)最低，平均5.5～8.5℃，偏低7.5～6.5℃（圖2b）；西南農業(yè)區(qū)年平均氣溫與全研究區(qū)的平均水平相當，居其它兩個區(qū)之間（圖2c）。整個研究區(qū)年降水總量平均800～1200mm（圖2e）；其中華南農業(yè)區(qū)最高，平均1100～1700mm（圖2h），年際動態(tài)變異最大；青藏農業(yè)區(qū)最低，平均600～900mm（圖2f）。

圖2a和圖2e顯示，1960-2013年，整個研究區(qū)氣候暖干化趨勢顯著。研究區(qū)年平均氣溫呈極顯著的上升趨勢，變化速率為0.015℃·a-1（P<0.01）；年降水總量則呈顯著的減少趨勢，變化速率為-1.221mm·a-1（P<0.05）。各農業(yè)區(qū)的情況與整個研究區(qū)的平均態(tài)勢略有不同：青藏農業(yè)區(qū)和華南農業(yè)區(qū)均呈極顯著的氣候變暖趨勢（圖2b、d），年平均氣溫變化速率分別為0.023℃·a-1（P<0.01）和0.022℃·a-1（P<0.01），兩個農業(yè)區(qū)年降水總量的變化趨勢均不顯著（青藏區(qū)：P=0.284，華南區(qū)：P=0.237）；西南農業(yè)區(qū)經歷了顯著的氣候暖干化趨勢，年平均氣溫變化速率（圖2c）為0.013℃·a-1（P< 0.01），年降水總量變化速率（圖2g）為-1.758mm·a-1（P<0.05）。

從年代際時間尺度來看，研究區(qū)年降水總量動態(tài)呈明顯的階段性特征，不同農業(yè)區(qū)之間的差異也非常明顯。研究區(qū)年降水總量出現(xiàn)兩次明顯的減少階段，分別發(fā)生在20世紀80年代末-90年代中期和21世紀初（圖2e）。青藏農業(yè)區(qū)年降水總量在20世紀80年代中期開始呈增加趨勢，自21世紀初開始逐漸減少（圖2f）；西南農業(yè)區(qū)年降水總量的年代際變化特征與研究區(qū)大體一致，且21世紀初的減少趨勢更為明顯（圖2g）；華南農業(yè)區(qū)年降水總量的年代際波動較大，自21世紀初開始明顯減少（圖2h）?？傮w上，研究區(qū)年降水總量在21世紀初急劇減少，氣候暖干化趨勢非常明顯，其中尤其以西南農業(yè)區(qū)表現(xiàn)最為明顯。

2.1.2 突變檢驗

由圖3a可見，研究區(qū)氣候變暖自1994年開始，在1998年發(fā)生突變，并在2002年后達到顯著性水平。圖3b顯示，青藏區(qū)氣候變暖起始于1972年，但隨后在1977-1983年出現(xiàn)小幅波動，1996年發(fā)生突變并達到顯著性水平；西南區(qū)氣候變暖始于1999年，在2001年發(fā)生突變，并在2006年后達到顯著性水平（圖3c）；華南區(qū)氣候變暖始于1980年，在1994年突變并達到顯著性水平（圖3d）。比較來看，青藏區(qū)氣候變暖先于其它農業(yè)區(qū)，而西南區(qū)氣候變暖開始最晚（1999年）且最后（2006年）達到顯著性水平。

由圖4a可見，研究區(qū)年降水總量自1988年開始呈下降趨勢。圖4b顯示，青藏農業(yè)區(qū)年降水總量自1972年開始呈上升趨勢，在2000-2005年達到顯著性水平；西南農業(yè)區(qū)年降水總量自1987年開始呈下降趨勢，在2005年發(fā)生突變（圖4c）；華南農業(yè)區(qū)年降水總量自1988年開始呈下降趨勢（圖4d）。綜合比較來看，西南農業(yè)區(qū)降水減少情況明顯比其它農業(yè)區(qū)嚴重，并且在2010年后表現(xiàn)最為顯著。

2.2 氣溫和降水量變化的空間格局分析

2.2.1 年平均氣溫平均態(tài)和變化趨勢分布

由1960-2013年全區(qū)各站點年平均氣溫的空間格局（圖5a）可知，整個研究區(qū)年平均氣溫呈現(xiàn)出南部、東北部高而西北部低的空間格局，南部低緯度的南亞熱帶、北熱帶地區(qū)及東北部低海拔的四川盆地年平均氣溫最高，西北部青藏高原東緣川西高原海拔高，氣溫最低。其中，青藏農業(yè)區(qū)為高原氣候區(qū)，分區(qū)內主要包括川西高原橫斷山脈一帶，其海拔最高氣溫最低，氣候變暖趨勢最顯著，該分區(qū)內所有站點的變暖趨勢均達到顯著性水平（圖5b）；西南農業(yè)區(qū)為中亞熱帶地區(qū)，氣溫較高，東北部四川盆地海拔最低，是區(qū)內氣溫最高的區(qū)域，但四川盆地內有6個相鄰站點的氣溫變化趨勢均不顯著；華南農業(yè)區(qū)為亞熱帶和熱帶氣候，緯度最低氣溫最高，區(qū)內（共11個）9個站點的變暖趨勢達到顯著性水平。

2.2.2 年降水總量平均態(tài)和變化趨勢分布

由圖6a可見，研究區(qū)年降水總量整體呈南部及東部高，西北部低的空間格局。其中，青藏農業(yè)區(qū) 為南亞季風的東部支流向青藏高原運動的水汽通道，屬高原半濕潤氣候區(qū)，但與研究區(qū)其它兩個分區(qū)相比，其降水量最低；西南農業(yè)區(qū)為中亞熱帶濕潤氣候區(qū)，降水量較高，該分區(qū)東部地區(qū)降水主要受東亞季風影響，降水量高，而西南部烏蒙山地區(qū)降水受靜止鋒影響，降水量低，該分區(qū)內四川盆地西北部邊緣地區(qū)和云南、貴州、四川、重慶4省交界處的大婁山—五蓮峰—烏蒙山一帶的變化趨勢較明顯，其中6個站點的降水減少趨勢達到顯著性水平（圖6b）；華南農業(yè)區(qū)為亞熱帶和熱帶濕潤氣候區(qū)，降水主要受南亞季風經中南半島后的東部支流控制，降水量最高，但該分區(qū)內站點的年降水總量變化趨勢均不顯著。

2.3 氣溫和降水量變化的地帶敏感性分析

2.3.1 年平均氣溫變化

利用研究區(qū)內92個站點的緯度、海拔高度與年平均氣溫進行相關分析，散點分布見圖7。由圖可見，年平均氣溫與緯度、海拔均顯著相關，而其變化趨勢則僅與海拔相關顯著。圖7a顯示，年平均氣溫與緯度間呈極顯著負相關關系，隨著緯度的升高氣溫明顯降低；在地理位置上表現(xiàn)為由南向北沿北熱帶—南亞熱帶—中亞熱帶逐漸降低，變化趨勢為-0.969℃·°N-1（P<0.01）。但圖7c顯示，各站點年平均氣溫變化速率與緯度間的相關性不顯著（P=0.645）。由圖7b可見，年平均氣溫與海拔高度間呈極顯著負相關關系，隨著海拔升高氣溫明顯降低，變化趨勢為-0.429℃·100m-1（P<0.01）。圖7d顯示，各站點年平均氣溫變化速率隨海拔升高迅速增加，兩者間為顯著相關關系，變化趨勢為0.0004℃·a-1·100m-1（P<0.05）。

為進一步解析緯度、海拔兩者對年平均氣溫的控制作用，采用標準化線性回歸系數(shù)對比兩者的相對貢獻的大小，結果見表1。由表可知，研究區(qū)年平均氣溫與緯度、海拔均呈負相關關系，海拔與緯度的標準化線性回歸系數(shù)之比為2.139，即海拔因素對年平均氣溫的影響是緯度因素的2.139倍；研究區(qū)氣溫變化速率與緯度呈負相關關系，與海拔則呈正相關，海拔與緯度的標準化線性回歸系數(shù)之比為2.754，即海拔因素對年平均氣溫變化趨勢的影響是緯度因素的2.754倍。

2.3.2 年降水總量變化

圖8為研究區(qū)內92個站點的緯度、海拔高度與年降水總量的散點分布圖。由圖可知，年降水總量與緯度、海拔均顯著負相關，而其變化趨勢則僅與海拔顯著正相關。圖8a顯示，研究區(qū)年降水總量也呈由南向北隨緯度升高而逐漸減少的趨勢，速率為-46.189mm·°N-1（P<0.01）；而年降水總量變化速率（圖8c）隨緯度的變化趨勢不顯著（P=0.074）。由圖8b可知，研究區(qū)年降水總量隨海拔升高迅速降低，速率為-16.702mm·100m-1（P<0.01）；年降水總量變化速率則隨海拔升高而增加（圖8d），增速為0.064mm·a-1· 100m-1（P<0.01）。

由表2可知，研究區(qū)年降水總量與緯度、海拔因素均呈負相關關系，海拔與緯度的標準化線性回歸系數(shù)之比為1.503，即海拔因素對年降水總量的影響是緯度因素的1.503倍，海拔因素的影響高于緯度；年降水總量的變化速率與緯度、海拔因素均呈正相關關系，海拔與緯度的標準化線性回歸系數(shù)之比為3.178，即海拔因素對年降水總量變化速率的影響是緯度因素的3.178倍，海拔因素的影響高于緯度。

表1 年平均氣溫與緯度(°)、海拔(100m)的線性回歸系數(shù)

表2 年降水總量及其變化率與緯度(°)、海拔(100m)的線性回歸系數(shù)

3 結論與討論

（1）1960-2013年間，西南地區(qū)經歷了顯著的氣候暖干化趨勢，尤以21世紀初最明顯。由此導致云貴高原干旱災害頻發(fā)，2009-2013年的持續(xù)干旱[26]，主要歸因于南亞季風減弱，西南地區(qū)水汽輸送隨之減少，加上高緯度冷空氣南下路徑偏東，導致研究區(qū)上空冷暖氣流交匯難以形成，降水量減少，干旱頻發(fā)。對比來看，高海拔青藏農業(yè)區(qū)氣候變暖趨勢表現(xiàn)最為明顯，且該地區(qū)氣候變暖趨勢明顯早于其它地區(qū)；其次為華南農業(yè)區(qū)，其升溫速率為0.022℃·a-1，與中國1951-2009年升溫速率相近（0.023℃·a-1）[3]；西南農業(yè)區(qū)內四川盆地在1951-2009年氣溫存在明顯的下降趨勢[3]，本研究發(fā)現(xiàn)1960-2013年四川盆地氣溫變化不顯著，兩者的差異主要是由研究時段的不一致性所導致的。研究區(qū)年降水總量整體呈顯著下降趨勢，四川盆地西部和云南與貴州交界處表現(xiàn)最為明顯。研究區(qū)年降水總量在20世紀80年代末-90年代中期和21世紀初出現(xiàn)兩次階段性減少趨勢，其中在西南農業(yè)區(qū)表現(xiàn)最明顯，與前人采用標準化降水指數(shù)的研究結果一 致[25]。

從空間上看，西南農業(yè)區(qū)氣候暖干化趨勢最顯著，尤其是四川盆地西部和云南與貴州交界處兩個地區(qū)。其中，位于寒溫帶半濕潤區(qū)的四川盆地西部地區(qū)屬干旱災害高危險性區(qū)域，位于中亞熱帶濕潤區(qū)的云南東北部與貴州交界處則屬中-高危險性區(qū)，研究區(qū)內干旱災害致災危險性與氣候帶和地勢空間分布基本一致[27]。該地區(qū)是全球連續(xù)分布面積最大的喀斯特地貌發(fā)育區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)變異敏感度高[31]。特殊的地質條件決定了該地區(qū)農田生境條件的承載能力低，生產力低下，農田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾性差，受氣候變化影響易發(fā)生惡性逆向演替，惡化速率快且恢復困難，極易造成土壤貧瘠化、石漠化，再加上喀斯特地層滲漏現(xiàn)象嚴重，季節(jié)性旱災頻發(fā)，導致農作物減產、植被退化，水土流失進一步加劇，形成惡性循環(huán)機制[32-34]。因此，該地區(qū)應從加強氣象災害監(jiān)測、發(fā)展季節(jié)性災害防控與減災避災技術體系、建立災后恢復生產模式、增強減災應急關鍵技術集成等方面入手[5]，促進農業(yè)減災增產增效，保障西南地區(qū)糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全和農村經濟可持續(xù)發(fā)展。

（2）研究區(qū)年平均氣溫、年降水總量變化速率均與海拔因素呈顯著正相關關系，海拔因素是西南地區(qū)氣溫、降水量變化的主控因子，高海拔農業(yè)區(qū)氣候變化更為明顯，是典型的氣候變化敏感區(qū)。前人采用站點觀測資料、遙感數(shù)據、再分析資料及模型模擬等不同研究方法均表明：青藏高原的氣候變暖趨勢先于并快于中國及亞洲其它區(qū)域，屬典型的氣候變化敏感區(qū)[13,19,35-38]。本研究中，M-K檢驗表明青藏農業(yè)區(qū)氣候變暖開始最早，但在初期年際波動較大，這與前人研究結論一致[37]。川西高原青藏農業(yè)區(qū)位于青藏高原東緣地區(qū)，氣候變暖速率最高；位于云貴高原南緣的華南農業(yè)區(qū)氣候變暖趨勢也非常顯著。研究區(qū)年降水總量整體呈下降趨勢，川西高原青藏農業(yè)區(qū)年降水總量雖呈增加趨勢，但趨勢不顯著，該結論與前人在青藏高原的研究結果一致[20, 37]。

研究區(qū)年平均氣溫與緯度、海拔均呈顯著負相關，符合氣溫的緯度、海拔遞減率理論。但是垂直遞減率為0.429℃·100m-1，即海拔每上升100m，氣溫降低0.429℃，遠低于理論值，這主要歸因于研究區(qū)海拔南高北低、西高東低，東北部低海拔地區(qū)位于中緯度地帶，氣溫的海拔垂直地帶性與緯度地帶性相互作用導致遞減值變低。年平均氣溫變化速率隨海拔升高而增加的趨勢更為顯著，這主要歸因于：研究區(qū)位于濕潤氣候區(qū)，空氣濕度隨海拔上升迅速減小，下墊面水汽凝結潛熱作用釋放熱量減小，年平均氣溫上升速率高于低海拔地區(qū)[18, 38]。年降水總量也與緯度、海拔均呈顯著的負相關關系，但判定系數(shù)（R2）低于年平均氣溫。理論上，隨海拔升高，會出現(xiàn)最大降水高度，但研究區(qū)年降水總量隨海拔升高呈顯著下降趨勢，這主要歸因于研究區(qū)位于濕潤氣候區(qū)，空氣濕度大，海拔稍為升高，就會普降暴雨，最大降水量通常在山麓，年降水總量隨海拔升高而減小[39]。年降水總量變化速率隨海拔升高而增加的趨勢則主要歸因于，高海拔地區(qū)受當前氣候顯著變暖的影響，蒸散作用增強，尤其是川西高原積雪、冰蓋、凍土融化，局部空氣濕度增加，年降水總量變化速率高于低海拔地區(qū)[37, 40]。

需要特別指出的是，高海拔地區(qū)植被具有更高的氣候敏感性[40-42]。高海拔地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)通過改變植物元素組成、物種結構及土壤微生物群落結構等特征以適應相對惡劣的生態(tài)環(huán)境[43-45]，由此導致對氣候變化的響應更為敏感，高原農田生態(tài)系統(tǒng)可能更易受到氣候波動的影響[46-49]。因此，深入研究高原及高海拔地區(qū)農田生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應和適應是后續(xù)研究的重點。

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Characteristics of Temperature and Precipitation Change along Increasing Elevations in Different Agriculture Regions of Southwest China

TAO Jian1, DONG Jian-xin1, LIU Guang-liang1, ZHANG Ge-li2, ZHU Jun-tao3, SONG Wen-jing1, WANG Cheng-dong1, CHEN Ai-guo1, WANG Shu-sheng1

(1.Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China; 2.Department of Botany and Microbiology, Center for Spatial Analysis, University of Oklahoma, Norman, OK 73019, USA; 3.Lhasa Station, Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)

The meteorological station records during 1960-2013 were used to investigate temporal and spatial characteristics of temperature and precipitation change in different agriculture regions (i.e. the Tibetan Plateau agriculture region, the southwest China agriculture region, the south China agriculture region) of southwest China, and compare relative contributions of elevation factor and latitude factor by standardized regression coefficient with the purpose of exploring change features of the characteristics along increasing elevations. The results showed that, first, southwest China experienced a significantly warming and drying trend during 1960-2013, especially after 2000. The climate warming showed a significant trend, especially in the Tibetan Plateau agricultural region and the south China agricultural region. Specifically, the climate warming in the Tibetan Plateau agricultural region occurred earlier than other regions. Second, the study area underwent a significant climate drying trend, especially in the border of Yunan and Guizhou provinces. Third, the effect of the elevation factor was quantified to be more significant than the latitude factor by the standardized regression coefficient. Change trends of temperature and precipitation increased along increasing elevations meaning the positive correlation function of the elevation factor in the climate change process, which reveals higher climate sensitivity in higher elevation areas of southwest China. Along increasing elevations, a higher climate warming trend was caused by a decreasing trend of surface latent heat, and thereby brought about an increasing wetting trend due to a stronger evapotranspiration under the warming trend. The elevation-dependent change trend of temperature and precipitation indicated an enhanced climate fluctuation in higher elevations.

Climate change; Elevation factor; Latitude factor; Effect analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.04.001

2015-12-10

國家自然科學基金青年科學基金項目（41501054；41201055）；中國博士后科學基金項目（2012M510532； 2013T60163）；中國農業(yè)科學院煙草研究所青年科學基金項目（2015A02）

陶健（1983-），助理研究員，博士，主要從事農田生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應研究。E-mail：taojiancaas@163.com