中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季土壤濕度和降水特征

張圓圓 栗挺 譚小飛 李肖 陳巖

摘要 利用1981—2008年NCEP-CFSR資料，將中國(guó)及其周邊地區(qū)分為3個(gè)區(qū)域，分析了其夏季降水量和土壤濕度的時(shí)空分布特征。結(jié)果表明，中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季的降水量和土壤濕度均呈南部大、中部小、北部居中的特征；中南半島沿岸、印度半島西岸、云貴高原、臺(tái)灣以及緬甸至孟加拉國(guó)一帶降水量最大，朝鮮半島及俄羅斯南部次之，而中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊希科特勞沙漠等地區(qū)降水量最??；青藏高原東南部、云貴高原、東南丘陵、長(zhǎng)江中下游以南、印度西高止山脈以及朝鮮半島土壤濕度最大，中南半島、俄羅斯南部、青藏高原西部、華北平原、東北平原以及印度半島東部次之，而中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊希科特勞沙漠等地區(qū)土壤濕度最??；1981—2008年中、北部土壤濕度呈下降趨勢(shì)，南部土壤濕度在28年間持平，而3個(gè)區(qū)域的降水量均呈下降趨勢(shì)，這可能與全球變暖有一定的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞 中國(guó)及其周邊地區(qū)；土壤濕度；降水；變化特征

中圖分類(lèi)號(hào) S162文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）16-0160-04

Abstract We used the NCEPCFSR data from 1981 to 2008，and divided China and its surrounding areas into three regions，to analyze the spatial and temporal distribution characteristics of summer precipitation and soil moisture.The results showed that the summer precipitation and soil moisture in China and its surrounding areas were the largest in the south，the second in the north and the smallest in the central part.The precipitation was greatest along the coast of the IndoChina Peninsula，the West Bank of the Indian Peninsula，the YunnanGuizhou Plateau，Taiwan，and Myanmar to Bangladesh.The Korean Peninsula and the southern part of Russia followed，while the precipitation was smallest in the Midwest China，the Indian Desert，and the Saray Ishi Kotau Desert.The southeastern Qinghai Tibet Plateau，Yunnan Guizhou Plateau，southeastern hills，the middle and lower reaches of the Yangtze River，the West India mountains and the Korean Peninsula had the largest soil moisture，followed by the Indochina Peninsula，southern Russia，the western Tibetan Plateau，the North China Plain，the Northeast Plain，and the eastern part of the Indian Peninsula，while the Central and Western China，the Indian Desert，the Saray Ishitova Desert，etc.had the smallest soil moisture.Besides，from 1981 to 2008，the soil moisture in central and northern regions showed a downward trend，and remained flat in 28 years in the southern region，while the precipitation in all three regions showed a downward trend，which may be associated with global warming.

Key words China and its surrounding areas；Soil moisture；Precipitation；Change characteristics

土壤濕度決定農(nóng)作物的水分供應(yīng)狀況。土壤濕度過(guò)低會(huì)造成土壤干旱，導(dǎo)致光合作用不能正常進(jìn)行，從而降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。土壤濕度過(guò)高，則會(huì)阻礙土壤的通氣性，影響土壤微生物的活動(dòng)，使作物根系的呼吸、生長(zhǎng)等生命活動(dòng)受到阻礙，從而影響作物地上部分的正常生長(zhǎng)，造成徒長(zhǎng)、倒伏、病害滋生等。土壤濕度的大小還會(huì)影響田間耕作措施和播種質(zhì)量。因此，了解土壤濕度的時(shí)空分布特征，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要意義。

同樣，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，適時(shí)適量的降水可以提供有利的條件，而異常的降水可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)害。中國(guó)因其獨(dú)特的地理位置而具有明顯的季風(fēng)氣候特點(diǎn)，且雨季多發(fā)生在夏季。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，中國(guó)6—9月的降水量占正常年降水量的60%～80%。因此，了解中國(guó)地區(qū)夏季降水的時(shí)空分布特征，對(duì)中國(guó)地區(qū)夏季的天氣氣候及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重要的指示意義。

近年來(lái)，一些學(xué)者已對(duì)中國(guó)地區(qū)土壤濕度和降水的特征進(jìn)行了研究[2-7]。黨皓飛等[2]分析中國(guó)夏季降水的時(shí)空分布特征發(fā)現(xiàn)，西北大部分地區(qū)極端天氣事件發(fā)生較少，東南大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水的可能性較大，而華北、華南以及四川部分地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的可能性較大；張蕾等[5]基于中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象觀(guān)測(cè)站1981—2010年逐旬土壤濕度資料，分12個(gè)氣候區(qū)，統(tǒng)計(jì)了中國(guó)及12個(gè)區(qū)域內(nèi)0～50 cm逐層土壤濕度的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)中國(guó)東北、江南、西南、江淮、江漢、黃淮以及華南地區(qū)各層的土壤濕度均大于全國(guó)的平均值，而內(nèi)蒙古地區(qū)最低；劉榮華等[6]分析中國(guó)地區(qū)表層土壤濕度的時(shí)空分布特征發(fā)現(xiàn)，中國(guó)表層土壤濕度由西北向東南、東北呈增加趨勢(shì)。目前對(duì)NCEP-CFSR再分析土壤濕度、降水資料的研究很少，而NCEP-CFSR土壤濕度和降水資料在中國(guó)地區(qū)相對(duì)其他再分析資料更貼近觀(guān)測(cè)值[8-9]，因此，筆者選取中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季的NCEP-CFSR資料，對(duì)其土壤濕度和降水量的時(shí)空分布進(jìn)行分析，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和氣候預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 資料與方法

采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心（NCEP）提供的氣候預(yù)報(bào)系統(tǒng)再分析資料CFSR，研究中國(guó)及其周邊區(qū)域（70°～140°E，10°～60°N）夏季土壤濕度和降水量的時(shí)空分布特征，具體包括1981—2008年6月、7月、8月的降水量資料（1 h累計(jì)降水量）、土壤濕度資料（-10～0 cm），時(shí)間分辨率為1 h，水平空間分辨率為0.5°×0.5°。

將中國(guó)及其周邊地區(qū)分為南、北、中3個(gè)區(qū)域（35°N以南為南部，35°～50°N為中部，50°N以北為北部），分別計(jì)算其土壤濕度和降水量。

2 結(jié)果與分析2.1 土壤濕度的時(shí)空分布特征

2.1.1 空間分布特征。從圖1可以看出，中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季的土壤濕度整體上呈中部小、南部大、北部居中的特征。青藏高原東南部、云貴高原、東南丘陵、長(zhǎng)江中下游以南、印度西高止山脈以及朝鮮半島土壤濕度最大，一般都在29.0%以上。中南半島、俄羅斯南部次之，基本上大于26.0%。其次是青藏高原西部、華北平原、東北平原以及印度半島東部，土壤濕度均大于17.0%。而中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊?？铺貏谏衬鹊貐^(qū)土壤濕度最小，最小值位于塔克拉瑪干沙漠，可達(dá)5.0%。

2.1.2 時(shí)間變化特征。

從圖2可以看出，南部土壤濕度最大，北部次之，中部最小。1981—2008年中、北部土壤濕度走勢(shì)比較一致，整體上呈下降趨勢(shì)，而南部土壤濕度在28年間持平。北部土壤濕度最大值出現(xiàn)在1988年，約為29.9%，中部最大值出現(xiàn)在1996年，約為24.2%。北部和中部的土壤濕度均在2001年達(dá)到最低點(diǎn)， 2002年后均有回升趨勢(shì)。南部的土壤濕度值基本在28.0%～32.0%，1981年最大，約為31.6%，1992年最小，約為28.5%。

由圖3可知，土壤濕度在6、7和8月均呈南部大、中部小、北部居中的特征。北部的土壤濕度在6月最小，7月次之，8月最大；6月，土壤濕度在1995年以前呈上升趨勢(shì)，1995—2001年快速下降，2001年后又快速上升，28年間整體走勢(shì)持平；7月，北部土壤濕度1981—2008年呈振蕩下降趨勢(shì)，1988年最大，1999年最??；8月，北部土壤濕度在1998年前呈下降趨勢(shì)，1998年后呈上升趨勢(shì)，最小值出現(xiàn)在1998年，最大值出現(xiàn)在1986年。中部的土壤濕度在6月較小，7、8月較大；6和7月的土壤濕度均在2001年達(dá)到最低點(diǎn)，2001年前呈下降趨勢(shì)，2001年后有所上升；而8月的土壤濕度在2002年達(dá)最低點(diǎn)，2002年前呈下降趨勢(shì)，2002年后有所上升。南部的土壤濕度在6月最小，7月次之，8月最大。1981—2008年南部夏季各月的氣候傾向率接近于0，即土壤濕度在28年間基本持平，變化不大。

2.2 降水量的時(shí)空分布特征

2.2.1 空間分布特征。

從圖4可以看出，中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季的降水量整體上也呈中部小、南部大、北部居中的特征。35°N以南的整片區(qū)域，降水量基本上大于0.25 mm/h，其中中南半島沿岸、印度半島西岸、臺(tái)灣以及緬甸至孟加拉國(guó)一帶最大，均在0.70 mm/h以上，云貴高原和孟加拉國(guó)以西次之，為0.50～0.70 mm/h，其余地區(qū)為0.25～0.50 mm/h。在35°N以北的地區(qū)，降水量在朝鮮半島及俄羅斯南部較大，基本上大于0.09 mm/h；與土壤濕度類(lèi)似，在中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊?？铺貏谏衬鹊貐^(qū)降水量最小，基本上小于0.03 mm/h。這與前人的研究結(jié)果[4，10]基本一致。

2.2.2 時(shí)間變化特征。

由圖5可知，夏季平均降水量在南部最大，為0.35～0.45 mm/h，北部和中部都很小，基本上都在0.16 mm/h以下，北部較中部稍大。1981—2008年3個(gè)區(qū)域的降水量均呈下降趨勢(shì)。北部降水量的最大值出現(xiàn)在1988年，約為0.16 mm/h；中部降水量的最大值出現(xiàn)在1987年，約為0.15 mm/h。中部的降水量在2001年達(dá)到最小，為0.08 mm/h，北部的降水量在2002年達(dá)到最小，為0.09 mm/h。南部的降水量在1994年最大，為0.43 mm/h，2005年最小，為0.36 mm/h。

由圖6可知，降水量在6、7和8月均呈南部大、中部小、北部居中的特征，北部和中部的降水量均小于0.20 mm/h，南部的則均大于0.30 mm/h。北部的降水量在6月較小，7、8月較大；6月的降水量在28年間的走勢(shì)基本持平，7和8月的降水量在1998年前均呈下降趨勢(shì)，1998年后均有顯著的上升。與北部類(lèi)似，中部的降水量在6月較小，7、8月較大，6、7和8月的降水量在2000年前均呈下降趨勢(shì)，2000年后均有所上升。

南部的降水量也在6月較小，7和8月較大；6月，南部降水量1981—2008年呈振蕩下降趨勢(shì)，1985年最大，1996年最?。?月，南部降水量在1984年前呈下降趨勢(shì)，1984年后顯著上升，至 1997年后又呈下降趨勢(shì)；8月，南部降水量1981—2008年呈振蕩下降趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在1990年，最小值出現(xiàn)在2005年。

2.3 比較分析

從土壤濕度和降水量的空間分布特征可以看出，在中國(guó)及其周邊地區(qū)，土壤濕度和降水量均呈南部大、中部小、北部居中的特征。南部降水量大主要是因?yàn)樵谙募?，南部以季風(fēng)氣候?yàn)橹?，偏南季風(fēng)將來(lái)自海洋的大量水汽帶入南部，而南部多丘陵盆地，水汽不易擴(kuò)散，來(lái)自海洋的暖濕空氣與陸地上來(lái)自北方的冷空氣相遇后形成江淮準(zhǔn)靜止鋒，再加上西太平洋熱帶氣旋的影響，夏季南部降水較多。降水會(huì)增大土壤濕度，另一方面，土壤濕度越大，降水的可能性也越大[11]，因此南部的降水量和土壤濕度總體較大。而由于秦嶺的阻擋，暖濕氣流的北上之路被阻斷，因此中部降水量小，土壤濕度也小。北部由于受副極地低氣壓帶和西風(fēng)帶控制，空氣上升時(shí)生成鋒面氣旋，容易產(chǎn)生降水，因此多雨，相應(yīng)的，土壤濕度也較大。

從時(shí)間分布特征可以看出，1981—2008年中國(guó)及其周邊地區(qū)的降水量和土壤濕度均呈下降趨勢(shì)，這可能與近年來(lái)全球變暖加劇有關(guān)。土壤濕度減小主要是由降水量減小引起的[12]，此外，全球變暖引起的溫度升高會(huì)導(dǎo)致蒸散增加、土壤濕度減小，而隨著土壤濕度的減小，土壤吸力增加，蒸發(fā)量可能會(huì)降低，這有可能導(dǎo)致顯熱通量增大、降水減少，溫度進(jìn)一步升高。因此，如果無(wú)視全球變暖帶來(lái)的問(wèn)題，這種反饋會(huì)使得降水和土壤濕度持續(xù)減小，直到土壤完全干燥和荒漠化，這將嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

（1）中南半島沿岸、印度半島西岸、云貴高原、臺(tái)灣以及緬甸至孟加拉國(guó)一帶降水量最大，朝鮮半島及俄羅斯南部次之，而中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊希科特勞沙漠等地區(qū)降水量最小。

（2）青藏高原東南部、云貴高原、東南丘陵、長(zhǎng)江中下游以南、印度西高止山脈以及朝鮮半島土壤濕度最大，中南半島、俄羅斯南部、青藏高原西部、華北平原、東北平原以及印度半島東部次之，而中國(guó)中西部、印度大沙漠、薩雷伊?？铺貏谏衬鹊貐^(qū)土壤濕度最小。

（3）中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季的降水量和土壤濕度均呈南部大、中部小、北部居中的特征。其可能原因是在夏季，南部受江淮準(zhǔn)靜止鋒、西太平洋熱帶氣旋等影響而降水增多，降水增多使得土壤濕度增大。而秦嶺阻擋了暖濕氣流北上，造成中部降水量小，土壤濕度也小。北部由于受副極地低氣壓帶和西風(fēng)帶控制而多雨，相應(yīng)的，土壤濕度也較大。

（4）1981—2008年中、北部土壤濕度呈下降趨勢(shì)，南部土壤濕度在28年間持平，而3個(gè)區(qū)域的降水量均呈下降趨勢(shì)，這可能與全球變暖有一定的聯(lián)系。

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