氣候變暖背景下西北脆弱帶近54年降水季節(jié)變化特征

楊 蓉, 趙多平

(寧夏大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 銀川 750021 )

IPCC第四次評(píng)估報(bào)告指出：近100年來(lái)全球平均氣溫升高了0.74℃，平均升溫速率大致為0.1℃/10 a，今后20 a全球平均地面氣溫仍將以0.2℃/10 a的速率繼續(xù)上升[1]，未來(lái)全球仍將表現(xiàn)為明顯的增溫趨勢(shì)。地球上不同要素交界地帶的區(qū)域，如水陸交界帶、干濕交替帶、農(nóng)牧交錯(cuò)帶、沙漠邊緣帶等，它們的環(huán)境要素十分敏感，這些區(qū)域能及時(shí)、靈敏地體現(xiàn)全球變化的早期信號(hào)，對(duì)全球變化的響應(yīng)具有獨(dú)特性，這就是生態(tài)脆弱帶[2]。脆弱帶由于特殊的地理環(huán)境和氣候條件，對(duì)于氣候變化和人類干擾的影響極為敏感，使其成為研究全球變化重要的預(yù)警區(qū)[3]，因此，生態(tài)脆弱帶的研究對(duì)全球變化研究以及預(yù)測(cè)區(qū)域未來(lái)氣候、環(huán)境演變具有重大科學(xué)意義。對(duì)生態(tài)脆弱帶的研究大多數(shù)學(xué)者把研究重點(diǎn)集中在脆弱帶的生態(tài)環(huán)境惡化狀況、土地生產(chǎn)力退化和土壤侵蝕等方面[4]，生態(tài)脆弱帶對(duì)全球變化的響應(yīng)與反饋研究，學(xué)者們主要關(guān)注的方向是氣候變暖對(duì)其植被及其覆被變化的影響研究，以及全球變化與生態(tài)脆弱帶各個(gè)影響因子的關(guān)系研究[5]，對(duì)其土壤、氣候、植被等要素的時(shí)空分布與演變格局的研究也很多[6]。近年來(lái)很多學(xué)者針對(duì)我國(guó)不同區(qū)域的氣候變化特征進(jìn)行了大量的研究分析[7-8]，但對(duì)脆弱帶地區(qū)的氣候變化研究卻極少。

西北脆弱帶是我國(guó)地理環(huán)境最復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境最脆弱的特殊區(qū)域之一，在全球氣候變暖的背景下更易受到全球氣候變暖和氣候異常的影響，也更能靈敏、及時(shí)地反映全球變化，有著獨(dú)特的響應(yīng)特征，因此在全球變暖的大背景下有必要加強(qiáng)對(duì)西北脆弱帶地區(qū)氣候變化的研究。基于此，本文選取西北脆弱帶作為研究區(qū)域，利用1961—2015年的降水量數(shù)據(jù)，以線性傾向估計(jì)、普通Kriging插值等數(shù)理分析方法，分析氣候變暖背景下西北脆弱帶近54年的降水量時(shí)空變化特征，以期為本區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供一些科學(xué)理論依據(jù)，同時(shí)也對(duì)全球變化研究提供一些區(qū)域的科學(xué)證據(jù)。

1 研究區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)概況

我國(guó)脆弱帶多指北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，它自東北向西南縱貫中國(guó)北部地區(qū)，北起大興安嶺西麓的呼倫貝爾，向西南延伸至內(nèi)蒙古東南部，過(guò)冀北、晉北、陜北和鄂爾多斯高原，到達(dá)寧夏、甘肅中部和青海東部地區(qū)。北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶由東向西依次為東北脆弱帶、中部脆弱帶和西北脆弱帶[3]。

本文研究區(qū)西北脆弱帶地處陜、甘、寧、蒙四省的接壤地區(qū)(33°8′—40°9′N，101°2′—112°4′E)，是一個(gè)近似四邊形的區(qū)域，總面積約為34萬(wàn)km2，包括陜西北部、寧夏、甘肅東南部和內(nèi)蒙古臨近寧夏的南部地區(qū)。從氣候特征來(lái)看，西北脆弱帶剛好位于我國(guó)夏季風(fēng)末勢(shì)力區(qū)的季風(fēng)與非季風(fēng)氣候的賀蘭山交界地區(qū),降水的地區(qū)差異、季節(jié)和年際變率都極大，且變化十分敏感；從地形特征來(lái)看，該區(qū)地處我國(guó)中部黃土高原區(qū)向內(nèi)蒙古高原邊緣地帶的毛烏素沙漠和騰格里沙漠過(guò)渡的地區(qū)，由東向西為東南黃土丘陵溝壑區(qū)向西南黃土丘陵溝壑區(qū)的過(guò)渡地帶，地形起伏大且復(fù)雜多變，地形因素對(duì)小氣候的影響較大；從生態(tài)環(huán)境來(lái)看，這里是我國(guó)典型的從半濕潤(rùn)區(qū)向半干旱、干旱區(qū)過(guò)渡的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，又稱其西北農(nóng)牧交錯(cuò)帶[4]。該區(qū)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等都是處在變化的臨界區(qū)間，其自然生態(tài)環(huán)境的變化會(huì)直接影響西部乃至全國(guó)的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)安全。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取西北脆弱帶氣象數(shù)據(jù)比較完整的40個(gè)氣象站點(diǎn)1961年1月—2015年12月共54 a的降水量月值數(shù)據(jù)，依此計(jì)算出降水量年值和季節(jié)值，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理得出本區(qū)降水量時(shí)空變化特征。所用氣象數(shù)據(jù)資料來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)。

為了更詳細(xì)分析西北脆弱帶的降水量變化特征，依據(jù)區(qū)域自然地理環(huán)境的差異性將西北脆弱帶做進(jìn)一步中尺度的劃分，主要以賀蘭山所在的大致105°E線作為區(qū)域的東西分界線，毛烏素沙漠南緣所在的大致37°N線作為區(qū)域的南北分界線[7]，依此分界線做出中尺度分區(qū)(圖1)∶1區(qū)為半干旱的東北毛烏素沙區(qū)，2區(qū)為半濕潤(rùn)的東南黃土丘陵溝壑區(qū)，3區(qū)為半干旱的西南黃土丘陵溝壑區(qū)，4區(qū)則為干旱的西北騰格里沙區(qū)。

圖1西北脆弱帶氣象站點(diǎn)分布及分區(qū)

1.3 研究方法

本文主要利用Excel，ArcGIS，DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等軟件對(duì)要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法、線性傾向估計(jì)法、趨勢(shì)線擬合法、克里金插值法等方法，詳細(xì)分析西北脆弱帶地區(qū)近54年來(lái)的降水量時(shí)空變化特征。其中，線性傾向估計(jì)法是用來(lái)分析某一氣候變量的變化傾向趨勢(shì)及這種變化趨勢(shì)顯著與否的方法，可表明隨時(shí)間增加氣候變量的變化趨勢(shì)、變化速率及氣候變量與時(shí)間之間的線性關(guān)系大小[8]。Kriging(克里金)插值法又稱為空間自協(xié)方差最佳插值法，它是以南非礦業(yè)工程師D．G．Krige的名字命名的一種最優(yōu)內(nèi)插法，是地學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)常采用的一種求最優(yōu)、線形、無(wú)偏的空間內(nèi)插方法[9]。它考慮的是要素空間屬性在空間位置上的變異分布，它是在充分考慮觀測(cè)資料之間的相互關(guān)系后，對(duì)每一個(gè)觀測(cè)資料賦予一定的權(quán)重系數(shù)，然后加權(quán)平均得到估計(jì)值，本文運(yùn)用此方法進(jìn)行降水?dāng)?shù)據(jù)空間變化的分析。

2 西北脆弱帶降水量季節(jié)時(shí)空變化特征

2.1 西北脆弱帶降水量年變化特征

1961—2015年西北脆弱帶多年平均降水量為367.52 mm，年降水最大值、最小值的分別為547.42 mm(1964年)，262.37 mm(1982年)，最大值和最小值相差285.05 mm，降水量年際變化幅度較大。

分析西北脆弱帶年降水量距平值變化(圖2)可知，近54年西北脆弱帶降水量總體呈減少趨勢(shì)，減少速率為3.29 mm/10 a，降水變化趨勢(shì)不明顯。通過(guò)分析6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)可知，20世紀(jì)60年代，降水波動(dòng)減少趨勢(shì)較明顯，減少速率為49.53 mm/10 a；20世紀(jì)70年代初—90年代末降水波動(dòng)變化特征不明顯，整體略有增加，增加速率為1.35 mm/10 a；進(jìn)入21世紀(jì)是降水增加最為明顯的階段，增加速率為32.36 mm/10 a。相比而言，20世紀(jì)60年代為下降期，70—90年代為平穩(wěn)期，進(jìn)入21世紀(jì)以后為上升期。

圖2西北脆弱帶年降水量距平變化特征

2.2 西北脆弱帶降水量季節(jié)變化特征

西北脆弱帶1961—2015年四季降水量距平變化趨勢(shì)可知(圖3)，春、夏、冬三季降水均呈增加趨勢(shì)，秋季降水量則呈減少趨勢(shì)，變化速率大小關(guān)系為夏季(2.76 mm/10 a)>冬季(0.39 mm/10 a)>春季(0.02 mm/10 a)>秋季(-1.87 mm/10 a)，四季降水量具體變化特征表現(xiàn)為：

(1) 春季多年平均降水量為59.28 mm，近54年來(lái)西北脆弱帶春季降水量呈增加趨勢(shì)，增加速率為0.02 mm/10 a，年際變化波動(dòng)幅度不大。通過(guò)分析6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)可知，春季降水量變化大概以10 a為周期經(jīng)歷了增加—減少—增加—減少—增加的趨勢(shì)。具體而言，20世紀(jì)60年代初期降水量增加較快，之后開(kāi)始持續(xù)下降，進(jìn)入80年代以后呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，90年代略有減少，2000年以后春季降水量又逐步增加。

(2) 夏季多年平均降水量為177.03 mm，夏季降水量增加幅度最大，增加速率為2.76 mm/10 a。分析6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)可知，近54年來(lái)西北脆弱帶夏季降水經(jīng)歷了減少—穩(wěn)定—減少—增加的趨勢(shì)。20世紀(jì)60年代初期降水量呈快速減少趨勢(shì)，減少速率可達(dá)9.94 mm/10 a，60年代末期—90年代相對(duì)穩(wěn)定，90年代末期—2006年又有所減少，2007—2015年夏季降水量開(kāi)始快速增加，增加速率為168.25 mm/10 a。

(3) 秋季多年平均降水量為77.52 mm，近54年來(lái)西北脆弱帶秋季降水量呈較少趨勢(shì)，也是4個(gè)季節(jié)中降水量唯一呈減少趨勢(shì)的季節(jié)，下降速率為1.87 mm/10 a。6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)顯示，近54年來(lái)西北脆弱帶秋季降水量波動(dòng)變化趨勢(shì)較大，大致呈V型經(jīng)歷了較為顯著的減少和增加期，其中20世紀(jì)60—90年代初為降水量減少期，減少速率為13.97 mm/10 a，90年代—21世紀(jì)初為增加期，增加速率為19.49 mm/10 a。

(4) 冬季多年平均降水量為12.51 mm，西北脆弱帶冬季降水呈增加趨勢(shì)，增加速率為0.39 mm/10 a。6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)得出，西北脆弱帶冬季降水經(jīng)歷了增加—減少—增加—減少的趨勢(shì)，20世紀(jì)60—80年代降水增加趨勢(shì)明顯，增加速率為7.69 mm/10 a，80—90年代末為減少期，減少速率為3.91 mm/10 a，90年代末—2006年略有增加，2006年以后冬季降水量又開(kāi)始減少。

2.3 中尺度分區(qū)降水量變化特征

西北脆弱帶4個(gè)中尺度分區(qū)的年均降水量變化趨勢(shì)可知(圖4)，1961—2015年，西北脆弱帶各分區(qū)降水量有增有減，增加速度最快的是東北毛烏素沙區(qū)，其次是西北騰格里沙區(qū)，西南黃土丘陵溝壑區(qū)和東南黃土丘陵溝壑區(qū)的降水則呈減少趨勢(shì)。

(1) 東北毛烏素沙區(qū)多年平均降水量276.27 mm，年降水量最大值、最小值分別為422.23 mm(1961年)，143.54 mm(1965年)，兩值相差278.69 mm，降水量年際變化幅度較大。近54年該區(qū)降水量總體呈增加趨勢(shì)，在4個(gè)分區(qū)中增加速度最快，增加速率為4.38 mm/10 a，特別是進(jìn)入21世紀(jì)降水量波動(dòng)增加趨勢(shì)更快，增加速率為34.54 mm/10 a。

(2) 西北騰格里沙區(qū)多年平均降水量201.26 mm，是4個(gè)分區(qū)里降水最稀少的一個(gè)區(qū)，年均降水最大值、最小值分別為271.27 mm(1961年)，126.7 mm(1962年)，兩值相差144.57 mm，降水年際變化幅度是4個(gè)區(qū)中最小的。近54年該區(qū)降水量總體呈增加趨勢(shì)，增加速率為0.76 mm/10 a，整體增加趨勢(shì)并不明顯。就降水量的波動(dòng)變化來(lái)看，20世紀(jì)60—70年代中期為降水波動(dòng)減少期，減少速率為4.72 mm/10 a；70年代中期—90年代末降水波動(dòng)增加，增加速率為2.68 mm/10 a，進(jìn)入21世紀(jì)降水量又波動(dòng)減少，減少速率為17.054 mm/10 a。

圖3西北脆弱帶四季降水距平變化趨勢(shì)

圖4西北脆弱帶中尺度分區(qū)年均降水量距平變化特征

(3) 西南黃土丘陵溝壑區(qū)多年平均降水量為469.66 mm，年均降水最大值、最小值分別為758.58 mm(1964年)，337.57 mm(1997年)，兩值相差421.01 mm，在4個(gè)分區(qū)中降水量年際變化幅度最大。近54年來(lái)該區(qū)降水量總體呈減少趨勢(shì)，且減少速度較快，減少速率為12.38 mm/10 a。通過(guò)6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)可知，20世紀(jì)60年代為降水迅速減少期，減少速率為103.65 mm/10 a；70—90年代末為相對(duì)平穩(wěn)期，降水仍有緩慢減少，減少速率為9.2 mm/10 a；進(jìn)入21世紀(jì)西南黃土丘陵溝壑區(qū)降水量呈較快增加趨勢(shì)，增加速率為43.64 mm/10 a。

(4) 東南黃土丘陵溝壑區(qū)是4個(gè)分區(qū)中年均降水量最多、最為濕潤(rùn)的區(qū)域，多年平均降水量為482.31 mm，年降水最大值、最小值分別為713.78 mm(1967年)，350.52 mm(1982年)，兩者相差363.26 mm，降水年際變化幅度較大。近54年該區(qū)降水量總體呈減少趨勢(shì)，減少速率為4.55 mm/10 a。通過(guò)6階多項(xiàng)擬合趨勢(shì)可知，20世紀(jì)60年代為降水量快速減少期，減少速率為74.6 mm/10 a；70—90年代末為降水量持續(xù)減少期，減少速率為10.24 mm/10 a；進(jìn)入21世紀(jì)該區(qū)降水量波動(dòng)增加，增加速率為52.86 mm/10 a。

2.4 中尺度分區(qū)降水量季節(jié)變化特征

分析1961—2015年西北脆弱帶4個(gè)中尺度區(qū)域的四季降水距平變化趨勢(shì)(圖5—6)可知：

(1) 東北毛烏素沙區(qū)春夏秋冬四季的多年平均降水量分別為34.94，124.88，48.71，13.24 mm。近54年來(lái)東北毛烏素沙區(qū)春、夏、秋季降水量均呈增加趨勢(shì)，夏季增幅最大，而冬季降水量則呈減少趨勢(shì)。四季降水量變化速率大小關(guān)系為夏季(5.13 mm/10 a)>秋季(2.98 mm/10 a)>春季(2.68 mm/10 a)>冬季(-1.79 mm /10 a)。4個(gè)季節(jié)的降水都是波動(dòng)變化的，夏秋兩季的降水年際波動(dòng)最大，就20世紀(jì)以來(lái)的十幾年來(lái)看，春、夏、秋季降水量增加趨勢(shì)明顯，冬季降水則呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。

(2) 西北騰格里沙區(qū)春夏秋冬四季的多年平均降水量分別為35.57，116.32，45.27，4.11mm。近54年來(lái)西北騰格里沙區(qū)春、秋、冬三季降水量呈增加趨勢(shì)，冬季增幅最大，唯有夏季降水量呈減少趨勢(shì)，四季降水量變化速率大小關(guān)系為冬季(0.5 mm/10 a)>春季(0.4 mm/10 a)>秋季(0.15 mm/10 a)>夏季(-0.16 mm/10 a)。4個(gè)季節(jié)的降水量波動(dòng)變化，就20世紀(jì)以來(lái)的十幾年來(lái)看，春、秋、冬3個(gè)季節(jié)降水量呈波動(dòng)減少，夏季降水則呈緩慢增加趨勢(shì)。

(3) 西南黃土丘陵溝壑區(qū)春夏秋冬四季的多年平均降水量分別為66.5，209.36，97.81，17.79 mm。西南黃土丘陵溝壑區(qū)夏、冬兩季降水量呈增加趨勢(shì)，春、秋兩季降水量呈減少趨勢(shì)，秋季減少最為明顯，四季降水量變化速率大小關(guān)系為夏季(4.28 mm/10 a)>冬季(1.77 mm/10 a)>春季(-3.26 mm/10 a)>秋季(-6.89 mm/10 a)。4個(gè)季節(jié)的降水波動(dòng)變化，秋季的降水年際波動(dòng)最大，就20世紀(jì)以來(lái)的十幾年來(lái)看，春、夏、秋季降水呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，而冬季降水則呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。

(4) 東南黃土丘陵溝壑區(qū)春夏秋冬四季的多年平均降水量分別為100.54，250.67，113.95，11.02mm。東南黃土丘陵溝壑區(qū)春、冬兩季降水量呈增加趨勢(shì)，但增加幅度不大，夏、秋兩季降水量呈減少趨勢(shì)，秋季減少明顯，四季降水量變化速率大小關(guān)系為冬季(1.4 mm/10 a)>春季(0.57 mm/10 a)>夏季(-0.16 mm/10 a)>秋季(-3.23 mm/10 a)。4個(gè)季節(jié)的降水均呈波動(dòng)變化，就20世紀(jì)以來(lái)的十幾年來(lái)看，春、夏兩季降水呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，而秋、冬兩季降水則呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。

2.5 西北脆弱帶降水量空間變化特征

運(yùn)用普通Kriging插值法得出1961—2015年西北脆弱帶年降水量及傾向率空間變化圖，其中年降水量空間變化(附圖1A)大致沿東南—西北方向，呈現(xiàn)由多到少的逐步過(guò)渡，即西南黃土丘陵溝壑區(qū)、東南黃土丘陵溝壑區(qū)為降水相對(duì)高值區(qū)，騰格里沙區(qū)為相對(duì)低值區(qū)。全區(qū)年降水量最多的站點(diǎn)為東南黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)的洛川站，年降水量高達(dá)612.52 mm，最少的是騰格里沙區(qū)內(nèi)的吉蘭泰站，年降水量?jī)H為104.49 mm。全區(qū)有19個(gè)站點(diǎn)近50%的地區(qū)降水超過(guò)400 mm；13個(gè)站點(diǎn)32.5%的站點(diǎn)年降水量為200～400 mm，有8個(gè)站點(diǎn)20%的地區(qū)降水量在200 mm以下。

近54年來(lái)，西北脆弱帶年降水量?jī)A向率空間變化差異明顯(附圖1B)，年降水傾向率空間變化大致沿東南—西北方向呈現(xiàn)由減少到增加的逐步過(guò)渡，西南黃土丘陵溝壑區(qū)及東南黃土丘陵溝壑區(qū)為降水減少區(qū)，毛烏素沙區(qū)和騰格里沙區(qū)為相對(duì)增加區(qū)。整個(gè)西北脆弱帶有9個(gè)22.5%的站點(diǎn)年降水量處于增加趨勢(shì)，上升速率最快的是位于毛烏素沙區(qū)內(nèi)的伊金霍洛旗站(49.13 mm/10 a)，上升速率最小是位于甘肅省境內(nèi)的臨夏站，僅有0.45 mm/10 a。其余站點(diǎn)降水量均呈下降趨勢(shì)，約占77.5%，下降速率最大的為毛烏素沙區(qū)內(nèi)的榆林站(-36.84 mm/10 a)，最小的為西南黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)的天水站(-0.29 mm/10 a)。

2.6 西北脆弱帶不同季節(jié)降水量空間變化特征

西北脆弱帶1961—2015年各季節(jié)降水量空間變化分布如附圖2所示，可看出4個(gè)季節(jié)降水量的空間差異明顯，大致都沿東南—西北方向呈現(xiàn)由多到少的逐步過(guò)渡趨勢(shì)。

圖5東北毛烏素沙區(qū)、西北騰格里沙區(qū)四季降水距平變化趨勢(shì)

圖6西南黃土丘陵溝壑區(qū)、東南黃土丘陵溝壑區(qū)四季降水距平變化趨勢(shì)

(1) 春季降水量空間變化(附圖2A)大致沿東南—西北方向，呈現(xiàn)由多到少的逐步過(guò)渡，即東南黃土丘陵溝壑區(qū)、西南黃土丘陵溝壑區(qū)為相對(duì)高值區(qū)，東北毛烏素沙區(qū)、西北騰格里沙區(qū)為相對(duì)低值區(qū)。全區(qū)春季降水量最多的站點(diǎn)為西南黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)的岷縣站，為138.9 mm，最少的是毛烏素沙區(qū)內(nèi)的陶樂(lè)站，春季降水量?jī)H為10.69 mm。全區(qū)有8個(gè)站點(diǎn)20%的地區(qū)春季降水量超過(guò)100 mm；有24個(gè)站點(diǎn)60%的地區(qū)為20～100 mm，還有8個(gè)站點(diǎn)20%的地區(qū)春季降水量?jī)H在20 mm以下。

(2) 夏季降水量空間變化(附圖2B)大致也是沿東南—西北方向呈現(xiàn)由多到少的逐步過(guò)渡，東南黃土丘陵溝壑區(qū)夏季降水量最高，西南黃土丘陵溝壑區(qū)次之，西北騰格里沙區(qū)為夏季降水量最少的區(qū)域。全區(qū)夏季降水量最多的站點(diǎn)為東南黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)的洛川站，為438.9 mm，最少的是騰格里沙區(qū)內(nèi)的吉蘭泰站，夏季降水量?jī)H為68.98 mm。全區(qū)有7個(gè)站點(diǎn)18%的地區(qū)夏季降水超過(guò)300 mm；26個(gè)站點(diǎn)70%的站點(diǎn)夏季降水量為100～300 mm，5個(gè)站點(diǎn)12%的地區(qū)在100 mm以下。

(3) 秋季降水量空間變化(附圖2C)仍是東南多西北少，西南黃土丘陵溝壑區(qū)、東南黃土丘陵溝壑區(qū)為相對(duì)高值區(qū)，東北毛烏素沙區(qū)、西北騰格里沙區(qū)為相對(duì)低值區(qū)。全區(qū)秋季降水量最多的站點(diǎn)為東南黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)武站，為173.78 mm，最少的是毛烏素沙區(qū)內(nèi)的陶樂(lè)站，僅為13.24 mm，兩站相差160.54 mm，秋季降水空間差異較大。全區(qū)有13個(gè)站點(diǎn)32.5%的地區(qū)秋季降水超過(guò)100 mm；23個(gè)站點(diǎn)近60%的站點(diǎn)秋季降水量為20～100 mm，4個(gè)站點(diǎn)10%的地區(qū)在20 mm以下。

(4) 冬季降水量整體全區(qū)都比較少(附圖2D)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，東部的東南黃土丘陵溝壑區(qū)和毛烏素沙區(qū)有部分降水，而西北騰格里沙區(qū)和西南黃土丘陵溝壑區(qū)都是降水極少的干旱期。冬季降水量最多的站點(diǎn)為毛烏素沙區(qū)內(nèi)的伊金霍洛旗站，為116.55 mm，最少的是毛烏素沙區(qū)內(nèi)的陶樂(lè)站，僅為0.98 mm。全區(qū)有5個(gè)站點(diǎn)12.5%的地區(qū)冬季降水超過(guò)20 mm；9個(gè)站點(diǎn)22.5%的站點(diǎn)冬季降水為10～20 mm，26個(gè)站點(diǎn)65%的地區(qū)僅在10 mm以下。

3 討論與結(jié)論

(1) 研究發(fā)現(xiàn)，西北脆弱帶降水對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)特征是：在1961—2015年共54年間，西北脆弱帶多年平均降水量為367.52 mm，降水量總體呈減少趨勢(shì)，但減少趨勢(shì)并不明顯。表明在全球變暖背景下，西北脆弱帶的降水有所減少，這與我國(guó)近百年來(lái)降水量的增加趨勢(shì)是相反的[10]。但就降水變化的階段性來(lái)看，2000年以來(lái)的近十幾年來(lái)西北脆弱帶年降水量呈現(xiàn)出明顯上升趨勢(shì)，表明隨著全球變暖的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，勢(shì)將導(dǎo)致海洋與陸地水體蒸發(fā)旺盛，而使大尺度的水循環(huán)更加旺盛，大部分區(qū)域降水增加[11]，加之近年來(lái)西北脆弱帶生態(tài)建設(shè)初見(jiàn)成效，也使其總體降水量明顯增加。

(2) 西北脆弱帶年均降水量的空間變化趨勢(shì)是沿東南—西北方向逐漸減少，年均降水量最高為東南黃土丘陵溝壑區(qū)，最低為西北騰格里沙區(qū)，符合我國(guó)降水量整體由東南向西北遞減的大趨勢(shì)。西北脆弱帶年均降水量?jī)A向率的空間變化大致沿東南—西北方向呈現(xiàn)由減少到增加的過(guò)渡，西南黃土丘陵溝壑區(qū)及東南黃土丘陵溝壑區(qū)為降水量減少區(qū)，毛烏素沙區(qū)和騰格里沙區(qū)為降水量相對(duì)增加區(qū)。表明在全球變暖的大背景下蒸發(fā)旺盛，水循環(huán)的海陸大循環(huán)加劇，使原本降水量多的區(qū)域降水減少，而原本降水量少的沙漠區(qū)則降水有所增加。此外，毛烏素沙區(qū)和騰格里沙區(qū)的沙漠治理對(duì)降水量也有調(diào)節(jié)作用[12]。

(3) 西北脆弱帶54年間四季的降水距平變化趨勢(shì)表現(xiàn)為，春、夏、冬三季的降水量呈增加趨勢(shì)，秋季降水量呈減少趨勢(shì)，變化速率大小關(guān)系為夏季(2.76 mm/10 a)>冬季(0.39 mm/10 a)>春季(0.02 mm/10 a)>秋季(-1.87 mm/10 a)。西北脆弱帶春、冬季節(jié)降水量變化大概以10 a為周期經(jīng)歷了增加—減少—增加—減少—增加的趨勢(shì)，2000年以后春、冬季節(jié)降水是逐步增加的趨勢(shì)。而夏、秋季節(jié)的降水變化大致經(jīng)歷了減少期—穩(wěn)定期—減少期—增加期，2007年以來(lái)夏、秋季節(jié)降水呈快速增加趨勢(shì)。4個(gè)季節(jié)降水量的空間差異明顯，但大致都沿東南—西北方向，呈現(xiàn)由多到少的逐步過(guò)渡趨勢(shì)。

(4) 西北脆弱帶4個(gè)中尺度分區(qū)四季均以夏秋季節(jié)降水為主。東北毛烏素沙區(qū)春、夏、秋季降水呈增加趨勢(shì)，冬季降水呈減少趨勢(shì)；西北騰格里沙區(qū)春、秋、冬季降水增加，夏季降水減少；西南黃土丘陵溝壑區(qū)夏、冬兩季降水量增加，春、秋兩季降水量減少；東南黃土丘陵溝壑區(qū)春、冬兩季降水增加，夏、秋兩季降水減少。就20世紀(jì)以來(lái)的近十幾年來(lái)看，東北毛烏素沙區(qū)和西南黃土丘陵溝壑區(qū)春、夏、秋季降水量增加趨勢(shì)明顯，西北騰格里沙區(qū)春、秋、冬季降水量增加趨勢(shì)明顯，而東南黃土丘陵溝壑區(qū)僅春、夏兩季降水呈波動(dòng)增加趨勢(shì)。

(5) 氣候變暖背景下西北脆弱帶近54年來(lái)降水量總體略微減少的趨勢(shì)表明該區(qū)域氣候的仍具暖干化發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)該區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展將產(chǎn)生威脅。但就2000年以來(lái)該區(qū)的降水量又呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，是否本區(qū)氣候具有由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)[14]，這是本區(qū)氣候狀態(tài)的突變還是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，還取決于今后進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)西北脆弱帶氣候變化事實(shí)、降水量時(shí)空變化未來(lái)趨勢(shì)的全面分析及其機(jī)制的深入研究,這無(wú)論對(duì)氣象學(xué)還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都將是一個(gè)重大的課題。