青海省冬春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力和起沙風(fēng)日數(shù)的區(qū)域變化差異特征

祁棟林, 韓廷芳, 趙全寧, 趙慧芳, 蘇文將

(1.青海省氣象科學(xué)研究所, 西寧 810001; 2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810001; 3.青海省格爾木市氣象局, 青海 格爾木 816099)

土壤風(fēng)蝕是北方農(nóng)田和草場退化、沙化的主要影響因素，嚴(yán)重的土壤風(fēng)蝕不僅破壞了表層土壤，造成土壤養(yǎng)分的損失，而且還使土壤逐漸退化、沙化，土地生產(chǎn)力急劇下降,嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，甚至成為沙塵暴的沙源地,這不僅給社會(huì)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)導(dǎo)致當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)的生態(tài)環(huán)境不斷惡化,已經(jīng)成為影響社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。以往對(duì)北方風(fēng)蝕沙化的研究,多偏重于定性的描述,缺乏比較系統(tǒng)的定量分析研究。風(fēng)蝕氣候侵蝕力一般用風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)來度量氣候影響風(fēng)蝕的可能程度，是土地沙化和農(nóng)田風(fēng)蝕評(píng)判的重要指標(biāo)[1]。董玉祥等[2]計(jì)算分析了我國干旱、半干旱地區(qū)風(fēng)蝕氣候侵蝕力的基本特征，指出我國干旱地區(qū)侵蝕力水平一般，主要是受降水與風(fēng)速的影響。內(nèi)蒙古陰山地區(qū)[3-4]、黃土高原[5]和塔里木盆地[6]風(fēng)蝕氣候侵蝕力主要發(fā)生冬春季，年風(fēng)蝕氣候侵蝕力整體呈現(xiàn)明顯的減小趨勢，主要影響氣象因子是風(fēng)速。上述研究多數(shù)關(guān)注農(nóng)牧交錯(cuò)帶或風(fēng)水復(fù)合區(qū)具體范圍內(nèi)以及局部地區(qū)的風(fēng)蝕氣候侵蝕力的變化，對(duì)于面積廣闊的青藏高原地區(qū)關(guān)注較少[7-8]。風(fēng)是引起土壤風(fēng)蝕的最直接動(dòng)力，風(fēng)速越大，其風(fēng)蝕能力越強(qiáng)。已有的許多風(fēng)蝕起沙模型和研究結(jié)果表明[9-12]，地面風(fēng)蝕起沙量的多少主要受摩擦速度和地表風(fēng)蝕起沙的臨界風(fēng)速所影響；砂質(zhì)壤土、壤質(zhì)砂土和固定風(fēng)砂土的起動(dòng)風(fēng)速是明顯不同。胡霞[13]、王翔宇[14]等對(duì)不同地表狀況(或植被覆蓋)對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響進(jìn)行研究得出，增加土壤粗糙度，抵抗風(fēng)蝕的能力越強(qiáng)，植被覆蓋可以降低近地表風(fēng)速，減小侵蝕風(fēng)的持續(xù)時(shí)數(shù)，可以增大臨界起沙風(fēng)速和地表粗糙度，可以降低近地表輸沙率。

青海省地處青藏高原東北部，全省平均海拔在3 000 m以上，境內(nèi)地貌特征復(fù)雜多樣，各地氣候條件和植被狀況相差較大，以高寒草原(或高寒草甸)為主的自然生態(tài)系統(tǒng)基本保存完好,是我國生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一,也是我國的強(qiáng)風(fēng)蝕氣候侵蝕力中心[8-9]和研究現(xiàn)代土地沙漠化過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的重要地區(qū)[15-16]。冬春季氣溫幾乎都在0℃以下，干旱少雨、風(fēng)力強(qiáng)勁的氣候使得其大部分地區(qū)的風(fēng)蝕氣候侵蝕力較強(qiáng),為風(fēng)沙活動(dòng)提供了必要的動(dòng)力條件,土壤含沙量豐富,質(zhì)地松散,內(nèi)聚力差,具有較強(qiáng)的易碎性和不穩(wěn)定性,易于風(fēng)蝕起沙,為土地沙漠化提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ),植被稀疏低矮加之生長期短,廣大地區(qū)經(jīng)常處于裸露或半裸露狀態(tài),從而使得植被對(duì)地表的保護(hù)作用減弱,為地表風(fēng)蝕起沙創(chuàng)造了極為有利的條件。本研究利用青海省1961—2015年的基本氣象資料和聯(lián)合國糧農(nóng)組織給出的風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)計(jì)算公式,對(duì)青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬、春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的氣候變化特征進(jìn)行分析，找出其變化的差異，進(jìn)一步分析確定影響冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的主要?dú)庀笠蜃樱云錇榻窈蟾玫卣J(rèn)識(shí)不同生態(tài)功能區(qū)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化提供基礎(chǔ)，為青海省生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全屏障建設(shè)提供一定的背景支持,并為其資源的合理開發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域、資料和方法

1.1 研究區(qū)域和資料

為了總體反映青海省冬春季(12—5月)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的時(shí)空分布規(guī)律，根據(jù)青海省的自然地理位置狀況、地貌和氣候特征劃分為柴達(dá)木盆地(以荒漠區(qū)為主，氣候干燥，年降水量較少，沙化嚴(yán)重，主要分布一些灌木類植被，9個(gè)代表氣象站)、東部農(nóng)業(yè)區(qū)(主要以農(nóng)作物為主，夏季植物覆蓋度較好，冬春季主要以裸地為主，12個(gè)代表氣象站)、環(huán)青海湖區(qū)(為天然草場區(qū),主要分布草原草場，氣候相對(duì)寒冷，8個(gè)代表氣象站)和三江源地區(qū)(為天然草場區(qū),主要分布高寒草甸,氣候比較寒冷,總體上三江源區(qū)的植被狀況稍好于環(huán)青海湖區(qū)，14個(gè)代表氣象站)4個(gè)生態(tài)功能區(qū)(31°39′—39°19′N,89°35′—103°04′E)[17](圖1)。利用青海省1961—2015年43個(gè)氣象站逐月平均氣溫、降水量、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)及逐日平均風(fēng)速等資料，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)各站冬、春季(12—5月)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)，以算術(shù)平均值代表青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬、春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)。氣象數(shù)據(jù)來源于青海省氣象信息中心。

圖1 青海省43個(gè)氣象站的分布及生態(tài)功能區(qū)劃分

1.2 研究方法與計(jì)算

1.2.1 起沙風(fēng)日數(shù) 風(fēng)速只有在超過某一臨界值的情況下才有可能搬運(yùn)土壤表層中的顆粒物質(zhì)至空中，在地表土壤性質(zhì)一定的情況下，超過臨界值風(fēng)速的大風(fēng)日數(shù)越長，對(duì)土壤表面的侵蝕程度就越深[11]。以日平均風(fēng)速≥6.0 m/s來統(tǒng)計(jì)冬春季起沙風(fēng)日數(shù)[9]。

1.2.2 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)C的計(jì)算 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的計(jì)算采用1979年聯(lián)合國糧農(nóng)組織提供的計(jì)算公式[2]:

(1)

式中:Ui為2 m高處的月平均風(fēng)速(m/s)；Ri為月降水量(mm)；ETPi為月潛在蒸發(fā)量(mm),采用中國氣象局推薦的生態(tài)氣象監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)中的動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算方法[18]。

1.2.3 分析方法 采用線性傾向估計(jì)方法[19]分析風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的線性變化趨勢，并應(yīng)用Mann-Kendall檢驗(yàn)法[19]對(duì)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

為定量地表示兩幅圖的相似程度,采用相似系數(shù)[20]。由下式計(jì)算:

(2)

式中: cosθ12就是兩幅圖相似程度的定量指標(biāo),稱為相似系數(shù)。相似系數(shù)等于1.0為完全相同,相似系數(shù)為-1.0為完全相反,為0.0時(shí)表示完全不相似。正值越大越相似,負(fù)值越大越相反。

采用標(biāo)準(zhǔn)化回歸分析方法[21]分析風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的主要影響氣候因子。計(jì)算公式：

(3)

Y=aZ1+bA2+cZ3+…

(4)

式中：Y為風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值;Z1，Z2，Z3…分別為各氣象因子的標(biāo)準(zhǔn)化值；a，b，c…為各氣象因子序列標(biāo)準(zhǔn)化后對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù);標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)越大說明氣候因子對(duì)風(fēng)蝕氣候侵蝕力的影響越大；η為Z1氣象因子變化對(duì)Y變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率。

線性傾向估計(jì)分析方法由Excel完成；標(biāo)準(zhǔn)化回歸分析方法由SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的年際變化特征

圖2為青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)及起沙風(fēng)日數(shù)的年際變化圖。由圖2可知，近55 a來青海省冬春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力和起沙風(fēng)日數(shù)的年際波動(dòng)變化基本一致，多年平均分別為24.2，8.5 d，整體上均呈現(xiàn)減小趨勢，氣候傾向率分別為-3.8/10 a，-1.8/10 a,均通過0.05的顯著性檢驗(yàn)。4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬、春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力氣候傾向率分別為-7.4/10 a，-1.8/10 a，-3.3/10 a，-3.5/10 a，除三江源地區(qū)外其他3個(gè)生態(tài)功能區(qū)均通過0.05以上的顯著性檢驗(yàn),起沙風(fēng)日數(shù)氣候傾向率分別為-3.1 d/10 a，-1.0 d/10 a，-1.8 d/10 a，-1.7 d/10 a，4個(gè)生態(tài)功能區(qū)均通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，這與祁棟林[7]及吳成永[8]等研究得出的青海省年風(fēng)蝕氣候侵蝕力整體呈現(xiàn)顯著的下降趨勢一致。結(jié)合5 a滑動(dòng)曲線可知，青海省整體和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力和起沙風(fēng)日數(shù)均表現(xiàn)為2個(gè)變化階段，20世紀(jì)60—70年代中期快速增長，70年代中期以后進(jìn)入快速下降階段，進(jìn)入21世紀(jì)00年代后變化相對(duì)平穩(wěn)，特別注意的是東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)青海湖區(qū)和三江源地區(qū)風(fēng)蝕氣候侵蝕力進(jìn)入21世紀(jì)00年代以后有反彈趨勢。柴達(dá)木盆地1976年從上升階段轉(zhuǎn)換為下降階段，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、三江源地區(qū)和環(huán)青海湖區(qū)均是在1973年從上升階段轉(zhuǎn)換為下降階段。上升階段風(fēng)蝕氣候侵蝕力氣候傾向率分別為34.5/10 a，4.8/10 a，7.2/10 a，43.3/10 a，起沙風(fēng)日數(shù)氣候傾向率分別為14.0 d/10 a，3.5 d/10 a，3.6 d/10 a，19.8 d/10 a，下降階段風(fēng)蝕氣候侵蝕力氣候傾向率分別為-9.5/10 a，-1.7/10 a，-3.6/10 a，-6.0/10 a，起沙風(fēng)日數(shù)氣候傾向率分別為-4.6 d/10 a，-1.1 d/10 a，-2.3 d/10 a，-3.4 d/10 a，柴達(dá)木盆地和三江源地區(qū)風(fēng)蝕氣候侵蝕力和起沙日數(shù)均通過0.01顯著性檢驗(yàn),東部農(nóng)業(yè)區(qū)和環(huán)青海湖區(qū)上升階段的氣候侵蝕力沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

圖2 青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)及起沙風(fēng)日數(shù)的年際變化

青海省4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力和起沙風(fēng)日數(shù)大小均依次為柴達(dá)木盆地>三江源地區(qū)>環(huán)青海湖區(qū)>東部農(nóng)業(yè)區(qū)。柴達(dá)木盆地多年平均為38.9，12.3 d，最大為77.4，27.8 d，出現(xiàn)在1974年和1969年，最小為17.2，3.0 d出現(xiàn)在2014年和2013年。東部農(nóng)業(yè)區(qū)多年平均9.5，3.1 d，最大值為19.9，8.5 d均出現(xiàn)在1969年，最小為3.4，0.4 d，均出現(xiàn)在2003年；環(huán)青海湖區(qū)多年平均為21.1，7.1 d，最大為50.6，20.1 d，出現(xiàn)在1971年和1970年，最小為8.4，1.1 d出現(xiàn)在1984年和1989年；三江源區(qū)平均為29.2，11.5 d，最大均出現(xiàn)在1969年，分別為78.1，28.9 d，最小均出現(xiàn)在1997年，分別為8.0，3.9 d。4個(gè)不同功能區(qū)風(fēng)蝕氣候侵蝕力最大值是多年平均值的2.0～3.0倍，最小值是多年平均值的1/2～1/3。

2.2 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的年代際變化特征

青海省4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)C值和起沙風(fēng)日數(shù)的年代際變化見表1，風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)C值和起沙風(fēng)日數(shù)在20世紀(jì)60—80年代均為正距平,說明這一階段風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)偏大和起沙風(fēng)日數(shù)偏多,70年代達(dá)到最大值，而后90年代—21世紀(jì)的00年代均為負(fù)距平(環(huán)青海湖區(qū)21世紀(jì)00年代風(fēng)蝕氣候因子為正距平),表明風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)處于偏低水平(或基本持平)和起沙風(fēng)日數(shù)偏少,環(huán)青海湖區(qū)在90年代、其他3區(qū)在21世紀(jì)00年代達(dá)到最低水平。從年代際變化趨勢可以看出，從60—70年代(80年代—21世紀(jì)00年代)4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)C值和起沙風(fēng)日數(shù)均呈增大(減少)趨勢。

表1 青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)及起沙風(fēng)日數(shù)年代際距平變化

2.3 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)空間分布

圖3給出了青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)及其氣候傾向率的空間分布。從圖3A和3B可以看出，青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的空間分布特征完全一致，均整體呈現(xiàn)出從西部向東部減小的分布特點(diǎn)。以大柴旦、格爾木、曲麻萊和雜多為界分為東西兩區(qū)，東區(qū)的C值和起沙風(fēng)日數(shù)大部分分別在40，10 d以下，以諾木洪、天峻和剛察為中心分別向南向北逐漸減??；西區(qū)的C值和起沙風(fēng)日數(shù)均分別大于40，10 d以上，從西向東逐漸減小，最大值出現(xiàn)在三江源地區(qū)的五道梁和托托河站，C值高達(dá)135.2，105.5,起沙風(fēng)日數(shù)達(dá)到59.8 d和42.2 d,屬于青海省氣候侵蝕力水平最強(qiáng)和起沙風(fēng)日數(shù)最多的地區(qū)，C值最小值分別出現(xiàn)在三江源地區(qū)的玉樹站和東部農(nóng)業(yè)區(qū)的互助站，分別為2.3，2.2，而起沙風(fēng)日數(shù)最小出現(xiàn)在東部農(nóng)業(yè)區(qū)的同仁和尖扎站，均為0.2 d。

從圖3C和3D可以看出，青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的空間減小趨勢基本一致，減小趨勢最明顯的有3個(gè)相對(duì)高值區(qū)，一個(gè)為柴達(dá)木盆地和三江源地區(qū)的西部，減弱趨勢最明顯的是茫崖站(-29.6 d/10 a和-12.0 d/10 a)，一個(gè)為柴達(dá)木盆地的中東部，其中心為諾木洪站(-15.1/10 a和-7.5 d/10 a)和天峻站(-13.1/10 a和8.4 d/10 a)，另一個(gè)為三江源地區(qū)的最東部，其中心為澤庫站(-6.3/10 a和-4.4 d/10 a),全省其他地區(qū)變化趨勢較小或不明顯。從青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)值和起沙風(fēng)日數(shù)及其氣候傾向率空間分布來看，風(fēng)蝕氣候侵蝕力(起沙風(fēng)日數(shù))最強(qiáng)(最多)的地區(qū)與減弱最明顯的地區(qū)略有差異。

圖3 青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)、起沙風(fēng)日數(shù)及其變化趨勢的空間分布

對(duì)青海省43個(gè)氣象站的冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)及其變化趨勢與經(jīng)度、緯度和海拔高度的線性回歸分析來看，冬春季風(fēng)蝕氣候因子和起沙風(fēng)日數(shù)與經(jīng)度(海拔高度)呈顯著負(fù)(正)相關(guān)，其變化趨勢與經(jīng)度呈顯著正相關(guān)，與海拔高度和緯度的線性關(guān)系均不顯著。比較青海省冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的空間分布結(jié)構(gòu)特征，冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)與起沙風(fēng)日數(shù)的空間分布圖相似系數(shù)為0.98，相似程度較高，這說明從平均狀況來看冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的多寡主要取決于起沙風(fēng)日數(shù)的多少。

2.4 風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)突變檢驗(yàn)

氣候突變是普遍存在于氣候變化中的一個(gè)重要現(xiàn)象，是氣候預(yù)測和模擬應(yīng)考慮的重要因素。應(yīng)用Mann-Kendall檢驗(yàn)法[19]對(duì)近55 a青海風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)進(jìn)行突變分析。

圖4為青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的突變檢驗(yàn)(4個(gè)生態(tài)功能區(qū)起沙日數(shù)圖略)。由圖4可見，青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的UF和UB曲線分別在1992年、1997年，且交點(diǎn)均在信度線之間，且分別在1995年和1999年進(jìn)入顯著下降趨勢。

4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的UF和UB曲線分別在1994年、1986年、1987年、1995年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)均在信度線之間，且分別在1997年、1988年、1992年、2013年進(jìn)入顯著下降趨勢。起沙風(fēng)日數(shù)的UF和UB曲線分別在1996年、1991年、1996年、1998年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)均在信度線之間，且分別在1997年、1993年、1997年、2008年進(jìn)入顯著下降趨勢。

2.5 氣象因子對(duì)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的影響分析

為了探討青海省及4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化的成因，主要選擇了熱力因子(氣溫T和日照時(shí)數(shù)RZ)、水分因子(相對(duì)濕度HU和降水量R)和動(dòng)力因子(風(fēng)速WS)5個(gè)氣象因子，根據(jù)相對(duì)貢獻(xiàn)率公式計(jì)算出青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)各氣象因子對(duì)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率(表3)，結(jié)果表明冬春季復(fù)相關(guān)系數(shù)較大(0.96以上)，其貢獻(xiàn)率在93%以上。青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)風(fēng)速的變化對(duì)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化影響均最大，青海省貢獻(xiàn)率為75.1%，柴達(dá)木盆地貢獻(xiàn)率為最大(89.5%),三江源地區(qū)最小為68.5%,次要影響因子全省及4個(gè)生態(tài)功能區(qū)略有不同，全省為溫度(10.1%)和降水量(8.3%),東部農(nóng)業(yè)區(qū)和環(huán)青海湖區(qū)均為降水量,貢獻(xiàn)率分別為17.1%和16.1%,三江源地區(qū)為降水量和溫度,貢獻(xiàn)率分別為12.8%和12.0%，柴達(dá)木盆地為相對(duì)濕度,貢獻(xiàn)率為4.0%；日照時(shí)數(shù)對(duì)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化的影響較小，表明引起青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)變化的主要因子是風(fēng)速，而次要因子表現(xiàn)略有不同；這也表現(xiàn)出在相同風(fēng)力作用下,不同地表類型因抗風(fēng)蝕力不同,其風(fēng)蝕強(qiáng)度亦有明顯的差別。

注：UF為順序，UB為逆序。

圖4 青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)突變檢驗(yàn)

為定量評(píng)估氣象因子對(duì)青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的影響，建立了青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)對(duì)各氣象因子及起沙風(fēng)日數(shù)(QSday)變化響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)回歸模型和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果(表4)，從相關(guān)系數(shù)來看,均在0.90以上,所有線性模型都通過了顯著水平為0.05的F檢驗(yàn)，說明回歸方程能夠比較客觀地反映風(fēng)速、氣溫、降水和相對(duì)濕度與冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)之間的關(guān)系，風(fēng)速和氣溫的變化對(duì)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)起促進(jìn)作用，而降水和相對(duì)濕度起抑制作用；風(fēng)速項(xiàng)的系數(shù)遠(yuǎn)大于氣溫、降水和相對(duì)濕度項(xiàng)的系數(shù)，說明風(fēng)速對(duì)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的影響遠(yuǎn)大于氣溫、降水和相對(duì)濕度的影響。冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)與風(fēng)速完全呈正相關(guān),相同條件下風(fēng)速越大風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)越強(qiáng)。

表4 青海省和4個(gè)功能區(qū)風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)與氣象因子及起沙風(fēng)日數(shù)的回歸方程和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

從表3—4可以看出，影響青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的氣象因素存在差異，同一影響因素在不同地區(qū)的影響程度也不同。在干旱的柴達(dá)木盆地主要受制于風(fēng)速和相對(duì)濕度的作用，東部農(nóng)業(yè)區(qū)和環(huán)青海湖區(qū)則受風(fēng)速和降水量的影響,三江源地區(qū)和全省則受風(fēng)速、溫度和降水等的共同作用與影響，這表明不同地表類型條件下的風(fēng)速與降水對(duì)風(fēng)蝕氣候侵蝕力的影響程度是不同的。

比較青海省冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和風(fēng)速、降水的空間分布結(jié)構(gòu)，冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)與風(fēng)速的空間分布圖相似系數(shù)為0.91，相似程度較高，這說明從平均狀況來看冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的多寡主要取決于風(fēng)速大??；冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和降水的空間分布圖的相似系數(shù)是-0.59，說明它們的空間分布特征基本相反。

圖5給出了利用統(tǒng)計(jì)模型預(yù)測青海省和柴達(dá)木盆地冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)擬合曲線與原始序列曲線(其他3個(gè)生態(tài)功能區(qū)圖略)。對(duì)比可知，以風(fēng)速、氣溫和降水及起沙風(fēng)日數(shù)分別為預(yù)報(bào)因子做的冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)預(yù)測結(jié)果與原始序列變化基本一致。對(duì)青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)預(yù)測值與原始值求相關(guān)可知，青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)的相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了0.001的信度標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 青海省冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)對(duì)比分析

2.6 氣候變化對(duì)冬春風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)發(fā)展趨勢的影響

生態(tài)功能區(qū)與生態(tài)環(huán)境有著密切、直接的聯(lián)系，地表植被的分布是對(duì)氣候條件長期適應(yīng)過程中形成的，氣候變化將引起地表的變化進(jìn)而影響風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的發(fā)生與發(fā)展。氣候暖濕化導(dǎo)致土壤含水量增加，抵御風(fēng)力侵蝕能力提高。風(fēng)速為風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)發(fā)生的先決條件，也是動(dòng)力源泉，風(fēng)速大小的變化趨勢亦直接影響風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)強(qiáng)弱的發(fā)展趨勢。對(duì)青海省4生態(tài)功能區(qū)1961—2006年氣象資料分析得出[22]，近46 a來柴達(dá)木盆地、環(huán)青海湖區(qū)、東部農(nóng)業(yè)區(qū)及三江源地區(qū)年平均氣溫氣候傾向率分別為0.44℃/10 a，0.34℃/10 a，0.24℃/10 a，0.32℃/10 a，柴達(dá)木盆地增暖最為明顯，其增幅明顯高于全省乃至全國。年降水量變化的空間差異較為明顯，其中柴達(dá)木盆地年降水量呈現(xiàn)增多趨勢，其氣候傾向率達(dá)6.67 mm/10 a，通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)；東部農(nóng)業(yè)區(qū)年降水量則呈現(xiàn)減少趨勢，氣候傾向率為-5.23 mm/10 a；環(huán)青海湖區(qū)與三江源地區(qū)年降水量變化呈微弱的增加趨勢。表明在青海省普遍變暖的前提下，除東部農(nóng)業(yè)區(qū)以外的大部分地區(qū)降水呈現(xiàn)增多趨勢，說明青海省總體氣候變化具有暖濕化趨勢，特別是環(huán)境脆弱區(qū)的柴達(dá)木盆地和三江源地區(qū)暖濕化趨勢比較明顯。王慧[23]和田莉[24]等分別對(duì)青海省和西北地區(qū)平均風(fēng)速變化分析表明，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速均呈整體顯著下降趨勢，氣候變率均為-0.12 m/(s·10 a)；2000—2015年青海省NDVI呈波動(dòng)性緩慢上升趨勢,變化率為0.012/10 a,東部農(nóng)業(yè)區(qū)和柴達(dá)木盆地增加趨勢顯著[25],植被覆蓋變化受氣候和人類活動(dòng)的共同影響,大部分地區(qū)植被未來呈改善趨勢[26]。從以上綜合分析來看，青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)氣候向暖濕化發(fā)展、植被覆蓋緩慢上升及風(fēng)速的下降趨勢，地表濕度隨之增大，從而增強(qiáng)了地表土壤顆粒物之間的內(nèi)聚力和拖曳系數(shù)，這樣地表沙粒的臨界起動(dòng)風(fēng)速增加，風(fēng)沙發(fā)生發(fā)展的幾率就會(huì)大大減少，加之多年來退耕還林(或退牧還草)和三江源生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程的實(shí)施，天然植被保護(hù)力度加大，致使風(fēng)沙天氣出現(xiàn)次數(shù)和強(qiáng)度明顯減弱，這些都將為防治風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的發(fā)生提供有利條件。

3 結(jié) 論

(1) 青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)整體上呈現(xiàn)顯著的減小趨勢,二者的年際和年代際波動(dòng)變化完全一致。

(2) 青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)的空間分布特征完全一致，均整體呈現(xiàn)出從西部向東部減小的分布特點(diǎn)。以大柴旦、格爾木、曲麻萊和雜多為界分為東西兩區(qū)，東區(qū)的C值和起沙風(fēng)日數(shù)大部分分別在40，10 d以下，以諾木洪、天峻和剛察為中心分別向南向北逐漸減??；西區(qū)的C值和起沙風(fēng)日數(shù)均分別大于40，10 d，從西向東逐漸減小。

(3) 青海省冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)和起沙風(fēng)日數(shù)分別在1992年、1997年發(fā)生突變，且分別在1995年和1999年進(jìn)入顯著下降趨勢。

(4) 影響青海省和4個(gè)生態(tài)功能區(qū)冬春季風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的氣象因素存在差異，同一影響因素在不同地區(qū)的影響程度也不同。在干旱的柴達(dá)木盆地主要受制于風(fēng)速的作用，東部農(nóng)業(yè)區(qū)和環(huán)青海湖區(qū)則受風(fēng)速和降水量的影響,三江源地區(qū)和全省則受風(fēng)速、溫度和降水等的共同作用與影響。

(5) 青海省和4生態(tài)功能區(qū)氣候暖濕化的發(fā)展、植被覆蓋緩慢上升及風(fēng)速的顯著下降趨勢，將為防治風(fēng)蝕氣候因子指數(shù)的發(fā)生提供有利條件。

(6) 青海省整體冬春季風(fēng)蝕氣候侵蝕力不算很嚴(yán)重。風(fēng)蝕氣候侵蝕力是多種因素共同作用的結(jié)果，除氣候因子外，還與土壤含水量、粗糙度、植被覆蓋狀況等有關(guān)。本文僅分析了影響風(fēng)蝕氣候侵蝕力的氣候因子，其他影響因素有待在今后的研究過程中繼續(xù)開展。