劉新平，何玉惠，趙學(xué)勇，張銅會(huì)，李玉霖，云建英

（1.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所奈曼沙漠化研究站，蘭州730000；2.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 極端環(huán)境生物抗逆特性與生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000）

降水是科爾沁沙地土壤水分補(bǔ)給的主要來源，是沙地植被正常生長和退化植被恢復(fù)重建的重要限制因子［1－2］。完整可靠的降水資料在區(qū)域水分動(dòng)態(tài)研究中具有相當(dāng)?shù)闹匾裕?］。對(duì)區(qū)域內(nèi)自然降水的分布特征、趨勢(shì)和變率分析，具有重要的生態(tài)學(xué)意義，是區(qū)域水分動(dòng)態(tài)研究和區(qū)域水資源合理評(píng)價(jià)的前提，同時(shí)，也有助于理解降水對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響功能。本文通過對(duì)奈曼地區(qū)49a的降水資料的統(tǒng)計(jì)分析，探討降水的時(shí)空變化及分布特征，以期為該地區(qū)水分動(dòng)態(tài)研究和水資源的合理評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于科爾沁沙地東南部奈曼旗境內(nèi)（42°41′－45°15′N、118°35′－123°30′E），該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，春季干旱多風(fēng)；夏季炎熱、雨量集中；秋季涼爽短促；冬季寒冷而漫長。年平均氣溫為5.8～6.4℃，多年平均降水量351.7mm，而且分布不均勻，年降水量的70%～80%集中在6－8月。年蒸發(fā)量1 500～2 500mm，近70%的蒸發(fā)發(fā)生在4－7月。土壤類型為風(fēng)沙土，地貌類型以流動(dòng)沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和面積不等的平緩沙地和低洼地交錯(cuò)分布為特征。沙地地下水平均埋深8.5m，近年來由于農(nóng)區(qū)抽灌的影響，水位呈現(xiàn)出持續(xù)下降的態(tài)勢(shì)［4］。

2 資料來源及分析方法

分析所用降水資料來自距奈曼沙漠化研究站13 km的奈曼旗氣象觀測(cè)站，奈曼旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市西南部，地處東經(jīng)120°19′40″－121°35′40″，北緯42°14′40″－43°32′20″。資料為1961－2009年的逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比較完整。數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 13.0軟件分析，年降水和季節(jié)降水距平計(jì)算為年降水量與多年平均降水量的差值。

3 結(jié)果與討論

3.1 年降水分布特征

從圖1中可以看出，奈曼地區(qū)多年降水平均值為351.7mm，最高值出現(xiàn)在1986年，降雨量為567.1 mm，最低值出現(xiàn)在2000年，降水量為213.1mm。相比較而言，1986年降水的變異幅度更大。從多年降水量來看，奈曼地區(qū)自1986－2009年降水量出現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，而且自1963年開始，降水量的波動(dòng)幅度也在逐年增大，到2000年之后波動(dòng)趨勢(shì)有所減小。趙哈林［5］等人研究認(rèn)為科爾沁沙地降水量90年代和60年代相比，年均降水量增加了50～70mm，增加幅度為15%～20%，這和我們的結(jié)論一致。此外，我們可以看到，2000－2003年的4a中，在極端干旱的年份之后，降水量開始有一個(gè)增加的過程。而且在2000－2009年的9a中僅有2007年總降水量大于平均降水量。Mirza［6］等人研究認(rèn)為，干旱時(shí)段的延長通常在多雨年之前或之后發(fā)生，從圖1中我們也證實(shí)了這一結(jié)論。在降水量大于多年平均降水量的年份，之后的一年或幾年都出現(xiàn)降水迅速減少的特征。以上分析我們認(rèn)為，奈曼地區(qū)降水的逐年減少使該地區(qū)更趨于干旱化。從圖2降水量距平圖中我們可以看出，在49a中，其中有31a的降水量低于多年平均降水量，總的趨勢(shì)是降水量在逐年減少。

圖1 1961－2009年奈曼地區(qū)年降水分布特征

圖2 1961－2009年奈曼地區(qū)年降水量距平

3.2 季降水分布特征

圖3是奈曼地區(qū)1961－2009年49a來春（3－5月）、夏（6－8月）、秋（9－11月）、冬（12月至翌年2月）4個(gè)季節(jié)降水量距平值的時(shí)間變化曲線。從圖中可以看到，奈曼地區(qū)49a春季降水量有逐年增加的趨勢(shì)。多年春季平均降水量為53.2mm。其中1962年、1986年和1990年距平波動(dòng)相對(duì)較大。其它年份降水距平波動(dòng)相對(duì)較小；夏季平均降水量為241.2 mm，49a來降水距平的波動(dòng)幅度較大，正波動(dòng)最大為163.4mm，負(fù)波動(dòng)為129.7mm。總體上有趨于減少的態(tài)勢(shì)；秋季平均降水量為51.8mm，降水量距平總的趨勢(shì)是逐年下降。其中1968－1991年之間的波動(dòng)幅度較大；冬季平均降水量為5.6mm，降水距平總的趨勢(shì)也出現(xiàn)逐年下降的態(tài)勢(shì)。

總的來看，奈曼地區(qū)春季降水呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，而夏季、秋季和冬季降水逐年減少，從平均降水量來看，夏季降水所占份額最大，為年平均降水的68.6%，其次為春季15.1%，這兩季的降水量為年平均降水量的83.7%，這兩季降水量的波動(dòng)勢(shì)必帶動(dòng)年降水的波動(dòng)，正是因?yàn)橄募窘邓康臏p少，導(dǎo)致年降水量也出現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)。從物候上來看，春季和夏季是奈曼地區(qū)植物生長和農(nóng)作物需水最多的時(shí)間，春季的降水增多有助于旱情災(zāi)害的降低，但是夏季降水的減少可能導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量的降低。為了不降低產(chǎn)量，農(nóng)民大量抽采地下水造成地下水位的逐年降低，使得水環(huán)境更趨于惡化；另一方面，夏季正是沙地自然植被開花結(jié)實(shí)的黃金季節(jié)，降水的多少直接決定著植物種子的多少和飽滿程度，降水的減少可能存在潛在的植物種類的減少和植被群落退化的危險(xiǎn)［7－8］。

圖3 奈曼地區(qū)1961－2009年四季降水量距平變化

3.3 月降水分布特征

表1是奈曼地區(qū)1961－2009年月降水分布特征，數(shù)據(jù)反映出該地區(qū)每年1月、2月、3月、11月、12月降水相對(duì)較少，而且其變異系數(shù)均大于1，而其它各月降水相對(duì)較多，其變異系數(shù)相對(duì)較?。?.54－1.03）。從圖4可以看出該地區(qū)年降水中以7月的降水量最大，占年降水總量的30.4%；其次是6月和8月，分別占年降水總量的18.9%和19.3%；再者是5月和9月，分別占年降水總量的9.2%和8.8%。其余各月僅占年降水總量的13.4%，這說明該地區(qū)年內(nèi)降水分配不均，降水主要發(fā)生在5－9月，其中又以6－8月最大，占到年降水總量的68.6%。從圖4中還可以看到該區(qū)域降水以7月為核心，向兩邊對(duì)稱遞減。這種高溫和多雨的同期性分布特征對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和沙地植被生長發(fā)育有著重要的意義。7月是當(dāng)?shù)貧鉁刈罡?，日照最?qiáng)，也是植物需水最多的月份，較多的降水可以有效的補(bǔ)充土壤水分，以維持沙地植被的正常生長。

表1 1961－2009年各月降水分布特征

圖4 1961－2009年各月平均降水分布特征

3.4 年降水趨勢(shì)與變率

從奈曼地區(qū)49a來降水的頻率分布圖5可以看出，該區(qū)域降水量介于300～350mm的年份最多，共有14次，占28.6%，其次是250～300mm降水的年份，共有10次，占20.4%。小于多年平均降水量的年份占63.3%。降水量較大的年份出現(xiàn)頻數(shù)相對(duì)較少。從降水量的概率分布圖6可以看出，該區(qū)域年降水量均大于200mm，250mm以上降水的保證率可達(dá)到87.8%，300mm以上的降水事件概率為67.4%，而大于多年平均降水量（351.7mm）的概率僅為38.8%。年降水事件發(fā)生概率分布以指數(shù)函數(shù)擬合效果最好，其指數(shù)函數(shù)關(guān)系式為：Y＝551.1e－0.01x（圖7），在1961－2009年的統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)，奈曼地區(qū)降水量的中位數(shù)為336.3mm，頻數(shù)分布為左偏（Skewness＝0.702）。也即年降水量小于多年平均降水的年份較多。該區(qū)域降水量的變率（CV＝標(biāo)準(zhǔn)差／平均值）為25.1%，表明奈曼地區(qū)降水量的年際變化幅度較大。對(duì)于科爾沁沙地而言，降水是該區(qū)域沙地土壤水分補(bǔ)給的主要來源，降水變率增大，波動(dòng)增強(qiáng)將直接影響沙地植被的穩(wěn)定性。

圖5 年降水量頻率分布

圖6 年降水量概率分布

圖7 年降水量概率變化

4 結(jié)論

奈曼地區(qū)49a來平均降水量為351.7mm，春季降水有逐年增加的趨勢(shì)，而夏季、秋季和冬季降水逐年減少，夏季降水所占份額最大，為年平均降水的68.6%，其次為春季15.1%。年降水中以7月的降水量最大，占年降水總量的30.4%；其次是6月和8月，分別占年降水總量的18.9%和19.3%；降水量介于300～350mm的年份最多，占28.6%，小于多年平均降水量的年份占63.3%。年降水300mm以上的概率為67.4%，而大于多年平均降水量的概率僅為38.8%。降水年際變率大，變異系數(shù)為25.1%，總體趨勢(shì)是降水逐年減少，有趨于更干旱化的特點(diǎn)。

［1］ 阿拉木薩，裴鐵璠，蔣德明.科爾沁沙地人工固沙林土壤水分與植被適宜度探討［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2005，16（3）：426－431.

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