金建新, 張 娜, 桂林國(guó)

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 銀川 750002; 2.寧夏水利科學(xué)研究院, 銀川 750021)

土地面積萎縮、水資源緊缺、雪山線上移及生態(tài)惡化等發(fā)生，嚴(yán)重阻礙區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。受溫室效應(yīng)的影響，近年來(lái)全球氣候發(fā)生較大變化，評(píng)價(jià)干旱的相關(guān)參數(shù)也隨著發(fā)生變化。對(duì)某特定區(qū)域內(nèi)干旱指標(biāo)變異性展開(kāi)研究，對(duì)評(píng)估區(qū)域水資源平衡和干旱情況具有重要意義。隨著全球平均氣溫上升我國(guó)也逐漸變暖，但是降水時(shí)空變化差異性較大[1]，許多學(xué)者對(duì)我國(guó)主要典型氣候區(qū)、各主要流域干旱指標(biāo)變化規(guī)律進(jìn)行了研究[2-5]。

青藏高原作為一個(gè)獨(dú)特的地理單元，是全球氣候變化的晴雨表，其干旱指標(biāo)的變化趨勢(shì)對(duì)該區(qū)域乃至全球的氣候變化都有重要意義[6]。西藏自治區(qū)是青藏高原的主體部分，有著“世界屋脊”之稱。目前對(duì)于西藏自治區(qū)干旱指標(biāo)分析主要集中在降水量，如戴睿等[7]對(duì)西藏1955—2007年的月降水資料進(jìn)行了分析，得出四季和年的降水量均有增加趨勢(shì)。而UNEP干旱指數(shù)、降水集中指數(shù)(PCI)作為描述干旱程度和表征降水年內(nèi)集中程度的重要指標(biāo)，在過(guò)去對(duì)西藏自治區(qū)的氣候研究中沒(méi)有足夠重視。為此，本文利用最新降水及氣象資料從降水量、UNEP干旱指數(shù)及降水集中指數(shù)(PCI)多方面對(duì)西藏自治區(qū)干旱情況的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，有助于在了解該地區(qū)氣候變化背景基礎(chǔ)上充分認(rèn)識(shí)和利用氣候資源，為該地區(qū)水資源的優(yōu)化配置特別是農(nóng)業(yè)水資源的高效利用提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

西藏自治區(qū)地處我國(guó)青藏高原西南部，地理位置東經(jīng)78°25′—99°06′，北緯26°44′—36°32′。西藏高原包含盆地、平原、雪山等多種地形地貌，形成了西藏自治區(qū)形式多樣的高原氣候類型，既表現(xiàn)為寒冷干燥，又表現(xiàn)為高溫多雨，還存在隨著海拔急劇變化的垂直氣候帶。全年日照時(shí)數(shù)2 600～3 400 h，較同緯度將近高50%，氣溫表現(xiàn)為年差小、日差大的特點(diǎn)，年平均氣溫8℃，多年平均降雨量為2 500 mm，但是各月差異較大。

本文氣象數(shù)據(jù)來(lái)自西藏自治區(qū)氣象局與國(guó)家氣象信息中心，選用區(qū)域內(nèi)37個(gè)站點(diǎn)1982—2012年的資料。各氣象站分布情況見(jiàn)圖1。最后得到逐日平均溫度、最高氣溫、最低氣溫、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)。

圖1 西藏自治區(qū)氣象站分布

1.2 研究方法

1.2.1 UNEP干旱指數(shù)的計(jì)算方法 UNEP干旱指數(shù)是由年平均降水量(P)與由Thornthwaite方法計(jì)算得到的年平均參考作物蒸散量的比值[8-9]。其經(jīng)過(guò)聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約FAO (聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織)認(rèn)證，在世界范圍內(nèi)被廣泛使用[10-12]。計(jì)算公式為：

(1)

1.2.2 降水集中指數(shù)PCI的計(jì)算方法 降水集中指數(shù)PCI是年內(nèi)降水量變化指標(biāo)[9]。其計(jì)算公式為：

(2)

式中：Pi為每個(gè)氣象站第i個(gè)月的平均降水量。降水集中指數(shù)PCI的取值介于10～100。當(dāng)PCI值<15：輕微季度集中性；PCI值介于15～20：季度集中性；PCI值介于20～50：高度季度集中性；PCI值>50：非常高。

1.2.3 Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn) Mann-Kendall 檢驗(yàn)適用于非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，可定量分析時(shí)間序列的趨勢(shì)，該方法假設(shè)測(cè)定的序列無(wú)趨勢(shì)，通過(guò)計(jì)算序列的秩次相關(guān)系數(shù)[10]，與標(biāo)準(zhǔn)表格臨界值進(jìn)行比較，若計(jì)算值小于臨界值，則表明測(cè)定序列無(wú)明顯趨勢(shì)；反之，趨勢(shì)顯著，當(dāng)計(jì)算的秩次相關(guān)系數(shù)為正表示上升或增加的趨勢(shì)，為負(fù)時(shí)表示下降或減少趨勢(shì)。一般顯著水平取α=0.05，臨界值U0.05=±1.96。作順序時(shí)間序列與逆序時(shí)間序列的統(tǒng)計(jì)量曲線圖，若UF及UB兩條直線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，則交點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)刻為突變開(kāi)始時(shí)刻[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 西藏自治區(qū)干旱指標(biāo)的時(shí)間變化規(guī)律

2.1.1 UNEP干旱指數(shù)的時(shí)間變化特征及趨勢(shì)分析 西藏1981—2012年的年均UNEP干旱指數(shù)變化如圖2所示?？芍鞑刈灾螀^(qū)年UNEP干旱指數(shù)大約集中在0.33～0.56，多年平均值為0.46。

從1981—2012年西藏自治區(qū)UNEP干旱指數(shù)的MK統(tǒng)計(jì)量曲線(圖3)可以看出，UF曲線在1982—1984年及1986年小于0，說(shuō)明在這些時(shí)間段年UNEP干旱指數(shù)呈下降趨勢(shì)，其他時(shí)間段都呈上升趨勢(shì)，而UF曲線在2000—2006年上升趨勢(shì)超過(guò)了α=0.05顯著性水平線，說(shuō)明其上升趨勢(shì)顯著。兩線分別在1985年、1987年、2009年前后幾年出現(xiàn)交點(diǎn)，即發(fā)生了突變。

圖2 1981-2012年西藏自治區(qū)平均UNEP干旱指數(shù)

2.1.2 降水量的時(shí)間變化特征及趨勢(shì)分析 西藏自治區(qū)年均降水量的統(tǒng)計(jì)特征(表1)表明，西藏地區(qū)年際降水量大約集中在344.3～524.7 mm之間，各氣候區(qū)降水量差異較大，且變化趨勢(shì)并不一致，近32 a來(lái)西藏自治區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)，其趨勢(shì)變化達(dá)到0.36 mm/a，且干旱、半干旱及濕潤(rùn)半濕潤(rùn)氣候區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而其他氣候區(qū)均為減少趨勢(shì)，但其變化趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

西藏1981—2012年的年均降水量變化如圖4所示，可知在1981—1990年期間，降水量的年際波動(dòng)較小。但之后的年際波動(dòng)則很大，尤其是1991—1992年期間與2008—2009年，降水量波動(dòng)較大，從1991年的495.5 mm降低到了1992年的358.1 mm，從2008年的509.2 mm降到了2009年的344.3 mm；從2010年往后，其變化趨勢(shì)又趨于穩(wěn)定，其余各年的降水均在平均值上下波動(dòng)。

由圖5的Mann-Kendall(M-K)檢驗(yàn)可知，UF曲線在1982年、1983年小于0，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)間段年降水量呈下降趨勢(shì)，在其他時(shí)間段都呈上升趨勢(shì)，且UF曲線在1990—1991年及2000—2005年上升趨勢(shì)超過(guò)了α=0.05顯著性水平線，說(shuō)明這種變化趨勢(shì)顯著。兩線在1984年出現(xiàn)交點(diǎn)，即發(fā)生了突變。

圖3 1981-2012年西藏自治區(qū)平均UNEP干旱指數(shù)變化突變點(diǎn)

表1 降水量統(tǒng)計(jì)特征

圖4 1981-2012年西藏自治區(qū)平均降水量

圖5 1981-2012年西藏自治區(qū)平均降水變化突變點(diǎn)

2.2 西藏自治區(qū)干旱指標(biāo)的空間變化特征

2.2.1 UNEP空間變化特征 利用氣候分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(表2)對(duì)西藏自治區(qū)進(jìn)行氣候分區(qū)，結(jié)果見(jiàn)圖6?？芍鞑氐貐^(qū)涉及了所有的氣候區(qū)，包括特干旱氣候區(qū)、干旱氣候區(qū)、半干旱氣候區(qū)、干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū)、濕潤(rùn)半濕潤(rùn)氣候區(qū)和濕潤(rùn)氣候區(qū)，且主要為半干旱氣候區(qū)，在統(tǒng)計(jì)的37個(gè)氣象站中21個(gè)為半干旱氣候區(qū)，其次為濕潤(rùn)半濕潤(rùn)及干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū)，而特干旱、干旱及濕潤(rùn)氣候區(qū)較少。

UNEP干旱指數(shù)值表現(xiàn)為從西至東逐漸增大的趨勢(shì)，西部為特干旱氣候區(qū)，中西部為干旱氣候區(qū)，中部和中東部為半干旱氣候區(qū)，東北部為干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū)、濕潤(rùn)半濕潤(rùn)及濕潤(rùn)氣候區(qū)。即從西部到東部降雨逐漸增多，濕度增大，由特干旱氣候特征逐漸過(guò)渡到濕潤(rùn)氣候特征。

表2 基于UNEP干旱指數(shù)的氣候分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 降水空間變變化特征 西藏自治區(qū)年際降水量的空間分布特征如圖7所示，可知從西部地區(qū)到東南部地區(qū)，降水量逐漸增大，其值從68.8 mm增大到700 mm，中東部及東南部為降水量最大。就整個(gè)西藏地區(qū)而言，其多年降水量在空間上表現(xiàn)出一定的整體性，即大部分地區(qū)的降水量普遍多或普遍少，這與大尺度的氣候系統(tǒng)有關(guān)，盡管西藏自治區(qū)地域遼闊，地形復(fù)雜，但在一定程度上還是受到某種共同氣象因子的控制，如風(fēng)速、輻射值和經(jīng)緯度等。其中西部地區(qū)的喜馬拉雅山東北部以及亞龍賽龍日等地區(qū)，深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，同時(shí)受到青藏高原地形的影響，降水量非常稀少，其多年平均降水量值最小，介于0～100 mm之間。沿著地形東移到青藏高原，此時(shí)中西部地區(qū)的降水量分為兩個(gè)水平值，分別為100～200 mm和200～300 mm，同時(shí)其數(shù)值有逐漸增大的趨勢(shì)。在南部和中東部地區(qū)，降水量進(jìn)一步增大，最大值達(dá)到400 mm左右，在自治區(qū)東北部，受到橫斷山脈和念青唐古拉山的影響，多年平均降水量達(dá)到500～700 mm之間，是整個(gè)自治區(qū)降水量最多的地區(qū)。

圖6 西藏自治區(qū)UNEP干旱指數(shù)的空間分布狀況及氣候分區(qū)

圖7 西藏自治區(qū)降水量的空間分布狀況

2.2.3 降水集中指數(shù)PCI的空間變化特征 通過(guò)降水集中指數(shù)(PCI)對(duì)西藏地區(qū)年內(nèi)降水量的變化特征進(jìn)行分析，其空間分布情況如圖8所示?？傮w上，西藏的降水集中指數(shù)值介于12～26，說(shuō)明該地區(qū)年內(nèi)降水量的季度集中性情況差異較大。最小值出現(xiàn)在崗日噶布一帶，其值為12～14，表明該區(qū)年內(nèi)降水季度集中性不高，最大值出現(xiàn)在塔查普山一帶，其值為24～26，說(shuō)明該區(qū)年內(nèi)降水量為高度季度集中性，在西藏中部地區(qū)，PCI值相對(duì)全區(qū)來(lái)說(shuō)適中，介于16～20，說(shuō)明這些地區(qū)的年內(nèi)降水量表現(xiàn)出一定的季節(jié)集中性分布。且從東南到西北地區(qū)，PCI值逐漸增大，即降水集中性越來(lái)越高。對(duì)比降水分布圖可知PCI值空間分布與降水量的空間分布規(guī)律相反，即降水量越大的地方其年內(nèi)降水季度集中性越低。

3 結(jié) 論

(1) UNEP干旱指數(shù)大約集中在0.33～0.56，多年均值為0.46?？臻g分布上從西到東UNEP干旱指數(shù)逐漸增大，從西部地區(qū)的特干旱氣候區(qū)依次向東部的濕潤(rùn)半濕潤(rùn)及濕潤(rùn)氣候區(qū)過(guò)渡。

圖8 西藏降水集中指數(shù)(PCI)的空間分布特征

(2) 西藏地區(qū)的年際降水量大約集中在344.3～524.7 mm，降水量在1984年后均呈上升趨勢(shì)，且在1990—1991年及2000—2005年上升趨勢(shì)顯著。年際降水量從西部地區(qū)到東南部地區(qū)逐漸增大，其值從68.8 mm增大到700 mm。

(3) 西藏地區(qū)年內(nèi)降水量的季度集中性情況差異較大，整體上從東南到西北地區(qū)降水集中性越來(lái)越高。