阿姆山自然保护区气候资源研究

王 涛，王 平，邹亚平

(云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500)

山区地形复杂，气候多变，丰富多样的气候资源为农林牧副多种经营、综合开发提供先决条件，但气候资源利用不充分是我国山区普遍存在的问题，加强对山区尤其是自然保护区气候资源的研究和开发利用不仅可以维护和改善山区生态环境，还可为保护区及附近地区创造良好的生态效益和社会效益[1]。近年来，不少学者对山区气候资源做过相关研究。王宇《云南山地气候》阐述了云南各地山区气象要素的水平和垂直分布特点，初步探讨了形成原因并对其分布建立了数学模型。邓静认为：山地具有非山地不具备的多种特色气候资源，应合理开发利用山地特色气候资源，使气候隐资源和潜资源转化为显资源[2]。顾卫、李宁认为山地与气候之间的关系是通过构成山地的地貌、土壤、植被、河流等下垫面因子与气候之间的作用表现出来的，山区地形直接制约着各种气象要素的局地变化，引起垂直方向上的气候差异[3]。以上学者都是从大区域对山区气候资源进行分析，而对一些小区域山区气候资源的研究尚待进一步开展，且更具实践意义[4]。本文选择未被研究过的云南省级自然保护区—阿姆山作为研究区，分析其气候资源的时空变化特征。

1 研究区概况和方法

1.1 研究区概况

阿姆山自然保护区(23°12′19″～23°17′16″N、102°2′14″～102°9′58″E)位于红河县中南部(图1)，哀牢山南段，属北回归线以南滇南低纬高原，为低纬山原季风气候。总面积147.56km2，海拔1 610～2 534m，高差924m，以季风常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、山地苔藓常绿阔叶林、山地苔藓矮林等生态系统为主要保护对象，是元江、藤条江的重要水源涵养地和红河县的生态屏障。属省级森林生态系统类型的保护区。

1.2 方法

选用该县唯一一个国家气象站红河站1961～1999年的资料，包括总辐射量、日照时数、年均温、降水量和≥10 ℃积温∑T10及≥10 ℃持续日数D10等，为使数据具有可靠性，采用该县气象局提供的保护区附近4个气象哨(架车站、甲寅站、阿扎河站、宝华站)(表1)2008～2011年各月气温、降水统计值分析其独特性。以红河站已有气象数据为已知数据，与保护区各海拔建立回归方程，得出两者之间的定量统计关系，再将所计算的海拔代入哀牢山东坡各气候要素推算公式，计算得到每相差100m的海拔高度上某种气候要素值[5-6]，再结合物候学方法[7]分析得出保护区不同的海拔段所表现出的气候资源现状。

Y(x)=a0±(x-x0)/100×b

式中：Y(x)为每相差100m海拔高度上的气候要素值，a0为红河站的气候要素值，x0为红河站的海拔，b为气象要素的垂直递增(减)率[5]。

表1 保护区及附近地区气象站、点地理坐标

图1 阿姆山自然保护区及气象站点位置示意图

2 气候资源

2.1 光能资源

2.1.1 太阳总辐射

太阳辐射作为气候形成和变化最重要的外部因素，是地面气候系统的能源，也是生物生长过程中重要的限制因子之一，不仅影响植物的光合作用，还影响树木跟、茎、叶的生长，由太阳辐射产生的热效应更影响植物的生理活动和生长发育及其地理分布[8]。保护区地处北回归线以南，太阳高度角大，随海拔升高，大气透明度增加，年太阳总辐射相应增强，由4 125MJ·m-2逐渐增大到5 097MJ·m-2，在省内处于中偏少水平，与中国东南部的广州、汕头等地相当[9]。计算方法采用公式：

Q=Q0(a+bS)

式中：Q为各月太阳总辐射量，Q0为理想大气中的辐射量，S为日照百分率，a、b为随地区、季节而异的系数。计算太阳总辐射量时，深切河谷a、b值：干季(11月～次年4月)a=0.174、b=0.649，雨季(5～10月)a=0.243、b=0.545；山区a、b值：干季a=0.218、b=0.592，雨季a=0.217、b=0.588[10]。

由于旱、雨季天气状况和大气中含水量存在明显差异，辐射量的比率干季大于雨季[8]。春季降水少、晴天多，辐射量最大(1 303～1 583MJ·m-2)，占全年31%～36%；秋季雾日多，辐射量最小(700～927MJ·m-2)，占全年16%～20%；冬季次大；夏季多云雨，辐射量次小；干季太阳总辐射量(2 398～2 807MJ·m-2)占全年50%～62%；雨季太阳总辐射量(1 727～2 290MJ·m-2)占全年39%～49%[7]。

2.1.2 日照

日照作为最重要的气候因子，是气候形成最重要的因素和太阳辐射最直观的表现，也是农作物生长发育不可缺少的条件，若日照发生变化，会导致辐射热量的供给条件改变，进而影响生态环境的稳定[11]。保护区年日照时数1 605.6～1 927h，在全省居中等水平，多于东部各地，广西(1 225.1～1 905.6h)[12]，具有随海拔升高逐渐减少的趋势，方程为：

S年=1919.1-34.708H

式中r=0.9530，α=0.05。

年日照时数垂直递减率为34.708h/100m[6]。从南北坡来看，南坡(1 708.2～2 028.9h)多于北坡(1 503～1 825h)约204h，南坡为阳坡，日照时间长，北坡为阴坡，日照时间短。季节变化干季大于雨季，春季最多，秋季最少，冬季次多，夏季次少。

2.2 热量资源

2.2.1 气温

(1)时间变化

温度是影响植物生长最重要的因素之一，其变化对植物生长会产生一定的生态作用，表现为不同种类的植物，生长要求的温度存在差异[13]。保护区年均温15.9 ℃，最热月(7月)均温19.5 ℃，最冷月(1月)均温11.4 ℃，海拔在1 900m以下地区年均温16 ℃，最热月均温为20 ℃，最冷月均温为9.1 ℃(表2)。气温年较差在6.9～8.1 ℃，海拔最高点与最低点年均温差为5.1 ℃，与中国东部同纬度其他地区以及北方地区比气温年内变化小，且年内变化呈单峰型，起伏不大。从季节变化看：夏季温差最小为0.6 ℃，冬季次小为2.3 ℃，秋季最大为2.4 ℃，春季次大为4 ℃。春季升温快，秋季降温快，春温高于秋温。

表2 保护区及其附近地区气象站各月平均气温

(2)空间变化

不同海拔高度及山地南北两坡的年均温存在差异。通过对附近西拉东、底玛、架车3个气象哨年平均气温与海拔建立回归方程，得出该区年平均气温垂直递减率为0.555 ℃/100m，因此得出保护区内年平均气温随海拔高度变化的方程为：

T年=16.8-0.555H

自河谷至山顶，北坡年均温从16.8 ℃降低到11.7 ℃，南坡从16.9 ℃降低到11.8 ℃；最热月均温北坡从20.8 ℃降低到15.7 ℃，南坡从20.9 ℃降低到15.8 ℃；最冷月均温北坡从10.2 ℃降低到5.5 ℃，南坡从11.5 ℃降低到6.4 ℃。温带树种种子最低发芽温度为0～5 ℃，最适温度为25～30 ℃，最高温为35～40 ℃[13]，保护区年均温在5.5～20.8 ℃，适宜温带树种的生长，树种大多以云南松、滇青冈、旱冬瓜等为主。

2.2.2 年≥10 ℃积温

活动积温是衡量一个地区农业热量资源的重要指标，0 ℃是高等生物生命活动的起始温度，10 ℃是喜温植物适宜生长的起始温度，所以农业上通常用≥0 ℃活动积温∑T0、≥10 ℃活动积温∑T10及≥0 ℃持续日数D0、≥10 ℃持续日数D10来表示某地区农业热量资源状况[14]。随海拔升高日平均气温≥10 ℃界限温度初日逐渐推迟，终日逐渐提早，年≥10 ℃积温逐渐减少，垂直递减率为266.0 ℃.d/100m[7]，保护区年≥10 ℃积温随海拔升高变化的方程为：

∑T10=5418.0-266.0H

按该公式得出北坡年≥10 ℃积温在2 237.7～4 695 ℃.d，南坡在1 927.6～4 385.4 ℃.d。积温对植物的影响主要表现在：植物的生长发育需要一定数量的积温才能完成，温度高植物发育快，生长周期短，反之发育慢，生长周期增长；生态群类的需热量也不同[13]，据保护区年≥10 ℃积温在垂直方向上的变化将植被类型自下而上划分为山地雨林、季风常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、山顶苔藓矮林和山顶矮林。

2.3 水分资源

2.3.1 年降水量及时空分布

保护区年降水量丰富，北坡在1 441.6～2 277.6mm(表3)，南坡在1 412.2～2 248.3mm，具有随海拔升高递增的特点，平均垂直递增率为90.481mm/100m，年降水量随海拔高度变化的方程：

南坡：R年=1412.2+90.481H

北坡：R年=1424.6+90.481H

受大气环流和山地季风气候影响，干湿季分明，5～10月为雨季，各月降水量在90mm以上，7～8月是全年降水最多的月份，为主汛期，月最大降水量大于200mm，11月至次年4月为干季，12月至次年3月降水最少，月降水量低于50mm。降水年内变化曲线呈单峰型，峰值出现在7或8月，谷值出现在1或2月。就四季来看：夏季最多，冬季最少，秋季大于春季；就干湿季来看：1 610～2 000m的区域，干季降水达185～207mm，雨季降水达1 020～1 132mm，雨季降水占全年的80%左右，干季占20%左右。

表3 保护区及其附近地区气象站各月平均降水量

2.3.2 降水日数和降水强度

降水是影响植物生长的另一个重要因素，陆生植物对水分的适应性分为旱生植物、中生植物和湿生植物三类[13]。保护区降水日数随海拔升高而增多，海拔2 000m以下降水日数在191～201d，海拔2 000m至山顶降水日数在200d以上。降水日数年内变化，5～10月各月降水日数大于15d，7、8月降水大于20d。11～4月各月降水日数少于15d，1、2月降水日数最少[6]。

保护区降水强度不大，大雨、暴雨少，一般出现在5～10月。年大雨(日降雨量25.0～50.0mm)日数1.5～15d左右，年暴雨(日降雨量50.0～99.9mm)平均每年有3次，一般出现在8月；大暴雨(日降雨量>100.0mm)记录很少，一般1年出现1次[15]。

保护区基本以中生植物为主，顶部以矮林为主，山顶降水多但水分流失较多导致生境干燥，出现类似旱生结构和生理特征的适旱变态，因而个体变小；下部和中部生境较湿润，发育的植被以雨林和常绿阔叶林为主。

2.3.3 相对湿度、蒸发量和干燥度

(1)相对湿度和蒸发量

年相对湿度随海拔升高先增多后减少。山地北坡2 000m和南坡2 200m以下地区降水多，雾日多，植被茂密，湿度大；山地南坡2 000m和北坡2 200m至山顶，年总辐射量大，雾日少，晴天多，蒸发量大于降水量，湿度小。相对湿度在年内各月分布情况也不同，7～8月相对湿度较大，在80%以上，亚高山地带为81%～91%，中山地带为70%～88%，河谷地带为74%～87%；2～5月较小，亚高山地带为51%～57%，中山地带为55%～70%，河谷地带为61%～72%。年最小相对湿度在4%～9%之间，年最小相对湿度差异不大。

保护区年蒸发量在1 200～1 700mm，随海拔升高，蒸发量表现出先减少后增大的变化特点。蒸发量在河谷地带最大，达1 700mm左右，山腰地带最小，在1 200～1 600mm，蒸发量次大在高海拔地带大于1 800mm。蒸发量季节差异大，春季最大(230～270mm)，夏季(170～200mm)次之，秋季(120～180mm)次小，冬季最小(120～160mm)，月最小值出现在12月，最大值出现在5月。

(2)干燥度

干燥度是蒸发量与同期降水量之比，是表征一地干湿状况的重要指标。这里引用了张宝堃的干燥度计算公式即[16]：

式中：K为干燥度，∑t10为蒸发力，r为同期降水量。

按全国干湿气候区划指标[16]，K小于0.49为过湿润，0.5～0.99为湿润，1.0～1.49为半湿润，1.5为半干旱，大于4.0为干旱。保护区1 610～2 000m的山体中部地区，干燥度在0.5～0.99，为湿润地区；海拔2 000～2 200m的地区，干燥度<0.49，云、雾多，降水多，空气、土壤湿度潮，原始森林广布，属过湿润地区；海拔2 200～2 534m的山区，降水虽然更丰富，但云、雾较少，晴天多，风速大，蒸发更强烈，干燥度增大；山顶地区在1.5～3.99，属半干旱区域[10]。干燥度年内变化大，春季干燥度最大，夏季最小。结合相对湿度和干燥度的变化趋势：保护区山腰地带比较湿润，植被发育好，高大乔木多，为重点保护区域。

2.4 垂直气候带划分

据全国和云南[17]划分气候带的指标，以≥10 ℃积温和持续日数为主导指标，年干燥度为辅助指标，将保护区划分为以下4个山地垂直气候带。

2.4.1 山地中亚热带季风气候

分布于保护区1 610～1 800m，年太阳总辐射量在4 125～4 164MJ·m-2，年日照时数1 793～1 825h，年均温15.7～16.78 ℃，最热月均温在19.7～20.8 ℃，最冷月均温在9.4～9.9 ℃，年≥10 ℃积温在5 179～5 418 ℃，年降水量在1 424～1 504mm，土壤为黄壤，植被为季风常绿阔叶林。

2.4.2 山地北亚热带季风气候

分布于海拔1 800～2 000m，年太阳总辐射量在4 235～4 378MJ·m-2，年日照时数1 689～1 759h，年均温14.6～15.7 ℃，年≥10 ℃积温在4 381～4 913 ℃，最热月均温在18.6～19.7 ℃，最冷月均温在8.4～9.4 ℃，年降水量在1 594～1 775mm，土壤为黄棕壤，植被为中山湿性常绿阔叶林。

2.4.3 山地南温带季风气候

分布于海拔2 000～2 400m以上，年太阳总辐射量在4 531～4 917MJ·m-2，年日照时数达1 550～1 655h，年均温12.4～14.1 ℃，最热月均温在16.4～18.1 ℃，最冷月均温在6.5～8.0 ℃，年≥10 ℃积温在3 317～4 115 ℃，年降水量在1 865～2 137mm，土壤为黄棕壤，植被为山顶苔藓矮林、山顶矮林和山顶灌丛。

2.4.4 山地中温带季风气候

分布于海拔2 400至山顶，年太阳总辐射量在5 051～5 097MJ·m-2，年日照时数达1 503～1 515h，年均温11.7～11.9 ℃，最热月均温在15.7～15.9 ℃，最冷月均温在5.4～6.0 ℃，年≥10 ℃积温在2 961～3 051 ℃，年降水量在2 227～2 258mm，土壤为黄棕壤，植被为山顶苔藓矮林、山顶矮林和山顶灌丛。

3 结论

(1)保护区内气候资源各要素随海拔升高不断变化，导致气候类型多样、气候资源丰富，表现出明显的垂直分异，也为保护区内发育不同生物、土壤及生态系统奠定了基础。

(2)基于保护区高差和南北坡气候的差异得出：河谷地区水分条件差、热量资源丰富，属半湿润区；山腰地带热量资源较好，降水丰富，属湿润区，为动植物的生长发育提供了良好的生境；山顶热量资源最好，降水量多，但坡度大，降水多流失，属半干旱区，不利于动植物的生长发育，且生境比较脆弱。

通过对阿姆山自然保护区气候资源的研究，可以初步掌握该区气候变化的规律，提高生物多样性人为和自然两方面的适应能力，为保护区物种保护、种质基因保护、生态系统适应性管理、生态恢复和气候灾害防御等提供有关的科学依据。

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