四川若尔盖原生牧草生长的农业气候条件分析

赵 阳

（中国气象科学研究院，北京 100081）

若尔盖位于青藏高原东北隅，以拥有世界上面积最大的高原湿地成为我国第一大高原沼泽湿地。通 过查阅资料，近一二十年来世界各国都在采取积极措施对地区气候进行研究，国外有学者对陆地表面干 湿程度进行了分析[1]，许多学者还对中国陆面干湿状况进行了研究[2-4]，但是研究区多集中在平原河湖湿 地和北方泥炭地。作为青藏高原冰冻圈的一部分，若尔盖地区不仅对区域气候变化响应强烈，而且在改善区域的生态环境和保障区域社会经济可持续发展方面具有重大意义。由于人类活动，全球大气的温室 气体浓度在显著增加，近百年来全球温度明显上升。红原若尔盖草原沼泽泥炭地是中国特有的残存最大的高原泥炭沼泽型湿地，富含有机质的湿地土壤和泥炭层能够有效的固定二氧化碳，对缓和全球气候变 暖的趋势将会起到积极重要的作用，红原若尔盖草原湿地是长江、黄河上游源头地区最重要的水源供给 区。因此在全球变暖的条件下，为了更好地保护黄河、长江的水源，稳定生物生态多样性，保护草原的原生态环境，实现可持续发展，对若尔盖草原牧草生长气候条件的分析显得十分必要。

1 资料和方法

1.1 资料来源

本文所有资料均由若尔盖县气象局提供，分为气象要素资料和牧草植被生长状况资料。气象要素资 料具体是从 1980年到 2010年31年的资料，分为气温、降水、日照时数的旬月资料；牧草植被资料是早 熟禾牧草的各生长发育期生长高度的统计资料，具体是从 1986 到2010年25年的统计资料。

1.2 研究方法

运用数理统计方法分析若尔盖草原的气候条件，包括温度、降水量和日照时数的分析；研究早熟禾 牧草生长各个发育期所适宜的气候条件；通过统计方法将早熟禾牧草在各个发育阶段生长高度与气象因 子之间的关系进行分析[5-7]； 然后用灰度关联法对早熟禾的生长高度作出预报。

1.3 用灰色关联度法建立早熟禾最终生长高度预报方程

1.3.1 灰色系统与灰色关联度灰色系统，是指在实际问题的解决过程中，部分信息明确、部分信息不 明确的系统，是集系统分析、评估、建模、预测、决策、控制、优化技术于一体的一门新兴学科的结构 体系。

灰色关联分析包括灰色关联公理、灰色关联度、广义灰色关联度（灰色绝对关联度、灰色相对关联 度、灰色综合关联度）、基于相似性视角的灰色关联度、基于接近性视角的灰色关联度和灰色关联序、优 势分析等内容。

灰色关联度的计算应与事实情况基本符合，这是灰色关联度基本的依据。计算关联度的目的是用其考察因素之间的关联性，它是通过两序列的关联性来表示的。两序列的关联性是指两序列所成的曲线的整体相似性，而曲线线的相似性是以局部的相似性综合为基础的，因此用局部相似程度的均值来度量整 体的相似性，即两因素的关联度。这样局部相似性(即两线段的相似性)的度量对关联度的计算起决定性 作用[8-10]。

1.3.2 灰色关联度的一般计算方法（1）数据列的表示方式。数据列分为参考数列（1个母因素）和比较数列（n个子因素），其表示方式为：

（2）求出其斜率序列矩阵。根据矩阵X求得矩阵X的斜率序列，构成一个新的矩阵X,它们之间的关 系为：

（3）对斜率序列矩阵进行标准序列化为了让所有的数据在评估过程中都有同等的角色，对Y中的每一个元素ij Y进行标准化处理，即将每一个元素除以该行所有元素的总和，表达式为：

这样就得到了对应的矩阵Y。

对新得到的矩阵中每一列的数据进行排序后得到序列化后的矩阵Y'。

（4）判定关联性质。根据步骤（3）中的得到的Y'。

（5）计算相关系数。由步骤（4）得到的指数根据下列公式算出对应的长度数组dist_ 0im,n-1，其中：

1.3.3 灰色关联度处理数据的结果以早熟禾的最终生长高度作为预报量Y z，对应的旬温度X z1、降水 量X z2、日照时数X z3作为影响因子，对1986—2007年的数据运用灰色关联度模型处理后，得到各个物 理量的相关性，即为表1所示。

表1 早熟禾生长高度与各气象因子之间的相关性

然后在通过逐步回归方法，建立回归方程，得到因子相关阵R的逆矩阵：

得出：

于是标准化变量回归方程可写为：

对标准化变量回归方程进行统计检验，得到F=7.70，在显著水平α=0.0 5，分子的自由度为 3，分母的自由度为 18的情况下，Fα=3.1 6，所以方程具有显著性。然后通过以上的预报方程对 2008—2010年生长高度作出预报，得到表2。

表2 灰色关联法对早熟禾生长高度的预报结果

从表2 可以得到，相对误差绝对值在1.7%～8.6%，相对误差绝对平均值为5.1%，相对误差的平均值 较小，因此可以用此方程作为早熟禾最终生长高度的预报方程。

2 结果与分析

2.1 若尔盖的气候概况

若尔盖在近 31年的年平均气温、降水和日照时数均呈现多波动形势，年平均温度总体在31年内呈 现出上升的趋势，降水和日照均呈现下降趋势。31年的年平均气温为 1.4℃。其中最冷年为 1983年，年平均温度为 0.3℃，最暖年为2010年，年平均温度为 2.7℃。降水量一般在550～750mm，最大降水量 出现在1984年，为 862.9 mm，最小降水量出现在2008年，为 464.8mm，两者相差 398.1 mm；31年年平均降水量为 643.3mm。日照最少的是2005年，日照时数为 2 092.4h，日照最大的为 1980年，日照时数为 2 718.2h。

图1 若尔盖草原温度的年际变化

图2 若尔盖草原降水量的年际变化

图3 若尔盖草原日照时数的年际变化

2.2 若尔盖牧草早熟禾生长的气候条件

通过对表3 和表4 分析知道：早熟禾每年发育期返青时所需要的温度为 0℃以上，当 到夏季末时，温度下降到 10℃以内时，便开始 黄枯。在降水量方面，早熟禾发育时所需要的降水为 10mm，而且随着雨量的增多，当降水量 达到 45mm时，进 入枯黄阶段，在日照时数方面，早熟禾发育时的返青期所需日照为 70h，当日照 达到 80h左右时，牧草开始枯黄。

表3 若尔盖早熟禾发育期各阶段生长平均日期统计

表4 早熟禾生长各阶段气象条件

3 结论与讨论

（1）红原若尔盖地区 31年中年平均温度为 1.4℃，在31年中年平均温度总体呈现增高趋势；31年中年平均降水量为643.3mm，年平均日照时数为 2479.3h，年降水量和日照时数呈现下降的趋势。可以看到最近几年随着温度的升高，降水量和日照时数与温度呈现某一种负相关的关系。

（2）早熟禾返青时所需要的温度为0℃以上，当 到夏季末时，温 度下降到 10℃以内时,便开始黄枯，牧草开始发育时所需要的降水均为 10mm左右，当降水量达到 45mm左右时，牧草进入枯黄阶段，对于日照时数而言，牧草发育时返青期所需日照为70h左右，当日照达到 80h左右时，牧草开始黄枯。

（3）灰度关联法对早熟禾牧草生长高度的预报效果是很好，此 方法所做出来的牧草生长高度的预报 方程以通过显著性检验，最 终得到早熟禾生长高度的预报方程为Y=0.301 7X1+0.311 2X2+0.275 1X3。（4）本文着重研究温度、降水、日照时数对若尔盖气候的分析，没有涉及到风场，这也是一个典型的气象因子，而且本文只对若尔盖地区一种牧草的生长高度进行了研究，还可以结合多种牧草，比如恰 草、苔草的研究，以及各种牧草的干重以及湿重的研究等等。

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