青海东部—甘肃中部降水类型和干旱形势的变化趋势

2015-12-22刘丽伟兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

安徽农业科学 2015年14期

魏栋，刘丽伟 (兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000)

干旱灾害是一个跨学科问题，涉及气象、农业和水文等各方面。在气象上，将较长一段时间内降水偏少的现象定义为气象干旱［1］。我国有约50%的国土面积属于干旱与半干旱区域［2］，其中主要位于西北地区。西北地区远离海洋，地处内陆腹地，水汽输送由于路径长、地形阻挡等原因受到抑制;再加上高原的大地形形成的动力、热力作用，造成了西北地区长期干旱的气候背景［3］。20世纪60年代以来，西北地区干旱事件频发，对人民的生产生活造成了重大影响，每次干旱事件的发生均对西北地区脆弱的生态环境造成了灾难性的破坏。20世纪末，全球变暖趋势愈发明显，1906～2005年全球平均地表温度上升了0．56～0．92℃［4］。在全球变暖的大环境下，西北地区干旱气候也受到了不同程度的影响。大量研究表明，干旱变化趋势已经在中、小时空尺度可以清楚地识别到［5－7］。

青海东部—甘肃中部受亚洲季风影响，是典型的干旱与半干旱区。由于农业生产在这一区域的社会生产中占重要地位，干旱气候成为影响这一地区农业产量和经济发展的重要因子，成为人们广泛关注的问题。作为影响青海东部—甘肃中部这一区域干旱形势的主要因子，降水量的变化及其趋势可以很好地反映当地干旱缓急状况［8］。笔者利用该地区14个气象站点1962～2010年降水观测资料结合NCEP-CFSR再分析资料，找出了不同季节不同类型降水对这一地区干旱的影响，研究了这一地区不同季节干旱发生状况及其多年变化趋势，揭示不同类型的降水对当地旱涝形势的贡献，从而在对这一地区干旱变化趋势和影响因子的认知上起指导作用。

1 资料与方法

1．1 资料选取在98°～105°E，以资料齐全和具有良好代表性为标准，选取了刚察、门源、乌鞘岭、景泰、都兰、恰卜恰、西宁、民和、靖远、兴海、榆中、临夏、临洮、华家岭14个站点，截取1962～2010年月降水资料和日降水资料。

1．2 分析方法

1．2．1 分季节探究降水趋势和旱涝状况。利用14个站点1962～2010年的月降水资料，计算出每个站点49年以来各个月份的平均降水量，得到14组49×12的数据，再取这14组数据的均值以反映总体区域降水。对这个区域降水资料进行距平百分率计算，以此来分月份、分季节分析降水趋势和旱涝状况。首先将距平百分率为负值的情况定义为相对的旱，而距平百分率为正时定义为相对的涝，这样旱涝情形便可以直观地从距平百分率图上反映出来。

1．2．2 分类型探究降水趋势和旱涝状况。对降水量日资料按大、中、小雨标准划分提取，计算各类型降水的月总量以及多年月平均值，计算各类型降水在多年降水中的贡献量和趋势;结合1979～2009年的CFSR月平均再分析资料对近地面温度变化的诊断，讨论研究区干旱形势的长期趋势。将24 h降水量＜10 mm定义为小雨;24 h降水量在10～25 mm定义为中雨;24 h降水量＞25 mm定义为大雨。这里使用的初始资料为之前选取的14个站1962～2010年每天20:00～次日20:00的日降水资料，以上述标准进行提取分类，分别得到了大雨、小雨、中雨3组数据。

2 结果与分析

2．1 区域多年降水趋势从14个站点区域多年降水距平百分率(图1)可以看到，1962～1970年这一地区降水距平百分率正负波动幅度大，降水年际变化大;1970～2000年降水虽有个别上升情况，但较20世纪60年代降水量已经有了很大的减少，尤其在1990～2000年降水减少趋势明显。所以1962～2000年这一区域降水整体呈现出下降的趋势，这与之前的相关研究结果是相符合的［7，9－10］。2001 ～2010 年降水量较前一个十年有所增加。

2．2 不同季节降水距平干旱趋势研究通过计算1962～2010年各个季节降水距平百分率，挑出负降水距平的年份代表干旱年，每10年统计干旱年年数。从不同时段各个季节的干旱年数(表1)可以看出，青海东部—甘肃中部1962～2010年春季干旱形势持续缓解;夏季干旱形势在1962～2001年有下降趋势，但2001年以后，干旱形势有加重的趋势，与杨金虎等的研究结论［11］一致;秋季干旱形势变化与夏季恰好相反，1962～2001年干旱年个数逐渐增多，而2001年以后干旱形势逐渐缓解;冬季干旱形势与春季干旱形势有着相同的变化，即这49年来均有下降趋势。所以除了夏季后10年的干旱形势有所加重外，整个研究区域内49年时间，春夏秋冬4个季节旱情整体呈现出缓解趋势，尤其随着2001年以后秋季旱情的减弱，区域旱情缓解趋势更加明显。

表1 1962～2010年不同季节不同时段旱年数

2．3 不同类型降水趋势和旱涝状况

2．3．1 不同类型降水贡献量的月际变化。从不同月份的小雨、中雨、大雨在49年总体降水中所占平均百分比(图2)可以看出，小雨所占比重几乎均在80%以上，而大雨和中雨2种类型降水各占比率最高不过16%，所以总体来说，青海东部—甘肃中部一年内的降水贡献主要以小雨为主;中雨在3和10月出现的概率最大，所以这2个月份所占比重也相对较大;大雨主要在4和10月出现，整体贡献量略低于中雨，但两者很接近。

2．3．2 不同类型降水贡献量的年际变化。利用资料进行计算后可以得出各类型降水每年的平均百分比，即平均贡献量。从小雨、中雨、大雨49年平均贡献量的变化趋势(图3)可以看出，1962～2010年青海东部—甘肃中部小雨所占百分比有持续下降趋势;中雨所占百分比在1970年以前有所下降，但1970年以后也开始保持上升趋势;大雨所占百分比在20世纪80年代以前是下降的，但80年代以后呈现出了明显的上升趋势。小雨、中雨、大雨贡献量的3条趋势线均通过了95%的显著性检验。整体来看，1962～2010年小雨所占比重略有下降，而中雨和大雨所占比重开始增长，尤其以中雨的逐渐增多趋势较为明显。在此所研究区域地标主要以黄土为主，且植被稀少，草木覆盖面积较小，加上当地典型的黄土地形［12］，如果短时间内有太多降水的话，降水到地表以后会冲刷黄土，很快汇聚流走，而不能被土壤充分吸收，却会引起洪涝灾害［13－14］，所以大雨对干旱的缓解是非常有局限性的。恰恰相反，短时降水量并不是太多，但持续时间较长的小雨和中雨所形成的降水反而能够被土壤充分吸收，以此来缓解干旱。小雨和中雨整体所占比重在近49年有小幅度上升，最明显的阶段是20世纪80～90年代;大雨比重总体上升，但由于这一地区特殊的黄土特征和地貌，所以大雨对干旱缓解作用有限，反而会加大洪涝灾害发生的可能性。

2．3．3 结合近地面温度变化讨论干旱趋势。通过以上研究可知，青海东部—甘肃中部降水主要以24 h降水量＜10 mm的小雨为主，20世纪70年代以后中雨所占比重上升明显，80年代以后这一地区大雨出现的概率也在增加，整个区域干旱形势有所缓解。为了从温度的角度验证所研究区域整体干旱形势是缓解的，在此使用了1979～2009年的CFSR月平均再分析资料，诊断了青海东部—甘肃中部近地面温度在4个季节的年际变化和长期趋势。从图4可以看出，1979～2009年所研究区域近地面温度除了冬季长期趋势不明显外，其他3个季节整体均呈现出下降的趋势，尤其以夏季温度下降最为明显(春季和秋季温度长期趋势通过了90%的显著性检验，夏季温度长期趋势通过了95%的显著性检验)。近地面温度的整体下降与雨量变化的共同作用，推动了青海东部—甘肃中部地区整体干旱形势的缓解。