西藏地区近40年温度和降水量变化的时空格局分析

杨文才，多吉顿珠，范春捆，周启龙

1. 西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，西藏 拉萨 850009；2. 西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏 拉萨 850032

西藏地区近40年温度和降水量变化的时空格局分析

杨文才1，多吉顿珠1，范春捆2，周启龙1

1. 西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，西藏 拉萨 850009；2. 西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏 拉萨 850032

全球气候变化将对农田、林地、草原等生态系统产生不同程度的影响，而制定科学合理的气候变化应对策略，需要准确把握区域气候变化的时空特征与规律。为了全面了解西藏地区温度和降水指标的时空格局，深入分析了1971—2010年间的年平均温度和降水量年值及季节值的变化趋势和时空格局。结果表明，（1）年平均温度普遍升高，有 39.72%的地区累计升高1.6～2.4 ℃，10.72%的地区累计升高2.4～3.2 ℃，局部地区累计升高4 ℃以上，在空间分布上，仅错那县、墨脱县和察隅县三县的南部地区年平均温度下降，其余地区年平均温度升高。从降水量变化来看，有42.09%的区域变化在±1 mm∙a-1之间，与40年前相比，有12.41%的地区年降水减少40 mm以上，45.49%的地区呈增加趋势。从空间分布来看，降水量减少区域主要分布在阿里东北到那曲西北一带、日喀则西部到阿里狮泉河一带、日喀则南部以及林芝东南部。（2）从季节平均温度、降水量的变化来看，4个季节温度均以升高为主，增幅高低顺序为秋季＞春季＞冬季＞夏季；四季降水量差异较大，春季和夏季以增多为主，秋季和冬季以减少为主，其中，冬季减少最多，面积占比达96.78%。（3）近40年来，温度变化存在显著的突变点，突变时间存在空间分异性。（4）温度的明显升高和降水量的时空差异将导致局部地区气候干湿变化。藏西地区易发生全年干旱，藏南和藏东南地区易发生季节干旱，这将给农业生产、天然草地牧草生长和草原畜牧业带来不利影响。研究认为相关部门和农牧民都应该重视并尽快制定科学合理的应对策略和方案，以应对不确定性的气候变化。

气候变化；温度；降水量；时空格局；西藏

第三次气候变化国家评估报告指出，近百年（1909—2011年）来中国陆地区域平均增温0.9～1.5 ℃，高于第二次气候变化国家评估报告平均增温0.5～0.8 ℃的结论。近15年来气温上升趋缓，但仍然处在近百年来气温最高的阶段。近百年和近60年中国平均降水量未见显著趋势性变化，但区域分布差异明显，其中西部干旱、半干旱地区近 30年来降水持续增加（编写委员会，2015）。气候变暖已经是一个不争的事实（张雪芹等，2011），从最近百年来的数据看，中国的气温、降水、海平面已明显受到气候变化影响（编写委员会，2015）。长期气候变化是目前被普遍关注的一个问题，区域气温与降水量的变化与生态环境密切相关，将对水资源和生态系统产生深刻的影响（左洪超等，2004；刘世梁等，2014）。

青藏高原对中国乃至全球气候有重要影响，对高原气候变化的研究一直倍受科学家的关注（韦志刚等，2003）。青藏高原作为中国气候变化的“启动区”，已有大量研究成果（冯松等，1998；Niu et al.，2004；徐宗学等，2006；边多等，2006a）。西藏位于青藏高原的中南部，同样引起很多学者的关注。近年来大量的研究主要针对西藏的局部地区或单一气象因子（边多等，2006b；张磊等，2007；杜军等，2000），边多等（2006a；2006b）对近 30年来西藏那曲地区湖泊变化对气候波动的响应、近40年西藏“一江两河”流域气候变化特征进行了研究，张磊等（2007）对青藏高原近 40年来的降水变化特征进行了研究，杜军（2000）对西藏近 40年气温变化的气候特征进行了研究，然而，对西藏区域温度和降水时空变化的全面研究很少（杨春艳等，2013）。杨春艳等（2013）分两个时段对西藏区域年均温度和年降水量变化进行了研究，目前尚缺乏对四季温度和降水量变化的研究。温度和降水是西藏地区生态环境和农牧业发展的重要制约因素。因此，分析西藏地区近几十年温度和降水指标的时空格局，对有效预防自然灾害，为适应气候变化而制定草原保护与合理利用应对策略具有重要意义。为此，本研究利用西藏及其周边 38个气象站近 40年的年平均温度、降水量年值和季节值变化趋势，旨在全面分析和理解西藏地区温度和降水指标的时空格局。

1 材料与方法

1.1 数据资料

研究主要选用 1971—2010年西藏自治区及其周边 38个气象站的日平均气温、降水量的年值和月值数据。基础数据由中国气象科学数据共享服务网提供。研究区域和具体站点分布见图1。

图1 研究区域及其周边气象台站Fig. 1 Research area and its surrounding meteorological stations

1.2 分析方法

1.2.1 指标年值变化趋势

建立每个台站研究指标的年值与年份之间的趋势线，然后采用最小二乘法模拟趋势线的斜率。

1.2.2 指标季节值年变化趋势

按照月值数据换算为季节值，其时间对应关系为：春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9— 11月，冬季为12月—次年2月。计算1971—2010年研究指标的季节值序列，然后采用最小二乘法模拟趋势线的斜率。

1.2.3 空间分析

通过上述方法获得年值、季节值斜率，在ArcGIS 10.1软件的支持下，利用ArcToolbox工具箱中 Spatial Analyst工具→Interpolate to Rastor→Spline和Spatial Analyst工具→Surface Analysis→Contour进行由点到面的空间插值分析、等值线绘制以及制图等（丁勇等，2014）。

1.2.4 M-K突变检验方法

M-K突变检验方法最初由Mann和Kendall提出和发展，后经其他人进一步完善和改进，形成了现在的模型（魏凤英，1999）。该方法被世界气象组织推荐并广泛使用于分析降水、径流、气温和水质等（Sheng et al.，2002；Sheng et al.，2004；Hamed，2008），具体计算方法参见文献（魏凤英，1999）。

2 结果与分析

2.1 温度和降水量年指标变化

研究西藏 1971—2010年平均温度和年降水量变化，结果如图2、表1所示。

从近 40年西藏温度变化趋势分析与统计结果（图2A、表1）可知，仅2.04%的地区年平均温度下降，其他地区年平均温度普遍升高，约有38.8%的地区年平均温度升高0.02～0.04 ℃∙a-1，这些区域主要分布在昌都市、林芝市、日喀则市以及安多县、双湖县的北部；约有39.72%的地区年平均温度升高0.04～0.06 ℃∙a-1，这些区域主要分布在阿里地区，那曲地区的尼玛县中部、申扎县北部、双湖县中西部、班戈县北部、安多县南部、那曲县、聂荣县、巴青县西北部、比如县西北部、嘉黎县西北部，拉萨市当雄县东南部、林周县、墨竹工卡县、堆龙德庆区、城关区、达孜县、曲水县，山南市贡嘎县、扎囊县、乃东县、桑日县、浪卡子县东部、措美县、洛扎县、错那县西北部，日喀则市昂仁县东南部、定日县东北部、拉孜县南部、萨迦县西部以及昌都市江达县北部、察隅县东部、左贡县南部、芒康县南部。年平均温度升高幅度最大的地区当属改则县东北部、尼玛县北部、双湖县西北部，升幅在0.08 ℃∙a-1以上，最高达到0.1013 ℃∙a-1。

图2 1971—2010年西藏地区年平均温度、降水量年指标变化年平均温度、降水量变化趋势倾向率分布Fig. 2 Changes of annual mean temperature and precipitation yearly indexes in Tibet from 1971 to 2010

表1 近40年西藏地区年平均温度、降水量变化趋势倾向率分布Table 1 Distribution of tendency rate of annual mean temperature and precipitation in recent 40 years in Tibet

从近40年西藏地区年降水量变化来看（图2B、表1），约有12.41%的地区年降水量呈明显减少趋势，42.09%的地区变化幅度不明显，45.5%的地区呈增加趋势。从降水量空间分布格局来看，年降水量减少幅度最大的区域分布在日喀则市西南部（仲巴县、萨嘎县、吉隆县、定日县）、林芝市南部（墨脱县、察隅县）区域，变化率大于3 mm∙a-1；日喀则市南部（康马县）、阿里地区西部（札达县、日土县）及东北部（改则县）、那曲地区尼玛县北部、双湖县北部等地降水量减少幅度次之，变化率达1～3 mm∙a-1；其余地区年降水量呈增多趋势，日喀则市、山难事、拉萨市、那曲地区、林芝市、昌都市大部分地区年降水量增加明显，年均增幅 1～3 mm∙a-1，局地年均增幅3 mm∙a-1以上。

2.2 温度和降水量季节变化

2.2.1 温度季节变化

分析气温季节变化，可以辨识各季节对指标年变化的贡献。研究分析了1971—2010年西藏地区春、夏、秋、冬 4个季节的气温变化趋势及空间格局。

由图3可知，4个季节温度均以升高为主，春、夏、秋、冬季都呈降温趋势的区域分别占2.54%、26.42%、3.19%和30.46%。40年来，以春季和秋季增温最为显著，春季增温1～2 ℃的地区占研究区域的52.44%，2～3 ℃的占27.96%，3～4℃的占5.62%；秋季增温 1～2 ℃的地区占 45.52%，2～3 ℃的占18.55%，3～4 ℃的占 10.30%；冬季和夏季的增温幅度低于春季和秋季，冬季增温 1～2 ℃的地区占28.44%，2～3 ℃的占21.94%，3～4 ℃的占4.01%；夏季增温 1～2 ℃的地区占 34.08%，2～3 ℃的占16.16%，3～4 ℃的占2.71%。

从空间格局来看，春季和秋季增温区域变化趋势大致相同，秋季增温幅度高于春季增温幅度，冬季降温的区域要比夏季的广，夏季气温的变化存在空间差异，以当雄为中心增温最明显，而色林错周边降温最为明显。西部区域出现了春、秋增温与、夏、冬降温并存的格局，总体上西部年平均温呈现上升趋势。

2.2.2 降水量季节变化

与气温变化相比，降水的变化要复杂得多（韦志刚等，2003）。本研究分析了1971—2010年西藏地区春、夏、秋、冬4个季节的降水量变化及时空格局，结果如图4。

由图4可知，春季降水量有明显的增多趋势，约有77.22%的地区呈增多趋势，约11.02%的区域变幅超过1 mm∙a-1，即40年间降水量增加40 mm以上；夏季约有 7.8%的地区降水量减幅超过 1 mm∙a-1，同时，也约有 25.6%的地区降水量增加 1 mm∙a-1；秋季约有11.76%的地区降水量减幅超过1 mm∙a-1；冬季约有96.78%地区降水量呈减少趋势，其中，约有7.13%的地区降水量减幅超过1 mm∙a-1，约有36.66%的地区降水量减幅为0.5～1 mm∙a-1。

图3 1971—2010年西藏地区4个季节平均温度变化/(℃∙a-1)Fig. 3 The seasonal mean temperature change in Tibet from 1971 to 2010/(℃∙a-1)

图4 1971—2010年西藏地区4个季节降水量变化/(mm∙a-1)Fig. 4 Changes of seasonal precipitation in Tibet from 1971 to 2010/(mm∙a-1)

从空间格局来看，降水的空间变异大，局地增多或减少现象突出，夏季降水的变化最剧烈，特别是降水量变率等值线0线两侧，等值线密集，变化非常剧烈。夏季降水量的空间变化基本决定了研究区年降水量变化的空间格局，这是因为西藏的降水主要集中在夏季，夏季的降水量变化最剧烈。春季降水量以增加为主，夏季降水量增加区域多于减少区域，降水量增加的区域主要分布在那曲地区、日喀则市、拉萨市、山南市、昌都市的大部分地区以及林芝市北部。秋季降水量减少区域略多于增加区域，冬季以降雪为主，降水量明显减少，空间变化特征不明显。

2.3 温度和降水量的M-K突变检验

对温度和降水量的年值、季节值进行 M-K突变检验，分析代表气象站1971—2010年间各指标的突变时间，从 M-K检验结果可以得出以下几个方面的特征：（1）年平均温度有显著的突变点，发生突变后呈现显著上升趋势；（2）西藏高寒草甸区和高寒草原区年降水量有突变点，高寒草原区变化没有达到显著水平，高寒草甸区呈现显著增多趋势；（3）年降水量的变化与夏季降水量的变化有密切的关系，秋季温度变化对年均温度变化起到了重要作用。

对选取的 16个气象站进行年均温度的突变时间统计与空间格局分析（图5），结果显示：年平均温度和春夏秋冬四季的平均温度的 M-K检验表现出明显的突变特征；藏西突变开始于 1996—1999年期间，藏北突变开始于1999—2004年期间，藏南突变开始于1999—2005年期间，藏东南年均温度的突变时间略晚，开始于2002—2006年期间。各县年均温度的突变时间见图5。

图5 年平均温度突变时间的空间格局Fig. 5 Spatial pattern of annual mean temperature mutation time

气象数据资料分析结果表明，西藏一半以上地区的年平均温度增速为0.4～0.8 ℃/10 a，西藏地区年平均温度变化速率显著高于全国和全球水平。从空间格局来看，已有的研究表明全国大部分地区均呈增温趋势，其中增温最为明显的地区主要分布在34°N以北（编写委员会，2011）。西藏地区升温幅度最大的地区是西北部，位于34°N以北，符合增温速率随纬度升高而加快的趋势。全国1905—2005年百年尺度温度的季节变化表现为冬季＞春季＞秋季＞夏季，而本研究认为对西藏全年温度变化表现为秋季＞春季＞冬季＞夏季，因为春季和秋季温度增大的区域面积分别比夏季和冬季的大，秋季温度增率与其所占面积之积大于春季温度增率与其所占面积之积，冬季温度增率与其所占面积之积大于夏季温度增率与其所占面积之积。

西藏地区气温明显升高，局部降水也呈增加趋势，气候变化对生态环境造成了一定影响。气候变暖导致冰川退缩和冻土融化（左慧林等，200955-57）。气候变暖还会影响植被生长，一方面延长了植被生长期，使植被生长空间得到拓展，另一方面加剧了植被对水分的需求（徐兴奎等，2008）。由此，在降水量呈现减少趋势而气温呈现升高趋势的同时，将出现植被覆盖退化的现象。有研究表明，青藏高原植被覆盖度较高的区域对于降水、相对湿度的响应较为迟钝，而植被覆盖度较低的荒漠、高寒垫状植被地区对于降水、相对湿度的变化最为敏感（纪迪，2012）。杨元合研究青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系，结果显示，青藏高原草地植被活动呈增强趋势，植被活动的变化与气候变化（尤其是温度上升）密切相关，生长季节提前和生长季生长加速是青藏高原草地植被生长季 NDVI增加的主要原因。植被对气候变化的响应存在滞后效应，高寒草地（高寒草甸、高寒草原）植被夏季NDVI的增加是夏季温度与春季降水共同作用的结果，植被对气候的长期适应和水分循环、生物地球化学循环的限制均有可能减缓植被对气候变化的响应（杨元合等，2006）。有研究指出，全球气候变暖后，高寒草甸牧草生产力水平变化格局有所不同，这主要与降水的影响关系较大。当气温上升2 ℃，降水增加10%，植被的蒸散量大于降水的补给量，干旱胁迫加重，因而水分成为牧草生长的限制因素，只有当降水在同期增加15%以上时，这种限制才能得到缓解。当气温上升 4 ℃，降水增加20%，只有当降水量增加较高时，产草量才比现实状况有所提高，但并非明显，只提高 1%左右（李英年等，2000）。

气候变化所产生的影响存在区域差异（左慧林等，2009）57。从年均温度和年降水量变化的空间格局来看，西藏西部温度大幅升高的区域，其降水量呈减少趋势；东南部温度降低，其降水量也减少；其他区域温度升高幅度较小，降雨量呈增加趋势。因此，温度和降水量变化呈现出复杂的时空格局。温度和年降水量年值变化将可能导致干旱，尤其是温度明显升高、降水量减少的藏西地区。从季节变化结果来看，温度变率表现为秋季＞春季＞冬季＞夏季，降水变率表现为春季（增加）＞夏季（增加）＞秋季（一定范围减少）＞冬季（大范围减少），两者在季节变化上有所不同。秋季大范围地区出现大幅增温，降水减少，容易导致秋旱。

西藏地区温度突变存在明显的空间分异。气候突变是指气候从一种稳定状态跳跃式地转变到另一种稳定状态的现象（符淙斌等，1992；符淙斌，1994）。有研究指出，青藏高原气候变化具有超前性，是中国乃至世界气候变化的敏感区和启动区（汤懋苍等，1998；刘晓东，1999；丁一汇等，2008），西藏绝大部分时次气温在20世纪90年代中期以后有明显的气候突变，从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期，且气温的上升趋势均超过α=0.05临界线，表明西藏各时次气温的突变是十分显著的（杜军等，2016）。降水量呈增加趋势，仅个别台站出现突变。张磊等（2007）对青藏高原降水变化的分析显示， 1961—2000年间，青藏高原降水量呈增加趋势，高原南区（西藏自治区、四川省西部和云南省西北部）分别在1978年和1994年发生了突变。本研究结果与前述结果基本一致，认为藏西的平均温度升高突变主要发生在 1996年之后，而藏北发生在1999年之后，藏南发生在1999年后，藏东南发生在 2002年之后，藏北、藏南和藏东南地区出现了明显的滞后。有分析认为其原因是纬度高的地区突变时间要早于纬度低的地区，大城市早于小城市；除此之外，本研究认为，西藏东南部森林分布面积较大，森林生态系统对气候变化有较强的自适应性，能够在一定变化范围保持稳定，对气候变化有相对滞后的特点（颜廷武等，2010）。

3 结论

从 1971—2010年主要气候年值的变化来看，西藏年均温度普遍升高，有39.72%的地区累计升高1.6～2.4 ℃，10.72%的地区累计升高2.4～3.2 ℃，局部地区累计升高4 ℃以上；在空间分布上，仅错那县、墨脱县和察隅县三县的南部地区年平均温度下降，其余地区年平均温度升高。从降水量变化来看，42.09%的区域变化在±1 mm∙a-1之间，与40年前相比，有 12.41%的地区年降水减少 40 mm以上，45.49%的地区呈增加趋势；从空间分布来看，温度升高区域主要集中在西藏西部和东北部地区，降水量减少区域主要分布在阿里东北到那曲西北一带、日喀则西部到阿里狮泉河一带、日喀则南部以及林芝东南部。从季节平均温度、降水量的变化来看，4个季节温度均以升高为主，增幅高低顺序为秋季＞春季＞冬季＞夏季；四季降水量差异较大，春季和夏季以增多为主，秋季和冬季以减少为主，其中，冬季减少最多，面积占比达96.78%。近40年来，温度变化有明显的突变点，但是突变时间存在明显的空间异质性。温度的明显升高和降水量的时空差异将导致局部地区气候干湿变化。藏西地区易发生全年干旱，藏南和藏东南地区易发生季节干旱，这将给农业生产、天然草地牧草生长和草原畜牧业带来不利影响。研究认为相关部门和农牧民都应该重视并尽快制定科学合理的应对策略和方案，以应对不确定性的气候变化。

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Spatial and Temporal Patterns of Temperature and Precipitation in Recent 40 Years in Tibet

YANG Wencai1, Duojidunzhu1, FAN Chunkun2, ZHOU Qilong1

1. Institute of Pratacultural Science, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husandry Science, Lhasa 850009, China; 2. Institute of Agriculture, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry, Lhasa 850032, China;

In the context of global climate change, climate change will affect the ecological environment of agriculture, forestry and grassland to varying degrees. To formulate a scientific and reasonable climate change response strategy, we need to accurately grasp the temporal and spatial characteristics and laws of regional climate change. In order to comprehensively analyze and understand the spatial and temporal pattern of temperature and precipitation in Tibet, the annual mean temperature and annual precipitation value and the seasonal variation trend and spatial-temporal pattern of 1971—2010 were analyzed. The results show that: (1) The annual average temperature increased in general, 39.72% of the total area increased 1.6～2.4 ℃, 10.72% of the total area increased 2.4～3.2 ℃, some areas increased by 4 ℃ above.The spatial distribution:only the average annual temperature in the southern region of the three counties (Cuona, Medog and Zayu counties) decreased, while the average temperature in other areas increased. Precipitation change: 42.09% of the area changes in ±1 mm∙a-1, 12.41% of the area (compared with 40 years ago), the annual precipitation decreased by 40mm above, 45.49% area shows an increasing trend. The spatial distribution of precipitation: precipitation reduction area is mainly distributed in the northeast of Ali to the northwest of Naqu, Shigatse west to Ali Shiquanhe area, south of Shigatse and southeast of Nyingchi. (2) The seasonal mean temperature and precipitation of the four seasons showed that the temperature increased in all four seasons, the order of increase was autumn＞spring＞winter＞summer; The precipitation in the four seasons is greatly different, and the increase is mainly in the spring and summer, and the decrease is mainly in the autumn and winter, among the four seasons the precipitation of winter decreased the most reached an area of 96.78%. (3) During the recent 40 years, the temperature change has obvious mutation point, and the mutation time has spatial differentiation. (4) Due to the obvious increase of temperature and the difference of precipitation, it will lead to the change of dry and wet climate in some areas. The drought in the western part of Tibet is easy to occur throughout the year. Seasonal drought is easy to occur in southern Tibet and southeastern Tibet, which will adversely affect agricultural production, natural grassland forage growth and grassland animal husbandry. The study suggests that the relevant departments and farmers and herdsmen should pay attention to and formulate scientific and reasonable response strategies and programs as soon as possible to deal with the uncertainty of climate change.

climate change; temperature; precipitation;spatial and temporal pattern; Tibet

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.008

X16

A

1674-5906（2016）09-1476-07

杨文才, 多吉顿珠, 范春捆, 周启龙. 2016. 西藏地区近40年温度和降水量变化的时空格局分析[J]. 生态环境学报, 25(9): 1476-1482.

YANG Wencai, Duojidunzhu, FAN Chunkun, ZHOU Qilong. 2016. Spatial and temporal patterns of temperature and precipitation in recent 40 years in Tibet [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1476-1482.

农业部公益性科研行业（农业）专项（201203006）；国家科技部星火项目（2015GA840007）；西藏主要气象灾害对农业的影响与数据库建设项目

杨文才（1981年生），男，助理研究员，主要从事草地生态与资源环境方面的研究。E-mail: jhgs02@souhu.com

2016-08-09