石羊河流域气候变化特征及干旱变化趋势分析

2017-09-15魏邦宪苗婷雷瑜

现代农业科技 2017年15期

魏邦宪　苗婷　雷瑜

摘要本文以1961—2015年石羊河流域的武威和民勤气象站气温和降水气象数据为基础，利用线型趋势分析法和距平值法分析了河西走廊石羊河流域气候的年际变化和季节变化特征，用气候干旱指数综合分析了该流域不同地区不同年代干旱情况。结果表明，近55年来，石羊河流域年均气温总体呈上升趋势，其中20世纪90年代至21世纪初气温升高幅度较大。降水总体也呈相对增多趋势，但存在较大的年际变化和丰枯交替现象。同时，石羊河流域气候干旱指数也趋于增大。气候越来越干旱，而民勤的干旱化趋势会更加明显。

关键词干旱；气温；降水；干旱指数；变化趋势；石羊河流域

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）15-0220-03

近年来，随着全球气候的变暖，干旱化趋势尤其在中国北方已经成为了一个非常突出而又严重的环境问题。石羊河流域因常年缺水，生态极其脆弱，环境的自我调节能力较低，因此深入研究该流域的气候变化特征和干旱变化趋势对于及时调整农业生产结构和实现农业的可持续发展具有十分重要的意义[1]。许多学者针对干旱和半干旱地区的干旱化趋势开展了相关研究，研究范围涵盖全球[2]、全国[3]和各区域[4-6]等，但对石羊河流域气候要素的变化特征以及干旱化趋势进行系统分析的研究还比较鲜见。本文围绕干旱这一问题，对石羊河流域近55年来气温、降水的变化特征进行详细分析，并采用气候干旱指数探讨石羊河流域的干旱演变趋势，以期为科学认识干旱区气候变化机制提供理论指导。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东段，地势南高北低，是典型的大陆性气候。流域自南向北大致可划分为3个气候区：南部祁连山高寒半干旱湿润区，中部走廊平原温凉干旱区，北部温暖干旱区，其中民勤北部接近腾格里沙漠边缘地带，石羊河流域是甘肃省内陆河流中用水量大、生态环境问题突出的地区，水资源的短缺已经成为制约其经济发展的瓶颈，其中下游民勤县的生态恶化形势最为严重。

1.2 数据来源与分析方法

本文利用1961—2015年凉州区、民勤县2个气象站的气温、降水的气象数据，采用气象学中常用的线型趋势分析法和距平值进行气候的干旱变化特征分析。主要从年际和季节2个时间尺度，重点以季节为单位对该区气候的变化特征进行分析。其中，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季。另外，采用气候干旱指数进行对石羊河流域的干旱变化趋势进行探讨。

2 结果与分析

2.1 石羊河流域的气温特征

2.1.1 气温的年变化。从图1可以看出，近55年来石羊河流域平均气温总体呈升高的趋势，尤其是20世纪90年代开始到21世纪初气温升高幅度较大。其中凉州区、民勤县近55年的年平均增温率分别为0.76、0.78 ℃/10年，民勤县气温增速比凉州区大，但其气温增速都远远高于北半球陆地平均气温的上升趋势（0.064 ℃/10年）以及全国水平（0.076 ℃/10年）[6]。由此可见，石羊河流域具有明显的气温升高气候变暖特征。

20世纪60—80年代气温增长呈负距平，其中凉州区的气温距平从-0.50 ℃下降到-0.58 ℃，民勤县的气温距平则从-0.72 ℃上升到-0.33 ℃；90年代以来，气温增长开始呈现正距平，其中凉州区从-0.58 ℃增长到-0.08 ℃，民勤县距平从-0.33 ℃增长到0.37 ℃。80—90年代的升温幅度民勤县的高于凉州区。21世纪初，气温增长幅度较大，气温距平为正，凉州区气温距平从-0.08 ℃上升到1.92 ℃，民勤县距平从0.37 ℃升高到1.43 ℃，21世纪初凉州区的气温增速则高于民勤县，究其原因，与近55年来凉州区的人口迅速增加和城市化进程加快的现状密切相关。总之，在全球气候变暖的背景下，石羊河流域的气温也有较为明显的增长，符合最近50年中国气温的上升趋势[7-8]。

2.1.2 气温的季节变化。从季节变化可以看出，石羊河流域四季气温均有上升，但上升的幅度不同。通过表1可以看出，石羊河流域四季气温上升最快的为冬季，凉州区为0.52 ℃/10年，民勤县为0.54 ℃/10年；其次是秋季，其中凉州区为0.39 ℃/10年，民勤县为0.30 ℃/10年；春季凉州区为0.28 ℃/10年，民勤县为0.30 ℃/10年；夏季最小，凉州区为0.23 ℃/10年，民勤县为0.20 ℃/10年。由此说明，石羊河流域气候变暖是由冬季和秋季的气温升高幅度较大所致。

此外，春、夏、秋、冬4季气温距平均呈增加趋势，且春、夏、秋3季凉州区距平增长速率要高于民勤县，而冬季民勤县距平增长速率高于凉州区。其中春季凉州区从-0.18 ℃/年增加到1.21 ℃/年；民勤县则从-0.43 ℃/年增加到1.06 ℃/年。夏季气温距平与其他季节相比，增幅最小，凉州区从-0.03 ℃/年增加到1.11 ℃/年；民勤县从-0.26 ℃/年增加到0.75 ℃/年。冬季与其他季节相比，增幅最大，凉州区从-1.37 ℃/年增加到1.22 ℃/年，民勤县从-1.76 ℃/年增加到0.95 ℃/年。

2.2 石羊河流域的降水特征

2.2.1 降水量的年际变化。图2反映的是石羊河流域近55年来的降水变化特征，总体上来看，降水呈相对增多的趋势，降水的年际变化不同地区呈现出不同的特点。通过线性拟合统计出55年各站降水量的增长率，凉州区为3.02 mm，民勤县为2.91 mm。55年来，流域降水呈现出丰枯交替的变化趋势，凉州区降水经历了“多—少—多”的变化过程，20世纪60年代、90年代呈上升趋势，90年代上升较为显著，这主要是全球气候变暖促使南方热带海洋水汽向北输送的结果[2]。1993年降水量最大，为251.3 mm，偏多48.1%；2013年降水最少，為85.2 mm，偏少49.8%，是凉州区历年降水最少的年份。民勤降水经历了“少—多—少—多”的变化过程，60年代和80年代呈减少趋势，其中80年代减少较为明显。70年代、90年代和21世纪初呈上升趋势，70年代上升比较显著。1994年降水量达202.0 mm，偏多75.7%，为历史最大值；1962年降水量最小，为42.2 mm，偏少63.3%，为历史最小值。总之，石羊河流域降水量总体呈增多趋势，与西部降水量相对增加的趋势一致。同时，该流域下垫面的变化和风向的转变，加上地势阻挡，使水汽集聚，导致降水增多。endprint

2.2.2 降水量的季节变化。从降水量的季节变化可以看出，流域内降水一般集中在春、夏、秋3季，其中夏季降水最多，秋季次之，春季较少，冬季最少，与温带大陆性气候的降水特征相吻合。从表2可以看出，各年代降水季节变化不同。

近55年春季降水量凉州区呈“增—减—增—减”趋势，其中20世纪60年代增加最为明显，70年代减少明显；民勤县20世纪60年代、80年代和21世纪初降水增多，70年代和90年代初降水减少。夏季凉州区呈“减—增—减”的趋势，其中20世纪80年代和90年代降水增多，20世纪60年代、70年代和21世纪初降水减少；民勤县降水量20世纪70年代和21世纪初降水增多，60年代、80年代和90年代降水减少。秋季凉州区呈“增—减—增”的趋势，其中20世纪60年代、70年代和21世纪初降水增加，20世纪80年代和90年代降水减少；民勤县降水量20世纪70年代和21世纪初降水增多，20世纪60年代、80年代和90年代降水减少。冬季凉州区呈“增—减—增”的趋势，其中20世纪60年代和21世纪初降水增多，20世纪70年代、80年代和90年代降水减少；民勤县降水量则为20世纪80年代和21世纪初降水增多，20世纪60年代、70年代和90年代降水减少。

总体来看，石羊河流域降水60年代春季和历史降水量相持平，夏秋季减少，春冬增多；70年代春、冬季降水减少，夏秋季增多；80年代春、夏、冬季降水都增多，秋季减少；90年代春、夏季增多，秋、冬季减少；21世纪初春、秋、冬季增多，夏季减少。

2.3 石羊河流域干旱变化特征分析

为了综合反映石羊河流域的干旱变化情况，采用气候干旱指数[9]加以描述：

DIi=PIi+TIi（1）

式（1）中，DIi为第i年的干旱指数，DIi值越大，表示气候越干旱；PIi是第i年的降水距平指数，TIi为第i年的温度距平指数。

由（1）式可得到石羊河流域历年的DI值平均值为0。从凉州区的DI值历年演变来看，20世纪60年代、70年代和80年代气候较湿润，DI值分别为-6.25%、-12.69%和 -13.04%；90年代初气候较为湿润，DI值较小，为4.51%，随着降水减少，其余年份以干旱为主，最干旱的年份出现在2002年和2014年，DI值分别为5.79%和5.73%。民勤县的DI值也呈增加趋势，但气候变化幅度比凉州区大。其中60年代和80年代气候比较湿润，DI值分别为-16.04%和-12.25%，其后除1983年、1985年、1994年和1996年较湿润外，其余以干旱为主[10]。其中，从图3可以看出，有几个明显干旱的年份，分别为1973年，DI值为55.83%；1978年，DI值为47.02%；1994年，DI值为75.62%，为近55年以来最干旱的年份；2002年，DI值为47.07%，2003年，DI值为35.28%。可见，民勤气候干旱程度总体上呈增加趋势，变得越来越干旱，与凉州区相比，干旱变化幅度较大。总体来看，石羊河流域的气候干旱程度在不断增加，气候干旱化趋势较为明显。

3 结论与讨论

（1）近55年来，从气温年际变化看，石羊河流域内平均气温呈逐年升高的趋势，特别是从20世纪90年代开始到21世纪初气温升高幅度较大，且民勤县气温增速比凉州区大。从气温的季节变化看，石羊河流域四季气温均有不同程度的上升，但从总体来看，秋、冬2季气温上升较快，特别是冬季气温升高幅度最大，春、夏2季气温上升较慢，夏季最小。

（2）石羊河流域近55年以来降水存在较大的年际变化和丰枯交替现象。但从总体上来说，降水呈相对增多的趋势，但各站各年份增加幅度不相同，降水分布不均。石羊河流域降水一般集中在春、夏、秋3季，冬季降水最少，这与大陆性气候的降水规律相一致。

（3）石羊河流域内的气候干旱指数主要反映流域的干旱变化趋势，干旱指数呈增加趋势。气候干旱指数最大值出现在民勤地区。但从总体上来看，整个流域内气候干旱指数呈增加趋势，气候会越来越干旱，并且民勤的干旱化趋势会比武威的更加明显。

干旱是较为复杂的自然现象之一，是大气圈、水圈、岩石圈和生物圈综合作用的结果[11-12]，本文仅从气温和降水2个气候要素进行了研究，没有考虑地表的水文过程以及人类活动等其他因素对干旱的影响[1]，这将是本研究今后须进一步深入进行的工作。

4 参考文献

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