晋西北地区近60a来的气候变化特征

池政+陈振孝+王曦谦+李继彦

摘要：目的：明确晋西北地区近年来的气候变化状况，可为区域沙漠化趋势的判定提供理论依据。方法：根据晋西北地区9个代表站近60a逐月的气温、降水资料，运用Mann-KendaⅡ检验法（以下简称M-K法）和线性回归等方法分析了季节、年气温和降水的变化特征。结果：晋西北地区气温除70到80年代年际变化较大之外，其余年际变化幅度较小，总体呈现递增趋势，冬季年际变化尤其显著；降水集中在夏季，冬季很少，年际变化幅度较大，近年来呈现明显的下降趋势。总体来看，晋西北地区除个别年份降水量有所增加以外，多数年份呈逐年递减趋势。结论：晋西北地区气候条件中气温和降水量两者的相互作用进一步促使该地区暖干化程度加深，从而导致研究区潜在沙漠化程度具有加剧的趋势。

关键词：晋西北；气候变化；沙漠化

0引言

沙漠化对气候变化的响应十分敏感，而气候变化则对沙漠化过程产生重要影响。沙漠化作为目前人类面临的最严重的环境问题之一，是在气候变化和人为因素的相互作用下引起的、主要发生于干旱半干旱地区的土地退化过程，最终会导致土地生态系统趋于无序。沙漠化土地分布广泛，危害严重，即使是沙漠化防治活动，一旦超出了生态阈值，就会导致系统失衡，甚至进入不可逆的退化过程。若按这样的趋势发展下去，必将成为一个全球性的灾难。

我国是世界上受沙漠化危害最为严重的国家之一，沙漠化土地处于局部逆转、整体蔓延的态势。晋西北地区处于我国北方农牧交错带上，生态环境脆弱，是全国荒漠化监测与防治的12个重点省（市、区）之一。这里的雨量集中在夏末秋初，占全年的50%～75%，年变率很大，加上陡坡与土质疏松的地形条件，暴雨来时水土流失严重。因干旱多风和沙源丰富也会造成以风力作用为主的土地荒漠化。因此，研究该区的气候变化状况为今后对该区综合治理与科学开发提供理论基础，同时也对我国北方农牧交错带的生态保护和经济社会发展有一定的现实意义。

1材料和方法

1.1研究区概况

晋西北地区位于晋、陕、蒙三省交界地带，地理坐标为38°43'～40°17'N，110°06'112°58'E，北与内蒙古自治区为邻，以西隔黄河与陕西省相望，南部以芦芽山为界，东接大同盆地与大同市为邻，土地总面积约15500k㎡：属于黄土丘陵沟壑区，全区海拔1300～1500m，是黃土高原的重要组成部分（图1）。

晋西北地区属于温带大陆性季风气候，具有夏季炎热多雨，冬季寒冷少雪的特点：年平均气温为3.6～7.5℃：年平均降水量380～450mm，季节分配不均且变率较大，多集中在7～9月：年均蒸发量为2000～2300mm，处于半干旱半湿润地区：无霜期100～130d：8级以上的年大风日数为20～40d，年平均风速为2.4～4.2ms。大风主要发生于冬春季节，且与干旱同期，再加上地表丰富的沙黄土沉积物，为沙漠化的发生提供了条件。

1.2数据来源与方法

鉴于晋西北地区内各站点的气象资料完整性不一，因而选取了其中的左云县、右玉县等九县为代表站进行数据处理。其中神池县、山阴县、偏关县、左云县、岢岚县、保德县等六县的气温和降水数据来自中国气象数据网（http：//data.cma.crd）的“中国地面国际交换站气候资料日值数据集”：右玉县、河曲县、五寨县三县的气温和降水数据来自山西省气象局（http：//www.sxsqxj.gov.cn/）。按6～8月为夏季、12月～翌年2月为冬季进行季节划分，对气温和降水数据按季节进行汇总分析。本文采用的分析方法简介如下：

①M-K法是一种非参数统计检验方法，也称为无分布检验，其优点在于不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，同时适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简便，而且可以明确突变开始的时间，并指出突变区域。

②回归分析法通过建立年份为自变量、降水或气温为因变量的一元线性回归方程，判断因变量的趋势倾向。回归系数b的符号为正，说明随时间的增加因变量呈上升趋势；b的符号为负，说明随时间的增加，因变量呈下降趋势。b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的倾斜程度。

2气温变化及趋势分析

2.1气温年际变化

晋西北年和夏、冬季平均气温年际变化均呈波动上升趋势（图2）。在所分析的60a中，年平均气温呈逐年上升趋势，最低温为1967年的4.74℃，最高温为1975年的9.16℃，温差为4.42℃：夏季平均最低温为1976年的18.68℃，最高温为1975年的23.19℃，最大温差为4.51℃：冬季平均最低温为1967年的-14.41℃，最高温为2015年的6.00℃，其最大温差达到8.41℃。在这60a中，60年代到70年代气温变化幅度最大，年和夏、冬季平均气温上升分别为0.81℃、0.45℃、1.60℃（表1）。

2.2气温趋势分析

通过将晋西北地区的年、夏季、冬季平均气温与年份进行线性拟合，发现其相关系数均为正值，分别为0.0289、0.0152、0.0501（图2）。晋西北60a的年平均气温随时间变化不断上升，幅度较大，趋势明显：夏季平均气温也随时间变化而呈上升趋势，上升幅度小，趋势较平缓：冬季平均气温随时间序列上升幅度最大，趋势最显著。

通过对晋西北地区年和夏、冬季平均气温进行趋势检验，得出表2，可以看出通过99%的可信度检验，并进行了M-K突变检验（图3）。根据突变检验图可以得知，年均温趋势检验1974年到2015年，增温速度日益加快，1998年超过0.00l的显著性水平。在1990年两条曲线的重合点处出现突变。夏季均温趋势检验在2009年超过了0.001的显著性水平。在1991年附近出现了UFk和UBk两条曲线的交点，气温出现突变。冬季均温趋势检验在1956年到1975年间呈降温趋势，在1964年和1968年以后的连续几年中超过了0.05的显著性水平，80年代至今增幅上升，在1996年超过了0.001的显著性水平。1986年到1987年附近出现了两条曲线的交点，正是气温突变点。endprint

3降水量变化及趋势分析

3.1降水量年际变化

由表3和图4可知，晋西北地区冬季降水量变化小，夏季降水量变化较大。从1956年到2015年，年均降水量的最低值为1965年的19.38mm，最高值为1967年的56.57mm，相差达37.19mm：夏季平均降水量的最低值为1965年的46.32mm，最高值为1967年的161.50mm，相差高达115.18mm：冬季平均降水量的最低值为1996年的0.27mm，最高值为1979年的6.93mm，相差仅为6.66mm。在这印年中，50到印年代降水量变化幅度最大，年和夏季、冬季平均降水量分别下降4.08mm、14.77mm、0.89mm，其余年份上下变动也较大，尤其是在夏季（表3）。

3.2降水量趋势分析

通过将晋西北地区60a的年、夏季、冬季平均降水量与年份进行线性拟合，发现其相关系数分别为0.0853、-0.3476、-0.0019，表明降水量随时间的推移呈现出下降趋势（图4）。据图分析还可以得出，年和夏季平均降水量随时间增加在不断下降且降幅大，夏季平均降水量降幅更大，趋势明显：冬季平均降水量随时间变化微弱下降，幅度最小。

对晋西北地区年、夏季、冬季平均降水量进行M-K统计量曲线进行突变检验（图5）。从年均降水量的突变曲线可以得出60a中降水量除在1958年到1960年期间有小幅增加以外，其余年份都呈下降趋势，在2001年和2006年超过了0.05的显著性水平。冬季平均降水量M-K统计量曲线从1956年到1966年降水量递增，在1959年超过了0.05的显著性水平；从1966年到2015年降水量逐年递减。

4讨论与结论

通过运用M-K检验法以及线性回归等各种分析数据的方法，我们对晋西北地区九个县60a的气温降水进行了分析，气温的年代际变化表现出气温波动上升的趋势，其中20世纪60到70年代变幅最大；年和夏季平均气温变幅相对较小，冬季增幅较大，最大温差达到8.41℃。根据气温M-K曲线，20世纪90年代增温速度开始加快，尤其是步入21世纪以来更为显著。综上可以看出，从上世纪50年代至今，气温总体呈波动上升趋势，并且有可能会继续上升且增速日益加快。

从降水的年代际变化可以看出降水量呈现逐年下降趋势。晋西北地处温带季风气候与温带大陆性气候的过渡区域，年降水量不多，一年中多数集中在夏季且变幅大。20世纪50年代到60年代，降水量变幅最大，年平均降水量下降了4.08mm，夏季尤為突出，达到了14.76mm：冬季的降水量则呈现出总量少、稳定的特征。通过M-K突变检验得出，在60a中多数时期降水量减小的趋势明显，在近些年特别突出。根据上述结果不难得出，降水量在未来可能会继续呈现逐年减少的趋势，降幅也可能继续增加。

当气温升高，会使地表蒸发量增大。下垫面因温度增高而分解破碎，形成呈沙化状态的松散物质，为原本土质疏松的晋西北地区的沙漠化提供了丰富的物质基础。温度升高的同时降水量减少，不仅会增大区域内的干燥度，而且破坏了原有生物种群的生存环境，使高大植被覆盖率大幅降低，为大风提供了便捷的自然通道。由于气温升高与降水减少造成的干旱、松散沙质与大风等自然条件同各种人为因素共同耦合影Ⅱ向，最终导致晋西北地区土地潜在沙漠化现象愈发严重，形成一个正反馈的环节。endprint