西藏拉萨灌草区的气象要素特征

沈志强， 卢 杰， 华 敏， 李照青， 屈兴乐， 方江平

(1.西藏农牧学院西藏高原生态研究所，西藏林芝 860000； 2.中山大学生命科学学院，广东广州 510275；3.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079)

气候特征是自然环境的最主要组成部分之一，其变化能够对人类生存与发展等产生巨大影响。全球气候变化特征以变暖为主，联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC)第5次评估报告指出，1880—2012年，全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势，升高了0.85 ℃；1951—2012年，全球平均地表温度的升温速率几乎是1880年以来升温速率的2倍；21世纪末全球平均地表温度在1986—2005年的基础上将升高0.3～4.8 ℃[1]。全球降水在气温变化的影响下，其时空分布格局亦发生了显著的变化，比如热带地区与高纬度地区降水量可能会增加，副热带地区降水量可能会减少[2]。

青藏高原被称为世界的“第三极”[3]，由于其特殊的自然地理环境，被认为是对全球气候变化响应最为敏感的区域，是研究全球气候变化的“天然实验室”，因此青藏高原成为全球气候变化研究的热点地区之一。游庆龙等对青藏高原纳木错地区气象要素(包括气温、气压、降水量、风速、风向等)的季节和日变化进行了研究[4]。郑然等对青藏高原1971—2011年的气温变化进行了研究[5]。杨玮等对青藏高原1967—2008年降水时空的不均匀特性进行了分析[6]。虽然部分学者已对青藏高原的气象要素进行了研究，但对拉萨地区气象要素的研究相对较少。本试验以西藏拉萨达孜县巴嘎雪村西南河谷山地为研究对象，对不同海拔山地气象要素进行系统分析，旨在掌握该区域山地气候的特点，了解气候变化及发展趋势。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于西藏拉萨达孜县巴嘎雪村西南部山坡上，坐标为29°40′N，91°25′E，海拔3 780～4 170 m。属于典型的青藏高原半干旱季风气候区，空气稀薄，白天太阳辐射强，昼夜温差较大；干湿季分明，降水主要集中在每年的6—9月份，年平均降水量在450 mm左右，且该区域多夜雨，冬春季节干燥并且多大风；年平均气温为7.5 ℃左右，年平均日照时数为 3 065 h，无霜期为130 d左右[7]。该山坡坡度在20°～30°之间，土壤类型主要有亚高山灌丛草甸土、山地灰褐土和山地草原栗钙土，以粉沙块为主，土层较薄，平均土壤厚度为0.5～2.1 m，pH值为7.0～8.0[8]。

研究区内植被垂直变化十分明显，没有乔木分布，从高海拔到低海拔主要有草地群落、灌草交错群落、灌草混合群落。灌丛高度较低，一般不超过0.5 m，同时盖度较小；草本群落盖度约为60%～80%，高度不超过0.1 m[9]。研究区内的主要灌木包括小叶野丁香(Leptodermispilosa)、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)、架棚(Ceratostigmaminus)等；主要的草本植物包括紫花点地梅(Androsaceselago)、早熟禾(Poaannua)、高山嵩草(Kobresiapygmaea)、金露梅(Potentillafruticosa)、海韭菜(Triglochinmaritimum)等[10]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置与调查 在西藏拉萨达孜县巴嘎雪村西南方向的山地上按照不同海拔不同植被类型(灌草混合群落、灌草交错群落、草地群落)布设3块样地(表1)，在样地内分别架设小型气象站，实时监测多种气象要素，包括降水量、气温、风速等。气象站自动记录瞬时数据的步长为5 min，每3个月进行1次数据收取，在此期间有专人对仪器设备进行日常维护与保养[10]。2014年夏季对样地内的植物进行调查，包括植物种类、密度等。

表1 监测站基本情况

注：EN表示东偏北。

1.2.2 数据的收集与处理 由于本研究是从2013年9月开始建站并进行实时观测，且冬季拉萨地区基本无降水，降水主要集中在夏季，建站时雨季即将结束，同时仪器在高原恶劣气候条件下的运行过程中出现部分技术问题，特别是2016年部分数据出现明显异常，考虑到观测数据的科学性，因此选择数据较好的2年(2014、2015年，降水选取夏季)进行科学研究，以保证野外观测试验的科学性。

2 结果与分析

2.1 降水量变化特征

2.1.1 不同海拔降水量年变化特征 从图1可以看出，2014年站点1的降水量为700.8 mm，站点2的降水量为 705.1 mm，站点3的降水量为719.1 mm，年降水量排序为站点3>站点2>站点1，3个站点的年平均降水量为 708.3 mm。2015年3个站点的降水量从低海拔到高海拔依次为315.1、336.1、350.1 mm，年降水量排序为站点3>站点2>站点1，3个站点降水量的平均值为333.7 mm。2014年3个站点的年平均降水量远远高于2015年，约是2015年的2.1倍。2014年、2015年从站点1到站点3，年降水量变化幅度不大，整体表现为随着海拔梯度的升高，降水量逐渐递增的趋势。

2.1.2 降水量月变化特征 从图2可以看出，3个站点的降水量均从3月份开始上升，到6月份开始急速上升，8月份达到最大值，8月份后呈下降趋势，11月份降水基本结束。降水量较大的月份主要为6—9月，其中8月份降水量最大，3个站点的平均降水量达到204.8 mm；其次为7月份，3个站点的平均降水为128.2 mm。其他月份降水量较少，基本无降水。站点1、站点2、站点3的月平均降水量分别为41.0、41.9、44.5 mm，月平均降水量排序为站点3>站点2>站点1，它们8月份的降水量分别为193.0、209.8、211.7 mm，排序为站点3>站点2>站点1。由此说明，各站点的月平均降水量随着海拔梯度的升高而增大。

2.1.3 降水量日变化特征 研究区的降水主要集中在4—10月份，特别是夏季降水量最大，因此对该区域6—8月降水量日变化进行研究。从图3可以看出，研究区降水量日变化具有明显的波动性。最大降水量出现在04：00，为78.42 mm；其次为22：00，其降水量为58.52 mm；最小降水量出现在 13：00，仅为1.60 mm。研究区降水量日变化存在明显的2个高值降水时段和1个低值降水时段，其中01：00—07：00为降水量最多的时段，该时段降水量占全天总降水量的53.11%；其次为 19：00—23：00，降水量占全天总降水量的25.83%；12：00—18：00为降水量最少的时段，降水量仅占全天总降水量的 4.95%。通过对研究区夏季降水量日变化进行研究发现，6—8月份降水量日变化具有明显的波动性，有效降水主要发生在晚上，特别是01：00—07：00，白天的降水量较少，特别是12：00—18：00降水量更少。而6月份降水量比7、8月份降水量少，其最大降水量时间段为21：00—23：00。通过对西藏拉萨达孜县山地2014、2015年夏季降水量日变化特征进行研究发现，该区域降水主要集中于晚上，尤其是01：00—07：00，白天降水量较少，特别是12：00—18：00降水更少，其中 04：00 降水量最多，13：00降水量最少。

2.2 气温变化特征

2.2.1 不同海拔气温月变化特征 从图4可以看到，站点1、站点2、站点3的年平均气温分别为8.1、7.6、6.7 ℃，站点1的年平均气温最高，站点3的年平均气温最低。3个站点的气温均从1月份开始上升，4月份开始迅速上升，6月份达到最高值，此时站点1、站点2、站点3的月平均气温分别为 16.5、15.8、14.8 ℃，7、8月份平均气温开始下降，9月份以后迅速下降。其中，1月份平均气温最低，站点1、站点2、站点3的分别为-1.7、-2.0、-2.2 ℃，12月份平均气温为次低，分别为0.4、0.1、-0.4 ℃。说明海拔梯度越高，平均气温越低。

2.2.2 气温年内变化特征 统计站点2气象站实时观测到的各月平均气温，并分析年内平均气温变化特征。从图5可以看出，2014年年内平均气温大于2015年，2014年年内平均气温约为7.6 ℃，2015年年内平均气温约为7.5 ℃。1—6月份平均气温呈上升趋势，6—12月份的平均气温整体呈下降趋势，2014、2015年均为6月份的平均气温最高，分别为 16.0、15.7 ℃，1月份平均气温最低，分别为-1.4、-2.7 ℃。

2.2.3 气温日变化特征 分析2014—2015年站点2气象站实时观测到的平均气温最高日(2015年6月7日)的气温日变化特征。从图6可以看出，气温日变化存在明显的波动，各时间段内气温均在10 ℃以上，日平均气温为20.1 ℃，08：00—17：00气温处于上升阶段，升温时长达到10 h，00：00—08：00、18：00—23：00气温持续下降，降温时长为14 h。00：00—07：00气温持续下降，07：00气温最低，为13.5 ℃；从08：00开始气温持续上升，14：00—15：00时气温上升缓慢，15：00—16：00时气温继续上升，17：00气温达到最高值，为27.6 ℃，日最大温差为14.1 ℃，16：00气温次之，为27.1 ℃，18：00气温第3高，为27.0 ℃，18：00以后气温开始逐渐下降，20：00—21：00气温下降较快，21：00以后气温持续缓慢下降。

图7为2014—2015年最低气温日(2015年1月10日)的气温变化特征，可以看出，该日各时间段内气温均在0 ℃以下，日平均气温为-11.3 ℃，日最大温差为13.2 ℃。00：00—09：00与17：00—23：00气温均呈下降的趋势，其中17：00—23：00时间段内的平均气温相对较高，为-8.9 ℃，00：00—09：00时间段内的平均气温相对较低，为-15.0 ℃，其中09：00的气温最低，仅为-17.5 ℃。09：00—16：00气温呈不断上升趋势，16：00气温最高，为-4.3 ℃，其次为 15：00，为-4.8 ℃。

2.3 风速变化特征

2.3.1 不同海拔风速变化特征 统计研究区2014—2015年各月平均风速的平均值，从图8可以看出，3个气象站风速分别为1.2、1.3、1.5 m/s，平均风速排序为站点3>站点2>站点1。1—6月份与8—12月份，3个站点的平均风速整体呈上升趋势，其中1—6月份平均风速平均值远大于8—12月份，3个站点均为4月份风速最大，分别达到1.6、1.7、2.0 m/s，6—8月份平均风速不断下降，其中8月份风速最小，分别仅为0.8、0.9、1.0 m/s，站点1与站点3平均最大风速是最小风速的2倍，而站点2的平均最大风速与最小风速之比也达到了1.9倍，说明研究区内冬春季节风速最大，秋季次之，而夏季最小。

2.3.2 风速年内变化特征 利用2014—2015年站点2实时观测到的各月平均风速来分析年内平均风速变化特征。由图9可知，2015年年内平均风速大于2014年，2014年年内平均风速约为1.3 m/s，2015年平均风速约为1.4 m/s。1—6月份与8—12月份平均风速整体呈上升趋势，6—8月份平均风速整体呈下降趋势，其中2—6月份平均风速明显大于其他月份。2014年最大平均风速发生在2月份，为1.8 m/s，最小平均风速发生在8月份，为0.8 m/s，2015年最大平均风速发生在3月份，为1.8 m/s，最小平均风速发生在8月份，为1.0 m/s。

2.3.3 风速日变化特征 分析2014—2015年站点2实时观测到的平均最高风速日(2014年4月25日)的风速日变化特征。从图10可以看出，风速日变化存在明显的波动，各时间段内风速均在0 m/s以上，最大风速发生在18：00，为 3.8 m/s，其次为15：00，风速为3.7 m/s，最小风速发生在 07：00，风速仅为0.1 m/s。08：00—18：00平均风速最大，达到1.9 m/s，03：00—07：00平均风速最小，仅为0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的风速(特别是12：00—18：00)要明显高于晚上，凌晨(03：00—07：00)的平均风速最小。

3 讨论

西藏拉萨达孜县灌草区晚上降水量较多，白天降水量较少的主要原因可能有以下2个方面：(1)研究区白天太阳辐射强烈，导致云层蒸发，而夜晚气温降低，云层冷却，产生对流，容易形成降水过程；(2)可能与拉萨达孜县复杂的河谷山地地形有关，该区夏季降水次数与降水量较多，容易产生地表径流，导致对流天气，尤其是晚上，山谷风盛行，致使气流不断上升，增加了降水发生的可能。

气温最高日07：00气温最低，主要是由于此时太阳还没有升起，晚上地表持续放热，且得不到太阳辐射的热量补给，导致地表温度持续下降；08：00以后气温开始上升，主要是由于夏季太阳升起，气温随着太阳辐射的增强而上升，在17：00达到最高值；拉萨地区夏季日照时间较长，地面温度随着太阳辐射的增强而不断上升，一直等到地面释放出的热量等于太阳辐射所提供热量时，地面温度才能达到最高。18：00以后气温逐渐下降，是由于太阳辐射变弱，气温逐渐下降。气温最低日的气温变化原因与最高日基本一致。

冬春季节风速最大，秋季次之，夏季最小，主要原因是该地区冬季与春秋季节昼夜温差大，气压变化剧烈，因此大风频繁；而夏季昼夜温差相对较小，气压变化剧烈程度较小，因此风速不大。随着海拔梯度的升高，风速呈不断增大的趋势，主要原因是随着海拔梯度的升高由于地形与植被的因素，高海拔地区被遮挡的比较少，风速较大，低海拔地区反之。

白天(特别是下午)，近地面的空气气温很高，上下空气交流激烈，所以风速较大。在傍晚，当太阳下山后，地面逐渐变冷，使近地面气温降低，上下空气交流会减弱，风速逐渐变小。夜间，近地面空气温度降低较快，形成了上层气温较高，下层气温较低的情况，空气上交流停止，所以风速减弱。

4 结论

通过对西藏拉萨重要气象要素(降水量、气温、风速)变化特征的研究，得出如下结论，(1)2014年3个站点的年平均降水量远高于2015年，约是2015年降水量的2.1倍，年降水量排序为站点3>站点2>站点1，整体表现为随着海拔梯度的升高，降水量递增的趋势。3个站点的降水主要集中在6—9月份，其中8月份降水量最大，7月次之，其他月份降水量较少。降水时段主要分布在晚上，特别是01：00—07：00降水量较多，白天降水量相对较少。01：00—07：00为降水量最多的时段，其次为19：00—23：00，12：00—18：00为全天降水量最少的时段。最大降水量时间为04：00，最小降水量为 13：00。(2)拉萨灌草区海拔梯度越高，年平均气温越低，2014年年内平均气温大于2015年。3个站点的气温均从1月份开始上升，4月份开始迅速上升，6月份达到最高，7、8月份平均气温略微降低，1月份平均气温最低。最高气温日(2015年6月7日)各时间段内气温均在10 ℃以上，08：00—17：00气温处于上升阶段，18：00以后气温持续下降。07：00气温最低，为13.5 ℃，17：00气温最高，达到 27.6 ℃，18：00以后气温逐渐下降。最低气温日气温均在0 ℃以下，00：00—09：00与 17：00—24：00气温均呈下降趋势，其中09：00的气温最低，仅为-17.5 ℃，16：00气温最高，为-4.3 ℃。(3)拉萨灌草区冬春季节风速最大，秋季风速次之，夏季风速最小。海拔越高，风速越大。3个站点4月份风速最大，8月份风速最小。日最大风速发生在 18：00，为3.8 m/s，其次为15：00，风速为3.7 m/s，最小风速发生在07：00，风速仅为0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的风速明显高于晚上，最大风速出现在 18：00；凌晨(03：00—07：00)的平均风速最小，最小风速出现在07：00。