近57年甘孜州气候干湿状况的时空演变*

王庆莉，韩玉江，郭 斌，王明田，冉王群，陈 娟



近57年甘孜州气候干湿状况的时空演变*

王庆莉1，韩玉江1，郭 斌2，王明田3,4**，冉王群1，陈 娟1

（1.四川省甘孜州气象局，康定 626000；2.四川省阿坝州气象局，马尔康 624000；3.四川省气象台，成都 610072；4.南方丘区节水农业研究四川省重点实验室，成都 610066）

基于甘孜藏族自治州18个国家气象站1961−2017年实测资料，采用《生态质量气象评价规范》中的方法计算甘孜州及其所属县（市）月、季、年湿润指数，分析气候干湿时空演变特征，为防旱减灾、合理利用气候资源提供科学依据。结果显示：（1）甘孜州近57a年平均湿润指数在0.67～1.33，以1965年最高，1973年最低；季平均湿润指数在0.07～1.86，以夏季最高，秋季次之，冬季最低；月平均湿润指数在0.05～2.17，以9月最高，12月最低；湿润指数大小在年际间、季节间和月份间差异很大。（2）州内各县（市）平均湿润指数在0.23～1.73，地区间差异大，其中东南部和北部相对湿润，西南部相对干燥。（3）甘孜州年降水量的气候倾向率为13.4mm·10a−1，湿润指数的气候倾向率为−0.003·10a−1，气候呈微弱的“暖干化”趋势，主要原因是气候变暖导致潜在蒸散显著增加。（4）甘孜州2/3的县（市）平均湿润指数小于1，季节性干旱特征显著，生态环境脆弱，生产中应遵循开发利用与建设保护并举原则，强化防旱减灾、农田水利建设和生态修复等工作。

甘孜州；湿润指数；时空演变

气候干湿状况直接影响农牧业生产类型、作物布局、植被长势和人居环境等。湿润指数是目前评价气候干湿状况最常用的方法，Penman−Monteith湿润指数能够更好地反映干湿状况，尤其在过湿、过干地区，它是降水量与当地同期潜在蒸散量之比，是降水量、气温、气压、风速等多种要素的综合反映，其核心是水分盈亏[1-2]。全球气候变暖及其变化的时空差异改变大气的环流结构，既影响降水的空间分布，也影响地面蒸发和植物蒸腾，进而引起气候干湿状况的变化，影响农牧业生产和生态环境。

前人已对气候变化和气候变化背景下的干湿演变作了大量研究。IPCC第四次、第五次评估报告表明：全球气候正在经历以变暖为主要特征的显著变化，这些变化具有显著的时空差异[3-5]。陈隆勋等[6-8]发现，隆起的青藏高原是气候变化最敏感的区域，气候要素的突变时间早，增温幅度大。王艳君等[9−12]研究表明紧邻青藏高原的四川盆地气候突变滞后于全国，增温幅度明显低于全国平均水平。干湿演变方面，学者们的研究结论不太一致，甚至相反。申双和等[2,13]认为，中国湿润地区总体增多，东部暖湿化明显，中西部暖干化趋势显著。王菱等[14−17]则认为中国总体呈干旱化趋势，东部地区干暖化，西部地区湿暖化。赵俊芳等[18]开展了中国未来40a气候干湿演变分析，认为2011−2050年中国气候总体呈暖干趋势，干旱、极干旱地区缩小，半干旱地区扩大，新疆西北部、内蒙古及长城沿线的西北部湿润趋势显著，而黄土高原东南部、青藏地区中部将更加干旱。近10a，对青藏高原及周边区域的干湿演变研究较多，但研究结论同样存在较大分歧。姚玉壁等[19]认为，三江源地区地表湿润指数呈增加趋势，降水量、相对湿度和平均最高气温是主导因子。杜军等[20−22]认为西藏年、季地表湿润指数均呈增大趋势，20世纪90年代后呈暖湿型加速上升，夏季增幅最大。赵志平等[23]认为长江源和澜沧江源区呈暖湿趋势，而黄河源区呈暖干趋势。徐维新等[24]认为，三江源地区北部和东部的部分区域分别在90年代和21世纪后表现出湿润化趋势，南部与西部则于80年代初开始暖干化。侯文菊等[25]认为黄河源区地表湿润指数呈减小趋势，但2003年之后呈上升趋势。王允等[26]认为西南地区湿润指数呈波动下降趋势，变干地区多于变湿地区。孙字辉等[27]认为重庆市湿润指数总体略有下降，由东南向西北逐渐趋于干旱。李金建等[28]认为用湿润指数评价四川盆地农业干旱可行。

甘孜州地处四川省西部，位于北纬27°58″−34°20″，东经97°22″−102°29″，面积15.3万km2，是青藏高原向云贵高原和四川盆地过渡的地带，是长江与黄河源区、全国重要林牧区、生态脆弱区、地质灾害与林草火灾多发区、气候变化敏感区，备受各方关注。干旱是甘孜州主要农业气象灾害之一，地表干旱常常对农牧业生产造成重大影响，并加剧土壤沙漠化和荒漠化，不利于生态修复，但迄今为止，未见针对甘孜州气候干湿演变的系统研究报道。分析甘孜州湿润指数的时空演变，对进一步明确甘孜州气候变化趋势，提升农业防旱减灾、生态修复和气候资源开发应用能力具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料来源于甘孜州气象局，包括甘孜州所属18个国家气象观测站1961−2017年逐日气压（hPa）、平均气温（℃）、平均空气相对湿度（%）、10m高平均风速（m×s−1）、降水量（mm），所有资料通过四川省气象局审核。季节划分采用气象学标准，即3−5月为春季，6−8月为夏季，9−11月为秋季，l2月−翌年2月为冬季。

1.2 计算方法

1.2.1 站点月湿润指数计算

气候干湿状况用湿润指数表达，采用《生态质量气象评价规范》[29中的计算方法，以月为尺度，计算月湿润指数（Km）

Km=R/ET0（1）

式中，R为月降水量（mm），ET0为同期潜在蒸散量（mm）。Km＜1表示某月降水量少于生态需水量，降水不足成为当地生态需水的限制因子；Km=1表示该区域降水量与生态需水量达到平衡；Km＞1表示降水量大于生态需水量。

月潜在蒸散量（ET0）为

式中，P为月平均气压（hPa），t为平均气温（℃），d为当月天数（d），U为10m高度处观测的月平均风速（m×s−1），W0为温度t对应的饱和水汽压（mmHg），h为月平均空气相对湿度（%）。

饱和水汽压W0的计算考虑以下两种情况：

（1）当月平均温度0℃＜t≤30℃时

（2）当月平均温度−40℃≤t＜0℃时

1.2.2 不同时空尺度湿润指数计算

季度湿润指数

Ks= Rs/(∑ET0i) （5）

式中，Rs为季度总降水量（mm），∑ET0i为季度内3个月潜在蒸散量之和。

年湿润指数

Ka= Ra/(∑ET0i) （6）

式中，Ra为年降水总量（mm），∑ET0i为年内12个月潜在蒸散量之和。同理，Ka＜1，表示降水量少于生态需水量，为较干燥年份；Ka＞1表示降水量大于生态需水量，为较湿年份。对18个县的湿润指数进行计算统计，求取平均值，得到全州的平均湿润指数。

1.2.3 时空变化分析方法

（1）变化趋势

用直线回归方式拟合湿润指数的线性变化趋势，用多项式拟合阶段性变化特点，用相关系数检验变化显著性。

（2）突变分析

用Mann-Kendall法（M-K）结合滑动t检验法进行突变点检测。

2 结果与分析

2.1 月湿润指数的变化

由图1可见，甘孜州月平均湿润指数最低值（0.05）出现在12月，最高值（2.17）出现在9月。各县（市）的月平均湿润指数，最低值为0，出现在1月的巴塘、乡城，最高值3.92，出现在6月的康定（表略）。各县（市）湿润指数最高值出现在6−9月，最低值出现在1月或12月。湿润指数的时空变化特征与降水量的时空变化特征一致。4−10月降水量占年降水量的96.1%，而在11月−翌年3月长达5个月的时间里，降水量仅为年降水量的3.9%；结合气温变化情况可知，甘孜州总体表现为雨热同季。相关分析显示，甘孜州4月平均湿润指数呈增加趋势（R=0.46，P＜0.01），每10a增加0.05，其它月份变化未通过显著性检验。采用Mann-Kendall法对甘孜州近57a来4月平均湿润指数进行突变分析，表明湿润指数在该时段内呈上升趋势，20世纪80年代发生突变，突变点在1988年。1989−2017年比1961−1988年升高0.14，但是突变点未通过滑动t检验。4月有变湿润的趋势，对缓解春旱、牧草返青、春耕春播和植树造林等有利。

图1 1961−2017年甘孜州月平均湿润指数

2.2 四季湿润指数的时空演变

2.2.1 线性趋势

甘孜州近57a湿润指数的季节变化和地区差异十分明显（表1）。夏季湿润指数最高，平均为1.86，最高区域在理塘县，平均为3.13；最低区域在得荣县，为0.66。秋季次之，平均为0.97，最高区域在康定市，平均为2.0；最低区域在得荣县，为0.13。春季再次之，平均为0.43，最高区域在康定市，平均为1.29；最低区域在得荣县，为0.04。冬季最低，平均为0.07，最高区域在康定市，平均为0.24；最低区域在巴塘、得荣、乡城县，仅0.01。

表1 1961−2017年甘孜州各县（市）季平均湿润指数

各季湿润指数的变化趋势表现为，石渠（R=0.33）、德格（R=0.26）、白玉（R=0.32）和道孚（R=0.27）的春季湿润指数呈显著上升趋势（P＜0.05），炉霍（R=0.34）的春季湿润指数呈极显著上升趋势（P＜0.01），石渠（R=0.45，P＜0.01）夏季湿润指数呈极显著下降趋势。18个县（市）秋季、冬季的湿润指数均没有显著变化。

2.2.2 突变分析

采用Mann-Kendall法对甘孜州近57a季湿润指数进行突变分析，分别绘出UF和UB曲线，给定显著性水平α=0.05，临界线U=±1.96。全州18个县（市），春季有石渠、炉霍、德格、道孚、白玉5县通过显著性检验，对这5县进行突变分析，结果表明，其湿润指数均呈上升趋势，道孚县突变最早，20世纪60年代末发生突变，突变点在1968年；炉霍、石渠、白玉70年代发生突变，突变点依次是1970年、1972年和1978年；德格最晚，突变点在80年代中期并通过滑动t检验，突变明显（图2）。夏季18个县（市）中，仅石渠通过显著性检验，呈下降趋势，70年代发生突变，突变点在1972年。秋季和冬季无突变，变化基本平稳。

2.2.3 突变前后季节湿润指数对比

春季，道孚县湿润指数于1968年发生突变，突变后的1968−2017年湿润指数平均值较突变前的1961−1968年升高0.16，炉霍县突变后的1971−2017年比突变前的1961−1970年升高0.36，石渠县突变后的1973−2017年比突变前的1961−1972年升高0.29，白玉县突变后的1979−2017年比突变前的1961−1978年升高0.07，德格县突变后的1986−2017年比突变前的1961−1985年升高0.15。夏季，石渠县突变后的1973−2017年湿润指数平均值较突变前的1961−1972年降低0.50。春季州平均线性趋势略有增加，且18个县（市）均略有增加；夏季州平均线性趋势略有降低，其中石渠、德格、甘孜、色达、巴塘、新龙、理塘、稻城、康定9个县（市）略有降低，其余略有增加；秋季州平均线性趋势略有降低，其中石渠、德格、甘孜、色达、炉霍、巴塘、理塘、稻城、泸定、得荣、九龙11县（市）略有降低，其余略有增加；冬季州平均线性趋势略有降低，其中德格、甘孜、色达、新龙、理塘、丹巴、得荣7县略有降低，其余略有增加。

图2 1961−2017年德格县春季湿润指数M-K突变分析（a）和滑动t检验（b）

甘孜州冬季（12−翌年2月）降水量少，湿润指数低，近57a线性变化趋势不明显，冬季空气干燥，导致森林（草原）火险气象等级高，防火形势十分严峻；春季（3−5月）降水量逐渐增多，湿润指数较低，近57a线性趋势略有增加，对缓解春旱、牧草返青、春耕春播和植树造林等有利；夏季（6−8月）降水集中，湿润指数高，防汛防涝任务重，需严防地质灾害发生；秋季（9−11月）降水量逐渐减少，9月常出现连阴雨，湿润指数较高，影响大春作物收晒。

2.3 年湿润指数的时空演变

2.3.1 线性趋势

由图3a可见，1961−2017年，全州平均年湿润指数为0.92，最高为1965年的1.33，最低为1973年的0.67，最大变化幅度为0.66，湿润指数的年变化和降水量年变化趋势总体一致，但不完全同步。年湿润指数的线性变化趋势不显著，但显示出明显的阶段变化特点，可用6次多项式拟合（R= 0.56，P＜0.01）。1966−1984年湿润指数多为负距平，该时段降水量小，生态环境较干燥；1985−2005年湿润指数多为正距平，该时段降水量相对丰富，生态环境处于较湿润状态；2006−2017年降水量变小，生态环境又转为相对干燥。甘孜州近57a湿润指数年际差异大，干湿交替出现，但总体变化基本平稳。甘孜州年平均降水量最大值和最小值分别出现在1998年和1983年，降水量表现为显著增加的趋势（R=0.33，P＜0.05），每10a增加13.4mm（图3b）。

由表2可见，全州有6个县的年湿润指数略有下降，但趋势不明显，主要分布在甘孜州的北部和南部，分别为石渠、甘孜、色达、巴塘、理塘、稻城，其余各县（市）湿润指数略有升高。其中道孚（R=0.29，P＜0.05）、乡城（R=0.31，P＜0.05）、炉霍（R=0.26，P＜0.05）、白玉（R=0.31，P＜0.05）、泸定（R=0.38，P＜0.01）、丹巴（R=0.35，P＜0.01）年湿润指数升高趋势达显著或极显著水平。

由表2可见，甘孜州各县（市）近57a内年平均湿润指数在0.23～1.73，其空间分布见图4。由图可见，全州总的趋势表现为东南部和北部相对湿润，西南部相对干燥。西南部湿润指数较低，其中得荣最低，为0.23，其次是乡城、巴塘和丹巴，平均都在0.5以下，地表相对较干，这与这些地区降水较少、蒸发旺盛有关，由图看出，这几个县57a内都较干燥；湿润指数最高的区域为康定市和色达，分别为1.73和1.66，主要是由于这两县降水量相对丰富。整体上，甘孜州2/3的县（市）平均湿润指数小于1，大气降水量小于作物生态需水量。

图3 1961−2017年甘孜州年平均湿润指数变化（a）和年降水量变化（b）

表2 1961−2017年甘孜州各县（市）年平均湿润指数及其变化趋势

注：*、**分别表示相关系数通过0.05、0.01水平的显著性检验。下同。

Note:*is P<0.05，**is P<0.01.The same as below.

图4 1961−2017年甘孜州各县（市）平均湿润指数分布

2.3.2 突变分析

采用Mann-Kendall法对甘孜州近57a年平均湿润指数进行突变检验。由图5可见，UF曲线从20世纪70年代开始上升，在2004年达到临界线，表明湿润指数在该时段内呈上升趋势，80年代和21世纪00年代发生突变，突变点在1985年和2005年，其中1985年的突变较弱，2005年突变点通过滑动t检验，突变明显。全州18个县（市）有6县通过显著性检验，对这6县进行突变分析。结果表明：丹巴、乡城两个县湿润指数呈上升趋势，80年代发生突变，突变点分别是1989年和1982年，但是均未通过滑动t检验。对突变前后湿润指数对比发现，甘孜州近57a湿润指数突变后的2005−2017年比突变前的1961−2004年降低0.07，乡城县突变后的1983−2017年比突变前的1961−1982年升高0.07，丹巴县突变后的1990−2017年比突变前的1961−1989年升高0.08。

2.3.3 年代际变化

对甘孜州近57a年平均湿润指数进行年代距平分析，结果表明，近57a全州平均气温上升0.25℃·10a−1，20世纪60年代、90年代和21世纪00年代湿润指数为正距平，表现为气温持续升高，降水量增加，是较湿润的年代，呈现出暖湿型特征。70年代、80年代和2011−2017年为湿润指数负距平，表现为气温持续升高，降水量减少，呈现出暖干型特征。巴塘、理塘、雅江、稻城、得荣、德格、新龙、甘孜、丹巴9个县湿润指数的年代际变化趋势与全州平均基本一致。白玉、道孚、九龙、康定、炉霍、泸定、乡城7个县（市）20世纪60年代、70年代和2011−2017年为负距平，80年代、90年代和21世纪00年代湿润指数为正距平；石渠县60年代、70年代和90年代湿润指数为正距平，80年代为负距平，21世纪00年代和2011−2017年距平正负交替出现；色达县湿润指数60年代前期为正距平、后期为负距平，70年代为负距平，80年代前期为负距平、后期至20世纪00年代为正距平，2011−2017年为负距平。这些县（市）湿润指数与全州不一致的变化趋势，反映出甘孜州湿润指数年代际变化中的空间差异（图略）。

图5 1961−2017年甘孜州年平均湿润指数M-K突变分析（a）和滑动t检验（b）

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）1961−2017年，甘孜州平均湿润指数为0.92，最高1.33，最低0.67，年际差异大；各县（市）平均湿润指数在0.23～1.73，地区间差异大，总趋势表现为东南部和北部相对湿润，西南部相对干燥。

（2）1961−2017年，甘孜州湿润指数与降水量的年变化趋势总体一致，但不完全同步。湿润指数线性倾向率为−0.003·10a−1，降水量为13.4mm·10a−1。降水量呈增加趋势，湿润指数不升反降，主要原因是气候变暖导致潜在蒸散增加，甘孜州气候总体上呈“暖干化”趋势。

（3）甘孜州1961−1970年、1991−2000年和2001−2010年湿润指数为正距平，呈现暖湿型特征，其余年代为暖干型。甘孜州近57a平均年湿润指数在2005年出现突变。湿润指数季节变化和地区差异显著，夏季湿润指数最高，秋季次之，冬季最低。

3.2 讨论

甘孜州处于生物多样性维护重点生态功能区[30]，全州2/3的地区年平均湿润指数小于1，季节性干旱特征明显，生态环境脆弱，植被生长缓慢，生态自然修复能力较差，需遵循开发利用与建设保护并举原则。牧区要特别重视天然牧场的保护，控制草地超载过牧，建立草地轮牧制度，加强草地管理和建设，改变草地退化状况。林区要防止滥砍滥伐，强化养护，及时修复因地震、滑坡、泥石流和交通、水库建设等造成的裸露边坡。农区要强化农田水利规划与建设，提高灌溉能力和灌溉效率，减少水土流失；因地制宜，优化种植制度和种植模式，推广防旱减灾实用技术；充分利用海拔高度差、昼夜温差大、日照时间长、作物品质好的优势，大力发展中藏药材、食用菌、干果等经济作物，推广反季节蔬菜、水果生产等。

以往对青藏高原及周边地区干湿演变的研究结论存在一些差异，导致这些差异可能原因是，在这些研究和分析中，依据的气象数据均来源于各地气象观测站，而气象观测站大多建于20世纪50年代前后的城镇或城镇周边。近年来，由于城镇规划建设等原因，部分气象观测站探测环境发生变化或站址发生迁移。采用探测环境明显变化的这类气象观测站的监测数据应充分考虑其连续性，分段进行评估和订正。

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Temporal and Spatial Evolution of Climate Dry and Wet Conditions in Ganzi in the Past 57 Years

WANG Qing-li1, HAN Yu-jiang1, GUO Bin2, WANG Ming-tian3,4, RAN Wang-qun1, CHEN Juan1

（1.Meteorological Bureau of Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Kangding 626000,China; 2.Meteorological Bureau of Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture, Maerkang 624000;3.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072; 4.Sichuan Key Laboratory of Water-saving Agriculture Research in Southern Hill Areas, Chengdu 6l0066）

Based on measured data from 1961 to 2017 in 18 national weather stations in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, the monthly, seasonal and annual wetness index for Ganzi and its affiliated counties were counted according to the method described in.The spatial and temporal evolution characteristics of climate dry and wet were also analyzed in this study, which will provide scientific basis for drought prevention and mitigation and rational utilization of climate resources. The results showed: (1) the average wetness index of Ganzi in the past 57 years was between 0.67−1.33, the highest value was in 1965, and the lowest was in 1973. The seasonal average wetness index was between 0.07−1.86, the highest value occurred in summer, the second highest value occurred in autumn, and the lowest value occurred in winter; (2) The average wetness index of counties (cities) in Ganzi was between 0.23 and 1.73, which presented a large difference between the various regions.It seemed that the southeast and north was relatively humid and the southwest was relatively dry; (3) The annual climate change rate in Ganzi was 13.4mm·10y−1, the climatic tendency rate of the wetness index was −0.003·10y−1, and the climate tends to be weakly warm and dry. (4) The average wetness index of 2/3 counties (cities) in Ganzi was less than 1, which indicated that the seasonal drought characteristics was significant, and the ecological environment was fragile. Production practices should follow the principle of the combination of exploitation and protection. The drought prevention and mitigation, farmland water conservancy construction, and ecological restoration also should be strengthened during the production process.

Ganzi；Wetness index；Temporal and spatial evolution

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.07.003

2019−03−13**

。E-mail：wangmt0514@163.com

国家重点研发计划课题（2017YFC0504903）；高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室科技发展基金项目（省重实验室2018-重点-05-10）

王庆莉（1974−），高级工程师，从事农业气象服务和研究。E-mail：scwql3028@163.com

王庆莉,韩玉江,郭斌,等.近57年甘孜州气候干湿状况的时空演变[J].中国农业气象,2019,40(7):435-443