庆阳市半个世纪气候变化特征及其影响评估＊

周忠文，张天锋，张谋草，刘 英，张红妮，李美瑜

（1.庆阳市气象局，甘肃 庆阳 745000；2.正宁县气象局，甘肃 庆阳 745600）

1 引言

气候变暖已成为全球变化的必然趋势，气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，有关气候变化影响的研究已是目前国内外科研攻关的重点和地球科学领域的热点问题,秦大河等许多学者使用不同方法开展研究，揭露了气候变暖的事实[1-5]，施雅风等[6-11]也对西北地区气候变化进行过研究。庆阳市气候如何变化，是当地党政部门和社会各界普遍关心的问题，直接关系自然灾害防御、生态环境保护、农业生产和经济发展等重大社会问题。分析庆阳市的气候变化特征，并对其影响进行评估，对探索环保新模式、推动形成人与自然和谐发展，推动调整现代化建设新格局具有十分重要的意义。同时也为政府部门制定应对气候变化的政策、战略规划，调整产业结构等相关的宏观管理和决策提供科学依据。

2 资料来源及计算方法

气象资料来源于庆阳市气象局，本研究中所有图、表采用Excel电子表格制图和函数计算完成。

3 庆阳市基本气候特征

庆阳市位于甘肃省最东部，俗称“陇东”，处黄土高原腹地，为残塬沟壑地形，耕地以塬地为主，属雨养旱作农业区，农业生产靠天吃饭，是全球气候变化较为敏感的区域之一。庆阳市地处季风边缘地带的大陆腹部，受季风影响明显，属大陆性北温带半湿润半干旱气候过渡区，形成了冬冷多晴，夏热丰雨，冬半年多西北风，夏半年多西南风的气候特点。

3.1 气候温凉、昼夜温差大、热量资源丰富

全市年平均气温8.0～10.6 ℃，气候温凉，冬季寒冷而漫长，夏季温热而短促，春季升温快，秋季降温迅速，昼夜温差大。极端最高气温35.5～39.9 ℃，极端最低气温-27.1～-19.7 ℃，无霜期143～163 d。各地日照时数全年平均在2 250～2 600 h，太阳辐射总量为125～145 J/cm2·a，日照充足，光能资源丰富。

3.2 气候干燥、降水少变率大、地域差异明显

全市多年平均年降水量407.3～623.5 mm，年蒸发量1 348.9～1 614.5 mm，是年降水量的2～3倍，气候干燥。降水时空分布不均，大致从东南向西北递减，地域差异明显，降水年际波动大，季节分配不均，夏半年（4～9月）集中了年降水量的80%以上，雨热同季，光、温、水匹配基本合理，在作物生长季内有利于农业气候资源的综合开发利用。

3.3 气象灾害种类多、灾情重

庆阳市地处内陆，离海遥远，海洋上的暖湿空气经过长途跋涉，到本市暖湿气流减弱，水汽含量减少，降水变幅大，时空分布不均，易发生干旱，对农业生产和经济发展影响很大。庆阳气象灾害种类较多，灾情较重，干旱、暴雨洪涝、冰雹、霜冻、大风、雷电、寒潮、沙尘暴等气象灾害对工农业生产和广大人民群众的生命财产危害较大。

3.4 庆阳市2021年气候特点

2021年，庆阳市气候异常，天气状况非常不稳定，可以用“突高突低、栉风沐雨、干湿交替、多点袭击”来形容。“突高突低”是指冬季气温冷、暖交替出现，前冬极寒，后冬极暖，酷寒天气早登场，后冬暖干持续长。“栉风沐雨”是指春季出现了少有的吹风沙尘天气，并且阴雨天气多，是该市历年罕有的。“干湿交替”是指降水分布不均，造成旱涝急转。夏季高温干旱，秋季阴雨寡照，启动汛期抗旱、入秋防汛模式。“多点袭击”是指冰雹、短强、暴雨偏重发生，共遭遇18场暴雨、12场冰雹、短强202站次，灾害损失较重。

4 半个世纪以来庆阳气候变化特征

4.1 气候变暖呈加速发展趋势

半个世纪来庆阳市平均气温呈上升趋势（图1），气候倾向率0.319 ℃/10年。各地变化一致均呈增温趋势，但升温幅度不同，升温幅度最大的是西峰，气候倾向率达到0.535 ℃/10年，突出体现了城市的温室效应；增温幅度最小的是庆城县，气候倾向率0.173℃/10年；总体是全市中南部（正宁、宁县、西峰、镇原）和北部环县两头增温明显，高于全国（0.23 ℃/10年）平均水平[13-14]，中部县区（合水、庆城、华池）增温较小，低于全国水平。1997年为冷暖气候转折点，之前气温偏低，升温幅度较小，之后气温偏高明显，气候变暖呈加速发展趋势。

图1 庆阳市各县区年平均气温变化趋势

各地增温中最高最低气温贡献不一致（表1），除正宁、宁县、环县最低气温增加较多外，其余各地均是最高气温增加显著，极端高温事件多发。四季均呈增温趋势，但冬、春季对增温贡献最大，夏、秋季受降水增加影响，对增温的贡献相对较小。

表1 庆阳市气温变化统计表

（续表）

4.2 年降水量缓慢增加，年际波动增大

半个世纪来庆阳市年平均降水量呈波动增加趋势（图2），但增幅较小，平均增速为9.977 mm/10年；环县增加最多，增速为18.041 mm/10年，宁县增加最少，增速仅为1.788 mm/10年。各地降水差异巨大，年最多降水量1 005.3 mm（2017年，正宁），年最小降水量258.1 mm（2006年，环县），年际波动幅度增大，水旱灾害风险加大。

图2 庆阳市各县区年降水量变化趋势

各季变化趋势并不一致（表2），春季大部分呈弱的减少趋势，春旱和春末夏初干旱风险加大。夏季、秋季、冬季大部分呈增加趋势，但冬季增加较小而且波动较大，对降水增加主要贡献是夏季，以强对流天气影响为主；其次是秋季，以华西秋雨的影响最大。

表2 庆阳市各季节降水变化统计表

4.3 日照时数有增有减

半个世纪来庆阳市年日照时数变化不一致（图3），平均呈弱减少趋势，其中华池、庆城呈弱的增加趋势，其余县区为减少趋势，减少最多的为宁县，气候倾向率为74.458 h/10年，这与宁县降水增加最少相一致。日照年际波动大，最多年日照时数2 832.5 h（环县，1995年），最少年日照时数1 826.5 h（环县，2016年），变幅达到40%以上。

图3 庆阳市各县区日照时数变化趋势

日照时数各季节变化也不一致（表3），夏季、秋季均为减少趋势，尤以秋季减少最为明显，减少倾向率宁县最大，为32.652 h/10年；冬季增加的和减少的各占一半，总体变率比较小；春季除正宁减少外均为增加趋势，最大增率出现在庆城，为17.734 h/10年。日照时数的季节变化与降水的季节变化有很好的相关性。

表3 庆阳市各季节日照时数变化统计表

4.4 极端灾害事件增多，危害加剧

在暖湿化气候背景下，水旱矛盾更加突出，旱涝并出危害加大，温度起伏较大，灾害叠加出现，危害风险增加。

4.4.1 水旱矛盾更加突出

半个世纪来，在降水增加的暖湿化气候背景下，庆阳市水旱矛盾更加突出。日降水≥25 mm大雨出现日数和日降水≥50 mm暴雨出现日数均呈增多趋势（图4、图5），特别是2016—2021年来极端性降水事件趋多趋强，降水量级和降水强度不断刷新记录，2016年庆阳市共发生短时强降水76站次，暴雨5场；2017年庆阳市共发生短时强降水125站次，暴雨11场；2018年庆阳市共发生短时强降水211站次，暴雨16场；2019年发生短时强降水199站次，发生暴雨12场，1小时最大雨强90.8 mm（合水刘家庄）刷新历史记录；2020年庆阳市共发生短时强降水186站次，暴雨10场；2021年发生短时强降水202站次，发生暴雨18场，3小时最强降水194.5 mm（镇原闫沟村）再创历史极值，极端性降水引发洪涝以及地质灾害造成较大灾害。同时干旱缺水的危害长期存在，特别是环县干旱几乎每年发生，2021年5月16日—8月17日，庆阳市持续出现少雨天气时段，各地降水量仅48.8～178.1 mm，与历年同期相比偏少36%～77%，环县是1957年有气象记录以来同期最少的年份，出现了多年不遇的严重伏旱，旱涝并出危害加大。

图4 庆阳市各县区日降水量≥25 mm出现日数

图5 庆阳市各县区气象站暴雨日数

4.4.2 温度起伏较大，灾害风险增加

气候变暖以最高温度的升高为主，≥35 ℃高温日数呈增加趋势（图6），尤其2016—2021年来更为明显，2017年和2020年均有台站极端高温突破历史极值，2021年是庆阳历史上高温日数最多年份，环县、庆城、宁县≥32 ℃高温日数分别达到38 d、26 d、17 d，≥35 ℃高温日数分别达到17 d、10 d、2 d，环县极端最高气温达到39.4 ℃，突破历史极值。

图6 庆阳市各县区≥35 ℃高温出现次数

气候变暖使得极端低温也有所升高，冬季严寒程度减小，但气候变暖使得作物发育期提早，生育期遭受霜冻危害风险加大。随着冬春季气温明显上升，2000年后庆阳市苹果花期遭遇0 ℃以下低温的概率达到50%（图7），低于-3.0 ℃（苹果花期冻害指标）的低温次数增加，苹果花期冻害风险加大。

图7 西峰国家气象站4月最低气温与苹果花期对应变化趋势

4.4.3 灾害叠加出现，危害加剧

冰雹、短强、暴雨、大风、高温、干旱等经常叠加出现，加重了灾害影响。如2021年共遭遇18场暴雨、12场冰雹、短强202站次，高温与干旱叠加，灾害损失较重。

综上所述，庆阳市气候变化特征为：半个世纪来气候变暖呈加速发展趋势，降水量缓慢增加，年际波动增大，日照时数有增有减，气候有暖湿化倾向，极端天气气候事件增多，水旱灾害风险加大。庆阳气候暖湿化有利于作物适宜种植区扩大和提质增产；利于生态环境改善，减缓水土流失；伴随暖湿化趋势，水旱矛盾更加突出，旱涝并出危害加大，温度起伏较大，灾害叠加出现，特色林果业和养殖业风险加大，对农业生产影响加重。建议抓住气候暖湿化的有利机遇，趋利避害，统筹利用气候资源，优化农业产业结构，科学应对灾害风险，完善自然灾害监测预警机制，提高对极端气候事件的防御能力。

5 气候暖湿化对相关行业的影响

5.1 对农业的影响

5.1.1 作物可种植区域北移西扩，增产潜力增加

暖湿化有利于农作物和果树安全越冬，农作物适生种植范围扩大，适生品种增多，有利于种植业多样化，尤其北部环县、华池及镇原北部广袤地区，主要农作物冬小麦和玉米种植边界北移，气候适生性提高，增产趋势明显，为该市粮食安全提供了保障。部分半荒芜的土地可以变为农业用地，提高土地利用率。资料分析显示，2000年以后，庆阳市基本没有出现过大范围的严重干旱，冬小麦及玉米产量逐年提高便是气候变暖正效应显著的体现。

5.1.2 农业病虫害影响程度加大

冬季的显著增暖，对农业害虫及病原菌越冬有利，未来特色农作物遭受病虫害的风险也会增大，导致庆阳市农业病虫害发生面积扩大，危害程度加剧。小麦条锈病发病日期提前半月左右、发病面积以10%/10年的速率增加，全市农区虫害发生面积增长了6成，草害发生面积增长了近1倍。

5.1.3 气象灾害呈现新特点，农业种植结构面临新挑战

气候变暖致使林果花期提前，遭遇晚霜冻风险增大，高温日数增多也不利于马铃薯块茎膨大，同时由于低温冷害、风雹和暴雨洪涝的综合影响损失呈显著增加趋势。这些新的灾害特征使得原先适于干旱少雨、高寒阴湿气候的避灾农业（如苹果、马铃薯、中药材及畜牧业等）面临新的挑战，种植结构和灾害防御对策亟需变革。

5.2 对林业的影响

森林在吸收CO2，减缓气候变化方面具有无可比拟的优势，生态系统过程改变将影响生物多样性和生态系统服务功能的发挥；而森林枯死将会对碳储存、生物多样性、木材生产、水质、市容和经济活动造成风险。同时，林业对气候变化比较敏感，作为陆地生态系统的主体，森林生态系统及其所提供的产品和生态服务也受到气候变化的重大影响，气候变化将显著地改变森林生态服务的供给水平和质量。森林受气候变化影响的程度还与适应力相关，IPCC第五次评估报告提出，21世纪由于温度升高和干旱增多，树木死亡风险增加。气候变化对森林生态系统的影响取决于具体生态因子及其相互作用，一个或多个尺度的气候变化（如温度和降水）将影响生态系统过程（如光合作用等）。监测显示，2001—2021年，庆阳市平均植被指数是增加的，但作物种植面积的增加大于林草面积的增加，森林适应气候变化的能力是动态的，受财富、人力资源、信息技术、物资资源和基础设施、体制机制等因素的影响，要划定生态保护红线，强化生态文明建设，在生态承载力评估基础上，维持生物多样性，合理利用气候资源，再造一个子午岭。

5.3 对水资源的影响

水资源循环系统是气候变化的一个重要环节，在水循环过程中时刻受到周围气候变化的影响。随着全球气温的变暖，水资源循环系统在不断地发生着变化，气温的不断升高会对水资源在时间和空间上造成较大的影响，使得降雨因季节、地区而存在很大的差异，同时也会影响到水资源的数量。在水资源循环过程，气候会直接影响降雨、蒸发、径流、空气湿度、土壤湿度等各环节。随着气候的变化，在某些程度上加剧了旱灾、洪灾及其他灾害发生的频率和强度，灾害更加极端，持续性更强，多灾种并发，旱则愈旱、涝则更涝的极端天气气候事件可能性增大，会影响到与水资源有关项目的管理和规划。此外，水资源系统的变化也会对气候变化造成较大的影响，人类活动会造成水资源的不断减少，使得周围的空气湿度发生变化，迫使当地气候也随之变化，进一步加剧了气候变暖问题。气候变化与水资源存在着相互影响，彼此密切相连关系温度升高；强降雨造成的泥沙、营养盐以及污染物负荷增加；干旱期间污染物浓度增加；以及洪水期间净水设施遭到破坏等。

5.4 对人体健康的影响

气候变化可对人群健康产生多种直接和间接影响。首先，气候变化通过改变环境因素和生态系统间接对人体健康造成影响，如气温、湿度、风速、降雨量等气候要素的变化可通过影响大气污染物的化学反应速率、沉降和稀释速度，改变空气污染物在大气中的浓度和分布，加剧大气污染和臭氧层破坏，对人群呼吸系统和皮肤疾病产生影响；通过不同程度地改变传染病病原体的存活、变异、媒介昆虫孽生分布区域，使传染性疾病的流行强度、范围和传播特征发生变化，从而导致人群患病风险增加。其次，全球气候变化使极端天气事件的强度和发生频率增加，直接对人群的生命健康造成影响；另外，全球气候变化还会对食品安全和某些对气候变化敏感的非传染性疾病的发生和流行造成不同程度的影响。

IPCC第五次评估报告指出，未来气候变化将使部分地区营养不良的状况进一步加剧。例如，更强烈的热浪和火灾造成的疾病和伤亡的可能性加大；贫困地区粮食减产导致营养不良的可能性增加；脆弱群体面临工作能力丧失的风险，劳动生产力可能降低；食源和水源疾病和病媒疾病增加，对敏感人群造成更高的风险。研究显示，在各种不同的气象条件中对人类健康影响最为敏感的是气温，冬季的死亡人数显著高于其他季节，而且一半以上的超额死亡率由心血管疾病造成。夏季的热浪或热日对呼吸系统和心脑血管疾病影响更大，热浪或热日对老年人、重体力劳动者和经济条件差的人群影响更大。气象因素是影响大气污染物浓度的主要因素之一，气象因素的变化改变空气污染物在大气中的浓度和分布，进而潜在地影响人体健康。鉴于评估过程只考虑单个气象因素的作用，未考虑各个气象因素之间的交互作用和联合作用，得出的结论存在局限性。

6 建议对策

6.1 抓住气候暖湿化机遇，加强生态环境保护

充分顺应气候暖湿化趋势，因地制宜，宜林则林，宜草则草，推进以植被生态功能提升为核心的生态工程，加快子午岭等生态保护区的建设和自然恢复进程；实行生态公益林补偿和天然林保护机制，强化封山育林，加大黄土高原沟壑贫困区植树造林，减少水土流失，逐步改善生态环境；加快河流、水库防洪治理工程体系建设，通过土地平整，修筑梯田，建立水库堤坝、涝池塘坝等措施进行综合治理，有效减少水土流失。

6.2 统筹利用气候资源，优化农业产业结构

针对气候变化新特点，开展精细化农业气候区划，调整作物种植布局，优化农业产业结构，培育和选用抗逆作物品种，提高农业稳产增收技术，提高农产品产量和品质，推进区域绿色发展，依靠地方特色优势产业推进乡村振兴。因地制宜，调整各类特色作物的耕作制度，加强农业生产管理措施，改善农业基础设施，减缓气候变化的不利影响。

6.3 充分考虑气候风险因素，提高对极端气候事件的防御能力

持续推进园区气候可行性论证技术开发应用，重视极端天气气候事件对基础设施选址、建设和运行的影响，加强全市重大规划、重点工程项目、经济开发区和工业园区规划建设气候可行性论证。通过持续监测、实地调查、全面评估的方式，加强气象灾害风险普查、开展重大工程建设和生态安全的影响评估和风险防范区划，进一步摸清灾害风险脉络，有针对性地做好多部门联合防御。加大农业气象指数保险和巨灾保险推广应用力度，增强极端气候事件的应对能力。加大极端天气气候事件和灾害防御科普宣传力度，提升社会整体防灾减灾意识与适应能力。

6.4 加强气候变化监测与气候规律研究，完善自然灾害监测预警机制

推进落实气象事业发展“十四五”规划，增加气象灾害防御资金投入，建设寒旱农业气象服务保障体系。加强气候变化精密监测，强化气候规律机理认识与研究，提高精准预报预测以及精细服务的能力和水平。强化公众自然灾害防控意识，提高防灾避险能力。加强中小河流洪水、地质灾害隐患点的风险防范能力建设，完善自然灾害监测预警综合防灾减灾机制。推动工程性防灾减灾项目建设，建立防雹增雨作业示范区、防霜试验示范点、综合农业防灾减灾示范园，加强作业效益评估，增强科学利用云水资源和防御冰雹等气象灾害能力。