气候变化对东部农业区干旱的影响范文

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摘要：利用青海东部12个测站的1961—2017年的资料序列，分析了气温、降水、蒸发、标准化降水指数（SPI）的变化趋势，及气候变化对干旱气象指数（SPI）的影响。结果表明：青海东部区域平均气温呈非连续性明显升高趋势，线性倾向值为向值为0.396℃/10a,年降水量、年蒸发量及干旱气象指数（SPI）总体呈增加趋势。说明气候变化呈暖湿方向发展，青海东部干旱指数（SPI）与年平均气温、蒸发量与呈反相关，而与降水量呈正相关。

关键词：农业区；气候变化；干旱；特征；青海；东部

引言

近年来全球气候变化已经成为最为引人关注的环境科学问题之一，我国气候变化评估报告表明，我国近一个世纪以来发现,中国年平均气温上升趋势明显,变暖幅度约为1.3℃,增温速率达0.25℃/10a，不同区域范围和区域尺度的区域性气候变化明显[1—2]。干旱作为西北地区、尤其是青海农业区最常见的气象灾害，对农业、水资源及环境变化造成影响。罗键等[3]分析得出，干旱的发生和发展较为复杂，一方面受气候因素的（温、湿、降水、蒸发等）的影响，另一方面又与人类的活动联系在一起。卢洪健等指出[4]，降水、气温对干旱的形成和发展中起着重要作用，温度升高与降水、蒸发的变化的叠加效应可能导致更多干旱事件的发生。一直以来，在干旱研究方面，许多学者提出了多种干旱指标，常见的有降水距平指数、帕默尔干旱指数、标准化降水蒸散指数等等。SPI指数，即标准化降水指数，是国际上广泛应用的干旱指标，相关研究表明，SPI指数计算简单，资料获取容易，具有稳定的计算特性。SPI指数消除了降水的时空差异，具有对干旱变化反应敏感等优点，在使用上好于降水距平等干旱指数[5]。现用青海东部12个县1961—2017年近57a的实时观测资料分析各要素变化趋势，计算SPI干旱指数，然后分析气候要素对青海东部农业区干旱的影响。

1研究区概况

青海东部农业区（98°54′—103°04′E，34°48′—38°20′N）。包括西宁市和湟源、大通、湟中、乐都、民和等12县（市）,总面积约3.6×104km2,耕地面积超过全省耕地面积的70%,是全省主要的粮食和农作物生产区。东部农业区气候类型属于高原大陆性季风气候,冬季寒冷少雨，春季干旱多风。年平均气温3～9℃,无霜期100～200d,年平均降水量250~550mm，蒸发量高达1400～2200mm，海拔高度1700～4984m。降水分布不均匀，全年50%降水集中在夏季，属于干旱半干旱地区。

2资料和方法

2.1资料来源和计算方法利用东部农业区12个气象站逐月平均气温、降水量、资料均通过质量控制。地表蒸发量(由于蒸发皿的更换,实测蒸发量资料不连续用彭曼公式计算[6])，气象要素的分析采用线性趋势法分析，干旱指数用标准化降水指数（SPI）计算方法[7]，要素的突变分析采用采Marm—Kendall检验和滑动t检验相结合的方法。

2.2SPI指数计算方法标准化降水指数SPI是指由于不同时间、不同地区降水量变化幅度很大，直接用降水量很难在不同时空尺度上相互比较，而且降水分布是一种偏态分布，不是正态分布，所以在降水分析中，采用Γ分布概率来描述降水量的变化，然后再经正态标准化求得SPI值最终用标准化降水累计频率分布来划得干旱等级。

3结果分析

3.1气温变化特征1961—2017年，青海东部地区年平均气温为5.9℃，总体表现为明显的增暖趋势，以0.396℃/10a的速率上升，气温变化并不是持续的、连续增暖，而是呈非连续性的、冷暖相间波动上升的特点。

3.2降水变化特征1961—2017年，青海东部地区平均年降水量为400.4mm，总的呈现出波动中以0.957mm/10a的速率微弱增多的趋势（图3a）。年降水量的阶段性变化明显，20世纪60年代降水量逐年减少，并且上下波动较大,最大值达562.2mm(1961年)，也是降水量历史极值，最小值为303.2mm（1962年），相差259mm。20世纪70—80年代降水增加，20世纪90年代减少，进入21世纪后，降水量增加，但增加与减少的幅度不明显。从季节变化来看，春季、夏季、秋季的变化倾向率分别为1.696℃/10a、-1.078/10a和0.643/10a夏季降水量减少，其它季节降水增加，但均不显著。从降水空间变化分析，各地降水量变化趋势表现不同，互助大部、乐都东部、民和东北部降水量呈减少趋势，平均每10年减少1.02～14.06mm，其中互助是降水减少最明显的地区,通过了0.05的显著性检验（t0.05=2.117）；其余大部地区降水量表现为增多趋势，降水增加率在0.38～12.94mm/10a之间，增多的不明显，其中西宁、大通、湟源和湟中北部是降水增加最多的地区，西宁通过了0.05的显著性检验（t0.05=2.099）。

3.3蒸发变化特征从4a可以看出，1961—2016年东部农业区地面蒸发量以2.446/10a的速率上升，上升的不显著，总的表现为“高—低—高”的演变过程，60—70年代上升，80年代下降，到1989年达到历史最低值802.7mm，而90年代后开始上升，到2013年达到历史最高值992.7mm。春、夏、冬地表蒸发量变化的气候倾向率为正值，分别为26.80mm/10a、8.66mm/10a、1.56mm/10a，而秋季地表蒸发量变化的气候倾向率为负值，为-7.68mm/10a、这说明春、夏、冬地表蒸发量呈增加趋势，秋季呈减少趋势，但都通不过显著性检验。从蒸发空间分布情况来看，地面蒸发各地变化趋势不一，西宁、乐都、民和、化隆呈下降趋势，下降率分别为16.67mm/10a、4.27mm/10a、3.72mm/10a、2.26mm/10a,其中西宁下降尤其显著，通过了0.001的显著性检验。其余地方均呈上升趋势，其中尖扎互助上升显著，上升率分别为21.68mm/10a、16.097mm/10a,均通过了0.001的显著性检验，而同仁上升较明显，通过了0.02的显著性检验。其余地方上升不明显。

4干旱变化特征

4.1SPI指数的年际、季变化特征图5给出了青海东部年和四季SPI指数变化情况，可以看出，近57a东部地区SPI指数呈下降趋势，倾向率为0.059/10a,表明整体向湿润方向发展，但变化趋势不明显，未经过显著性检验。SPI指数最小值出现在1966年、1991年分别为-1.4329和-1.6501，也就是说，这两年发生了重干旱平均发生率为25%,其中重旱占3%。轻旱和中旱各占22%。正常年份占75%。根据SPI指数变化情况，整个东部区域的干旱状况处于不断的波动当中，其中在20世纪60—90年代均有不同程度的干旱发生，其中60年代、70年代末80年代初、90年代初为干旱较为严重的阶段，代表的年份有1962年、1965—1966年的春夏连旱造成中—重旱，1980、1982年的中旱，1991年夏（特旱）秋连旱导致的重旱，2000年的春夏连旱导致的中旱。进入21世纪以后，干旱变化有所减缓，除2015年春夏连旱导致的中旱外，均没有大的旱情发生。在季节当中，春旱占多数，占38%，秋旱最少。因7、8月份干旱呈上升趋势，导致夏季干旱呈现上升趋势，倾向率为0.0013/10a，但上升的趋势不明显。春、秋季节干旱呈现下降趋势，但极端值出现在春秋季节，1995年、2000年的重旱均出现在春季，1986、1972年和1991年的特旱出现在秋季。

4.2干旱的空间变化特征从空间变化来看，除了互助、民和干旱趋势有所上升外，其余地方均下降趋势。互助、民和分别以0.156/10a、0.043/10a的速率上升，互助上升速率超过了0.10的显著性检验，而民和上升趋势不明显。

5气候变化对干旱的影响

5.1气温变化对干旱的影响

1961—2017年干旱与平均气温有着较密切的关系，干旱指数受温度的升高而降低，气温越高，SPI指数越小，二者呈反相关，相关系数为0.1567，显著性水平超过了0.01，说明气温变化是影响干旱的主要原因之一。

5.2降水变化对干旱的影响

干旱随降水量的变化而变化，降水量越大，SPI指数越大，降水与SP指数呈显著正相关，相关系数为0.8522，大大超过了0.001的显著性检验，表明降水量的变化是形成干旱的最主要原因。5.3蒸发变化对干旱的影响图6(c)表明，1961—2016年蒸发与干旱有着一定的关系，干旱指数随蒸发的增大而减小，二者呈反相关，相关系数为0.2829，显著性水平超过了0.001的检验。表明蒸发是影响干旱的主要原因之一。

6结论

①青海东部地区平均气温为0.59，以0.396℃/10a的速率呈非连续、波动上升。冬季增温明显,春季增温幅度最小。1997年后青海东部地区增温明显，为增暖的一个突变现象。其中互助是增温最明显的地方，西宁是增温最小的地方。②青海东部年平均降水量为400.4mm，总的趋势是0.957mm/10a的微弱上升。春、秋季降水增多，夏季降水减少，但均不明显。其中互助是降水减少最明显的地方，而西宁是降水增多最明显的地方。③青海东部地面蒸发量以2.446mm/10a的速率上升，表现为“高—低—高”的趋势。春、夏、冬季的蒸发气候倾向率为正值，秋季为负值。其中尖扎、互助为蒸发上升明显的地方，而西宁为蒸发下降最明显的地方。④青海东部干旱指数（SPI）呈下降趋势，倾向率为0.059/10a,表明整体向湿润方向发展，但变化趋势不明显。干旱平均发生率为25%,其中重旱占3%。轻旱和中旱各占22%。在20世纪60年代—90年代均有不同程度的干旱发生，其中60年代、70年代末80年代初、90年代初为干旱严重的阶段。进入21世纪以后，干旱变化有所减缓，出2015年春夏连旱导致的中旱外，均没有大的旱情发生。其中互助为干旱趋势上升最显著的地方，西宁是干旱趋势下降最明显的地方。⑤气候变化对干旱的影响明显，气温越高，干旱指数（SPI）越小，二者呈反相关，相关系数为0.1567，超过了0.01的显著性水平；降水越多，干旱指数（SPI）就越大，二者呈正相关，相关系数为0.8522，大大超过了0.001的显著性水平；蒸发越大，干旱指数（SPI）越小，干旱越严重，二者呈反相关，相关系数为0.2829，也超过了0.001的显著性水平。从空间分布上看，互助是气温升高趋势最明显，降水减少趋势最明显，而蒸发增大趋势最明显的地方，所以干旱指数（SPI）最小的地方，也是青海东部干旱趋势加重的地方；西宁是气温升高趋势最小，降水增多趋势最明显，蒸发减少趋势明显的地方，所以干旱指数（SPI）最大的地方，也是青海东部干旱趋势明显减少的地方。由此可见，气温升高，蒸发量增大，是造成干旱的主要原因，而降水量增大，干旱程度减小，对干旱起着一定缓解作用。

参考文献：

[1]气候变化国家评估报告[M].北京：科学出版社.2007:1—220.

[2]王绍武,蔡静宁,朱锦红,龚道溢.中国气候变化的研究[J];气候与环境研究;2002年02期.

[3]罗健，郝振纯.我国北方干旱的时空分布特征分析，河海大学学报，2001.Vol.29No.4.

[4]卢洪健，等.气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征[J],地理科学，2015，Vol.35.No.8.

[5]钱正安，宋敏红，等.干旱灾害和我国西北干旱气候的研究进展及问题[J],地球科学，2001,16（1）；29—38.

[6]刘怀屺.蒸发力计算方法———彭曼(H.L.Penman)公式的应用[J];山东农业科学;1989年06期.

[7]气象灾害标准.GB/T20481—2017，中国气象干旱等级，2017.

作者：张翠花1；苏芬2；李红梅3 单位：1.大通县气象局,2.海南州气象局，3.省气候中心