近50年貴德縣旱澇災害變化特征分析

李進虎，吳 讓，趙金忠

（1.青海省氣象局，西寧810001；2.青海省同德縣氣象局，青海 同德813201；3.青海省貴德縣氣象局，青海 貴德811750）

20世紀以來全球氣候有變暖趨勢已經被許多研究所證實[1－3]，受全球氣候變化的影響，青藏高原氣候發生了較大的變化[4－6]。研究表明，幾十年來青藏高原氣候變化的總體特征表現為氣溫呈上升趨勢，降水量呈增加趨勢，近年來這一趨勢更為明顯[7－9]。我國各地自然災害頻繁發生，給糧食生產、水資源等帶來危機[10]。其中旱澇災害對農業生產產生的影響最大。全球變暖將導致全球氣候系統發生重大變化，可能使極端氣候事件（洪水、干旱、高溫和低溫等）的頻率和強度增加。而干旱是我國最常見，影響最大的氣象災害，每年因干旱造成的糧食減產和經濟損失約占氣象災害造成的經濟損失的50%左右[11]。

本文利用相關資料分析貴德縣近50a在全球變暖影響下氣溫和降水的變化，在此基礎上分析氣溫突變前后旱澇災害的變化，并預測未來5a該地區在全球變暖影響下的旱澇狀態，以期為該地區旱澇預報等起到參考作用。

1 資料與分析方法

1.1 研究區概況

貴德縣位于青海省海南藏族自治州東部，地處黃河上游南岸，處于黃土高原與青藏高原過渡地帶，是一個以農為主，兼營農牧業的縣，也是全省重點農業縣之一。黃河自西向東橫貫縣境中部76.8km，兩岸河谷輻集于黃河，形成群山環抱的河谷盆地。年平均氣溫7.3℃，年降水量252.5mm，年極端最高氣溫38.7℃，年極端最低氣溫－21.8℃。主要的氣象災害為春季干旱、夏季洪水、泥石流。年降水量不僅較少，而且降水主要集中在汛期（6—8月）。春季降水量較少，發生春旱的頻率高，因此貴德地區春播農作物受災頻率較高且受害程度較重。

1.2 資 料

本文選用貴德氣象站1961—2010年逐日平均氣溫、逐月降水資料以及逐日最高、最低氣溫資料，分析近50a氣溫、降水以及最高最低氣溫的變化。利用氣溫、降水、最高最低氣溫等氣象要素，分別建立年及四季的時間序列。按12月至次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季劃分四季。30a平均值按世界氣象組織（WMO）規定的1981—2010年平均值。

1.3 計算方法

根據現代氣候統計診斷方法，采用一元線性回歸分析方法[12]，對貴德縣近50a最高氣溫、最低氣溫和年氣溫、降水序列進行趨勢分析；運用滑動t檢驗[13]、信噪比法[14]來檢測貴德縣近50a四季及年平均氣溫序列的突變；用降水量來劃分貴德縣旱澇等級，進而確定出貴德縣氣溫突變前后旱澇等級出現的年份數及所占的比例；根據貴德縣旱澇等級標準，對1961—2010年貴德縣的降水量進行等級劃分，運用馬爾柯夫模型[15]對未來5a的旱澇狀態進行預測。

2 氣候要素變化趨勢分析

2.1 各氣象要素的變化趨勢分析

2.1.1 年平均氣溫變化趨勢 圖1為貴德年平均氣溫變化曲線，近50a來貴德氣溫呈明顯的上升趨勢，其年平均氣溫傾向率達0.23℃／10a，明顯低于全省0.32℃／10a的氣溫平均傾向率。年平均氣溫從60年代以來呈持續上升狀態，進入20世紀90年代后（1991—2010年）升幅最為明顯，并達到年代平均氣溫最高值（圖1）。

圖1 貴德年平均氣溫年際變化

貴德年平均氣溫為7.6℃，各年代年平均氣溫距平，60 年 代 （1961—1970 年）為 －0.5℃，70 年 代（1971—1980年）為－0.4℃，80年代（1981—1990年）為－0.5℃，90年代（1991—2000年）為－0.2℃，2001—2010年平均為8.1℃，1990—2010年較60年代升高了0.7℃。2010年是50a來年平均氣溫最高的一年，高達8.8℃。

2.1.2 年平均最高氣溫變化趨勢 近50a貴德地區年平均最高氣溫也呈明顯上升趨勢（圖2），氣候傾向率為0.35℃／10a，相關系數為0.662，通過0.001信度水平檢驗。其增長率遠大于年平均氣溫的增長率。年平均最高氣溫的多年值為15.9℃，年代際變化中，年平均最高氣溫60，70，80年代基本相同，比多年值偏低1.3～1.4℃；90年代與多年值一致；21世紀前10a較多年值偏高0.7℃。2010年是近50a平均最高氣溫最高的一年，比常年平均最高氣溫偏高了1.1℃。

圖2 貴德年平均最高氣溫年際變化

2.1.3 年平均最低氣溫變化趨勢 近50a來，貴德地區年平均最低氣溫的氣候傾向率大于平均氣溫而小于平均最高氣溫（圖3），平均最低氣溫的氣候傾向率為0.25℃／10a，相關系數為0.593，信度達0.001。自有器測記錄以來，年平均最低氣溫一直呈現出波動上升的趨勢。年平均最低氣溫的多年值為0.7℃，各年代際平均最低氣溫值中，除2001—2010年代的平均值高于平均值外，其他年代平均值均低于多年平均值。60年代平均最低氣溫最低，為0.1℃，較多年平均值偏低0.6℃；20世紀70，80，90年代為0.4℃，較60年代升高了0.3℃；21世紀前10a的平均最低氣溫升高幅度最大，較20世紀90年代升高了1.0℃。

圖3 貴德年平均最低氣溫年際變化

2.1.4 年降水量變化趨勢 貴德年降水量為253.3 mm。從年代際變化來看，60，80，90年代的年降水量低于多年平均值，其中80年代最少，為230.2mm；70年代和2001—2010年的年降水量略高于多年平均降水量，其中70年代降水量最多，為264.8mm。近50a貴德年降水量的氣候傾向率較小，為－7.6 mm／10a，這一結果與我國1951—1989年（39a）降水傾向率－12.69mm／10a一致[8]。

從年降水量累積距平圖（圖4）上可以看出，20世紀60年代的降水量呈減少趨勢，70年代初至80年代末降水偏多，累積距平曲線呈上升的趨勢，但進入90年代以后至2003年，又呈明顯的減少趨勢，以夏半年降水變化量為明顯，2004年以后降水量又呈明顯的增多趨勢。

圖4 貴德年降水量及累積距平變化曲線

2.2 各氣候要素的突變分析

采用滑動t檢驗法（MTT）和信噪比方法（S／N）對貴德地區近50a氣溫序列的突變加以判別，并對四季及年平均氣溫序列進行突變分析，計算春、夏、秋、冬及年平均氣溫序列中的統計量│t│值和S／N值。從表1可知，春季│t│最大值出現在1997年，夏季、秋季和年│t│最大值出現在1998年，冬季出現在1987年。年和四季5個統計量│t│值均通過0.01的信度檢驗。而S／N值只有年平均氣溫大于1.0，由此可見，貴德地區年平均氣溫序列存在突變，且突變點在1998年，而春季、夏季、秋季和冬季四季只發生了一次大的轉折，其中冬季發生轉折的時間最早，在1987年，說明人類活動對冬季氣溫影響較明顯。

表1 貴德地區平均氣溫的突變點

表1還給出了統一以1998年為突變點貴德地區四季和年平均氣溫突變前后的平均值及其差值。春季和秋季突變前后的平均值之差較小，年平均氣溫突變前后的平均值次小，為0.9℃，冬季和夏季突變前后的平均值之差都大于1.0℃，可見突變后的平均氣溫比突變前均明顯增加。其中冬季的增幅最大，為1.3℃；其次是夏季，為1.1℃。

3 貴德地區氣溫突變前后旱澇災害的變化

旱澇災害等級是反映一個地區旱澇災害程度的統一衡量指標，是分析旱澇災害規律的重要依據。氣象中旱澇現象的識別標準很多[16]，前人在確定旱澇標準方面已做過許多工作[17－18]，由于各地的地理位置、下墊面情況以及人類活動影響等因素的不同，無論哪一種旱澇指標都有一定的局限性[19]，鑒于貴德地區的氣候狀況，本研究用降水量來確定旱澇等級[20]，詳見表2。

表2 旱澇等級標準

根據旱澇災害的等級劃分標準，統計出1961—2010年貴德地區旱澇災害的年份，確定貴德地區氣溫突變前后旱澇等級出現的年份數及所占的比例，見表3。突變前37a和突變后13a對比，突變后澇（1級）和偏旱（4級）出現的年份數分別為1次和2次，出現的年份比例分別減少了0.42%和3.54%；偏澇（2級）出現的年份數比例增加了0.62%；正常（3級）和旱（4級）出現的年份數比例分別增加了1.46%和1.87%，可見，在貴德地區氣溫突變后，干旱、正常和偏澇的比例在不斷增加，其增加的比例為旱＞正常＞偏澇。

表3 貴德地區氣溫突變前后旱澇各等級出現年份數及所占比例

澇（1級和2級）的比例在突變后增加了0.20%，正常（3級）的比例增加了1.46%，而旱（4級和5級）的比例卻減少了1.67%。

4 旱澇預測

本研究根據降水量的狀態分級標準，確定了1961—2010年貴德地區降水量的狀態變化情況，見表4。由表4計算可得該地區年降水量的狀態轉移概率矩陣為：

表4 1961－2010年貴德地區降水量狀態

根據建模過程可知，如果某一事件在第0個時刻（或時期）的初始狀態已知，即π（0）已知，則利用遞推公式就可求得它經過k次狀態轉移后在第k個時刻（或時期）處于各種狀態的概率，即π（k），從而得到該事件在 個時刻（或時期）的狀態概率預測。若將2010年的年降水量狀態記為π（0）＝[0，0，1，0，0]（2010年處于“正常”狀態），則將狀態轉移概率矩陣P及π（0）代入遞推公式，就可求得2011—2015年貴德地區降水量可能出現的各種狀態概率，見表5。

表5 貴德地區2011－2015年降水量狀態概率預測值

2011—2015年處于“偏澇”的概率較大。而2011年則處于“正常”年份，2011年降水量的實測值是221.5mm，與預測值基本相符，而從2012—2015年5種狀態概率的變化可知，貴德地區偏澇的比例在不斷的增加。

5 結論

（1）貴德地區年平均氣溫、最高最低氣溫均表現了極顯著的上升趨勢，最高氣溫的上升幅度明顯高于最低氣溫，四季氣溫變化以冬季增溫最為顯著，春季增溫幅度最小。這種最高氣溫上升趨勢遠大于最低氣溫上升趨勢的變化與他人的研究有所不同[21－22]。

（2）在氣溫變暖影響下貴德地區秋季、冬季和夏季降水量總體呈下降趨勢，尤以秋季降水量減少幅度最大，降水變化與氣溫變化呈負相關。

（3）貴德地區年平均氣溫序列存在顯著突變，突變點是1998年，而春季、夏季、秋季和冬季四季氣溫只是發生了大轉折，除了冬季發生氣溫轉折期較早（1987年），其它季的轉折期都在1998年附近。

（4）通過對比貴德地區氣溫突變前后旱澇出現的年份數和所占比例發現，貴德地區偏旱、正常和偏澇的狀態不斷增加，增加的比例為旱＞正常＞偏澇。從澇—正常—旱3級的比例來看，氣溫突變后旱（4級和5級）的比例減少，正常（3級）和澇（1級和2級）的比例在突變后增加。

（5）根據旱澇等級標準，對1961—2010年貴德地區的降水量進行等級劃分，運用馬爾柯夫模型對未來5a的旱澇狀態進行了預測。2011—2015年處于“偏澇”的概率較大。2011年旱澇狀態的預測為“正常”狀態，通過與2011年實測降水量進行對比發現與預測值基本吻合。

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