西藏高寒草甸氣候濕潤度的空間分布及其演變特征

楊文才

（西藏自治區(qū)農牧科學院草業(yè)科學研究所，拉薩850009）

西藏高寒草甸氣候濕潤度的空間分布及其演變特征

楊文才

（西藏自治區(qū)農牧科學院草業(yè)科學研究所，拉薩850009）

為了深入研究西藏高寒草甸氣候濕潤度的時空變化規(guī)律，根據(jù)西藏地區(qū)及其周邊38個氣象觀測站1971—2010年的日均平均溫度、降水量資料，采用草原濕潤度(K)指標，并利用ArcGIS軟件分析西藏高寒草甸40年來氣候濕潤度的時空變化規(guī)律。結果表明：（1）西藏高寒草甸平均濕潤度呈條帶狀由東北部和西南部向西藏中部逐漸減小。（2）濕潤度變化趨勢的區(qū)域特征比較明顯，昌都市、日喀則市局部區(qū)域濕潤度指數(shù)呈增加趨勢，氣候趨于濕潤化，其他地區(qū)濕潤度呈減少趨勢，氣候干旱化趨勢明顯。（3）濕潤度表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。西藏高寒草甸濕區(qū)面積由1990s占總面積94.61%，到21世紀初減少至83.24%，從另一個側面說明研究區(qū)域氣候干旱化趨勢顯著。（4）濕潤度1.2等值線的位置發(fā)生了明顯的位移，位置向西北方向推進，逐漸向高寒草甸草原和高寒草原入侵。對于西藏高寒草甸分布地區(qū)，在未來的氣候變化過程中，對氣候干旱現(xiàn)象應給予高度重視。

高寒草甸；濕潤度；時空格局；干旱化；西藏

0 引言

第三次氣候變化國家評估報告指出，中國陸地從1909—2011年百年期間溫度上升了0.9～1.5℃，高于第二次氣候變化國家評估報告平均增溫0.5～0.8℃的結論。近15年來氣溫上升趨緩，但仍然處在近百年來氣溫最高的階段[1]。氣候變暖已經是一個不爭的事實[2-9]，在溫度和降水量變化的共同作用下，氣候變化將改變全球和區(qū)域水分循環(huán)，并對氣候的干濕狀況及分布格局產生重要影響[10]。長期氣候變化是目前被普遍關注的一個熱點問題。溫度和降水量是評估氣候變化的重要指標。氣候變化對草地植被覆蓋度、生產潛力、分布范圍、生態(tài)系統(tǒng)、畜牧業(yè)等都會產生深刻的影響[11-15]。

關于草原氣候濕潤度或干燥度的研究已經有大量的研究成果。王海梅等[16]研究了錫林郭勒盟氣候干燥度的時空變化規(guī)律；韓芳等[10]采用謝氏干燥度，研究了50年來內蒙古荒漠草原氣候干燥度的時空變化規(guī)律；徐維新等[17]研究了三江源地區(qū)干濕狀況變化的空間特征。這些研究成果表明，在全球氣候變暖背景下，不同區(qū)域、不同生態(tài)類型區(qū)表現(xiàn)出不同的氣候干濕特點和演變特征，這些成果在學術思想、研究方法給為筆者提供了重要啟示。

西藏高寒草甸類面積2536.742萬hm2，占全區(qū)草地面積的31.27%，在全區(qū)各地市都有較大面積的分布，面積最大的是那曲地區(qū)，其次是日喀則地區(qū)，再后依次是昌都、山南、阿里、林芝、拉薩。高寒草甸在西藏草地資源中占有極其重要的地位[18]。然而，關于西藏區(qū)域近幾十年氣候濕潤度的報道很少，為了全面分析和理解西藏高寒草草甸氣候濕潤度的空間分布和變化規(guī)律，本研究采用草原濕潤度指標，研究了1971—2010年西藏高寒草甸氣候濕潤度的時空格局，以期為適應氣候變化，制定草原保護規(guī)劃和合理利用對策等提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究主要選用西藏自治區(qū)及其周邊38個氣象站的1971—2010年的日平均氣溫和降水量資料。基礎數(shù)據(jù)由中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網提供。研究區(qū)域和具體站點分布見圖1。

圖1 研究區(qū)域及其周邊氣象臺站

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 草原濕潤度的計算該方法為任繼周和胡自治于1963年提出，將濕潤度分為極干、干旱、微干、微潤、濕潤和潮濕6級，見公式(1)[19-20]。

式中：K為濕潤度；Σθ為＞0℃年積溫；r為全年降水量。

1.2.2 變化趨勢的估計濕潤度變化趨勢的計算分析采用傾向率法，見公式(2)。

式中：a為傾向率。當a＞0，表示氣候隨時間增加呈上升趨勢；當a＜0，表示氣候隨時間增加呈下降趨勢[21]。

1.3 統(tǒng)計分析

利用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，在ArcGIS10.1的支持下進行空間分析、制圖及面積提取[22]。

2 結果與分析

圖2 1971—2010年西藏高寒草甸年平均濕潤度(A)、年平均氣溫(B)、年降水量(C)分布圖

2.1 年平均濕潤度的空間分布

利用ArcGIS軟件，制作1971—2010年內西藏高寒草甸年平均濕潤度、年平均溫度、年降水量的空間分布（見圖2）。由圖2可知，西藏高寒草甸平均濕潤度呈條帶狀由東北部和西南部向西藏中部逐漸減小，西藏高寒草甸主要分布在微潤、濕潤和潮濕區(qū)，濕潤度值在1.2～6.5之間，平均值為2.8；最高值分布在嘉黎縣，低值區(qū)域主要分布在改則縣、日喀則市、拉薩市、則當鎮(zhèn)和貢覺縣一帶。

西藏高寒草甸年平均溫度區(qū)域特征比較明顯，由東南向西北遞減，中部向北和向南遞減。高溫區(qū)位于察隅縣，平均氣溫≥12℃；低溫區(qū)主要分布在那曲地區(qū)西北，年平均溫度＜0℃。西藏高寒草甸年降水量由東南向西北呈條帶狀逐漸減少，降水量最少的地區(qū)，干燥度最大。年降水量最高區(qū)位于察隅縣，最低區(qū)位于阿里地區(qū)和尼瑪縣和申扎縣一帶。

根據(jù)面積統(tǒng)計（見表1），濕潤度K≥2.0的區(qū)域面積最大，占高寒草甸總面積的56.46%；濕潤度1.5≤K＜2.0之間的區(qū)域面積次之，占20.21%；濕潤度在1.2≤K＜1.5之間的區(qū)域面積，占11.28%；濕潤度在0.9≤K＜1.2之間的區(qū)域面積，占8.06%；濕潤度在0.3≤K＜0.9之間的區(qū)域面積，占3.38%；濕潤度K＜0.3的區(qū)域最小，僅占0.61%。用濕潤度1.2等值線作為干區(qū)與濕區(qū)的分界線，干區(qū)面積占總面積的12.05%，主要分布在高寒草甸的西部和南部的局部區(qū)域；濕區(qū)面積占總面積的87.95%，主要分布在北部和西南部。從分布格局上看，向西接近高寒草原，向西北接近高寒草甸草原，向東南接近溫性草原地區(qū)濕潤度最小，北部是高寒草甸，濕潤度大。

表1 1971—2010年西藏高寒草甸年平均濕潤度分級統(tǒng)計

2.2 濕潤度空間變化趨勢

1971—2010年西藏高寒草甸濕潤度變化傾向率為-0.1222～0.0299，濕潤度指數(shù)40年來變化波動較大，區(qū)域特征比較明顯。由圖3可知，昌都市、日喀則市、山南市局部區(qū)域濕潤度傾向率大于0，氣候趨于濕潤化；其他地區(qū)濕潤度傾向率小于0，氣候趨向干旱化。高寒草甸西部濕潤度傾向率向西呈負增長，濕潤度明顯減小，越發(fā)干旱。圖2A和圖3A對比發(fā)現(xiàn)，濕潤度指數(shù)越小的地方，濕潤度減小趨勢越明顯；濕潤度最大的地方，濕潤度在緩慢減小。

西藏高寒草甸年平均溫度呈增加趨勢，趨勢傾向率為-0.009～0.092℃/a。高寒草甸增溫速率東部小于西部，溫度升高幅度最大的是尼瑪縣，最小的是察隅縣。

西藏高寒草甸年降水量趨勢傾向率為-4.648～4.167 mm/a。高寒草甸西部降水量減小趨勢明顯，北部和中部地區(qū)降水量增加趨勢明顯。降水量減少最明顯的區(qū)域是吉隆縣，增加最明顯的區(qū)域是尼瑪縣、申扎縣和謝通門縣、南木林縣交界的區(qū)域以及芒康縣。降水量減少的地區(qū)與濕潤度減小的地區(qū)大致相符，同時增溫幅度相對較大。

從圖3可以看出，西藏高寒草甸西部溫度增加趨勢明顯，同時降雨量減少趨勢明顯，導致該區(qū)域濕潤度減小趨勢明顯。

圖3 1971—2010年西藏高寒草甸濕潤度(A)、年平均溫度(B)、年平均降水量(C)變化傾向率分布圖

由表2可知，西藏高寒草甸約有34.72%的區(qū)域濕潤度變化傾向率(a＞0)，氣候趨于濕潤化，主要集中在日喀則、那曲、拉薩三地交界的區(qū)域、昌都地區(qū)以及山南曲松縣、加查縣與林芝交界的朗縣。約有65.24%的區(qū)域濕潤度呈減小趨勢(a＜0)，氣候趨于干旱化。濕潤度減小趨勢最為明顯的地區(qū)主要分布在阿里地區(qū)、日喀則西部以及尼瑪縣和雙湖縣。總體來看，西藏高寒草甸西部、西北部地區(qū)濕潤度呈顯著減小趨勢，氣候趨于干旱化；南部和西南部氣候濕潤度呈減小趨勢，氣候有變干旱的傾向，但不會改變西藏高寒草甸總體屬于濕潤的事實。2.3濕潤度時間動態(tài)特征

表2 1971—2010年西藏高寒草甸年平均濕潤度變化趨勢分級統(tǒng)計

1971—2010年西藏高寒草甸濕潤度表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢（見圖4）。1970s西藏高寒草甸年平均濕潤度呈波動式上升，氣候向濕潤化發(fā)展，1980年是近40年來最濕潤的年份；1980s呈先增大后降低的趨勢；1990s呈波動式下降，氣候變得干旱化，進入21世紀初，氣候迅速變干，2010年為近40年來最干旱的年份。

圖4 西藏高寒草甸濕潤度年際變化

為了進一步分析濕潤度的變化過程，揭示氣候變化的年代規(guī)律，本研究對西藏高寒草甸不同年代的草原濕潤度指數(shù)(K)按照濕潤度分級標準進行分級。分析得出，不同年代各濕潤度分級所占的面積比例發(fā)生了不同的變化（見表3）。濕潤度K＜0.3的區(qū)域面積隨著年代增加先減小，到21世紀初所占面積有所增加，達到最大；濕潤度0.3≤K＜0.9之間的區(qū)域面積，1970s所占面積最小，1980s比1970s有所增加，1990s以后面積減少，到21世紀初的面積增加，與1980s基本相同。濕潤度0.9≤K＜1.2之間的區(qū)域面積在1990s前基本相近，到21世紀初上升到9.92%。濕潤度1.2≤K＜1.5之間的區(qū)域1970s與1980s基本相同，1990s以后面積減少，21世紀初面積增加到15.43%。濕潤度1.5≤K＜2.0之間的區(qū)域面積，1980s最小，其次是1970s，1990s和21世紀初基本相同，到21世紀初達18.84%。濕潤度K≥2.0的區(qū)域面積，1990s以前基本相同，約占70%，21世紀初面積大幅減少至48.98%。

表3 西藏高寒草甸年濕潤度(K)年代分級面積比例%

以濕潤度1.2等值線作為干區(qū)與濕區(qū)的分界線（見表4），統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，干區(qū)面積在1970s—1980s從5.91%增加到10.04%，1990s減少到5.39%，進入21世紀初猛增至16.76%。西藏高寒草甸濕區(qū)面積由1990s占總面積94.61%，到21世紀初減少至83.24%，濕區(qū)面積快速減少，進一步證明西藏高寒草甸的氣候干旱化趨勢顯著。

表4 西藏高寒草甸干區(qū)、濕區(qū)面積在不同年代的比例%

2.4 濕潤度分級指標的10年際波動

為了分析濕潤度等級區(qū)間的空間變化情況，將1970s、1980s、1990s及21世紀初的濕潤度1.2等值線疊加在一起（見圖5），可以直觀地顯示濕潤度等值線在各年代間的空間位移規(guī)律，從而揭示濕區(qū)、干區(qū)的時空格局。從圖5可以看出，1971—2010年隨著時間的推移，濕潤度1.2等值線的位置發(fā)生了明顯的位移，位置向西北方向擴展。濕潤度1.2等值線的偏移幅度情況，阿里地區(qū)21世紀初和1970s變幅最小，1980s的偏移幅度最大；日喀則西部和拉薩以南21世紀初變幅較大；左貢東部變化幅度不大。近40年來，濕潤度的空間位移明顯的向西北方向移動，漸漸向高寒草甸草原和高寒草原入侵。

圖5 西藏高寒草甸不同年代濕潤度1.2等值線空間位移規(guī)律

西藏高寒草甸西部1970s和21世紀初1.2等值線位于40年平均濕潤度1.2等值線的西側，1980s和1990s濕潤度1.2等值線位于40年平均濕潤度1.2等值線的東側，說明就高寒草甸相對干旱的地區(qū)而言，其氣候濕潤度隨年代波動較大，變化劇烈，到21世紀初氣候濕潤度增大。在高寒草甸西南部，21世紀初濕潤度1.2等值線除東邊外，其余部分沿著平均濕潤度1.2等值線的向外擴伸，說明21世紀初高寒草甸西南部干旱化趨勢明顯。高寒草甸東南部，21世紀初濕潤度1.2等值線東部交錯在一起，互相緊鄰，說明氣候濕潤度隨年代變化不大。

3 結論

（1）西藏高寒草甸平均濕潤度呈條帶狀由東北部和西南部向西藏中部逐漸減小，西藏高寒草甸主要分布在微潤、濕潤和潮濕區(qū)，濕潤度值在1.2～6.5之間。用濕潤度1.2等值線作為干區(qū)與濕區(qū)的分界線，濕區(qū)面積大于干區(qū)面積。

（2）濕潤度變化趨勢區(qū)域特征比較明顯，昌都市、日喀則市局部區(qū)域濕潤度指數(shù)呈增加趨勢，氣候趨于濕潤化，其他地區(qū)濕潤度呈減少趨勢，氣候干旱化趨勢明顯。濕潤度指數(shù)越小的地方，濕潤度減小趨勢越明顯；濕潤度最大的地方，濕潤度在緩慢減小。

（3）1971—2010年西藏高寒草甸濕潤度表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。進入21世紀初，氣候迅速變干，2010年為近40年來最干旱的年份。西藏高寒草甸濕區(qū)面積由1990s占總面積94.61%，到21世紀初減少至83.24%。

（4）濕潤度1.2等值線的位置發(fā)生了明顯的位移，位置向西北方向擴展，逐漸向高寒草甸草原和高寒草原入侵。濕潤度1.2等值線的偏移幅度情況，阿里地區(qū)21世紀初和1970s前變幅最小，1980s的偏移幅度最大；日喀則西部和拉薩以南21世紀初變幅較大；左貢東部變化幅度不大。可見，近40年來，西藏高寒草甸西部濕潤度逐漸增加；西南部濕潤度逐漸減小，干旱化趨勢明顯，21世紀初日喀則、拉薩尤為顯著。

4 討論

高寒草甸被認為是對氣候變化響應最脆弱和敏感的生態(tài)系統(tǒng)類型[23]。降水量的多少是濕潤度的直接指標[19]。有研究表明，氣候變化導致高寒草甸分布范圍改變，這與中國年均氣溫和年降水量變化密切相關[13]。昌都市、日喀則市局部區(qū)域濕潤度指數(shù)呈增加趨勢，氣候向濕潤化發(fā)展，這是由于該區(qū)域降水量呈增加趨勢，而溫度上升的趨勢相對較弱，二者的綜合作用導致濕潤度指數(shù)變大。

目前的高寒草甸是氣候最為干燥的時期，也是濕潤度減小最為顯著的時期，氣溫升高幅度較大，降水減少，干旱化趨勢加重。西藏高寒草甸主要分布在微潤、濕潤和潮濕區(qū)，1990s到21世紀初分布在微潤、濕潤和潮濕區(qū)的面積下降了約11%，干旱化趨勢明顯。一項對海北高寒草甸的研究表明，當氣溫上升，而降水增加較小時，地表及植被蒸散力會變大，而且比降水量的增加更快，這樣高寒草甸將變得干旱，水分不足將限制高寒草甸生產力的提高，成為牧草生長的限制因素[12]。

以水熱為主導的氣候條件決定了草地的性質、分布，在草地形成中起主導作用[24]。作為中國生態(tài)最為脆弱的地帶之一，由于氣候的變化，西藏高寒草甸的空間分布、物候、生物量、植被演替等都將在空間和時間上發(fā)生相應的變化，給當?shù)剞r牧業(yè)生產生活生態(tài)帶來影響，氣候濕潤度的變化將對高寒草甸產生深刻影響，這就迫切需要制定科學合理的氣候變化應對的策略，以適應氣候變化。

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Spatial Distribution and Evolution of Moisture Index of Alpine Meadow in Tibet

Yang Wencai

(Institute of Pratacultural Science,Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Science,Lhasa 850009, Tibet Autonomous Region,China)

To study the spatio-temporal variation laws of moisture index of alpine meadow in Tibet,according to the data of average daily temperature and precipitation from 38 meteorological stations in Tibet Autonomous Region and surroundings in 1971-2010,the author adopted the moisture index(K)and the ArcGIS software to analyze the spatio-temporal variation laws of moisture index of alpine meadow in Tibet for nearly 40 years.The results showed that:(1)the average moisture index decreased from northeast and southwest to central Tibet, which appeared to be stripped;(2)the variation trends of moisture index had regional characteristics,some areas of Changdu and Rikaze had an increasing trend,conversely,other regions had a downward trend and obvious aridification;(3)the moisture index presented a trend of“increase-decrease”,resulted in the decrease of alpine meadow area from 94.61%in 1990s to 83.24%in the beginning of 21stcentury,this also proved that the aridification was significant in the research regions;(4)the location of 1.2 contour of moisture index had a clear displacement,invaded to the northeast and into alpine meadow and alpine steppes.As to the distribution of alpine meadow in Tibet,high attention should be paid to the drought phenomenon during the climate change in the future.

Alpine Meadow;Moisture Index;Spatial-temporal Pattern;Aridification;Tibet

S168

A論文編號：casb16100024

農業(yè)部公益性科研行業(yè)（農業(yè)）專項“青藏高原羊八井社區(qū)天然草地保護與合理利用技術研究與示范”(201203006)；西藏自治區(qū)科技廳科技支撐計劃“西藏主要氣象災害對農業(yè)的影響與數(shù)據(jù)庫建設”。

楊文才，男，1981年出生，甘肅靖遠人，助理研究員，碩士，主要從事草地生態(tài)與資源環(huán)境方面的研究。通信地址：850009西藏自治區(qū)拉薩市城關區(qū)奪底路56號西藏自治區(qū)畜科所，Tel：0891-6384415，E-mail：jhgs02@sohu.com。

2016-10-14，

2016-12-16。