馬蓮河流域干燥度變化特征

車向軍 韓世昌 趙振昌 邱寧剛

摘要[目的]研究馬蓮河流域干燥度變化特征。[方法]利用馬蓮河流域7個氣象站1961—2015年地面觀測資料，根據Holdridge生命地帶模型對近55年來馬蓮河流域的干燥度變化特征進行了分析。[結果]近55年來馬蓮河流域內可能蒸散率（PER）以0.01～0.07/10 a的趨勢上升，地區差異明顯。馬蓮河流域PER 20世紀90年代出現了最大值，比20世紀60年代平均增大了0.36，為干旱最頻繁發生時段。馬蓮河流域降水量呈減少趨勢，減幅為1.3～13.9 mm/10 a，其中上中游降水量減少最為明顯；年生物溫度升高，增加趨勢為0.13～0.29 ℃/10 a，下游地區年生物溫度升高最為明顯。[結論]馬蓮河流域出現了明顯的暖干化趨勢，對農業生產、經濟社會發展的不利影響將更加顯著。

關鍵詞 干燥度；變化特征；Holdridge生命地帶；馬蓮河流域

中圖分類號S161.4文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）11-0168-03

Abstract[Objective] The research aimed to study the variation characteristic of aridity index in Malian River Basin. [Method] Using the surface meteorological observed data in seven climate stations in Malian River Basin during 1961-2015，according to the Holdridge life zone model analyzed the variation characteristic of aridity index in Malian River Basin in recent 55 years.[Result]The possible evapotranspiration rate （PER） was increasing by the tendency of 0.01 to 0.07 /10 a in the Malian River Basin in recent 55 years，and the regional differences were significant.The maximum value of PER in Malian River basin was in 1990s，the average increased by 0.36 than in 1960s，which was the most frequent occurrence of drought.The precipitation of Malian River Basin showed a decreasing trend，it was 13.3 to 13.9 mm/10 a，the precipitation reduction of the upper and middle reaches was the most obvious. Annual biological temperature was increased，the increasing trend was 0.13 to 029 ℃/10 a，the annual biological temperature increase was the most obvious in the downstream area.[Conclusion] Malianhe River Basin has a significant warm-drying trend，the adverse effects of agricultural production，economic and social development will be more significant.

Key wordsArid index； Variation characteristic；Holdridge life zone； Malian River Basin

干旱是我國主要的氣象災害之一，對農牧業、糧食安全、水資源及生態環境有重要的影響[1-3]。近年來，受全球氣候變暖影響，干旱呈頻發態勢，持續時間長、災害嚴重、影響范圍廣。據《中國水旱災害公報》公布的數據，1950—2007年全國農業平均每年因旱受災2 173.33萬hm2，年均因旱損失糧食158億kg，占各種自然災害造成糧食損失的60%以上[4]。干旱未來必將對我國經濟發展造成更為不利的影響。

馬蓮河流域位于隴東黃土高原、涇河流域東北部，是黃土高原最具代表性區域，是鄂爾多斯能源基地的重要組成部分。馬蓮河是涇河最大的一級支流，流經寧夏、甘肅、陜西三省（區），全長375 km。馬蓮河是慶陽境內最大的一條河流，流域面積1.9萬km2，地形復雜，支流眾多。為了有效改善生態環境、減少黃河輸沙量、破解革命老區水資源瓶頸制約，馬蓮河水利樞紐工程已被列入國家重點支持的172項重大水利項目之一。有研究表明，由于氣候變化及人類活動影響，馬蓮河流域是黃土高原水土流失最嚴重的地區之一，生態環境惡化，流域植被覆蓋出現退化[5-6]。受全球氣候變化影響，黃土高原暖干化趨勢顯著，水資源日益短缺，已威脅到該區的農業生產及退耕還林還草等生態建設[7-9]。因此，研究馬蓮河流域氣候干濕變化，對合理利用、調配馬蓮河水資源、沿河地區農業生產的高效開展及保護馬蓮河流域生態環境具有十分重要的意義。筆者利用馬蓮河流域7個氣象站1961—2015年地面觀測資料，根據Holdridge生命地帶模型對近55年來馬蓮河流域的干燥度變化特征進行了分析。

1資料與方法

1.1資料選取與分析方法利用馬蓮河流域鹽池、環縣、慶城、華池、合水、寧縣、正寧等1961—2015年的氣溫、降水量、相對濕度等地面觀測氣象資料，采用趨勢分析、小波分析及Mann-Kendall突變分析[10]等方法，對近55年來馬蓮河流域干濕變化進行分析。

1.2可能蒸散率（PER）計算Holdridge生命地帶既指示著一定的植被類型，又反映著產生該類型的熱量與降水的一定數值幅度[11-12]。Holdridge生命地帶模型以年生物溫度（BT）、年平均降水量（AAP）和可能蒸散率（PER）3個氣候指標為主要參數[13]。BT、AAP和PER在Holdridge坐標系中的組合構成了36個正六邊形和39種生命地帶。

生物溫度是出現植物營養生長范圍內的平均溫度，一般認為在0～30 ℃，日平均溫度（ti）低于0 ℃或高于30 ℃均排除在外，超過30 ℃的平均溫度均按30 ℃計算，低于0 ℃的均按0 ℃計算[14]。計算公式為：

BT=112121i=1ti （1）

式中，t為大于0 ℃的月平均溫度，當t≥30 ℃時，取t=30；當t≤0 ℃時，取t=0。

PER是一種干燥度指數，是可能蒸散量（PE）與年降水量的比率。計算公式為：

PE=58.93BT（2）

PER=58.93BT/AAP （3）

定義：PER值 0.12～0.25的地區為超濕潤區，0.25～0.50為極濕潤區， 0.50～1.00為濕潤區，1.00～2.00為亞濕潤區，2.00～4.00為半干旱區，4.00～8.00為干旱區，8.00～16.00為極干旱區，16.00～32.00為超干旱區。因此，PER 值愈大，表明研究區域愈干燥，植被愈趨于干旱化[15]。

2結果與分析

2.1馬蓮河流域PER的變化特征馬蓮河流域北部為干旱氣候，中南部為半濕潤、半干旱氣候，PER的變化受氣候條件影響較大。馬蓮河流域PER具有明顯的地區差異，分布特征是北部大南部小、由北部向南部遞減。全流域PER多年平均為1.31，除發源地鹽池外，其他地區的年平均PER在1.50以下，下游正寧為0.95。

近55年來，馬蓮河流域PER呈上升趨勢，以中上游的環縣、華池和慶城上升明顯，而發源地鹽池的干燥度較為穩定。為了對馬蓮河流域各地區的干燥度變化進行有針對性的分析，選取環縣代表上游地區，慶城代表中游地區，正寧代表下游地區，分別進行分析。由圖1可知，環縣、慶城、正寧的PER均呈現波動上升趨勢，升幅從大到小依次為環縣、慶城、正寧，表明馬蓮河流域上游干燥化趨勢較為明顯，中游次之，下游變化趨勢較為緩慢。從年際變化來看，環縣、慶城的PER變化趨勢基本相同，20世紀60年代上升趨勢明顯，由濕潤區過渡為亞濕潤區；70年代—90年代中期波動變化，環縣個別年份為半干旱區；90年代末期到目前出現了2個小周期的下降趨勢。環縣的波動范圍最大，最大值出現在2006年，慶城的最大值出現在1995年。正寧20世紀60—90年代表現為緩慢的上升趨勢，并于1995年達到最大值，之后逐漸下降，波動范圍較小。

因此，馬蓮河流域暖干化較為明顯，已經對當地的生態環境造成了很大的不利影響。上游地區林地退化、土地沙漠化發展速度較快，中下游地區受干旱影響風險增大，對糧食安全生產及特色農業的發展形成了制約。

馬蓮河流域PER的年代際波動上升變化特征明顯（表1），變干化趨勢較為顯著，其中上游地區最為突出，差值為0.52；上游地區和中游地區仍為亞濕潤區，但存在平穩增大趨勢；下游20世紀90年代為轉折期，由濕潤區轉為亞濕潤區，但最近5年為濕潤區。總體來看，馬蓮河流域PER 20世紀90年代出現了最大值，環縣、慶城、正寧90年代PER比60年代分別高0.52、0.35、0.20，2001—2010年PER值仍較大。

2.2馬蓮河流域PER的周期變化從圖2可看出，正寧PER以4年的振蕩周期為主，周期性變化較為明顯，在20世紀90年代前經歷了由濕到干的轉變過程，90年代后出現了一個明顯的調整，目前處于較濕時段；慶城PER以4年振蕩周期為主、9年振蕩周期為輔，進入21世紀后調整明顯，目前短周期變化尚未形成；近55年來環縣PER無明顯的周期性變化。慶城、環縣目前均處于較干燥時段中。

2.3馬蓮河流域PER的突變分析由于地形及氣候變化因素影響，馬蓮河流域PER的變化各有特點，上游環縣地區及中游慶城地區自20世紀60年代中后期干燥度上升，至21世紀初數值一直較大，下游正寧地區20世紀80年代以前呈上升態勢，80年代后及21世紀初下降明顯。根據原序列與逆序列曲線的交點位置（圖3），確定環縣在1968年發生了突變，慶城在1969年發生了突變，正寧在1971年發生了突變，下游晚于上、中游，上、中游的變干趨勢更為明顯。總體來看，馬蓮河流域在向暖干化方向發展。

2.4馬蓮河流域暖干化的主要原因分析

2.4.1降水量。近55年來馬蓮河流域的降水量除合水呈略增加趨勢以外，其余大部分地方均呈減少趨勢，尤其以上游的環縣、中游的慶城減少最為突出，減少趨勢分別為10.6、13.9 mm/10 a。

2.4.2年生物溫度。近55年來馬蓮河流域的年生物溫度呈明顯的上升趨勢，上升趨勢達0.13～0.29 ℃/10 a，升溫最顯著的地區為下游的寧縣、正寧，均超過了0.24 ℃/10 a。突變分析表明，馬蓮河流域年生物溫度在20世紀90年代出現升高突變，突變時間與全國年平均氣溫在1993年后明顯變暖相一致[16]，但升溫幅度較為顯著。

3結論

（1）在全球氣候變暖的背景下，近55年來馬蓮河流域PER的上升趨勢為0.01～0.07/10 a，中上游PER上升明顯，發源地為干旱化沙漠地區，干燥度較為穩定。全流域各地PER的差異明顯，其分布特征是北部地區大、南部地區小，由北向南遞減。

（2）近55年來馬蓮河流域降水偏少，減少趨勢為1.3～13.9 mm/10 a，其中上中游降水量減少最為明顯；年生物溫度升高，增加趨勢為0.13～0.29 ℃/10 a，其中下游地區年生物溫度升高最為明顯。降水偏少、年生物溫度升高是馬蓮河流域暖干化的主要原因。

（3）馬蓮河流域上中游干燥化趨勢最為明顯，由濕潤區過渡為亞濕潤區，環縣個別年份為半干旱區，表明馬蓮河流域上中游黃土高原丘陵溝壑區水資源短缺，干旱呈頻發態勢，沙漠化特征逐步顯現，生態環境持續惡化，對農業生產的不利影響日益加重，社會經濟可持續發展受到制約。

（4）總體來看，受全球氣候變暖影響，馬蓮河流域干燥度呈增加態勢，尤其中上游干燥度增加更為顯著，干旱的發生將更為頻繁。由于生態環境的脆弱性及復雜性，未來氣候變化對社會經濟建設及農業經濟發展的不利影響將更為顯著，各級政府在經濟發展規劃及資源環境保護、農業生產布局、退耕還林還草、新農村建設等重大決策中應引起高度重視。

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