近57年甘孜州氣候干濕狀況的時空演變*

王慶莉，韓玉江，郭 斌，王明田，冉王群，陳 娟

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近57年甘孜州氣候干濕狀況的時空演變*

王慶莉1，韓玉江1，郭 斌2，王明田3,4**，冉王群1，陳 娟1

（1.四川省甘孜州氣象局，康定 626000；2.四川省阿壩州氣象局，馬爾康 624000；3.四川省氣象臺，成都 610072；4.南方丘區節水農業研究四川省重點實驗室，成都 610066）

基于甘孜藏族自治州18個國家氣象站1961?2017年實測資料，采用《生態質量氣象評價規范》中的方法計算甘孜州及其所屬縣（市）月、季、年濕潤指數，分析氣候干濕時空演變特征，為防旱減災、合理利用氣候資源提供科學依據。結果顯示：（1）甘孜州近57a年平均濕潤指數在0.67～1.33，以1965年最高，1973年最低；季平均濕潤指數在0.07～1.86，以夏季最高，秋季次之，冬季最低；月平均濕潤指數在0.05～2.17，以9月最高，12月最低；濕潤指數大小在年際間、季節間和月份間差異很大。（2）州內各縣（市）平均濕潤指數在0.23～1.73，地區間差異大，其中東南部和北部相對濕潤，西南部相對干燥。（3）甘孜州年降水量的氣候傾向率為13.4mm·10a?1，濕潤指數的氣候傾向率為?0.003·10a?1，氣候呈微弱的“暖干化”趨勢，主要原因是氣候變暖導致潛在蒸散顯著增加。（4）甘孜州2/3的縣（市）平均濕潤指數小于1，季節性干旱特征顯著，生態環境脆弱，生產中應遵循開發利用與建設保護并舉原則，強化防旱減災、農田水利建設和生態修復等工作。

甘孜州；濕潤指數；時空演變

氣候干濕狀況直接影響農牧業生產類型、作物布局、植被長勢和人居環境等。濕潤指數是目前評價氣候干濕狀況最常用的方法，Penman?Monteith濕潤指數能夠更好地反映干濕狀況，尤其在過濕、過干地區，它是降水量與當地同期潛在蒸散量之比，是降水量、氣溫、氣壓、風速等多種要素的綜合反映，其核心是水分盈虧[1-2]。全球氣候變暖及其變化的時空差異改變大氣的環流結構，既影響降水的空間分布，也影響地面蒸發和植物蒸騰，進而引起氣候干濕狀況的變化，影響農牧業生產和生態環境。

前人已對氣候變化和氣候變化背景下的干濕演變作了大量研究。IPCC第四次、第五次評估報告表明：全球氣候正在經歷以變暖為主要特征的顯著變化，這些變化具有顯著的時空差異[3-5]。陳隆勛等[6-8]發現，隆起的青藏高原是氣候變化最敏感的區域，氣候要素的突變時間早，增溫幅度大。王艷君等[9?12]研究表明緊鄰青藏高原的四川盆地氣候突變滯后于全國，增溫幅度明顯低于全國平均水平。干濕演變方面，學者們的研究結論不太一致，甚至相反。申雙和等[2,13]認為，中國濕潤地區總體增多，東部暖濕化明顯，中西部暖干化趨勢顯著。王菱等[14?17]則認為中國總體呈干旱化趨勢，東部地區干暖化，西部地區濕暖化。趙俊芳等[18]開展了中國未來40a氣候干濕演變分析，認為2011?2050年中國氣候總體呈暖干趨勢，干旱、極干旱地區縮小，半干旱地區擴大，新疆西北部、內蒙古及長城沿線的西北部濕潤趨勢顯著，而黃土高原東南部、青藏地區中部將更加干旱。近10a，對青藏高原及周邊區域的干濕演變研究較多，但研究結論同樣存在較大分歧。姚玉壁等[19]認為，三江源地區地表濕潤指數呈增加趨勢，降水量、相對濕度和平均最高氣溫是主導因子。杜軍等[20?22]認為西藏年、季地表濕潤指數均呈增大趨勢，20世紀90年代后呈暖濕型加速上升，夏季增幅最大。趙志平等[23]認為長江源和瀾滄江源區呈暖濕趨勢，而黃河源區呈暖干趨勢。徐維新等[24]認為，三江源地區北部和東部的部分區域分別在90年代和21世紀后表現出濕潤化趨勢，南部與西部則于80年代初開始暖干化。侯文菊等[25]認為黃河源區地表濕潤指數呈減小趨勢，但2003年之后呈上升趨勢。王允等[26]認為西南地區濕潤指數呈波動下降趨勢，變干地區多于變濕地區。孫字輝等[27]認為重慶市濕潤指數總體略有下降，由東南向西北逐漸趨于干旱。李金建等[28]認為用濕潤指數評價四川盆地農業干旱可行。

甘孜州地處四川省西部，位于北緯27°58″?34°20″，東經97°22″?102°29″，面積15.3萬km2，是青藏高原向云貴高原和四川盆地過渡的地帶，是長江與黃河源區、全國重要林牧區、生態脆弱區、地質災害與林草火災多發區、氣候變化敏感區，備受各方關注。干旱是甘孜州主要農業氣象災害之一，地表干旱常常對農牧業生產造成重大影響，并加劇土壤沙漠化和荒漠化，不利于生態修復，但迄今為止，未見針對甘孜州氣候干濕演變的系統研究報道。分析甘孜州濕潤指數的時空演變，對進一步明確甘孜州氣候變化趨勢，提升農業防旱減災、生態修復和氣候資源開發應用能力具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料來源于甘孜州氣象局，包括甘孜州所屬18個國家氣象觀測站1961?2017年逐日氣壓（hPa）、平均氣溫（℃）、平均空氣相對濕度（%）、10m高平均風速（m×s?1）、降水量（mm），所有資料通過四川省氣象局審核。季節劃分采用氣象學標準，即3?5月為春季，6?8月為夏季，9?11月為秋季，l2月?翌年2月為冬季。

1.2 計算方法

1.2.1 站點月濕潤指數計算

氣候干濕狀況用濕潤指數表達，采用《生態質量氣象評價規范》[29中的計算方法，以月為尺度，計算月濕潤指數（Km）

Km=R/ET0（1）

式中，R為月降水量（mm），ET0為同期潛在蒸散量（mm）。Km＜1表示某月降水量少于生態需水量，降水不足成為當地生態需水的限制因子；Km=1表示該區域降水量與生態需水量達到平衡；Km＞1表示降水量大于生態需水量。

月潛在蒸散量（ET0）為

式中，P為月平均氣壓（hPa），t為平均氣溫（℃），d為當月天數（d），U為10m高度處觀測的月平均風速（m×s?1），W0為溫度t對應的飽和水汽壓（mmHg），h為月平均空氣相對濕度（%）。

飽和水汽壓W0的計算考慮以下兩種情況：

（1）當月平均溫度0℃＜t≤30℃時

（2）當月平均溫度?40℃≤t＜0℃時

1.2.2 不同時空尺度濕潤指數計算

季度濕潤指數

Ks= Rs/(∑ET0i) （5）

式中，Rs為季度總降水量（mm），∑ET0i為季度內3個月潛在蒸散量之和。

年濕潤指數

Ka= Ra/(∑ET0i) （6）

式中，Ra為年降水總量（mm），∑ET0i為年內12個月潛在蒸散量之和。同理，Ka＜1，表示降水量少于生態需水量，為較干燥年份；Ka＞1表示降水量大于生態需水量，為較濕年份。對18個縣的濕潤指數進行計算統計，求取平均值，得到全州的平均濕潤指數。

1.2.3 時空變化分析方法

（1）變化趨勢

用直線回歸方式擬合濕潤指數的線性變化趨勢，用多項式擬合階段性變化特點，用相關系數檢驗變化顯著性。

（2）突變分析

用Mann-Kendall法（M-K）結合滑動t檢驗法進行突變點檢測。

2 結果與分析

2.1 月濕潤指數的變化

由圖1可見，甘孜州月平均濕潤指數最低值（0.05）出現在12月，最高值（2.17）出現在9月。各縣（市）的月平均濕潤指數，最低值為0，出現在1月的巴塘、鄉城，最高值3.92，出現在6月的康定（表略）。各縣（市）濕潤指數最高值出現在6?9月，最低值出現在1月或12月。濕潤指數的時空變化特征與降水量的時空變化特征一致。4?10月降水量占年降水量的96.1%，而在11月?翌年3月長達5個月的時間里，降水量僅為年降水量的3.9%；結合氣溫變化情況可知，甘孜州總體表現為雨熱同季。相關分析顯示，甘孜州4月平均濕潤指數呈增加趨勢（R=0.46，P＜0.01），每10a增加0.05，其它月份變化未通過顯著性檢驗。采用Mann-Kendall法對甘孜州近57a來4月平均濕潤指數進行突變分析，表明濕潤指數在該時段內呈上升趨勢，20世紀80年代發生突變，突變點在1988年。1989?2017年比1961?1988年升高0.14，但是突變點未通過滑動t檢驗。4月有變濕潤的趨勢，對緩解春旱、牧草返青、春耕春播和植樹造林等有利。

圖1 1961?2017年甘孜州月平均濕潤指數

2.2 四季濕潤指數的時空演變

2.2.1 線性趨勢

甘孜州近57a濕潤指數的季節變化和地區差異十分明顯（表1）。夏季濕潤指數最高，平均為1.86，最高區域在理塘縣，平均為3.13；最低區域在得榮縣，為0.66。秋季次之，平均為0.97，最高區域在康定市，平均為2.0；最低區域在得榮縣，為0.13。春季再次之，平均為0.43，最高區域在康定市，平均為1.29；最低區域在得榮縣，為0.04。冬季最低，平均為0.07，最高區域在康定市，平均為0.24；最低區域在巴塘、得榮、鄉城縣，僅0.01。

表1 1961?2017年甘孜州各縣（市）季平均濕潤指數

各季濕潤指數的變化趨勢表現為，石渠（R=0.33）、德格（R=0.26）、白玉（R=0.32）和道孚（R=0.27）的春季濕潤指數呈顯著上升趨勢（P＜0.05），爐霍（R=0.34）的春季濕潤指數呈極顯著上升趨勢（P＜0.01），石渠（R=0.45，P＜0.01）夏季濕潤指數呈極顯著下降趨勢。18個縣（市）秋季、冬季的濕潤指數均沒有顯著變化。

2.2.2 突變分析

采用Mann-Kendall法對甘孜州近57a季濕潤指數進行突變分析，分別繪出UF和UB曲線，給定顯著性水平α=0.05，臨界線U=±1.96。全州18個縣（市），春季有石渠、爐霍、德格、道孚、白玉5縣通過顯著性檢驗，對這5縣進行突變分析，結果表明，其濕潤指數均呈上升趨勢，道孚縣突變最早，20世紀60年代末發生突變，突變點在1968年；爐霍、石渠、白玉70年代發生突變，突變點依次是1970年、1972年和1978年；德格最晚，突變點在80年代中期并通過滑動t檢驗，突變明顯（圖2）。夏季18個縣（市）中，僅石渠通過顯著性檢驗，呈下降趨勢，70年代發生突變，突變點在1972年。秋季和冬季無突變，變化基本平穩。

2.2.3 突變前后季節濕潤指數對比

春季，道孚縣濕潤指數于1968年發生突變，突變后的1968?2017年濕潤指數平均值較突變前的1961?1968年升高0.16，爐霍縣突變后的1971?2017年比突變前的1961?1970年升高0.36，石渠縣突變后的1973?2017年比突變前的1961?1972年升高0.29，白玉縣突變后的1979?2017年比突變前的1961?1978年升高0.07，德格縣突變后的1986?2017年比突變前的1961?1985年升高0.15。夏季，石渠縣突變后的1973?2017年濕潤指數平均值較突變前的1961?1972年降低0.50。春季州平均線性趨勢略有增加，且18個縣（市）均略有增加；夏季州平均線性趨勢略有降低，其中石渠、德格、甘孜、色達、巴塘、新龍、理塘、稻城、康定9個縣（市）略有降低，其余略有增加；秋季州平均線性趨勢略有降低，其中石渠、德格、甘孜、色達、爐霍、巴塘、理塘、稻城、瀘定、得榮、九龍11縣（市）略有降低，其余略有增加；冬季州平均線性趨勢略有降低，其中德格、甘孜、色達、新龍、理塘、丹巴、得榮7縣略有降低，其余略有增加。

圖2 1961?2017年德格縣春季濕潤指數M-K突變分析（a）和滑動t檢驗（b）

甘孜州冬季（12?翌年2月）降水量少，濕潤指數低，近57a線性變化趨勢不明顯，冬季空氣干燥，導致森林（草原）火險氣象等級高，防火形勢十分嚴峻；春季（3?5月）降水量逐漸增多，濕潤指數較低，近57a線性趨勢略有增加，對緩解春旱、牧草返青、春耕春播和植樹造林等有利；夏季（6?8月）降水集中，濕潤指數高，防汛防澇任務重，需嚴防地質災害發生；秋季（9?11月）降水量逐漸減少，9月常出現連陰雨，濕潤指數較高，影響大春作物收曬。

2.3 年濕潤指數的時空演變

2.3.1 線性趨勢

由圖3a可見，1961?2017年，全州平均年濕潤指數為0.92，最高為1965年的1.33，最低為1973年的0.67，最大變化幅度為0.66，濕潤指數的年變化和降水量年變化趨勢總體一致，但不完全同步。年濕潤指數的線性變化趨勢不顯著，但顯示出明顯的階段變化特點，可用6次多項式擬合（R= 0.56，P＜0.01）。1966?1984年濕潤指數多為負距平，該時段降水量小，生態環境較干燥；1985?2005年濕潤指數多為正距平，該時段降水量相對豐富，生態環境處于較濕潤狀態；2006?2017年降水量變小，生態環境又轉為相對干燥。甘孜州近57a濕潤指數年際差異大，干濕交替出現，但總體變化基本平穩。甘孜州年平均降水量最大值和最小值分別出現在1998年和1983年，降水量表現為顯著增加的趨勢（R=0.33，P＜0.05），每10a增加13.4mm（圖3b）。

由表2可見，全州有6個縣的年濕潤指數略有下降，但趨勢不明顯，主要分布在甘孜州的北部和南部，分別為石渠、甘孜、色達、巴塘、理塘、稻城，其余各縣（市）濕潤指數略有升高。其中道孚（R=0.29，P＜0.05）、鄉城（R=0.31，P＜0.05）、爐霍（R=0.26，P＜0.05）、白玉（R=0.31，P＜0.05）、瀘定（R=0.38，P＜0.01）、丹巴（R=0.35，P＜0.01）年濕潤指數升高趨勢達顯著或極顯著水平。

由表2可見，甘孜州各縣（市）近57a內年平均濕潤指數在0.23～1.73，其空間分布見圖4。由圖可見，全州總的趨勢表現為東南部和北部相對濕潤，西南部相對干燥。西南部濕潤指數較低，其中得榮最低，為0.23，其次是鄉城、巴塘和丹巴，平均都在0.5以下，地表相對較干，這與這些地區降水較少、蒸發旺盛有關，由圖看出，這幾個縣57a內都較干燥；濕潤指數最高的區域為康定市和色達，分別為1.73和1.66，主要是由于這兩縣降水量相對豐富。整體上，甘孜州2/3的縣（市）平均濕潤指數小于1，大氣降水量小于作物生態需水量。

圖3 1961?2017年甘孜州年平均濕潤指數變化（a）和年降水量變化（b）

表2 1961?2017年甘孜州各縣（市）年平均濕潤指數及其變化趨勢

注：*、**分別表示相關系數通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗。下同。

Note:*is P<0.05，**is P<0.01.The same as below.

圖4 1961?2017年甘孜州各縣（市）平均濕潤指數分布

2.3.2 突變分析

采用Mann-Kendall法對甘孜州近57a年平均濕潤指數進行突變檢驗。由圖5可見，UF曲線從20世紀70年代開始上升，在2004年達到臨界線，表明濕潤指數在該時段內呈上升趨勢，80年代和21世紀00年代發生突變，突變點在1985年和2005年，其中1985年的突變較弱，2005年突變點通過滑動t檢驗，突變明顯。全州18個縣（市）有6縣通過顯著性檢驗，對這6縣進行突變分析。結果表明：丹巴、鄉城兩個縣濕潤指數呈上升趨勢，80年代發生突變，突變點分別是1989年和1982年，但是均未通過滑動t檢驗。對突變前后濕潤指數對比發現，甘孜州近57a濕潤指數突變后的2005?2017年比突變前的1961?2004年降低0.07，鄉城縣突變后的1983?2017年比突變前的1961?1982年升高0.07，丹巴縣突變后的1990?2017年比突變前的1961?1989年升高0.08。

2.3.3 年代際變化

對甘孜州近57a年平均濕潤指數進行年代距平分析，結果表明，近57a全州平均氣溫上升0.25℃·10a?1，20世紀60年代、90年代和21世紀00年代濕潤指數為正距平，表現為氣溫持續升高，降水量增加，是較濕潤的年代，呈現出暖濕型特征。70年代、80年代和2011?2017年為濕潤指數負距平，表現為氣溫持續升高，降水量減少，呈現出暖干型特征。巴塘、理塘、雅江、稻城、得榮、德格、新龍、甘孜、丹巴9個縣濕潤指數的年代際變化趨勢與全州平均基本一致。白玉、道孚、九龍、康定、爐霍、瀘定、鄉城7個縣（市）20世紀60年代、70年代和2011?2017年為負距平，80年代、90年代和21世紀00年代濕潤指數為正距平；石渠縣60年代、70年代和90年代濕潤指數為正距平，80年代為負距平，21世紀00年代和2011?2017年距平正負交替出現；色達縣濕潤指數60年代前期為正距平、后期為負距平，70年代為負距平，80年代前期為負距平、后期至20世紀00年代為正距平，2011?2017年為負距平。這些縣（市）濕潤指數與全州不一致的變化趨勢，反映出甘孜州濕潤指數年代際變化中的空間差異（圖略）。

圖5 1961?2017年甘孜州年平均濕潤指數M-K突變分析（a）和滑動t檢驗（b）

3 結論與討論

3.1 結論

（1）1961?2017年，甘孜州平均濕潤指數為0.92，最高1.33，最低0.67，年際差異大；各縣（市）平均濕潤指數在0.23～1.73，地區間差異大，總趨勢表現為東南部和北部相對濕潤，西南部相對干燥。

（2）1961?2017年，甘孜州濕潤指數與降水量的年變化趨勢總體一致，但不完全同步。濕潤指數線性傾向率為?0.003·10a?1，降水量為13.4mm·10a?1。降水量呈增加趨勢，濕潤指數不升反降，主要原因是氣候變暖導致潛在蒸散增加，甘孜州氣候總體上呈“暖干化”趨勢。

（3）甘孜州1961?1970年、1991?2000年和2001?2010年濕潤指數為正距平，呈現暖濕型特征，其余年代為暖干型。甘孜州近57a平均年濕潤指數在2005年出現突變。濕潤指數季節變化和地區差異顯著，夏季濕潤指數最高，秋季次之，冬季最低。

3.2 討論

甘孜州處于生物多樣性維護重點生態功能區[30]，全州2/3的地區年平均濕潤指數小于1，季節性干旱特征明顯，生態環境脆弱，植被生長緩慢，生態自然修復能力較差，需遵循開發利用與建設保護并舉原則。牧區要特別重視天然牧場的保護，控制草地超載過牧，建立草地輪牧制度，加強草地管理和建設，改變草地退化狀況。林區要防止濫砍濫伐，強化養護，及時修復因地震、滑坡、泥石流和交通、水庫建設等造成的裸露邊坡。農區要強化農田水利規劃與建設，提高灌溉能力和灌溉效率，減少水土流失；因地制宜，優化種植制度和種植模式，推廣防旱減災實用技術；充分利用海拔高度差、晝夜溫差大、日照時間長、作物品質好的優勢，大力發展中藏藥材、食用菌、干果等經濟作物，推廣反季節蔬菜、水果生產等。

以往對青藏高原及周邊地區干濕演變的研究結論存在一些差異，導致這些差異可能原因是，在這些研究和分析中，依據的氣象數據均來源于各地氣象觀測站，而氣象觀測站大多建于20世紀50年代前后的城鎮或城鎮周邊。近年來，由于城鎮規劃建設等原因，部分氣象觀測站探測環境發生變化或站址發生遷移。采用探測環境明顯變化的這類氣象觀測站的監測數據應充分考慮其連續性，分段進行評估和訂正。

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Temporal and Spatial Evolution of Climate Dry and Wet Conditions in Ganzi in the Past 57 Years

WANG Qing-li1, HAN Yu-jiang1, GUO Bin2, WANG Ming-tian3,4, RAN Wang-qun1, CHEN Juan1

（1.Meteorological Bureau of Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Kangding 626000,China; 2.Meteorological Bureau of Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture, Maerkang 624000;3.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072; 4.Sichuan Key Laboratory of Water-saving Agriculture Research in Southern Hill Areas, Chengdu 6l0066）

Based on measured data from 1961 to 2017 in 18 national weather stations in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, the monthly, seasonal and annual wetness index for Ganzi and its affiliated counties were counted according to the method described in.The spatial and temporal evolution characteristics of climate dry and wet were also analyzed in this study, which will provide scientific basis for drought prevention and mitigation and rational utilization of climate resources. The results showed: (1) the average wetness index of Ganzi in the past 57 years was between 0.67?1.33, the highest value was in 1965, and the lowest was in 1973. The seasonal average wetness index was between 0.07?1.86, the highest value occurred in summer, the second highest value occurred in autumn, and the lowest value occurred in winter; (2) The average wetness index of counties (cities) in Ganzi was between 0.23 and 1.73, which presented a large difference between the various regions.It seemed that the southeast and north was relatively humid and the southwest was relatively dry; (3) The annual climate change rate in Ganzi was 13.4mm·10y?1, the climatic tendency rate of the wetness index was ?0.003·10y?1, and the climate tends to be weakly warm and dry. (4) The average wetness index of 2/3 counties (cities) in Ganzi was less than 1, which indicated that the seasonal drought characteristics was significant, and the ecological environment was fragile. Production practices should follow the principle of the combination of exploitation and protection. The drought prevention and mitigation, farmland water conservancy construction, and ecological restoration also should be strengthened during the production process.

Ganzi；Wetness index；Temporal and spatial evolution

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.07.003

2019?03?13**

。E-mail：wangmt0514@163.com

國家重點研發計劃課題（2017YFC0504903）；高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室科技發展基金項目（省重實驗室2018-重點-05-10）

王慶莉（1974?），高級工程師，從事農業氣象服務和研究。E-mail：scwql3028@163.com

王慶莉,韓玉江,郭斌,等.近57年甘孜州氣候干濕狀況的時空演變[J].中國農業氣象,2019,40(7):435-443