西藏地區干旱指標的時空演變

金建新, 張 娜, 桂林國

(1.寧夏農林科學院農業資源與環境研究所, 銀川 750002; 2.寧夏水利科學研究院, 銀川 750021)

土地面積萎縮、水資源緊缺、雪山線上移及生態惡化等發生，嚴重阻礙區域經濟發展和社會進步。受溫室效應的影響，近年來全球氣候發生較大變化，評價干旱的相關參數也隨著發生變化。對某特定區域內干旱指標變異性展開研究，對評估區域水資源平衡和干旱情況具有重要意義。隨著全球平均氣溫上升我國也逐漸變暖，但是降水時空變化差異性較大[1]，許多學者對我國主要典型氣候區、各主要流域干旱指標變化規律進行了研究[2-5]。

青藏高原作為一個獨特的地理單元，是全球氣候變化的晴雨表，其干旱指標的變化趨勢對該區域乃至全球的氣候變化都有重要意義[6]。西藏自治區是青藏高原的主體部分，有著“世界屋脊”之稱。目前對于西藏自治區干旱指標分析主要集中在降水量，如戴睿等[7]對西藏1955—2007年的月降水資料進行了分析，得出四季和年的降水量均有增加趨勢。而UNEP干旱指數、降水集中指數(PCI)作為描述干旱程度和表征降水年內集中程度的重要指標，在過去對西藏自治區的氣候研究中沒有足夠重視。為此，本文利用最新降水及氣象資料從降水量、UNEP干旱指數及降水集中指數(PCI)多方面對西藏自治區干旱情況的時空變化特征進行分析，有助于在了解該地區氣候變化背景基礎上充分認識和利用氣候資源，為該地區水資源的優化配置特別是農業水資源的高效利用提供依據。

1 資料和方法

1.1 研究區概況與數據來源

西藏自治區地處我國青藏高原西南部，地理位置東經78°25′—99°06′，北緯26°44′—36°32′。西藏高原包含盆地、平原、雪山等多種地形地貌，形成了西藏自治區形式多樣的高原氣候類型，既表現為寒冷干燥，又表現為高溫多雨，還存在隨著海拔急劇變化的垂直氣候帶。全年日照時數2 600～3 400 h，較同緯度將近高50%，氣溫表現為年差小、日差大的特點，年平均氣溫8℃，多年平均降雨量為2 500 mm，但是各月差異較大。

本文氣象數據來自西藏自治區氣象局與國家氣象信息中心，選用區域內37個站點1982—2012年的資料。各氣象站分布情況見圖1。最后得到逐日平均溫度、最高氣溫、最低氣溫、風速、日照時數和相對濕度等數據。

圖1 西藏自治區氣象站分布

1.2 研究方法

1.2.1 UNEP干旱指數的計算方法 UNEP干旱指數是由年平均降水量(P)與由Thornthwaite方法計算得到的年平均參考作物蒸散量的比值[8-9]。其經過聯合國防治荒漠化公約FAO (聯合國糧農組織)認證，在世界范圍內被廣泛使用[10-12]。計算公式為：

(1)

1.2.2 降水集中指數PCI的計算方法 降水集中指數PCI是年內降水量變化指標[9]。其計算公式為：

(2)

式中：Pi為每個氣象站第i個月的平均降水量。降水集中指數PCI的取值介于10～100。當PCI值<15：輕微季度集中性；PCI值介于15～20：季度集中性；PCI值介于20～50：高度季度集中性；PCI值>50：非常高。

1.2.3 Mann-Kendall趨勢檢驗 Mann-Kendall 檢驗適用于非正態分布的數據，可定量分析時間序列的趨勢，該方法假設測定的序列無趨勢，通過計算序列的秩次相關系數[10]，與標準表格臨界值進行比較，若計算值小于臨界值，則表明測定序列無明顯趨勢；反之，趨勢顯著，當計算的秩次相關系數為正表示上升或增加的趨勢，為負時表示下降或減少趨勢。一般顯著水平取α=0.05，臨界值U0.05=±1.96。作順序時間序列與逆序時間序列的統計量曲線圖，若UF及UB兩條直線出現交點，且交點在臨界線之間，則交點出現時刻為突變開始時刻[11]。

2 結果與分析

2.1 西藏自治區干旱指標的時間變化規律

2.1.1 UNEP干旱指數的時間變化特征及趨勢分析 西藏1981—2012年的年均UNEP干旱指數變化如圖2所示。可知西藏自治區年UNEP干旱指數大約集中在0.33～0.56，多年平均值為0.46。

從1981—2012年西藏自治區UNEP干旱指數的MK統計量曲線(圖3)可以看出，UF曲線在1982—1984年及1986年小于0，說明在這些時間段年UNEP干旱指數呈下降趨勢，其他時間段都呈上升趨勢，而UF曲線在2000—2006年上升趨勢超過了α=0.05顯著性水平線，說明其上升趨勢顯著。兩線分別在1985年、1987年、2009年前后幾年出現交點，即發生了突變。

圖2 1981-2012年西藏自治區平均UNEP干旱指數

2.1.2 降水量的時間變化特征及趨勢分析 西藏自治區年均降水量的統計特征(表1)表明，西藏地區年際降水量大約集中在344.3～524.7 mm之間，各氣候區降水量差異較大，且變化趨勢并不一致，近32 a來西藏自治區降水量呈增加趨勢，其趨勢變化達到0.36 mm/a，且干旱、半干旱及濕潤半濕潤氣候區呈現增加趨勢，而其他氣候區均為減少趨勢，但其變化趨勢均未達到顯著水平。

西藏1981—2012年的年均降水量變化如圖4所示，可知在1981—1990年期間，降水量的年際波動較小。但之后的年際波動則很大，尤其是1991—1992年期間與2008—2009年，降水量波動較大，從1991年的495.5 mm降低到了1992年的358.1 mm，從2008年的509.2 mm降到了2009年的344.3 mm；從2010年往后，其變化趨勢又趨于穩定，其余各年的降水均在平均值上下波動。

由圖5的Mann-Kendall(M-K)檢驗可知，UF曲線在1982年、1983年小于0，說明在這個時間段年降水量呈下降趨勢，在其他時間段都呈上升趨勢，且UF曲線在1990—1991年及2000—2005年上升趨勢超過了α=0.05顯著性水平線，說明這種變化趨勢顯著。兩線在1984年出現交點，即發生了突變。

圖3 1981-2012年西藏自治區平均UNEP干旱指數變化突變點

表1 降水量統計特征

圖4 1981-2012年西藏自治區平均降水量

圖5 1981-2012年西藏自治區平均降水變化突變點

2.2 西藏自治區干旱指標的空間變化特征

2.2.1 UNEP空間變化特征 利用氣候分區標準(表2)對西藏自治區進行氣候分區，結果見圖6。可知西藏地區涉及了所有的氣候區，包括特干旱氣候區、干旱氣候區、半干旱氣候區、干旱半濕潤氣候區、濕潤半濕潤氣候區和濕潤氣候區，且主要為半干旱氣候區，在統計的37個氣象站中21個為半干旱氣候區，其次為濕潤半濕潤及干旱半濕潤氣候區，而特干旱、干旱及濕潤氣候區較少。

UNEP干旱指數值表現為從西至東逐漸增大的趨勢，西部為特干旱氣候區，中西部為干旱氣候區，中部和中東部為半干旱氣候區，東北部為干旱半濕潤氣候區、濕潤半濕潤及濕潤氣候區。即從西部到東部降雨逐漸增多，濕度增大，由特干旱氣候特征逐漸過渡到濕潤氣候特征。

表2 基于UNEP干旱指數的氣候分區標準

2.2.2 降水空間變變化特征 西藏自治區年際降水量的空間分布特征如圖7所示，可知從西部地區到東南部地區，降水量逐漸增大，其值從68.8 mm增大到700 mm，中東部及東南部為降水量最大。就整個西藏地區而言，其多年降水量在空間上表現出一定的整體性，即大部分地區的降水量普遍多或普遍少，這與大尺度的氣候系統有關，盡管西藏自治區地域遼闊，地形復雜，但在一定程度上還是受到某種共同氣象因子的控制，如風速、輻射值和經緯度等。其中西部地區的喜馬拉雅山東北部以及亞龍賽龍日等地區，深居內陸，遠離海洋，同時受到青藏高原地形的影響，降水量非常稀少，其多年平均降水量值最小，介于0～100 mm之間。沿著地形東移到青藏高原，此時中西部地區的降水量分為兩個水平值，分別為100～200 mm和200～300 mm，同時其數值有逐漸增大的趨勢。在南部和中東部地區，降水量進一步增大，最大值達到400 mm左右，在自治區東北部，受到橫斷山脈和念青唐古拉山的影響，多年平均降水量達到500～700 mm之間，是整個自治區降水量最多的地區。

圖6 西藏自治區UNEP干旱指數的空間分布狀況及氣候分區

圖7 西藏自治區降水量的空間分布狀況

2.2.3 降水集中指數PCI的空間變化特征 通過降水集中指數(PCI)對西藏地區年內降水量的變化特征進行分析，其空間分布情況如圖8所示。總體上，西藏的降水集中指數值介于12～26，說明該地區年內降水量的季度集中性情況差異較大。最小值出現在崗日噶布一帶，其值為12～14，表明該區年內降水季度集中性不高，最大值出現在塔查普山一帶，其值為24～26，說明該區年內降水量為高度季度集中性，在西藏中部地區，PCI值相對全區來說適中，介于16～20，說明這些地區的年內降水量表現出一定的季節集中性分布。且從東南到西北地區，PCI值逐漸增大，即降水集中性越來越高。對比降水分布圖可知PCI值空間分布與降水量的空間分布規律相反，即降水量越大的地方其年內降水季度集中性越低。

3 結 論

(1) UNEP干旱指數大約集中在0.33～0.56，多年均值為0.46。空間分布上從西到東UNEP干旱指數逐漸增大，從西部地區的特干旱氣候區依次向東部的濕潤半濕潤及濕潤氣候區過渡。

圖8 西藏降水集中指數(PCI)的空間分布特征

(2) 西藏地區的年際降水量大約集中在344.3～524.7 mm，降水量在1984年后均呈上升趨勢，且在1990—1991年及2000—2005年上升趨勢顯著。年際降水量從西部地區到東南部地區逐漸增大，其值從68.8 mm增大到700 mm。

(3) 西藏地區年內降水量的季度集中性情況差異較大，整體上從東南到西北地區降水集中性越來越高。