1961-2021年湟源地区降水变化特征分析.pdf

133青海科技202304气象科技青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY基金项目:第二次青藏高原综合科学考察研究生物地球化学循环与环境健康专题人类活动与生存环境安全(20190ZKK0606)。作者简介:王发智(1966-),男,工程师,主要从事气象基本建设工程管理。E-mail:。*通信作者:张国欣(2001-),女,助理工程师,主要从事天气预报工作。E-mail:。1961-2021 年湟源地区降水变化特征分析王发智1 张国欣1*赵梦凡2（1.西宁市气象局，西宁 810016；2.青海省气象科学研究所，西宁 810001）摘 要：为了充分利用湟源地区的气候资源，促进当地农业和旅游业的可持续发展，文章利用线性倾向估计、M-K突变分析和滑动平均法等方法，对湟源地区 1961-2021 年降水量变化特征进行分析。结果表明：湟源地区降水量呈微弱的不显著的上升趋势，且呈现出减小-增加-减小-增加阶段变化趋势。在 2012 年发生明显的突变转折,四季降水量的线性变化趋势不明显。降水日数以 1.2d（10a）-1的速度不显著减少，呈现出减小-增加-减小阶段变化趋势，未发生突变。夏秋季降水日数为减少趋势，冬春季降水日数呈增多趋势，但仅夏季通过 0.05 的显著性检验。湟源地区降水集中度在 14.021.8mm/10a 之间，说明其年降水具有季节性，而且具有一定集中性；湟源地区呈雨热同季状态，理想的气候条件配合趋好的气候特征，非常有利于小麦、蚕豆、马铃薯等主要大田作物种植、高产以及示范推广。同时气候的适宜度和旅游舒适度进一步提升，有利于旅游资源的开发和旅游业的可持续发展。关键词：湟源地区；降水集中度；气候突变中图分类号：P426.6 文献标识码：A 文章编号：1005-9393(2023)04-0133-050 引言气候变暖是当今世界普遍关注和重视的焦点问题。IPCC 第五次评估报告中指出，2003-2012年全球平均温度比 1850-1900 年平均温度上升了0.78%，预计 2016-2035 年全球平均地表温度将比1986-2005 年升高 0.30.7。尽管近几年由于自然因素的影响，地球升温速度逐渐趋于平缓，但研究表明，未来地球温度将会有明显的上升趋势1。伴随着地表温度的大幅快速上升，极端气候也将频频发生，其会对人类的生产生活造成极大的不便，严重影响着农业、旅游业的发展，阻碍社会的进步2,3。例如，极端高温或暴雨现象会严重影响植物的呼吸作用和光合作用，从而使农作物产量降低，阻碍农业发展。因此，掌握气候变化的特征及预估其变化趋势将成为未来治理气候问题的关键，有关气候变化方面的研究工作成为许多国家专家学者们的研究重点。湟源地区地处青海省西宁市西部，是一个以种植业为主的农业大县。气候变化背景下，农作物生长季延长，适宜种植作物的海拔高度上升，导致种植面积增大，使得农业种植结构发生了变化。同时，近年来湟源地区大力推进重点生态工程，以生态建设促绿色发展，气候的变化直接影响着当地的气候资源开发利用和经济前景。因此，对湟源地区气候变化的研究具有一定参考意义4。1 研究区域湟源县位于日月山脉东麓、湟水上游。地理坐标介于北纬 36203653、东经 1005410125134青海科技202304气象科技青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY之间。东以东峡乡下山城村与西宁市湟中区为界，东南及南以野牛山（哈拉库图山）与西宁市湟中区、海南藏族自治州贵德和共和两县为界，西南及西以日月山与海南藏族自治州共和县为界，西北及北以乌图长山与海北藏族自治州海晏县为界，东北至东峡乡拉尔贯村与西宁市湟中区为界。东西宽41公里、南北长62公里，总面积1545平方公里。地貌类型主要包括河谷阶地（川水地），低山丘陵地带（浅山），中高山地带（脑山），高山、亚高山山麓地带，高山牧场等。属大陆性高原温带半干旱气候区，主要特点是日照时间长，太阳辐射强，春季干旱多风，夏季短促凉爽，秋季阴湿多雨，冬季漫长干燥，无霜期短，冰雹、干旱等灾害频繁。2 资料与方法本文选用 1961-2021 年湟源地区月降水量和降水日数（日降水量 0.1mm）、降水集中度等资料作为研究对象，利用线性倾向估计和滑动平均法等方法分析 61 年来湟源地区的降水变化特征，利用 Mann-Kendall 检验（简称 M-K 检验）进行突变检验。季节的划分：冬季（上年12月-当年2月）、春季（3-5 月）、夏季（6-8 月）、秋季（9-11 月）。降水集中度 PCI 的计算公式如下：上式中 Pi为第 i 月的降水量。可知，若年降水量都集中在1个月内，则PCI值为100，达到最高；若年降水量均匀分配在 12 个月，则 PCI 值达到最小，约为 0.08。在实际应用中，国际上多定义当PCI 10 时，表示其年降水量的月分配较为均匀；当 11 PCI20 时，表示其年降水具有季节性，即年内降水具有一定集中性；而当 PCI 20 时，则可认为该地区年降水在年内的分布具有异常集中性，降水的月变化大。3 降水变化特征3.1 降水量和降水日数的年内变化湟源地区属大陆性高原温带半干旱气候，夏、冬季降水差别较大。由图 1 可以看出，湟源地区月平均降水量和降水日数分别在 0.992.1mm 和2.217.2d 之间，降水量表现为单峰型分布，降水日数表现为弱双峰型。一年中 5-9 月为降水量和降水日数的相对高值期，11 月至翌年 3 月是相对低值期，4 月开始逐渐增加，8 月达降水量全年最大值，7 月达降水日数全年最大值，之后逐月波动下降，5-9 月是全年降水量和降水日数最大的 5 个月（363.8mm 和 77.2d），占全年的比例分别约为85.6%和 70.0%。春、夏、秋、冬平均降水量分别为 80.1mm、247.5mm、93.3mm 和 3.8mm，占全年的比例分别为 18.9%、58.3%、22.0%和 0.9%；而春、夏、秋、冬平均降水日数分别为 25.0d、49.1 d、28.7d 和 7.5d，占全年的比例分别为 22.7%、44.5%、28.7%和 7.5%。四季降水量的变异系数分别为0.39、0.22、0.33、0.60，四季降水日数的变异系数分别为0.25、0.13、0.24、0.48，可以看出湟源地区降水量和降水日数存在着明显的季节变化，夏季最大，秋图 1 湟源地区降水量和降水日数年内变化135青海科技202304气象科技青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY图 3 湟源地区年降水日数变化（a）及其 M-K 突变检验曲线（b）图 2 湟源地区年降水量变化（a）及其 M-K 突变检验曲线（b）季、春季次之，冬季最小；而变异系数在冬季最大，春季、秋季次之，夏季最小。3.2 降水量和降水日数年际变化特征图 2 和图 3 给出湟源地区年降水量和降水日数变化曲线，表 1 给出了湟源地区四季降水量和降水日数的气候倾向率。分析发现近 61 年湟源地区年降水量波动明显，降水量总体呈上升趋势，上升速率为 10.4mm（10a）-1，且降水量未通过显著性水平 0.05 的相关性检验，表明湟源地区降水量上升趋势不明显。1961-2021 年湟源地区多年平均降水量为424.8mm，最多出现在 1967 年，达到 614.4mm；最少出现在 1991 年，达到 254.9mm。湟源地区总体降水量不多，属于半干旱地区；同时，年际间波动较大，最多年份是最少年份的 2.4 倍，降水偏少的年份，对浅脑山非灌溉地区具有干旱危害风险。降水为负距平的 31 年中，有 19 年出现在 20世纪 90 年代以前，进入 21 世纪后，正距平明显增多，仅有 7 年出现降水负距平，其余年份均为正距平，说明降水呈增多趋势，此时段是湟源的相对多雨期。从降水量累积距平曲线来看，20 世纪60年代到21世纪初降水量累积曲线呈减小趋势，为降水偏少期，进入 21 世纪 00 年代中期后累积距平曲线呈增加趋势，为降水偏多期；从 9a 滑动曲线来看，降水量呈现出减小增加减小增加阶段变化趋势。经 M-K 突变检验发现，湟源地区在2012年出现明显的突变转折，降水量开始明显增多，突变后比突变前平均降水量增加 59.5mm。图 2、图 3 中细虚线为多年平均值，粗虚线为累积曲线，粗实线为 9a 滑动曲线。136青海科技202304气象科技青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY1961-2021 年，湟源地区年平均降水日数（日降水量 0.1mm）为 110.3d，年最多降水日数 143d，出现在 1989 年；年最少降水日数 81d，出现在 2013年。随着年代的变化降水日数以 1.2d（10a）-1的速度减少（图 3），但未通过显著性检验，减少趋势不显著。从累积距平曲线来看，20 世纪 60 年代到 80 年代中期在多年平均值附近波动；80 年代末累积曲线呈上升趋势，为降水日数偏多期，但持续时间较短；进入 90 年代后累积曲线呈下降趋势，表明降水日数为偏少期。从 9a 滑动曲线来看，降水日数呈现出减小增加减小阶段变化趋势。经 M-K 突变检验发现，湟源地区降水日数未发生明显的突变转折。表 1 给出了湟源地区四季降水量和降水日数变化的气候倾向率，从表 1 可以看出，四季降水量均表现出增加趋势，上升速率在 0.33.6mm/10a 之间，春季最大，夏秋季次之，冬季最小，四季降水量均未通过显著性水平 0.05 的相关性检验，表明湟源地区四季降水量变化不明显。春冬季降水日数呈现出增多趋势，变化速率分别为 0.2d/10a和 0.3d/10a；夏秋季表现为减少趋势，变化速率分别为-1.2d/10a和-0.7d/10a，仅夏季通过了0.05的显著性检验。3.3 降水集中度年际变化特征由图 4 可知，湟源地区历年降水集中度 PCI在 14.021.8mm/10a 之间，多年平均值为 17.4，最大值出现在 1980 年，为 21.8；最小值出现在1990 年，为 13.9，说明其年降水具有季节性，而且具有一定集中性。从降水量和降水日数的年内变化看出，降水主要集中在夏季，历年平均降水量 247.5mm，占全年的比例为 58.3%。而降水最多的 1967 年降水量达到 614.4mm，PCI 达到 21.8，说明这一年湟源地区的降水在年内的分布异常集中，降水的月季变化很大。图 4 湟源地区降水集中度变化近 61 年来湟源地区降水集中度整体表现为减小趋势，减小速率为 0.18/10a，未通过 0.05 的显著性检验。从累积距平曲线来看，20 世纪 60 年代和 80 年代为偏小期，70 年代和 90 年代为偏大期，进入 21 世纪 00 年代后降水集中度曲线为下降曲线，为偏小期。从 9a 滑动曲线来看，降水集中度呈现出增大减小增大减小阶段变化趋势。4 结论（1）湟源地区降水量呈微弱的不显著的上升趋势，且呈现出减小增加减小增加阶段变表 1 湟源地区四季降水量和降水日数变化注：*表示通过 0.05 的显著性检验季节降水量 mm/10a气候倾向率相关系数降水日数 d/10a气候倾向率相关系数春季3.60.210.20.07夏季3.30.11-1.2-0.32*秋季3.20.19-0.7-0.17冬季0.30.210.30.17137青海科技202304气象科技青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGYAnalysis of Precipitation Variation Characteristics in Huangyuan Area from 1961 to 2021WangFazhi1,ZhangGuoxin1,ZhaoMengfan2（1.XiningMeteorologicalBureau,Xining810016,China;2.QinghaiInstituteofMeteorologicalScience,Xining810001,China）Abstract:InordertomakebestuseoftheclimateresourcesinHuangyuanareaandpromotethesustainabledevelopmentoflocalagricultureandtourism,thispaperanalyzestheprecipitationchangesinHuangyuanareafrom1961to2021bylineartendencyestimation,M-Kmutationanalysisandslidingaveragemethod.TheresultsshowedthattheprecipitationinHuangyuanareashowedaweakandinsignificantupwardtrend,andshowedatrendofdecrease-increase-decrease-increasestage.In2012,therewasasignificantunexpectedchange,andthelineartrendofprecipitationinthefourseasonswasnotobvious.Thenumberofprecipitationdaysis1.2d(10a)-1didnotdecreasesignificantly,showingatrendofdecrease-increase-decreasestage,andnomutationoccurred.Thenumberofprecipitationdaysinsummerandautumnweredecreasing,andthenumberofprecipitationdaysinwinterandspringshowedanincreasingtrend,butonlysummerpassedthesignificancetestof0.05.TheconcentrationofprecipitationinHuangyuanareawasbetween14.021.8mm/10a,indicatingthattheannualprecipitationwasseasonalandhadacertainconcentration.TheclimatechangeinHuangyuanareaisconducivetotheplanting,highyieldanddemonstrationofmajorfieldcropssuchaswheat,broadbeansandpotatoes.Atthesametime,thesuitabilityofclimateandtourismcomfortarefurtherimproved,whichismoreconducivetothedevelopmentoftourismresourcesandthesustainabledevelopmentoftourism.Keywords:Huangyuanarea;Precipitationconcentration;Abruptclimatechange化趋势。在 2012 年发生明显的突变转折，四季降水量的线性变化趋势不明显。（2）湟源地区降水日数以 1.2d（10a）-1的速度不显著减少，呈现出减小增加减小阶段变化趋势，未发生突变。夏秋季降水日数为减少趋势，冬春季降水日数呈增多趋势，但仅夏季通过 0.05 的显著性检验。（3）湟源地区历年降水集中度 PCI 在 14.021.8mm/10a 之间，说明其年降水具有季节性，而且具有一定集中性；从降水量和降水日数的年内变化看出，降水主要集中在夏季，历年平均降水量247.5mm，占全年的比例为 58.3%。湟源地区降水集中度以 0.18（10a）-1的速度不显著减小。（4）湟源地区历年降水以微弱趋势不显著增加且集中在夏季，结合气温升高、热量条件趋好的实际情况，湟源地区呈雨热同季状态。理想的气候条件配合趋好的气候特征，非常有利于小麦、蚕豆、马铃薯等主要大田作物种植、高产以及示范推广。同时，气候的适宜度和旅游舒适度也进一步提升，有利于旅游资源的开发和旅游业的可持续发展。参考文献:1郑然.全球变暧背景下青藏高原气候变化特征及对沙漠化的影响D.南京信息工程大学,2015.2张薇.青藏高原积雪的时空分布特征及其对我国夏季降水的影响D.兰州大学,2017.3郑景云,尹云鹤,李炳元.中国气候区划新方案J.地理学报,2010,65(1):3-12.4石明章,索生睿,祁栋林.1961-2015年西宁市降水变化特征分析J.现代农业科技,2018(2):198-200.