近50年吉林省干濕指數時空分布特征分析

張大偉，吳正方，杜海波，李 明，宗盛偉

（1.東北師范大學城市與環境科學學院，吉林長春130024；2.山西師范大學城市與環境科學學院，山西臨汾041000）

近50年吉林省干濕指數時空分布特征分析

張大偉1，吳正方1，杜海波1，李 明2，宗盛偉1

（1.東北師范大學城市與環境科學學院，吉林長春130024；2.山西師范大學城市與環境科學學院，山西臨汾041000）

采用桑斯維特在氣候分類法中定義的干濕指數，結合趨勢系數分析、小波分析、M－K檢驗等統計方法，對吉林省近50年氣候干濕變化狀況進行了分析.結果表明：吉林省表現出4次相對的干濕交替，即20世紀60年代的偏濕潤期，70年代的相對干旱期，80年代的偏濕潤期，90年代中后期以后的偏干旱期；存在10～15a和3a的變化周期，突變發生在1979—1980年；在空間變化上表現出濕潤區范圍不斷擴大，半濕潤區顯著縮小，半干旱區范圍略有擴大的特點.

氣候變化；干濕指數；時空分布；吉林省

近年來，在全球氣候變化的背景下，各區域的干濕狀況及其時空分布特征也發生了不同程度的變化［1］，這種變化已經對環境、國民經濟，特別是農業生產產生了一定的影響.因此氣候的干濕變化及其帶來的影響越來越受到氣象氣候學者及相關領域人士的關注和重視.

干濕指數是表征一個地區水分盈虧及收支變化的物理量［2］.目前，在降水量減少而氣溫升高的氣候背景下，增溫已經成為影響干濕狀況的重要因子之一［3］，單一地分析降水量已經不能完全表征氣候干濕分布狀況和時空變化.綜合降水、氣溫、蒸發量、風速、土壤濕度，植被覆蓋率等因子定義的干濕指數是表征干濕狀況的客觀指標，但由于非常規數據缺乏長時間大范圍的觀測記錄，多因子干濕指數具有一定的局限性.鑒于此，本文選擇桑斯維特在植被氣候分類法中定義的干濕指數，綜合考慮降水量和氣溫對干濕狀況的影響，同時分析水分收入量和支出量的變化情況，對氣候干濕狀況及其時空分布特征進行了探討.該指數數據容易收集，方法成熟且可行性強.

目前，國內對氣候干濕狀況的研究已經取得一定的成果［4－8］，研究區域多集中在國家尺度和大區域尺度上［9－12］，主要是基于歷史資料對中國干濕狀況的形成機理、分布特征、變化趨勢等方面進行的分析.如馬柱國對中國北方干濕演變規律及其與區域增暖的可能聯系進行了分析，指出當前北方地區的普遍增溫是干旱化加劇的主要原因［13］；楊建平等分析了50年來中國干濕氣候界線的空間變化，認為中國干旱/半干旱分界線與半濕潤/濕潤分界線也呈現出顯著的區域差異性，且具有“U型”分布特征［14］；趙俊芳等基于濕潤指數研究得出了中國氣候總體上呈暖干趨勢的結果［15］.但是，對單個省特別是農業省干濕狀況變化的研究相對較少，考慮降水量和氣溫對吉林省干濕指數特征的研究亦未見報道.鑒于此，本文利用近50年逐日氣溫和降水數據，結合趨勢系數、小波分析、M－K檢驗等方法分析了吉林省干濕指數的時空分布特征，以期為有關部門合理利用氣候資源、調整農業生產提供理論依據.

1 數據和方法

1.1 數據

所采用的數據由中國氣象局國家氣象信息中心提供，將資料長度不足和發生過臺站遷移的站點剔除后，選取了吉林省22個氣象站（見圖1）1958—2007年的逐日氣溫和降水量資料.對于個別缺測的數據，本研究選用臨近站點空間插補方法對其進行了插補，以保證氣象數據序列的完整性和連續性.

圖1 吉林省氣象站分布

1.2 方法

采用桑斯維特在植被氣候分類法中定義的干濕指數Im［16－17］，公式如下：

式中：P為降水量；PE為潛在蒸散量，計算方法如公式（2）所示：

a1＝－0.0433，a2＝3.2244，a3＝－41.528；kd為長訂正系數；I為熱指數；T為月平均氣溫.

依據Im劃分的干濕氣候型如表1所示［16］.

表1 按干濕指數劃分的干濕氣候型

2 結果與分析

2.1 干濕指數時間演變特征

2.1.1 干濕指數時間序列變化趨勢

1958—2007年，吉林省干濕指數總體呈上升趨勢，但并不明顯（見圖2），只有2站通過了α＝0.05的顯著性檢驗.吉林省相對干濕的主要特征表現為20世紀60年代的偏濕潤期（但已經表現出向偏干旱期轉變的趨勢），70年代的相對干旱期，80年代的偏濕潤期，90年代中期以后的偏干旱期.其中，最濕潤的年份為1986年，干濕指數值為22.8，最干旱的年份為1958年，干濕指數值為－36.3.

圖2 1958—2007年吉林省干濕指數時間變化特征

2.1.2 干濕指數時間序列周期特征

吉林省干濕指數存在不同時間尺度的震蕩周期（如圖3所示，實線表示偏濕潤，虛線表示偏干旱）.從10～15a時間尺度上看，吉林省在1958—2007年間經歷了4次相對的干濕交替，即1968年以前處于偏濕潤期，1968—1982年處于偏干旱期，1982—1995年處于偏濕潤期，1995年以后再度進入偏干旱期，變化周期與本文前面的趨勢變化分析基本一致.準15a周期存在，但不明顯，說明干濕指數時間序列年際變化并不顯著，3a周期始終存在且十分明顯，說明氣候干濕狀況年際交替頻繁.

圖3 1958—2007年吉林省干濕指數Mexh小波分析圖

2.1.3 干濕指數時間序列突變特征

干濕指數的時間變化既有漸變也有突變，如圖4所示，60年代初至80年代初正序曲線是波動下降的，說明吉林省在這一時期逐漸變干；80年代以后曲線呈波動上升的趨勢，1985年濕潤程度逐漸增大，曲線值大于0，直至1995年曲線再次下降，但是此時仍處于0值以上，兩條曲線有多個交點，且都在信度線（u0.05＝±1.96）之內.為了確定干濕指數突變的確切位置，用t檢驗再次對干濕指數進行檢驗，得出突變點在1979—1980年和1984—1985年，綜合兩種檢驗的相同部分可以確定干濕指數的突變發生在1979—1980年，其他突變點均為偽突變點.

圖4 1958—2007年吉林省干濕指數M－K檢驗統計量曲線

2.2 干濕指數空間分布特征

吉林省干濕氣候區分為濕潤區、半濕潤區和半干旱區（見圖5）.以突變年份1980年為界，可將近50年分為兩個時間段.1958—1980年吉林省濕潤區大致分布在東部和南部，包括白山市、通化市大部分和延邊朝鮮族自治州的敦化市、安圖縣、和龍市三市（縣）的南部；半濕潤區分布在四平市、遼源市、長春市、吉林市和延邊朝鮮族自治州的大部分地區；半干旱區大致分布在白城市和松原市.

圖5 1980年前后吉林省干濕帶界線分布對比圖

1980年以后濕潤區界線向東北、北、西北三個方向延伸，最西端到達吉林省中部，最大移動距離約為100km，不但將原有覆蓋范圍擴大，而且把蛟河、樺甸、梅河口三市也囊括其中，說明吉林省東部的降水增加不但抵消了氣溫增加所帶來的影響［18］，而且使其自身在干濕分布中占主導地位，導致吉林省濕潤區的范圍顯著增大；半干旱區的范圍并沒有太大的變化，界線南部兩個時段相重合，北部1980年后略向東偏，最大移動距離約為15km，在吉林省西部氣溫不斷升高、降水逐漸下降的情況下［18］，半干旱區的干旱程度加劇；半濕潤區的面積明顯減小，分布在濕潤區的兩側.通過前后兩個時段的對比，吉林省干濕區域表現出濕潤區范圍不斷擴大、半濕潤區顯著減少、半干旱區范圍略有擴大的特點.

3 結論

（1）1958—2007年，吉林省表現出4次相對的干濕交替：即20世紀60年代的偏濕潤期，70年代的相對干旱期，80年代的偏濕潤期，90年代中期以后的偏干旱期.其中，最濕潤的年份為1986年，最干旱的年份為1958年.

（2）干濕指數包含了多個不同尺度的周期，在10～15a的尺度上，吉林省氣候干濕更替周期與趨勢變化分析基本一致，準15a周期存在，但不明顯；在小于10a的尺度上，3a周期表現明顯.

（3）干濕指數時間序列突變發生在1979—1980年.

（4）通過比較兩個時段濕潤區、半濕潤區、半干旱區的界線發現：濕潤區由東南向東北、北、西北三個方向延伸，最西端到達吉林省中部；半濕潤區與半干旱區的界線南部兩個時段相重合，北部在后時段略向東偏，整體表現出濕潤區范圍不斷擴大、半濕潤區顯著減少、半干旱區范圍略有擴大的特點.

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Abstract：In this paper，we analyze the climatic drought－wet change over Jilin in the past 50years using the drywet index defined by Thonthwaite，combined with the trend coefficient，wavelet transform and M－K test.The results show that the interdecadal climatic variation experience four alternating dry and wet periods，including course of wet period in the 1960s，dry period in the 1970s，wet period in the 1980s，and dry period after mid－90s，respectively.The periods of 10～15aand 3aexist.The mutation point occurs between 1979and 1980.Humid areas expand，whereas semi－humid areas reduce significantly.The semi－arid areas slightly expand.

Keywords：climate change；dry－wet index；spatial－temporal distribution；Jilin Province

（責任編輯：方 林）

Temporal－spatial distribution of dry－wet index in Jilin in recent 50years

ZHANG Da－wei1，WU Zheng－fang1，DU Hai－bo1，LI Ming2，Zong Sheng－wei1
（1.College of Urban and Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.College of Urban and Environmental Sciences，Shanxi Normal University，Linfen 041000，China）

P467［學科代碼］170·1535

A

2011－06－19

國家重點基礎研究發展規劃（973）項目（2009CB426305）；國家自然科學基金資助項目（41171038）；吉林省自然科學基金資助項目（20101561）.

張大偉（1984—），女，碩士研究生，主要從事區域氣候變化研究；通訊作者：吳正方（1960—），男，博士，教授，博士研究生導師，主要從事生態氣候研究.

1000－1832（2012）02－0123－04