青海東部—甘肅中部降水類型和干旱形勢的變化趨勢

魏 棟，劉麗偉 (蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州 730000)

干旱災害是一個跨學科問題，涉及氣象、農業和水文等各方面。在氣象上，將較長一段時間內降水偏少的現象定義為氣象干旱［1］。我國有約50%的國土面積屬于干旱與半干旱區域［2］，其中主要位于西北地區。西北地區遠離海洋，地處內陸腹地，水汽輸送由于路徑長、地形阻擋等原因受到抑制;再加上高原的大地形形成的動力、熱力作用，造成了西北地區長期干旱的氣候背景［3］。20世紀60年代以來，西北地區干旱事件頻發，對人民的生產生活造成了重大影響，每次干旱事件的發生均對西北地區脆弱的生態環境造成了災難性的破壞。20世紀末，全球變暖趨勢愈發明顯，1906～2005年全球平均地表溫度上升了0．56～0．92℃［4］。在全球變暖的大環境下，西北地區干旱氣候也受到了不同程度的影響。大量研究表明，干旱變化趨勢已經在中、小時空尺度可以清楚地識別到［5－7］。

青海東部—甘肅中部受亞洲季風影響，是典型的干旱與半干旱區。由于農業生產在這一區域的社會生產中占重要地位，干旱氣候成為影響這一地區農業產量和經濟發展的重要因子，成為人們廣泛關注的問題。作為影響青海東部—甘肅中部這一區域干旱形勢的主要因子，降水量的變化及其趨勢可以很好地反映當地干旱緩急狀況［8］。筆者利用該地區14個氣象站點1962～2010年降水觀測資料結合NCEP-CFSR再分析資料，找出了不同季節不同類型降水對這一地區干旱的影響，研究了這一地區不同季節干旱發生狀況及其多年變化趨勢，揭示不同類型的降水對當地旱澇形勢的貢獻，從而在對這一地區干旱變化趨勢和影響因子的認知上起指導作用。

1 資料與方法

1．1 資料選取 在98°～105°E，以資料齊全和具有良好代表性為標準，選取了剛察、門源、烏鞘嶺、景泰、都蘭、恰卜恰、西寧、民和、靖遠、興海、榆中、臨夏、臨洮、華家嶺14個站點，截取1962～2010年月降水資料和日降水資料。

1．2 分析方法

1．2．1 分季節探究降水趨勢和旱澇狀況。利用14個站點1962～2010年的月降水資料，計算出每個站點49年以來各個月份的平均降水量，得到14組49×12的數據，再取這14組數據的均值以反映總體區域降水。對這個區域降水資料進行距平百分率計算，以此來分月份、分季節分析降水趨勢和旱澇狀況。首先將距平百分率為負值的情況定義為相對的旱，而距平百分率為正時定義為相對的澇，這樣旱澇情形便可以直觀地從距平百分率圖上反映出來。

1．2．2 分類型探究降水趨勢和旱澇狀況。對降水量日資料按大、中、小雨標準劃分提取，計算各類型降水的月總量以及多年月平均值，計算各類型降水在多年降水中的貢獻量和趨勢;結合1979～2009年的CFSR月平均再分析資料對近地面溫度變化的診斷，討論研究區干旱形勢的長期趨勢。將24 h降水量＜10 mm定義為小雨;24 h降水量在10～25 mm定義為中雨;24 h降水量＞25 mm定義為大雨。這里使用的初始資料為之前選取的14個站1962～2010年每天20:00～次日20:00的日降水資料，以上述標準進行提取分類，分別得到了大雨、小雨、中雨3組數據。

2 結果與分析

2．1 區域多年降水趨勢 從14個站點區域多年降水距平百分率(圖1)可以看到，1962～1970年這一地區降水距平百分率正負波動幅度大，降水年際變化大;1970～2000年降水雖有個別上升情況，但較20世紀60年代降水量已經有了很大的減少，尤其在1990～2000年降水減少趨勢明顯。所以1962～2000年這一區域降水整體呈現出下降的趨勢，這與之前的相關研究結果是相符合的［7，9－10］。2001 ～2010 年降水量較前一個十年有所增加。

2．2 不同季節降水距平干旱趨勢研究 通過計算1962～2010年各個季節降水距平百分率，挑出負降水距平的年份代表干旱年，每10年統計干旱年年數。從不同時段各個季節的干旱年數(表1)可以看出，青海東部—甘肅中部1962～2010年春季干旱形勢持續緩解;夏季干旱形勢在1962～2001年有下降趨勢，但2001年以后，干旱形勢有加重的趨勢，與楊金虎等的研究結論［11］一致;秋季干旱形勢變化與夏季恰好相反，1962～2001年干旱年個數逐漸增多，而2001年以后干旱形勢逐漸緩解;冬季干旱形勢與春季干旱形勢有著相同的變化，即這49年來均有下降趨勢。所以除了夏季后10年的干旱形勢有所加重外，整個研究區域內49年時間，春夏秋冬4個季節旱情整體呈現出緩解趨勢，尤其隨著2001年以后秋季旱情的減弱，區域旱情緩解趨勢更加明顯。

表1 1962～2010年不同季節不同時段旱年數

2．3 不同類型降水趨勢和旱澇狀況

2．3．1 不同類型降水貢獻量的月際變化。從不同月份的小雨、中雨、大雨在49年總體降水中所占平均百分比(圖2)可以看出，小雨所占比重幾乎均在80%以上，而大雨和中雨2種類型降水各占比率最高不過16%，所以總體來說，青海東部—甘肅中部一年內的降水貢獻主要以小雨為主;中雨在3和10月出現的概率最大，所以這2個月份所占比重也相對較大;大雨主要在4和10月出現，整體貢獻量略低于中雨，但兩者很接近。

2．3．2 不同類型降水貢獻量的年際變化。利用資料進行計算后可以得出各類型降水每年的平均百分比，即平均貢獻量。從小雨、中雨、大雨49年平均貢獻量的變化趨勢(圖3)可以看出，1962～2010年青海東部—甘肅中部小雨所占百分比有持續下降趨勢;中雨所占百分比在1970年以前有所下降，但1970年以后也開始保持上升趨勢;大雨所占百分比在20世紀80年代以前是下降的，但80年代以后呈現出了明顯的上升趨勢。小雨、中雨、大雨貢獻量的3條趨勢線均通過了95%的顯著性檢驗。整體來看，1962～2010年小雨所占比重略有下降，而中雨和大雨所占比重開始增長，尤其以中雨的逐漸增多趨勢較為明顯。在此所研究區域地標主要以黃土為主，且植被稀少，草木覆蓋面積較小，加上當地典型的黃土地形［12］，如果短時間內有太多降水的話，降水到地表以后會沖刷黃土，很快匯聚流走，而不能被土壤充分吸收，卻會引起洪澇災害［13－14］，所以大雨對干旱的緩解是非常有局限性的。恰恰相反，短時降水量并不是太多，但持續時間較長的小雨和中雨所形成的降水反而能夠被土壤充分吸收，以此來緩解干旱。小雨和中雨整體所占比重在近49年有小幅度上升，最明顯的階段是20世紀80～90年代;大雨比重總體上升，但由于這一地區特殊的黃土特征和地貌，所以大雨對干旱緩解作用有限，反而會加大洪澇災害發生的可能性。

2．3．3 結合近地面溫度變化討論干旱趨勢。通過以上研究可知，青海東部—甘肅中部降水主要以24 h降水量＜10 mm的小雨為主，20世紀70年代以后中雨所占比重上升明顯，80年代以后這一地區大雨出現的概率也在增加，整個區域干旱形勢有所緩解。為了從溫度的角度驗證所研究區域整體干旱形勢是緩解的，在此使用了1979～2009年的CFSR月平均再分析資料，診斷了青海東部—甘肅中部近地面溫度在4個季節的年際變化和長期趨勢。從圖4可以看出，1979～2009年所研究區域近地面溫度除了冬季長期趨勢不明顯外，其他3個季節整體均呈現出下降的趨勢，尤其以夏季溫度下降最為明顯(春季和秋季溫度長期趨勢通過了90%的顯著性檢驗，夏季溫度長期趨勢通過了95%的顯著性檢驗)。近地面溫度的整體下降與雨量變化的共同作用，推動了青海東部—甘肅中部地區整體干旱形勢的緩解。

3 結論

(1)青海東部—甘肅中部干旱主要與小雨的變化相關，盡管1962～2010年小雨貢獻量有所下降，但仍然占據主導地位。

(2)所研究區域中雨貢獻量的增長補充了小雨的下降趨勢，對干旱影響較大的降水類型有著向中雨發展的趨勢。

(3)大雨在過去49年里均有所增加，但對干旱的緩解作用非常小。

(4)除了夏季后十年的干旱形勢有所加重外，整個研究區域1962～2010年旱情整體呈現出緩解趨勢，尤其隨著2001年以后秋季旱情的減弱，區域旱情緩解趨勢更加明顯，與此同時近地面溫度的長期趨勢呈現出下降態勢，進一步緩解了旱情。

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