西藏地區近40年溫度和降水量變化的時空格局分析

楊文才，多吉頓珠，范春捆，周啟龍

1. 西藏自治區農牧科學院草業科學研究所，西藏 拉薩 850009；2. 西藏自治區農牧科學院農業研究所，西藏 拉薩 850032

西藏地區近40年溫度和降水量變化的時空格局分析

楊文才1，多吉頓珠1，范春捆2，周啟龍1

1. 西藏自治區農牧科學院草業科學研究所，西藏 拉薩 850009；2. 西藏自治區農牧科學院農業研究所，西藏 拉薩 850032

全球氣候變化將對農田、林地、草原等生態系統產生不同程度的影響，而制定科學合理的氣候變化應對策略，需要準確把握區域氣候變化的時空特征與規律。為了全面了解西藏地區溫度和降水指標的時空格局，深入分析了1971—2010年間的年平均溫度和降水量年值及季節值的變化趨勢和時空格局。結果表明，（1）年平均溫度普遍升高，有 39.72%的地區累計升高1.6～2.4 ℃，10.72%的地區累計升高2.4～3.2 ℃，局部地區累計升高4 ℃以上，在空間分布上，僅錯那縣、墨脫縣和察隅縣三縣的南部地區年平均溫度下降，其余地區年平均溫度升高。從降水量變化來看，有42.09%的區域變化在±1 mm?a-1之間，與40年前相比，有12.41%的地區年降水減少40 mm以上，45.49%的地區呈增加趨勢。從空間分布來看，降水量減少區域主要分布在阿里東北到那曲西北一帶、日喀則西部到阿里獅泉河一帶、日喀則南部以及林芝東南部。（2）從季節平均溫度、降水量的變化來看，4個季節溫度均以升高為主，增幅高低順序為秋季＞春季＞冬季＞夏季；四季降水量差異較大，春季和夏季以增多為主，秋季和冬季以減少為主，其中，冬季減少最多，面積占比達96.78%。（3）近40年來，溫度變化存在顯著的突變點，突變時間存在空間分異性。（4）溫度的明顯升高和降水量的時空差異將導致局部地區氣候干濕變化。藏西地區易發生全年干旱，藏南和藏東南地區易發生季節干旱，這將給農業生產、天然草地牧草生長和草原畜牧業帶來不利影響。研究認為相關部門和農牧民都應該重視并盡快制定科學合理的應對策略和方案，以應對不確定性的氣候變化。

氣候變化；溫度；降水量；時空格局；西藏

第三次氣候變化國家評估報告指出，近百年（1909—2011年）來中國陸地區域平均增溫0.9～1.5 ℃，高于第二次氣候變化國家評估報告平均增溫0.5～0.8 ℃的結論。近15年來氣溫上升趨緩，但仍然處在近百年來氣溫最高的階段。近百年和近60年中國平均降水量未見顯著趨勢性變化，但區域分布差異明顯，其中西部干旱、半干旱地區近 30年來降水持續增加（編寫委員會，2015）。氣候變暖已經是一個不爭的事實（張雪芹等，2011），從最近百年來的數據看，中國的氣溫、降水、海平面已明顯受到氣候變化影響（編寫委員會，2015）。長期氣候變化是目前被普遍關注的一個問題，區域氣溫與降水量的變化與生態環境密切相關，將對水資源和生態系統產生深刻的影響（左洪超等，2004；劉世梁等，2014）。

青藏高原對中國乃至全球氣候有重要影響，對高原氣候變化的研究一直倍受科學家的關注（韋志剛等，2003）。青藏高原作為中國氣候變化的“啟動區”，已有大量研究成果（馮松等，1998；Niu et al.，2004；徐宗學等，2006；邊多等，2006a）。西藏位于青藏高原的中南部，同樣引起很多學者的關注。近年來大量的研究主要針對西藏的局部地區或單一氣象因子（邊多等，2006b；張磊等，2007；杜軍等，2000），邊多等（2006a；2006b）對近 30年來西藏那曲地區湖泊變化對氣候波動的響應、近40年西藏“一江兩河”流域氣候變化特征進行了研究，張磊等（2007）對青藏高原近 40年來的降水變化特征進行了研究，杜軍（2000）對西藏近 40年氣溫變化的氣候特征進行了研究，然而，對西藏區域溫度和降水時空變化的全面研究很少（楊春艷等，2013）。楊春艷等（2013）分兩個時段對西藏區域年均溫度和年降水量變化進行了研究，目前尚缺乏對四季溫度和降水量變化的研究。溫度和降水是西藏地區生態環境和農牧業發展的重要制約因素。因此，分析西藏地區近幾十年溫度和降水指標的時空格局，對有效預防自然災害，為適應氣候變化而制定草原保護與合理利用應對策略具有重要意義。為此，本研究利用西藏及其周邊 38個氣象站近 40年的年平均溫度、降水量年值和季節值變化趨勢，旨在全面分析和理解西藏地區溫度和降水指標的時空格局。

1 材料與方法

1.1 數據資料

研究主要選用 1971—2010年西藏自治區及其周邊 38個氣象站的日平均氣溫、降水量的年值和月值數據。基礎數據由中國氣象科學數據共享服務網提供。研究區域和具體站點分布見圖1。

圖1 研究區域及其周邊氣象臺站Fig. 1 Research area and its surrounding meteorological stations

1.2 分析方法

1.2.1 指標年值變化趨勢

建立每個臺站研究指標的年值與年份之間的趨勢線，然后采用最小二乘法模擬趨勢線的斜率。

1.2.2 指標季節值年變化趨勢

按照月值數據換算為季節值，其時間對應關系為：春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9— 11月，冬季為12月—次年2月。計算1971—2010年研究指標的季節值序列，然后采用最小二乘法模擬趨勢線的斜率。

1.2.3 空間分析

通過上述方法獲得年值、季節值斜率，在ArcGIS 10.1軟件的支持下，利用ArcToolbox工具箱中 Spatial Analyst工具→Interpolate to Rastor→Spline和Spatial Analyst工具→Surface Analysis→Contour進行由點到面的空間插值分析、等值線繪制以及制圖等（丁勇等，2014）。

1.2.4 M-K突變檢驗方法

M-K突變檢驗方法最初由Mann和Kendall提出和發展，后經其他人進一步完善和改進，形成了現在的模型（魏鳳英，1999）。該方法被世界氣象組織推薦并廣泛使用于分析降水、徑流、氣溫和水質等（Sheng et al.，2002；Sheng et al.，2004；Hamed，2008），具體計算方法參見文獻（魏鳳英，1999）。

2 結果與分析

2.1 溫度和降水量年指標變化

研究西藏 1971—2010年平均溫度和年降水量變化，結果如圖2、表1所示。

從近 40年西藏溫度變化趨勢分析與統計結果（圖2A、表1）可知，僅2.04%的地區年平均溫度下降，其他地區年平均溫度普遍升高，約有38.8%的地區年平均溫度升高0.02～0.04 ℃?a-1，這些區域主要分布在昌都市、林芝市、日喀則市以及安多縣、雙湖縣的北部；約有39.72%的地區年平均溫度升高0.04～0.06 ℃?a-1，這些區域主要分布在阿里地區，那曲地區的尼瑪縣中部、申扎縣北部、雙湖縣中西部、班戈縣北部、安多縣南部、那曲縣、聶榮縣、巴青縣西北部、比如縣西北部、嘉黎縣西北部，拉薩市當雄縣東南部、林周縣、墨竹工卡縣、堆龍德慶區、城關區、達孜縣、曲水縣，山南市貢嘎縣、扎囊縣、乃東縣、桑日縣、浪卡子縣東部、措美縣、洛扎縣、錯那縣西北部，日喀則市昂仁縣東南部、定日縣東北部、拉孜縣南部、薩迦縣西部以及昌都市江達縣北部、察隅縣東部、左貢縣南部、芒康縣南部。年平均溫度升高幅度最大的地區當屬改則縣東北部、尼瑪縣北部、雙湖縣西北部，升幅在0.08 ℃?a-1以上，最高達到0.1013 ℃?a-1。

圖2 1971—2010年西藏地區年平均溫度、降水量年指標變化年平均溫度、降水量變化趨勢傾向率分布Fig. 2 Changes of annual mean temperature and precipitation yearly indexes in Tibet from 1971 to 2010

表1 近40年西藏地區年平均溫度、降水量變化趨勢傾向率分布Table 1 Distribution of tendency rate of annual mean temperature and precipitation in recent 40 years in Tibet

從近40年西藏地區年降水量變化來看（圖2B、表1），約有12.41%的地區年降水量呈明顯減少趨勢，42.09%的地區變化幅度不明顯，45.5%的地區呈增加趨勢。從降水量空間分布格局來看，年降水量減少幅度最大的區域分布在日喀則市西南部（仲巴縣、薩嘎縣、吉隆縣、定日縣）、林芝市南部（墨脫縣、察隅縣）區域，變化率大于3 mm?a-1；日喀則市南部（康馬縣）、阿里地區西部（札達縣、日土縣）及東北部（改則縣）、那曲地區尼瑪縣北部、雙湖縣北部等地降水量減少幅度次之，變化率達1～3 mm?a-1；其余地區年降水量呈增多趨勢，日喀則市、山難事、拉薩市、那曲地區、林芝市、昌都市大部分地區年降水量增加明顯，年均增幅 1～3 mm?a-1，局地年均增幅3 mm?a-1以上。

2.2 溫度和降水量季節變化

2.2.1 溫度季節變化

分析氣溫季節變化，可以辨識各季節對指標年變化的貢獻。研究分析了1971—2010年西藏地區春、夏、秋、冬 4個季節的氣溫變化趨勢及空間格局。

由圖3可知，4個季節溫度均以升高為主，春、夏、秋、冬季都呈降溫趨勢的區域分別占2.54%、26.42%、3.19%和30.46%。40年來，以春季和秋季增溫最為顯著，春季增溫1～2 ℃的地區占研究區域的52.44%，2～3 ℃的占27.96%，3～4℃的占5.62%；秋季增溫 1～2 ℃的地區占 45.52%，2～3 ℃的占18.55%，3～4 ℃的占 10.30%；冬季和夏季的增溫幅度低于春季和秋季，冬季增溫 1～2 ℃的地區占28.44%，2～3 ℃的占21.94%，3～4 ℃的占4.01%；夏季增溫 1～2 ℃的地區占 34.08%，2～3 ℃的占16.16%，3～4 ℃的占2.71%。

從空間格局來看，春季和秋季增溫區域變化趨勢大致相同，秋季增溫幅度高于春季增溫幅度，冬季降溫的區域要比夏季的廣，夏季氣溫的變化存在空間差異，以當雄為中心增溫最明顯，而色林錯周邊降溫最為明顯。西部區域出現了春、秋增溫與、夏、冬降溫并存的格局，總體上西部年平均溫呈現上升趨勢。

2.2.2 降水量季節變化

與氣溫變化相比，降水的變化要復雜得多（韋志剛等，2003）。本研究分析了1971—2010年西藏地區春、夏、秋、冬4個季節的降水量變化及時空格局，結果如圖4。

由圖4可知，春季降水量有明顯的增多趨勢，約有77.22%的地區呈增多趨勢，約11.02%的區域變幅超過1 mm?a-1，即40年間降水量增加40 mm以上；夏季約有 7.8%的地區降水量減幅超過 1 mm?a-1，同時，也約有 25.6%的地區降水量增加 1 mm?a-1；秋季約有11.76%的地區降水量減幅超過1 mm?a-1；冬季約有96.78%地區降水量呈減少趨勢，其中，約有7.13%的地區降水量減幅超過1 mm?a-1，約有36.66%的地區降水量減幅為0.5～1 mm?a-1。

圖3 1971—2010年西藏地區4個季節平均溫度變化/(℃?a-1)Fig. 3 The seasonal mean temperature change in Tibet from 1971 to 2010/(℃?a-1)

圖4 1971—2010年西藏地區4個季節降水量變化/(mm?a-1)Fig. 4 Changes of seasonal precipitation in Tibet from 1971 to 2010/(mm?a-1)

從空間格局來看，降水的空間變異大，局地增多或減少現象突出，夏季降水的變化最劇烈，特別是降水量變率等值線0線兩側，等值線密集，變化非常劇烈。夏季降水量的空間變化基本決定了研究區年降水量變化的空間格局，這是因為西藏的降水主要集中在夏季，夏季的降水量變化最劇烈。春季降水量以增加為主，夏季降水量增加區域多于減少區域，降水量增加的區域主要分布在那曲地區、日喀則市、拉薩市、山南市、昌都市的大部分地區以及林芝市北部。秋季降水量減少區域略多于增加區域，冬季以降雪為主，降水量明顯減少，空間變化特征不明顯。

2.3 溫度和降水量的M-K突變檢驗

對溫度和降水量的年值、季節值進行 M-K突變檢驗，分析代表氣象站1971—2010年間各指標的突變時間，從 M-K檢驗結果可以得出以下幾個方面的特征：（1）年平均溫度有顯著的突變點，發生突變后呈現顯著上升趨勢；（2）西藏高寒草甸區和高寒草原區年降水量有突變點，高寒草原區變化沒有達到顯著水平，高寒草甸區呈現顯著增多趨勢；（3）年降水量的變化與夏季降水量的變化有密切的關系，秋季溫度變化對年均溫度變化起到了重要作用。

對選取的 16個氣象站進行年均溫度的突變時間統計與空間格局分析（圖5），結果顯示：年平均溫度和春夏秋冬四季的平均溫度的 M-K檢驗表現出明顯的突變特征；藏西突變開始于 1996—1999年期間，藏北突變開始于1999—2004年期間，藏南突變開始于1999—2005年期間，藏東南年均溫度的突變時間略晚，開始于2002—2006年期間。各縣年均溫度的突變時間見圖5。

圖5 年平均溫度突變時間的空間格局Fig. 5 Spatial pattern of annual mean temperature mutation time

氣象數據資料分析結果表明，西藏一半以上地區的年平均溫度增速為0.4～0.8 ℃/10 a，西藏地區年平均溫度變化速率顯著高于全國和全球水平。從空間格局來看，已有的研究表明全國大部分地區均呈增溫趨勢，其中增溫最為明顯的地區主要分布在34°N以北（編寫委員會，2011）。西藏地區升溫幅度最大的地區是西北部，位于34°N以北，符合增溫速率隨緯度升高而加快的趨勢。全國1905—2005年百年尺度溫度的季節變化表現為冬季＞春季＞秋季＞夏季，而本研究認為對西藏全年溫度變化表現為秋季＞春季＞冬季＞夏季，因為春季和秋季溫度增大的區域面積分別比夏季和冬季的大，秋季溫度增率與其所占面積之積大于春季溫度增率與其所占面積之積，冬季溫度增率與其所占面積之積大于夏季溫度增率與其所占面積之積。

西藏地區氣溫明顯升高，局部降水也呈增加趨勢，氣候變化對生態環境造成了一定影響。氣候變暖導致冰川退縮和凍土融化（左慧林等，200955-57）。氣候變暖還會影響植被生長，一方面延長了植被生長期，使植被生長空間得到拓展，另一方面加劇了植被對水分的需求（徐興奎等，2008）。由此，在降水量呈現減少趨勢而氣溫呈現升高趨勢的同時，將出現植被覆蓋退化的現象。有研究表明，青藏高原植被覆蓋度較高的區域對于降水、相對濕度的響應較為遲鈍，而植被覆蓋度較低的荒漠、高寒墊狀植被地區對于降水、相對濕度的變化最為敏感（紀迪，2012）。楊元合研究青藏高原草地植被覆蓋變化及其與氣候因子的關系，結果顯示，青藏高原草地植被活動呈增強趨勢，植被活動的變化與氣候變化（尤其是溫度上升）密切相關，生長季節提前和生長季生長加速是青藏高原草地植被生長季 NDVI增加的主要原因。植被對氣候變化的響應存在滯后效應，高寒草地（高寒草甸、高寒草原）植被夏季NDVI的增加是夏季溫度與春季降水共同作用的結果，植被對氣候的長期適應和水分循環、生物地球化學循環的限制均有可能減緩植被對氣候變化的響應（楊元合等，2006）。有研究指出，全球氣候變暖后，高寒草甸牧草生產力水平變化格局有所不同，這主要與降水的影響關系較大。當氣溫上升2 ℃，降水增加10%，植被的蒸散量大于降水的補給量，干旱脅迫加重，因而水分成為牧草生長的限制因素，只有當降水在同期增加15%以上時，這種限制才能得到緩解。當氣溫上升 4 ℃，降水增加20%，只有當降水量增加較高時，產草量才比現實狀況有所提高，但并非明顯，只提高 1%左右（李英年等，2000）。

氣候變化所產生的影響存在區域差異（左慧林等，2009）57。從年均溫度和年降水量變化的空間格局來看，西藏西部溫度大幅升高的區域，其降水量呈減少趨勢；東南部溫度降低，其降水量也減少；其他區域溫度升高幅度較小，降雨量呈增加趨勢。因此，溫度和降水量變化呈現出復雜的時空格局。溫度和年降水量年值變化將可能導致干旱，尤其是溫度明顯升高、降水量減少的藏西地區。從季節變化結果來看，溫度變率表現為秋季＞春季＞冬季＞夏季，降水變率表現為春季（增加）＞夏季（增加）＞秋季（一定范圍減少）＞冬季（大范圍減少），兩者在季節變化上有所不同。秋季大范圍地區出現大幅增溫，降水減少，容易導致秋旱。

西藏地區溫度突變存在明顯的空間分異。氣候突變是指氣候從一種穩定狀態跳躍式地轉變到另一種穩定狀態的現象（符淙斌等，1992；符淙斌，1994）。有研究指出，青藏高原氣候變化具有超前性，是中國乃至世界氣候變化的敏感區和啟動區（湯懋蒼等，1998；劉曉東，1999；丁一匯等，2008），西藏絕大部分時次氣溫在20世紀90年代中期以后有明顯的氣候突變，從一個相對偏冷期躍變為一個相對偏暖期，且氣溫的上升趨勢均超過α=0.05臨界線，表明西藏各時次氣溫的突變是十分顯著的（杜軍等，2016）。降水量呈增加趨勢，僅個別臺站出現突變。張磊等（2007）對青藏高原降水變化的分析顯示， 1961—2000年間，青藏高原降水量呈增加趨勢，高原南區（西藏自治區、四川省西部和云南省西北部）分別在1978年和1994年發生了突變。本研究結果與前述結果基本一致，認為藏西的平均溫度升高突變主要發生在 1996年之后，而藏北發生在1999年之后，藏南發生在1999年后，藏東南發生在 2002年之后，藏北、藏南和藏東南地區出現了明顯的滯后。有分析認為其原因是緯度高的地區突變時間要早于緯度低的地區，大城市早于小城市；除此之外，本研究認為，西藏東南部森林分布面積較大，森林生態系統對氣候變化有較強的自適應性，能夠在一定變化范圍保持穩定，對氣候變化有相對滯后的特點（顏廷武等，2010）。

3 結論

從 1971—2010年主要氣候年值的變化來看，西藏年均溫度普遍升高，有39.72%的地區累計升高1.6～2.4 ℃，10.72%的地區累計升高2.4～3.2 ℃，局部地區累計升高4 ℃以上；在空間分布上，僅錯那縣、墨脫縣和察隅縣三縣的南部地區年平均溫度下降，其余地區年平均溫度升高。從降水量變化來看，42.09%的區域變化在±1 mm?a-1之間，與40年前相比，有 12.41%的地區年降水減少 40 mm以上，45.49%的地區呈增加趨勢；從空間分布來看，溫度升高區域主要集中在西藏西部和東北部地區，降水量減少區域主要分布在阿里東北到那曲西北一帶、日喀則西部到阿里獅泉河一帶、日喀則南部以及林芝東南部。從季節平均溫度、降水量的變化來看，4個季節溫度均以升高為主，增幅高低順序為秋季＞春季＞冬季＞夏季；四季降水量差異較大，春季和夏季以增多為主，秋季和冬季以減少為主，其中，冬季減少最多，面積占比達96.78%。近40年來，溫度變化有明顯的突變點，但是突變時間存在明顯的空間異質性。溫度的明顯升高和降水量的時空差異將導致局部地區氣候干濕變化。藏西地區易發生全年干旱，藏南和藏東南地區易發生季節干旱，這將給農業生產、天然草地牧草生長和草原畜牧業帶來不利影響。研究認為相關部門和農牧民都應該重視并盡快制定科學合理的應對策略和方案，以應對不確定性的氣候變化。

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Spatial and Temporal Patterns of Temperature and Precipitation in Recent 40 Years in Tibet

YANG Wencai1, Duojidunzhu1, FAN Chunkun2, ZHOU Qilong1

1. Institute of Pratacultural Science, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husandry Science, Lhasa 850009, China; 2. Institute of Agriculture, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry, Lhasa 850032, China;

In the context of global climate change, climate change will affect the ecological environment of agriculture, forestry and grassland to varying degrees. To formulate a scientific and reasonable climate change response strategy, we need to accurately grasp the temporal and spatial characteristics and laws of regional climate change. In order to comprehensively analyze and understand the spatial and temporal pattern of temperature and precipitation in Tibet, the annual mean temperature and annual precipitation value and the seasonal variation trend and spatial-temporal pattern of 1971—2010 were analyzed. The results show that: (1) The annual average temperature increased in general, 39.72% of the total area increased 1.6～2.4 ℃, 10.72% of the total area increased 2.4～3.2 ℃, some areas increased by 4 ℃ above.The spatial distribution:only the average annual temperature in the southern region of the three counties (Cuona, Medog and Zayu counties) decreased, while the average temperature in other areas increased. Precipitation change: 42.09% of the area changes in ±1 mm?a-1, 12.41% of the area (compared with 40 years ago), the annual precipitation decreased by 40mm above, 45.49% area shows an increasing trend. The spatial distribution of precipitation: precipitation reduction area is mainly distributed in the northeast of Ali to the northwest of Naqu, Shigatse west to Ali Shiquanhe area, south of Shigatse and southeast of Nyingchi. (2) The seasonal mean temperature and precipitation of the four seasons showed that the temperature increased in all four seasons, the order of increase was autumn＞spring＞winter＞summer; The precipitation in the four seasons is greatly different, and the increase is mainly in the spring and summer, and the decrease is mainly in the autumn and winter, among the four seasons the precipitation of winter decreased the most reached an area of 96.78%. (3) During the recent 40 years, the temperature change has obvious mutation point, and the mutation time has spatial differentiation. (4) Due to the obvious increase of temperature and the difference of precipitation, it will lead to the change of dry and wet climate in some areas. The drought in the western part of Tibet is easy to occur throughout the year. Seasonal drought is easy to occur in southern Tibet and southeastern Tibet, which will adversely affect agricultural production, natural grassland forage growth and grassland animal husbandry. The study suggests that the relevant departments and farmers and herdsmen should pay attention to and formulate scientific and reasonable response strategies and programs as soon as possible to deal with the uncertainty of climate change.

climate change; temperature; precipitation;spatial and temporal pattern; Tibet

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.008

X16

A

1674-5906（2016）09-1476-07

楊文才, 多吉頓珠, 范春捆, 周啟龍. 2016. 西藏地區近40年溫度和降水量變化的時空格局分析[J]. 生態環境學報, 25(9): 1476-1482.

YANG Wencai, Duojidunzhu, FAN Chunkun, ZHOU Qilong. 2016. Spatial and temporal patterns of temperature and precipitation in recent 40 years in Tibet [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1476-1482.

農業部公益性科研行業（農業）專項（201203006）；國家科技部星火項目（2015GA840007）；西藏主要氣象災害對農業的影響與數據庫建設項目

楊文才（1981年生），男，助理研究員，主要從事草地生態與資源環境方面的研究。E-mail: jhgs02@souhu.com

2016-08-09