1957—2004年遼寧省干濕狀況變化趨勢分析

摘 要：由于全球氣候變暖造成我國氣候發(fā)生變化，成為世界上主要的干旱國家之一。總體上，我國的干濕狀況已經(jīng)發(fā)生改變，東北地區(qū)的變化尤為顯著，遼寧省也受其影響。本文依據(jù)1957—2004年遼寧省23個地面氣象臺站的日氣象資料，利用修正后的帕默爾指數(shù)計算干濕程度，對遼寧省近50 a干濕狀況變化趨勢進行分析。帕默爾指數(shù)變化趨勢的區(qū)域特征為：整體上，1957—2004年遼寧省各站點的Palmer指數(shù)呈下降趨勢，由正到負，即由濕潤轉(zhuǎn)為干旱。從各站點年平均降水及溫度的變化也可以看出，Palmer指數(shù)的變化與降水及溫度的變化是相互呼應(yīng)的，降水的減少及溫度的顯著升高是導(dǎo)致遼寧省趨于干旱的主要原因。

關(guān)鍵詞：干濕狀況;Palmer指數(shù);變化趨勢;遼寧省

全球氣候變暖已成為21世紀世界各國普遍關(guān)注的熱點問題，1906—2005年全球平均地表溫度上升了0.74 ℃[1-2]，近50年來我國增溫速率也有明顯提高[3]，特別是在北方大部分地區(qū)，平均氣溫的升高趨勢將會達到0.28 ℃/10 a[4]。作為我國氣候變化最敏感的區(qū)域之一，遼寧省變暖幅度遠遠大于全球和全國的增溫水平。從20世紀中期開始，遼寧省氣溫不斷升高，再加上人類活動的影響，部分地區(qū)的干旱化也日益加重。干旱是否發(fā)生，對地表水和地下水資源的影響至關(guān)重要，很可能導(dǎo)致供水減少、水質(zhì)惡化等一系列后果，這也正是干旱災(zāi)害一直受到廣泛關(guān)注的原因。

干旱指標(biāo)是研究干旱氣候的基礎(chǔ)，目前國內(nèi)外常用的氣象干旱指標(biāo)主要有標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）和帕默爾干旱指數(shù)（PDSI），前者是表征某時段降水量出現(xiàn)概率多少的指標(biāo)之一，有較好的普適性，可以較好地反映出干旱強度和持續(xù)時間，但并未考慮水分支出。相較而言，后者表征在一段時間內(nèi)，該地區(qū)實際水分供應(yīng)持續(xù)少于當(dāng)?shù)貧夂蜻m宜水分供應(yīng)的水分虧缺，不僅考慮了前期降水，也考慮了水分供給、實際蒸散等，應(yīng)用較為廣泛。在我國，對干濕變化趨勢及時空分布特征的研究有很多，研究區(qū)域主要集中在北方及各大、中等級城市。各方面研究都能夠證明增暖是影響干濕變化的重要因素，降水減少是中國東部干旱形成的主要因素。受全球增溫趨勢的影響，未來中國北方地區(qū)的干旱化趨勢仍將繼續(xù)，并有向南擴張的趨勢，相對于南方地區(qū)，中國北方地區(qū)的干旱與半干旱區(qū)的干旱化進程對溫度比降水變化更為敏感。目前，東北地區(qū)半干旱區(qū)擴大，濕潤區(qū)縮小，進一步說明氣候變干的進程加快，干旱范圍擴大，程度加強。孫鳳華等[5]通過研究全球氣候變暖后遼寧省西部的干濕氣候變化，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)由于增溫原因也逐漸向暖干化發(fā)展。

盡管東北地區(qū)有關(guān)干濕狀況變化的研究已有不少，遼寧省部分地區(qū)特別是西部地區(qū)也有有關(guān)的研究，但是遼寧省整體的干濕變化研究略少，對造成其變化的原因的分析也不多。鑒于此，本文對1957—2004年遼寧省干濕狀況變化趨勢及其驅(qū)動力進行分析，能夠為防止生態(tài)脆弱及自然環(huán)境的進一步惡化以及區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

一、資料和方法

（一）資料來源與處理

該文選用國家氣象中心氣象資料室提供的遼寧省28站的地面觀測資料，包括逐日氣溫和逐日降水等。經(jīng)過較為嚴格的質(zhì)量檢驗，試驗數(shù)據(jù)中缺測或微量積雪等特殊測量值處理方法略。由于我國大多數(shù)測站是在20世紀50年代建立起來的，資料的起始年份不一，為了分析和結(jié)果的可比性，本文選取1957年作為統(tǒng)一的起始年，所有站點資料選取1957—2004年，最終選取23個站點（圖略）。對修訂和處理后的數(shù)據(jù)進行整理，將日平均溫度計算整理為月平均溫度，將日降水量整理為月總降水量，最后應(yīng)用處理好的降水量和溫度等數(shù)據(jù)進行Palmer指數(shù)計算，用于遼寧省干濕狀況變化分析。

（二）方法

1.Palmer指數(shù)的計算

1965年，美國Palmer提出了目前國際上應(yīng)用最為廣泛的帕爾默干旱指標(biāo)（PDSI）。帕默爾在美國被廣泛應(yīng)用于描述歷史和當(dāng)前干旱發(fā)生的范圍和嚴重程度，其不僅考慮了當(dāng)時的水分條件，而且考慮了前期水分狀況和持續(xù)時間。20世紀70年代，PDSI引入中國，眾多研究者對其進行修正，建立了適合我國的旱度模式，其公式為：

（1）

式（1）中，kj是j時段的權(quán)重系數(shù)，d為缺水量，p為實際降水量，p為氣候上所需降水量，PE、PR、PR0、PL分別為可能的蒸散量、土壤水補給量、徑流量和損失量。α、β、λ、δ分別為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。相應(yīng)的PDSI從+4到-4分為九級，正值表示濕潤情況，負值表示干旱情況。

2.氣候傾向率

χi=a+bti，i=1，2，3，6，……，48（2）

式中，χi為氣象要素的擬合值，b×10稱為氣候傾向率，表示氣候要素10 a的變化速率。t為時間序列。正（負）值表示增加（減少）趨勢。

二、干濕狀況變化趨勢分析

干濕狀況的變化趨勢主要表現(xiàn)在時間和空間上，時間上的分布主要是季節(jié)差異，空間上的分布則是地域差異，所以，為了能夠更清楚地分析其變化，就要同時考慮時間和空間上的變化。

如圖1所示，春季（a）全省大部分站點未達到顯著性水平，但遼北地區(qū)部分站點還是具有明顯的干旱變化趨勢，且都達到顯著性水平。相比遼西地區(qū)，遼東地區(qū)的站點都處于較小的干旱變化趨勢，并未達到顯著性水平。夏季（b）干旱變化趨勢達到顯著性水平的站點也很少，但以清原縣為代表的遼東北地區(qū)一直都具有明顯的干旱變化趨勢，且都達到了0.05的顯著性水平，而遼西地區(qū)及其他地區(qū)的干旱變化趨勢則相對較小。秋季（c）干旱變化趨勢依然以遼東地區(qū)、遼北地區(qū)最為明顯，遼西地區(qū)變化較小。冬季（d）整個遼寧省東部都表現(xiàn)顯著的干旱趨勢（達到0.05的顯著性水平），尤其是遼寧省界附近站點表現(xiàn)更為明顯（達到極顯著水平）。相對東半部，遼西地區(qū)干旱趨勢變化小，且除阜新市外都沒有達到顯著性水平。

圖1 遼寧省各站四季氣候傾向率及信度水平分布

從以上4個季節(jié)Palmer指數(shù)的變化可以看出，4個季節(jié)的Palmer指數(shù)都呈現(xiàn)下降趨勢，冬季的Palmer指數(shù)下降更明顯，從地域上分，遼東地區(qū)四季的Palmer指數(shù)大部分達到了顯著的下降趨勢，遼西地區(qū)雖然也呈下降趨勢，但都未達到顯著性水平。整體而言，遼東地區(qū)較遼西地區(qū)的Palmer指數(shù)下降多，即干旱趨勢增強。

三、因子分析

影響Palmer指數(shù)變化的主要有溫度和降水2個因子，Palmer指數(shù)的改變在很大程度上是由于溫度及降水的變化，為了進行干濕狀況變化趨勢的驅(qū)動力分析，接下來該文將從溫度和降水2個方向分析1957—2004年遼寧省干濕變化趨勢。

（一）溫度因子的變化趨勢

溫度變化影響Palmer指數(shù)的變化，主要表現(xiàn)在溫度的上升可能造成Palmer指數(shù)降低，溫度的下降使Palmer指數(shù)升高。由圖2可以看出，各站春、冬季幾乎全部的站點都達到了顯著性水平，且各站點的氣候傾向率都為正值，即溫度始終是呈顯著的增加趨勢。與Palmer的趨勢圖比對可發(fā)現(xiàn)，溫度增加較快且明顯的站點的干旱變化趨勢明顯，如遼東地區(qū)、遼南地區(qū)。而遼西地區(qū)的溫度雖然變化較小，但是也是呈溫度上升的趨勢，同樣是趨于干旱。而夏季和秋季雖然也是正值，但相對春冬而言值較小，甚至個別站點出現(xiàn)負值。并且從F檢驗值也可以看出，只有個別地區(qū)達到了顯著性水平。

（二）降水因子的變化趨勢

降水的變化同樣影響Palmer指數(shù)的變化，其變化趨勢與溫度相反，降水的增加使指數(shù)升高，降水的減少使指數(shù)下降。如圖3所示，各站點降水的變化不一，但絕大多數(shù)站點四季的降水量都是呈減少趨勢，從圖3可以看出大部分站點的氣候傾向率都為負值，四季都以遼西地區(qū)的降水呈少量增加趨勢或者少量減少趨勢，其他地區(qū)的降水都呈下降趨勢，特別是春季的遼北地區(qū)、夏季的遼東和遼南地區(qū)、秋季整個遼寧省和冬季的遼南地區(qū)，這幾個地區(qū)降水減少最多、最明顯。

從以上分析可以看出，Palmer指數(shù)的下降趨勢的確與溫度及降水的變化有著緊密的聯(lián)系，Palmer指數(shù)在遼寧省各個地區(qū)都呈下降趨勢，都趨于干旱發(fā)展，只是在各個地區(qū)下降的趨勢程度不同。相對而言，整個遼寧省的溫度具有明顯上升的趨勢，降水具有明顯減少的趨勢，由于這兩者的變化導(dǎo)致了遼寧省干濕狀況趨于干旱的事實。遼東地區(qū)降水減少最多且最顯著，春、冬季溫度亦上升顯著，綜合二者的變化，遼東地區(qū)的Palmer指數(shù)才達到了顯著性水平。遼西和遼中地區(qū)雖然降水減少，但變化量小，再加上夏季和秋季的溫度變化不顯著，所以這些地區(qū)Palmer指數(shù)的下降值較小。

四、結(jié)論

（1）各個地區(qū)Palmer指數(shù)的變化趨勢如下：遼北地區(qū)、遼東地區(qū)的Palmer指數(shù)四季都基本處于顯著的趨勢區(qū)域，變化率為負值，即1957—2004年這些地區(qū)趨于干旱變化表現(xiàn)最明顯;遼西地區(qū)及遼中的站點雖然在四季變化中沒有達到顯著趨勢，但是其變化率同樣為負值，趨于干旱發(fā)展;遼南地區(qū)Palmer指數(shù)在冬季比春、夏、秋三季的下降趨勢更顯著。

（2）各地區(qū)溫度及降水變化如下：春季、冬季幾乎全部站點都達到顯著性水平，且都為正趨勢，即溫度具有顯著上升趨勢，特別是遼西地區(qū);夏季和秋季各站點則基本未達到顯著性水平，但是仍然是正值，呈上升趨勢，其中夏季主要是遼東地區(qū)升溫較為顯著，秋季是遼西地區(qū)升溫較為顯著。遼中地區(qū)四季的降水都處于顯著下降狀態(tài);遼北地區(qū)在春、夏、秋的降水也同樣處于顯著下降狀態(tài);遼西地區(qū)在春、夏季個別地區(qū)出現(xiàn)少量降水增加。

（3）在相對系數(shù)較低的區(qū)域也是實際蒸發(fā)較多的地區(qū)，Palmer指數(shù)能抓住降水是干旱最重要的決定因素這一特征，但這種關(guān)系在7月最好，過渡季節(jié)次之，由于冬季PDSI指數(shù)的潛在蒸發(fā)的計算誤差大，所以1月北方最差。

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