西藏拉薩灌草區的氣象要素特征

沈志強， 盧 杰， 華 敏， 李照青， 屈興樂， 方江平

(1.西藏農牧學院西藏高原生態研究所，西藏林芝 860000； 2.中山大學生命科學學院，廣東廣州 510275；3.武漢大學資源與環境科學學院，湖北武漢 430079)

氣候特征是自然環境的最主要組成部分之一，其變化能夠對人類生存與發展等產生巨大影響。全球氣候變化特征以變暖為主，聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC)第5次評估報告指出，1880—2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢，升高了0.85 ℃；1951—2012年，全球平均地表溫度的升溫速率幾乎是1880年以來升溫速率的2倍；21世紀末全球平均地表溫度在1986—2005年的基礎上將升高0.3～4.8 ℃[1]。全球降水在氣溫變化的影響下，其時空分布格局亦發生了顯著的變化，比如熱帶地區與高緯度地區降水量可能會增加，副熱帶地區降水量可能會減少[2]。

青藏高原被稱為世界的“第三極”[3]，由于其特殊的自然地理環境，被認為是對全球氣候變化響應最為敏感的區域，是研究全球氣候變化的“天然實驗室”，因此青藏高原成為全球氣候變化研究的熱點地區之一。游慶龍等對青藏高原納木錯地區氣象要素(包括氣溫、氣壓、降水量、風速、風向等)的季節和日變化進行了研究[4]。鄭然等對青藏高原1971—2011年的氣溫變化進行了研究[5]。楊瑋等對青藏高原1967—2008年降水時空的不均勻特性進行了分析[6]。雖然部分學者已對青藏高原的氣象要素進行了研究，但對拉薩地區氣象要素的研究相對較少。本試驗以西藏拉薩達孜縣巴嘎雪村西南河谷山地為研究對象，對不同海拔山地氣象要素進行系統分析，旨在掌握該區域山地氣候的特點，了解氣候變化及發展趨勢。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于西藏拉薩達孜縣巴嘎雪村西南部山坡上，坐標為29°40′N，91°25′E，海拔3 780～4 170 m。屬于典型的青藏高原半干旱季風氣候區，空氣稀薄，白天太陽輻射強，晝夜溫差較大；干濕季分明，降水主要集中在每年的6—9月份，年平均降水量在450 mm左右，且該區域多夜雨，冬春季節干燥并且多大風；年平均氣溫為7.5 ℃左右，年平均日照時數為 3 065 h，無霜期為130 d左右[7]。該山坡坡度在20°～30°之間，土壤類型主要有亞高山灌叢草甸土、山地灰褐土和山地草原栗鈣土，以粉沙塊為主，土層較薄，平均土壤厚度為0.5～2.1 m，pH值為7.0～8.0[8]。

研究區內植被垂直變化十分明顯，沒有喬木分布，從高海拔到低海拔主要有草地群落、灌草交錯群落、灌草混合群落。灌叢高度較低，一般不超過0.5 m，同時蓋度較小；草本群落蓋度約為60%～80%，高度不超過0.1 m[9]。研究區內的主要灌木包括小葉野丁香(Leptodermispilosa)、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)、架棚(Ceratostigmaminus)等；主要的草本植物包括紫花點地梅(Androsaceselago)、早熟禾(Poaannua)、高山嵩草(Kobresiapygmaea)、金露梅(Potentillafruticosa)、海韭菜(Triglochinmaritimum)等[10]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置與調查 在西藏拉薩達孜縣巴嘎雪村西南方向的山地上按照不同海拔不同植被類型(灌草混合群落、灌草交錯群落、草地群落)布設3塊樣地(表1)，在樣地內分別架設小型氣象站，實時監測多種氣象要素，包括降水量、氣溫、風速等。氣象站自動記錄瞬時數據的步長為5 min，每3個月進行1次數據收取，在此期間有專人對儀器設備進行日常維護與保養[10]。2014年夏季對樣地內的植物進行調查，包括植物種類、密度等。

表1 監測站基本情況

注：EN表示東偏北。

1.2.2 數據的收集與處理 由于本研究是從2013年9月開始建站并進行實時觀測，且冬季拉薩地區基本無降水，降水主要集中在夏季，建站時雨季即將結束，同時儀器在高原惡劣氣候條件下的運行過程中出現部分技術問題，特別是2016年部分數據出現明顯異常，考慮到觀測數據的科學性，因此選擇數據較好的2年(2014、2015年，降水選取夏季)進行科學研究，以保證野外觀測試驗的科學性。

2 結果與分析

2.1 降水量變化特征

2.1.1 不同海拔降水量年變化特征 從圖1可以看出，2014年站點1的降水量為700.8 mm，站點2的降水量為 705.1 mm，站點3的降水量為719.1 mm，年降水量排序為站點3>站點2>站點1，3個站點的年平均降水量為 708.3 mm。2015年3個站點的降水量從低海拔到高海拔依次為315.1、336.1、350.1 mm，年降水量排序為站點3>站點2>站點1，3個站點降水量的平均值為333.7 mm。2014年3個站點的年平均降水量遠遠高于2015年，約是2015年的2.1倍。2014年、2015年從站點1到站點3，年降水量變化幅度不大，整體表現為隨著海拔梯度的升高，降水量逐漸遞增的趨勢。

2.1.2 降水量月變化特征 從圖2可以看出，3個站點的降水量均從3月份開始上升，到6月份開始急速上升，8月份達到最大值，8月份后呈下降趨勢，11月份降水基本結束。降水量較大的月份主要為6—9月，其中8月份降水量最大，3個站點的平均降水量達到204.8 mm；其次為7月份，3個站點的平均降水為128.2 mm。其他月份降水量較少，基本無降水。站點1、站點2、站點3的月平均降水量分別為41.0、41.9、44.5 mm，月平均降水量排序為站點3>站點2>站點1，它們8月份的降水量分別為193.0、209.8、211.7 mm，排序為站點3>站點2>站點1。由此說明，各站點的月平均降水量隨著海拔梯度的升高而增大。

2.1.3 降水量日變化特征 研究區的降水主要集中在4—10月份，特別是夏季降水量最大，因此對該區域6—8月降水量日變化進行研究。從圖3可以看出，研究區降水量日變化具有明顯的波動性。最大降水量出現在04：00，為78.42 mm；其次為22：00，其降水量為58.52 mm；最小降水量出現在 13：00，僅為1.60 mm。研究區降水量日變化存在明顯的2個高值降水時段和1個低值降水時段，其中01：00—07：00為降水量最多的時段，該時段降水量占全天總降水量的53.11%；其次為 19：00—23：00，降水量占全天總降水量的25.83%；12：00—18：00為降水量最少的時段，降水量僅占全天總降水量的 4.95%。通過對研究區夏季降水量日變化進行研究發現，6—8月份降水量日變化具有明顯的波動性，有效降水主要發生在晚上，特別是01：00—07：00，白天的降水量較少，特別是12：00—18：00降水量更少。而6月份降水量比7、8月份降水量少，其最大降水量時間段為21：00—23：00。通過對西藏拉薩達孜縣山地2014、2015年夏季降水量日變化特征進行研究發現，該區域降水主要集中于晚上，尤其是01：00—07：00，白天降水量較少，特別是12：00—18：00降水更少，其中 04：00 降水量最多，13：00降水量最少。

2.2 氣溫變化特征

2.2.1 不同海拔氣溫月變化特征 從圖4可以看到，站點1、站點2、站點3的年平均氣溫分別為8.1、7.6、6.7 ℃，站點1的年平均氣溫最高，站點3的年平均氣溫最低。3個站點的氣溫均從1月份開始上升，4月份開始迅速上升，6月份達到最高值，此時站點1、站點2、站點3的月平均氣溫分別為 16.5、15.8、14.8 ℃，7、8月份平均氣溫開始下降，9月份以后迅速下降。其中，1月份平均氣溫最低，站點1、站點2、站點3的分別為-1.7、-2.0、-2.2 ℃，12月份平均氣溫為次低，分別為0.4、0.1、-0.4 ℃。說明海拔梯度越高，平均氣溫越低。

2.2.2 氣溫年內變化特征 統計站點2氣象站實時觀測到的各月平均氣溫，并分析年內平均氣溫變化特征。從圖5可以看出，2014年年內平均氣溫大于2015年，2014年年內平均氣溫約為7.6 ℃，2015年年內平均氣溫約為7.5 ℃。1—6月份平均氣溫呈上升趨勢，6—12月份的平均氣溫整體呈下降趨勢，2014、2015年均為6月份的平均氣溫最高，分別為 16.0、15.7 ℃，1月份平均氣溫最低，分別為-1.4、-2.7 ℃。

2.2.3 氣溫日變化特征 分析2014—2015年站點2氣象站實時觀測到的平均氣溫最高日(2015年6月7日)的氣溫日變化特征。從圖6可以看出，氣溫日變化存在明顯的波動，各時間段內氣溫均在10 ℃以上，日平均氣溫為20.1 ℃，08：00—17：00氣溫處于上升階段，升溫時長達到10 h，00：00—08：00、18：00—23：00氣溫持續下降，降溫時長為14 h。00：00—07：00氣溫持續下降，07：00氣溫最低，為13.5 ℃；從08：00開始氣溫持續上升，14：00—15：00時氣溫上升緩慢，15：00—16：00時氣溫繼續上升，17：00氣溫達到最高值，為27.6 ℃，日最大溫差為14.1 ℃，16：00氣溫次之，為27.1 ℃，18：00氣溫第3高，為27.0 ℃，18：00以后氣溫開始逐漸下降，20：00—21：00氣溫下降較快，21：00以后氣溫持續緩慢下降。

圖7為2014—2015年最低氣溫日(2015年1月10日)的氣溫變化特征，可以看出，該日各時間段內氣溫均在0 ℃以下，日平均氣溫為-11.3 ℃，日最大溫差為13.2 ℃。00：00—09：00與17：00—23：00氣溫均呈下降的趨勢，其中17：00—23：00時間段內的平均氣溫相對較高，為-8.9 ℃，00：00—09：00時間段內的平均氣溫相對較低，為-15.0 ℃，其中09：00的氣溫最低，僅為-17.5 ℃。09：00—16：00氣溫呈不斷上升趨勢，16：00氣溫最高，為-4.3 ℃，其次為 15：00，為-4.8 ℃。

2.3 風速變化特征

2.3.1 不同海拔風速變化特征 統計研究區2014—2015年各月平均風速的平均值，從圖8可以看出，3個氣象站風速分別為1.2、1.3、1.5 m/s，平均風速排序為站點3>站點2>站點1。1—6月份與8—12月份，3個站點的平均風速整體呈上升趨勢，其中1—6月份平均風速平均值遠大于8—12月份，3個站點均為4月份風速最大，分別達到1.6、1.7、2.0 m/s，6—8月份平均風速不斷下降，其中8月份風速最小，分別僅為0.8、0.9、1.0 m/s，站點1與站點3平均最大風速是最小風速的2倍，而站點2的平均最大風速與最小風速之比也達到了1.9倍，說明研究區內冬春季節風速最大，秋季次之，而夏季最小。

2.3.2 風速年內變化特征 利用2014—2015年站點2實時觀測到的各月平均風速來分析年內平均風速變化特征。由圖9可知，2015年年內平均風速大于2014年，2014年年內平均風速約為1.3 m/s，2015年平均風速約為1.4 m/s。1—6月份與8—12月份平均風速整體呈上升趨勢，6—8月份平均風速整體呈下降趨勢，其中2—6月份平均風速明顯大于其他月份。2014年最大平均風速發生在2月份，為1.8 m/s，最小平均風速發生在8月份，為0.8 m/s，2015年最大平均風速發生在3月份，為1.8 m/s，最小平均風速發生在8月份，為1.0 m/s。

2.3.3 風速日變化特征 分析2014—2015年站點2實時觀測到的平均最高風速日(2014年4月25日)的風速日變化特征。從圖10可以看出，風速日變化存在明顯的波動，各時間段內風速均在0 m/s以上，最大風速發生在18：00，為 3.8 m/s，其次為15：00，風速為3.7 m/s，最小風速發生在 07：00，風速僅為0.1 m/s。08：00—18：00平均風速最大，達到1.9 m/s，03：00—07：00平均風速最小，僅為0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的風速(特別是12：00—18：00)要明顯高于晚上，凌晨(03：00—07：00)的平均風速最小。

3 討論

西藏拉薩達孜縣灌草區晚上降水量較多，白天降水量較少的主要原因可能有以下2個方面：(1)研究區白天太陽輻射強烈，導致云層蒸發，而夜晚氣溫降低，云層冷卻，產生對流，容易形成降水過程；(2)可能與拉薩達孜縣復雜的河谷山地地形有關，該區夏季降水次數與降水量較多，容易產生地表徑流，導致對流天氣，尤其是晚上，山谷風盛行，致使氣流不斷上升，增加了降水發生的可能。

氣溫最高日07：00氣溫最低，主要是由于此時太陽還沒有升起，晚上地表持續放熱，且得不到太陽輻射的熱量補給，導致地表溫度持續下降；08：00以后氣溫開始上升，主要是由于夏季太陽升起，氣溫隨著太陽輻射的增強而上升，在17：00達到最高值；拉薩地區夏季日照時間較長，地面溫度隨著太陽輻射的增強而不斷上升，一直等到地面釋放出的熱量等于太陽輻射所提供熱量時，地面溫度才能達到最高。18：00以后氣溫逐漸下降，是由于太陽輻射變弱，氣溫逐漸下降。氣溫最低日的氣溫變化原因與最高日基本一致。

冬春季節風速最大，秋季次之，夏季最小，主要原因是該地區冬季與春秋季節晝夜溫差大，氣壓變化劇烈，因此大風頻繁；而夏季晝夜溫差相對較小，氣壓變化劇烈程度較小，因此風速不大。隨著海拔梯度的升高，風速呈不斷增大的趨勢，主要原因是隨著海拔梯度的升高由于地形與植被的因素，高海拔地區被遮擋的比較少，風速較大，低海拔地區反之。

白天(特別是下午)，近地面的空氣氣溫很高，上下空氣交流激烈，所以風速較大。在傍晚，當太陽下山后，地面逐漸變冷，使近地面氣溫降低，上下空氣交流會減弱，風速逐漸變小。夜間，近地面空氣溫度降低較快，形成了上層氣溫較高，下層氣溫較低的情況，空氣上交流停止，所以風速減弱。

4 結論

通過對西藏拉薩重要氣象要素(降水量、氣溫、風速)變化特征的研究，得出如下結論，(1)2014年3個站點的年平均降水量遠高于2015年，約是2015年降水量的2.1倍，年降水量排序為站點3>站點2>站點1，整體表現為隨著海拔梯度的升高，降水量遞增的趨勢。3個站點的降水主要集中在6—9月份，其中8月份降水量最大，7月次之，其他月份降水量較少。降水時段主要分布在晚上，特別是01：00—07：00降水量較多，白天降水量相對較少。01：00—07：00為降水量最多的時段，其次為19：00—23：00，12：00—18：00為全天降水量最少的時段。最大降水量時間為04：00，最小降水量為 13：00。(2)拉薩灌草區海拔梯度越高，年平均氣溫越低，2014年年內平均氣溫大于2015年。3個站點的氣溫均從1月份開始上升，4月份開始迅速上升，6月份達到最高，7、8月份平均氣溫略微降低，1月份平均氣溫最低。最高氣溫日(2015年6月7日)各時間段內氣溫均在10 ℃以上，08：00—17：00氣溫處于上升階段，18：00以后氣溫持續下降。07：00氣溫最低，為13.5 ℃，17：00氣溫最高，達到 27.6 ℃，18：00以后氣溫逐漸下降。最低氣溫日氣溫均在0 ℃以下，00：00—09：00與 17：00—24：00氣溫均呈下降趨勢，其中09：00的氣溫最低，僅為-17.5 ℃，16：00氣溫最高，為-4.3 ℃。(3)拉薩灌草區冬春季節風速最大，秋季風速次之，夏季風速最小。海拔越高，風速越大。3個站點4月份風速最大，8月份風速最小。日最大風速發生在 18：00，為3.8 m/s，其次為15：00，風速為3.7 m/s，最小風速發生在07：00，風速僅為0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的風速明顯高于晚上，最大風速出現在 18：00；凌晨(03：00—07：00)的平均風速最小，最小風速出現在07：00。