變化環境下思南縣巖溶區氣象因子變化研究

李析男，余紅敏，王夢琦

（1.貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002；2.貴州省喀斯特地區水資源開發利用工程技術研究中心，貴州 貴陽 550002）

1 引言

區域或全球水文循環的變化逐年加劇，導致極端災害天氣頻發[1]，這一變化體現在了人類活動和氣候變化等變化環境的影響[2]，而氣候變化作為人類不得不面對的問題，全球氣候變暖的加劇使得降水分布特征變化劇烈[3]，甚至更多氣候因子的變化亦十分劇烈，氣候特征的變化研究逐漸受到學者們的重視[4]。對于氣候變化的研究，人們往往對降雨和氣溫等氣象因子進行統計，分析其發展趨勢、相互關系或者分布規律，林婧婧[5]等對降水序列進行分析，認為在全球氣候變暖的影響下，降水呈減少趨勢發展；李啟芬[6]等研究了中國夏季降水與全球海洋環流之間的關系，認為大氣環流可以作為中國夏季降水預測的依據；方德賢[7]等對重慶地區降水的時空分布特征進行了研究，劉曉婉[8]對金沙江流域的氣象因子特征進行了分析，得出了氣溫分布基本按照高程由高到低呈遞增形態。上述學者對研究氣象因子分布特征提供了很好的方法和思路，也為本文研究氣候變化背景下巖溶區主要氣象因子提供了參考。

本文將在全球氣候變暖的大背景下，以貴州典型巖溶區為研究實例，以年降水量等8個氣象因子作為研究對象，以水文基因遺傳、變異理論[9]為途徑，對其氣候因子變化及其影響進行分析，研究成果對研究我國巖溶山區氣候變化提供了思路和參考。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

本文數據來源于中國氣象數據共享服務網，為貴州省思南站的1959~2012年的年降水量、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年平均氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫、年最大一日降水量、日降水量≥0.1 mm日數等8個氣象因子。

2.2 研究方法

變異診斷采用謝平教授[10]于2010年提出的水文變異診斷系統，分為初步診斷、詳細診斷和綜合診斷。其中，在初步診斷時，根據不同的置信區間（顯著性水平）將變異程度劃分為無變異、弱變異、中變異、強變異、巨變異；在詳細診斷中，分別采用不同的方法來判斷其變異的形式；在綜合診斷中，采用跳躍綜合和趨勢綜合，引入效率系數來評價最終的變異形式（趨勢、跳躍）。

圖1 水文變異診斷系統結構圖

3 研究區域概況

思南縣位于貴州省東北部，銅仁地區西部，烏江中游，全縣行政面積2 230.50 km2，地跨東經107°52＇22＇＇~108°27＇24＇＇，北 緯27°31＇42＇＇～28°9＇24＇＇，地處中亞熱帶季風濕潤氣候，具有春夏較長，冬秋較短，夏熱冬暖等特點。烏江河谷一帶氣溫較高，西北、東南及邊緣地區氣溫較低。冬春季節較夏秋季節氣溫要低。思南縣屬災害性天氣較多的縣，主要災害有干旱（春旱、夏旱）、冰雹、大風、倒春寒、凝凍及暴雨等。危害嚴重的干旱有春旱和夏旱[11]。

思南縣境內除烏江干流外，共有大小溪流601條，均以烏江為排泄基準面呈網絡狀遍布思南縣，隸屬長江流域烏江水系。其中，流域面積達20 km2以上的河流28條，河道總長535.3 km，加上烏江思南段計613.4 km。境內較大的烏江支流有7條。

思南縣境處貴州高原向湘西丘陵過渡的大斜坡地帶的北部邊緣，居武陵山脈與大婁山山脈之間，河流和山脈沿這些構造線發育，烏江干流由西南角進入縣境，沿北東向至塘頭江口折向北流，將縣境分為東西兩部分，因烏江干流及其支流的強烈切割，思南縣境形成東南和西北邊緣高，中部烏江河谷低的“V”字型基本輪廓，屬巖溶中等發育區。縣域內景觀獨特，有出露面積10 km2的連片喀斯特石林，被國土資源部命名為“國土資源科普示范基地”、“烏江喀斯特國家地質公園”、國家4A級景區。全縣地熱資源豐富，有11個地熱泉點，日出水量1.2萬t，被中國礦業聯合會命名為西南片區第一家“全國溫泉開發利用示范區”，是“中國溫泉之鄉”。

4 變異診斷結果分析

4.1 變異診斷結果

降水、氣溫是衡量一個區域水汽充足和自然環境重要的氣象要素，采用水文變異診斷系統對思南縣降水、氣溫等主要氣象要素序列進行變異診斷，取第一置信水平為α=0.05，第二置信水平為β=0.01，根據Hurst系數對變異程度進行分級，見表1，其中，Hurst系數臨界值hα=0.698、hβ=0.747。診斷結果見表2。

表2 思南縣氣象要素變異情況分析表

年降水量、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年平均氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫、年最大一日降水量、日降水量（≥0.1 mm）日數的Hurst系數分別為0.564、0.781、0.816、0.765、0.714、0.854、0.558、0.746，結合表1的變異程度分級，變異程度分別為無變異、中變異、中變異、中變異、弱變異、強變異、無變異、中變異。

表1 基于Hurst系數的變異程度分級表[12]

（1）思南縣的年降水量和年最大一日降水量無變異，說明該地區的空域降水量并未受全球氣候變化的影響，進一步說明思南地區的空域來水較為穩定，強旱和強澇的情況并不明顯，但需要進一步結合氣溫和區域徑流來水綜合分析。

（2）年平均最高氣溫在1997年發生跳躍向上的中變異；年平均最低氣溫發生了趨勢向上的中變異；年平均氣溫在1997年發生跳躍向上的中變異；

（3）年極端最高氣溫在1972年發生跳躍向下的弱變異；年極端最低氣溫在1977年發生跳躍向上的強變異；

（4）日降水量（≥0.1 mm）日數在1977年發生跳躍向下的中變異。總體上，思南縣的氣溫受氣候變化影響劇烈，且降雨不穩定。

4.2 氣象因子變化分析

年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年平均氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫都發生了變異，變異的強度分別為中變異、中變異、中變異、弱變異、強變異，變異的形式分別為（1997年）跳躍向上的變異、趨勢變異、（1997年）跳躍向上的變異、（1972年）跳躍向下變異、（1977年）跳躍向上變異。

（1）年平均最高氣溫和年平均氣溫都在1997年發生跳躍向上的中變異，說明長期來看，在1997年時，思南地區溫度突然升高，對當地蒸發影響是巨大的，如果境外來水不變的情況下，且降雨未發生明顯增加時，將會發生氣象干旱，故該區域水利工程的調蓄作用壓力巨大。

（2）年平均最低氣溫呈現趨勢上升的中變異，說明該區域溫度在逐漸且較為劇烈的呈現上升，再結合年平均最高氣溫和年平均氣溫，更加印證了思南地區溫度將會冬暖夏燥的情況，這對當地水土保持工作提出了警告，在未來工作中，如果水土保持工作被忽視，將會造成不適宜的居住環境和生態環境。

（3）年極端最高氣溫呈現弱變異，且是在1972年跳躍向下，說明在1972年之后年極端最高氣溫在降低，因為是弱變異，說明影響并不大；結合年極端最低氣溫，其在1977年呈現跳躍向上的強變異，說明極端低氣溫在升高，說明思南地區極端氣溫呈現上升的變化，且變化區間越來越小（極端高溫降低、極端低溫升高）。與（1）（2）的結論相結合，因1997年后年平均最高氣溫、年平均氣溫在升高，且年平均最低氣溫在趨勢上升，說明思南地區在進入90年代后期面臨著高溫炙烤，需要濕地、水利工程、水土保持等一系列措施才能維持區域過去的氣候條件。

（4）日降水量（≥0.1 mm）日數在1977年呈現跳躍向下的中變異，即在1977年后，日降水量≥0.1 mm的天數在減少，降水量在天數上分布不均勻，而年降雨量又未發生變異，可以認為年降雨量是沒有受到氣候影響的，且年最大一日降水量亦是無變異，說明發生極端降水的日數發生的增多的情況，即暴雨連綿。這種情況對思南地區的防洪壓力較大，要注意防范地質災害等一系列自然災害問題。

5 結語

思南縣現有國家4A級景區2個、3A級景區2個，省級旅游度假區1個，國家地質公園、國家濕地公園、國家水利風景區各1個。在建的4A級以上標準景區4個；且生態保存完好，保持著生物多樣性，有白鷺湖國家濕地公園、萬圣山森林公園、四野屯自然保護區，有紅豆杉、千年楠木王、千年銀杏等珍貴植物，被國家林業局命名為“中國楠木之鄉”。思南縣2020年生產總值為174.78億元，其中，第三產業增加值87.43億元，占比50.02%，其旅游服務業的產值占比較高。思南縣是貴州省縣市的一個縮影，也是“綠水青山便是金山銀山”的典型代表，依靠優秀的自然資源發展經濟，促民生、穩社情。為了維持和保障思南縣的生態環境資源，確保經濟穩定發展，則必須應對氣候變化帶來的利和弊。對于巖溶山區，小氣候頻繁、水資源分布不均勻，其水土保持、水利建設會遇到重大的考驗，隨著國家經濟的發展，思南縣乃至貴州省已經為這片青山綠水保駕護航。

根據本研究對氣候要素的變異診斷成果，可以看到：①思南地區溫度在逐年升高；②極端高溫在逐步轉變為常態高溫；③年降水沒有變化，但暴雨情況增多，即年內分布不均勻情況越來越嚴重。因此，思南地區若要打穩生態牌、穩定綠色經濟生態圈，且要保障人民安居樂業、社會發展穩定、環境適宜等條件，環境保護、水利建設則必須緊跟區域發展的步伐，避免自然災害的發生。

近年來，思南建設各類水利工程穩定水安全，打造烏江水利風景區，實現獨特水文化，水土保持逐年加大投資，從實際措施上應對了氣候變化帶來的不利影響。