周忠文,張?zhí)熹h,張謀草,劉 英,張紅妮,李美瑜
(1.慶陽市氣象局,甘肅 慶陽 745000;2.正寧縣氣象局,甘肅 慶陽 745600)
氣候變暖已成為全球變化的必然趨勢,氣候變化的影響是多尺度、全方位、多層次的,正面和負面影響并存,有關(guān)氣候變化影響的研究已是目前國內(nèi)外科研攻關(guān)的重點和地球科學領(lǐng)域的熱點問題,秦大河等許多學者使用不同方法開展研究,揭露了氣候變暖的事實[1-5],施雅風等[6-11]也對西北地區(qū)氣候變化進行過研究。慶陽市氣候如何變化,是當?shù)攸h政部門和社會各界普遍關(guān)心的問題,直接關(guān)系自然災(zāi)害防御、生態(tài)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展等重大社會問題。分析慶陽市的氣候變化特征,并對其影響進行評估,對探索環(huán)保新模式、推動形成人與自然和諧發(fā)展,推動調(diào)整現(xiàn)代化建設(shè)新格局具有十分重要的意義。同時也為政府部門制定應(yīng)對氣候變化的政策、戰(zhàn)略規(guī)劃,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等相關(guān)的宏觀管理和決策提供科學依據(jù)。
氣象資料來源于慶陽市氣象局,本研究中所有圖、表采用Excel電子表格制圖和函數(shù)計算完成。
慶陽市位于甘肅省最東部,俗稱“隴東”,處黃土高原腹地,為殘塬溝壑地形,耕地以塬地為主,屬雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)靠天吃飯,是全球氣候變化較為敏感的區(qū)域之一。慶陽市地處季風邊緣地帶的大陸腹部,受季風影響明顯,屬大陸性北溫帶半濕潤半干旱氣候過渡區(qū),形成了冬冷多晴,夏熱豐雨,冬半年多西北風,夏半年多西南風的氣候特點。
全市年平均氣溫8.0~10.6 ℃,氣候溫涼,冬季寒冷而漫長,夏季溫熱而短促,春季升溫快,秋季降溫迅速,晝夜溫差大。極端最高氣溫35.5~39.9 ℃,極端最低氣溫-27.1~-19.7 ℃,無霜期143~163 d。各地日照時數(shù)全年平均在2 250~2 600 h,太陽輻射總量為125~145 J/cm2·a,日照充足,光能資源豐富。
全市多年平均年降水量407.3~623.5 mm,年蒸發(fā)量1 348.9~1 614.5 mm,是年降水量的2~3倍,氣候干燥。降水時空分布不均,大致從東南向西北遞減,地域差異明顯,降水年際波動大,季節(jié)分配不均,夏半年(4~9月)集中了年降水量的80%以上,雨熱同季,光、溫、水匹配基本合理,在作物生長季內(nèi)有利于農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合開發(fā)利用。
慶陽市地處內(nèi)陸,離海遙遠,海洋上的暖濕空氣經(jīng)過長途跋涉,到本市暖濕氣流減弱,水汽含量減少,降水變幅大,時空分布不均,易發(fā)生干旱,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展影響很大。慶陽氣象災(zāi)害種類較多,災(zāi)情較重,干旱、暴雨洪澇、冰雹、霜凍、大風、雷電、寒潮、沙塵暴等氣象災(zāi)害對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和廣大人民群眾的生命財產(chǎn)危害較大。
2021年,慶陽市氣候異常,天氣狀況非常不穩(wěn)定,可以用“突高突低、櫛風沐雨、干濕交替、多點襲擊”來形容?!巴桓咄坏汀笔侵付練鉁乩洹⑴惶娉霈F(xiàn),前冬極寒,后冬極暖,酷寒天氣早登場,后冬暖干持續(xù)長。“櫛風沐雨”是指春季出現(xiàn)了少有的吹風沙塵天氣,并且陰雨天氣多,是該市歷年罕有的?!案蓾窠惶妗笔侵附邓植疾痪斐珊禎臣鞭D(zhuǎn)。夏季高溫干旱,秋季陰雨寡照,啟動汛期抗旱、入秋防汛模式。“多點襲擊”是指冰雹、短強、暴雨偏重發(fā)生,共遭遇18場暴雨、12場冰雹、短強202站次,災(zāi)害損失較重。
半個世紀來慶陽市平均氣溫呈上升趨勢(圖1),氣候傾向率0.319 ℃/10年。各地變化一致均呈增溫趨勢,但升溫幅度不同,升溫幅度最大的是西峰,氣候傾向率達到0.535 ℃/10年,突出體現(xiàn)了城市的溫室效應(yīng);增溫幅度最小的是慶城縣,氣候傾向率0.173℃/10年;總體是全市中南部(正寧、寧縣、西峰、鎮(zhèn)原)和北部環(huán)縣兩頭增溫明顯,高于全國(0.23 ℃/10年)平均水平[13-14],中部縣區(qū)(合水、慶城、華池)增溫較小,低于全國水平。1997年為冷暖氣候轉(zhuǎn)折點,之前氣溫偏低,升溫幅度較小,之后氣溫偏高明顯,氣候變暖呈加速發(fā)展趨勢。

圖1 慶陽市各縣區(qū)年平均氣溫變化趨勢
各地增溫中最高最低氣溫貢獻不一致(表1),除正寧、寧縣、環(huán)縣最低氣溫增加較多外,其余各地均是最高氣溫增加顯著,極端高溫事件多發(fā)。四季均呈增溫趨勢,但冬、春季對增溫貢獻最大,夏、秋季受降水增加影響,對增溫的貢獻相對較小。

表1 慶陽市氣溫變化統(tǒng)計表

(續(xù)表)
半個世紀來慶陽市年平均降水量呈波動增加趨勢(圖2),但增幅較小,平均增速為9.977 mm/10年;環(huán)縣增加最多,增速為18.041 mm/10年,寧縣增加最少,增速僅為1.788 mm/10年。各地降水差異巨大,年最多降水量1 005.3 mm(2017年,正寧),年最小降水量258.1 mm(2006年,環(huán)縣),年際波動幅度增大,水旱災(zāi)害風險加大。

圖2 慶陽市各縣區(qū)年降水量變化趨勢
各季變化趨勢并不一致(表2),春季大部分呈弱的減少趨勢,春旱和春末夏初干旱風險加大。夏季、秋季、冬季大部分呈增加趨勢,但冬季增加較小而且波動較大,對降水增加主要貢獻是夏季,以強對流天氣影響為主;其次是秋季,以華西秋雨的影響最大。

表2 慶陽市各季節(jié)降水變化統(tǒng)計表
半個世紀來慶陽市年日照時數(shù)變化不一致(圖3),平均呈弱減少趨勢,其中華池、慶城呈弱的增加趨勢,其余縣區(qū)為減少趨勢,減少最多的為寧縣,氣候傾向率為74.458 h/10年,這與寧縣降水增加最少相一致。日照年際波動大,最多年日照時數(shù)2 832.5 h(環(huán)縣,1995年),最少年日照時數(shù)1 826.5 h(環(huán)縣,2016年),變幅達到40%以上。

圖3 慶陽市各縣區(qū)日照時數(shù)變化趨勢
日照時數(shù)各季節(jié)變化也不一致(表3),夏季、秋季均為減少趨勢,尤以秋季減少最為明顯,減少傾向率寧縣最大,為32.652 h/10年;冬季增加的和減少的各占一半,總體變率比較?。淮杭境龑帨p少外均為增加趨勢,最大增率出現(xiàn)在慶城,為17.734 h/10年。日照時數(shù)的季節(jié)變化與降水的季節(jié)變化有很好的相關(guān)性。

表3 慶陽市各季節(jié)日照時數(shù)變化統(tǒng)計表
在暖濕化氣候背景下,水旱矛盾更加突出,旱澇并出危害加大,溫度起伏較大,災(zāi)害疊加出現(xiàn),危害風險增加。
4.4.1 水旱矛盾更加突出
半個世紀來,在降水增加的暖濕化氣候背景下,慶陽市水旱矛盾更加突出。日降水≥25 mm大雨出現(xiàn)日數(shù)和日降水≥50 mm暴雨出現(xiàn)日數(shù)均呈增多趨勢(圖4、圖5),特別是2016—2021年來極端性降水事件趨多趨強,降水量級和降水強度不斷刷新記錄,2016年慶陽市共發(fā)生短時強降水76站次,暴雨5場;2017年慶陽市共發(fā)生短時強降水125站次,暴雨11場;2018年慶陽市共發(fā)生短時強降水211站次,暴雨16場;2019年發(fā)生短時強降水199站次,發(fā)生暴雨12場,1小時最大雨強90.8 mm(合水劉家莊)刷新歷史記錄;2020年慶陽市共發(fā)生短時強降水186站次,暴雨10場;2021年發(fā)生短時強降水202站次,發(fā)生暴雨18場,3小時最強降水194.5 mm(鎮(zhèn)原閆溝村)再創(chuàng)歷史極值,極端性降水引發(fā)洪澇以及地質(zhì)災(zāi)害造成較大災(zāi)害。同時干旱缺水的危害長期存在,特別是環(huán)縣干旱幾乎每年發(fā)生,2021年5月16日—8月17日,慶陽市持續(xù)出現(xiàn)少雨天氣時段,各地降水量僅48.8~178.1 mm,與歷年同期相比偏少36%~77%,環(huán)縣是1957年有氣象記錄以來同期最少的年份,出現(xiàn)了多年不遇的嚴重伏旱,旱澇并出危害加大。

圖4 慶陽市各縣區(qū)日降水量≥25 mm出現(xiàn)日數(shù)

圖5 慶陽市各縣區(qū)氣象站暴雨日數(shù)
4.4.2 溫度起伏較大,災(zāi)害風險增加
氣候變暖以最高溫度的升高為主,≥35 ℃高溫日數(shù)呈增加趨勢(圖6),尤其2016—2021年來更為明顯,2017年和2020年均有臺站極端高溫突破歷史極值,2021年是慶陽歷史上高溫日數(shù)最多年份,環(huán)縣、慶城、寧縣≥32 ℃高溫日數(shù)分別達到38 d、26 d、17 d,≥35 ℃高溫日數(shù)分別達到17 d、10 d、2 d,環(huán)縣極端最高氣溫達到39.4 ℃,突破歷史極值。

圖6 慶陽市各縣區(qū)≥35 ℃高溫出現(xiàn)次數(shù)
氣候變暖使得極端低溫也有所升高,冬季嚴寒程度減小,但氣候變暖使得作物發(fā)育期提早,生育期遭受霜凍危害風險加大。隨著冬春季氣溫明顯上升,2000年后慶陽市蘋果花期遭遇0 ℃以下低溫的概率達到50%(圖7),低于-3.0 ℃(蘋果花期凍害指標)的低溫次數(shù)增加,蘋果花期凍害風險加大。

圖7 西峰國家氣象站4月最低氣溫與蘋果花期對應(yīng)變化趨勢
4.4.3 災(zāi)害疊加出現(xiàn),危害加劇
冰雹、短強、暴雨、大風、高溫、干旱等經(jīng)常疊加出現(xiàn),加重了災(zāi)害影響。如2021年共遭遇18場暴雨、12場冰雹、短強202站次,高溫與干旱疊加,災(zāi)害損失較重。
綜上所述,慶陽市氣候變化特征為:半個世紀來氣候變暖呈加速發(fā)展趨勢,降水量緩慢增加,年際波動增大,日照時數(shù)有增有減,氣候有暖濕化傾向,極端天氣氣候事件增多,水旱災(zāi)害風險加大。慶陽氣候暖濕化有利于作物適宜種植區(qū)擴大和提質(zhì)增產(chǎn);利于生態(tài)環(huán)境改善,減緩水土流失;伴隨暖濕化趨勢,水旱矛盾更加突出,旱澇并出危害加大,溫度起伏較大,災(zāi)害疊加出現(xiàn),特色林果業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)風險加大,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響加重。建議抓住氣候暖濕化的有利機遇,趨利避害,統(tǒng)籌利用氣候資源,優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),科學應(yīng)對災(zāi)害風險,完善自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警機制,提高對極端氣候事件的防御能力。
5.1.1 作物可種植區(qū)域北移西擴,增產(chǎn)潛力增加
暖濕化有利于農(nóng)作物和果樹安全越冬,農(nóng)作物適生種植范圍擴大,適生品種增多,有利于種植業(yè)多樣化,尤其北部環(huán)縣、華池及鎮(zhèn)原北部廣袤地區(qū),主要農(nóng)作物冬小麥和玉米種植邊界北移,氣候適生性提高,增產(chǎn)趨勢明顯,為該市糧食安全提供了保障。部分半荒蕪的土地可以變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地,提高土地利用率。資料分析顯示,2000年以后,慶陽市基本沒有出現(xiàn)過大范圍的嚴重干旱,冬小麥及玉米產(chǎn)量逐年提高便是氣候變暖正效應(yīng)顯著的體現(xiàn)。
5.1.2 農(nóng)業(yè)病蟲害影響程度加大
冬季的顯著增暖,對農(nóng)業(yè)害蟲及病原菌越冬有利,未來特色農(nóng)作物遭受病蟲害的風險也會增大,導致慶陽市農(nóng)業(yè)病蟲害發(fā)生面積擴大,危害程度加劇。小麥條銹病發(fā)病日期提前半月左右、發(fā)病面積以10%/10年的速率增加,全市農(nóng)區(qū)蟲害發(fā)生面積增長了6成,草害發(fā)生面積增長了近1倍。
5.1.3 氣象災(zāi)害呈現(xiàn)新特點,農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)面臨新挑戰(zhàn)
氣候變暖致使林果花期提前,遭遇晚霜凍風險增大,高溫日數(shù)增多也不利于馬鈴薯塊莖膨大,同時由于低溫冷害、風雹和暴雨洪澇的綜合影響損失呈顯著增加趨勢。這些新的災(zāi)害特征使得原先適于干旱少雨、高寒陰濕氣候的避災(zāi)農(nóng)業(yè)(如蘋果、馬鈴薯、中藥材及畜牧業(yè)等)面臨新的挑戰(zhàn),種植結(jié)構(gòu)和災(zāi)害防御對策亟需變革。
森林在吸收CO2,減緩氣候變化方面具有無可比擬的優(yōu)勢,生態(tài)系統(tǒng)過程改變將影響生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮;而森林枯死將會對碳儲存、生物多樣性、木材生產(chǎn)、水質(zhì)、市容和經(jīng)濟活動造成風險。同時,林業(yè)對氣候變化比較敏感,作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,森林生態(tài)系統(tǒng)及其所提供的產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)也受到氣候變化的重大影響,氣候變化將顯著地改變森林生態(tài)服務(wù)的供給水平和質(zhì)量。森林受氣候變化影響的程度還與適應(yīng)力相關(guān),IPCC第五次評估報告提出,21世紀由于溫度升高和干旱增多,樹木死亡風險增加。氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響取決于具體生態(tài)因子及其相互作用,一個或多個尺度的氣候變化(如溫度和降水)將影響生態(tài)系統(tǒng)過程(如光合作用等)。監(jiān)測顯示,2001—2021年,慶陽市平均植被指數(shù)是增加的,但作物種植面積的增加大于林草面積的增加,森林適應(yīng)氣候變化的能力是動態(tài)的,受財富、人力資源、信息技術(shù)、物資資源和基礎(chǔ)設(shè)施、體制機制等因素的影響,要劃定生態(tài)保護紅線,強化生態(tài)文明建設(shè),在生態(tài)承載力評估基礎(chǔ)上,維持生物多樣性,合理利用氣候資源,再造一個子午嶺。
水資源循環(huán)系統(tǒng)是氣候變化的一個重要環(huán)節(jié),在水循環(huán)過程中時刻受到周圍氣候變化的影響。隨著全球氣溫的變暖,水資源循環(huán)系統(tǒng)在不斷地發(fā)生著變化,氣溫的不斷升高會對水資源在時間和空間上造成較大的影響,使得降雨因季節(jié)、地區(qū)而存在很大的差異,同時也會影響到水資源的數(shù)量。在水資源循環(huán)過程,氣候會直接影響降雨、蒸發(fā)、徑流、空氣濕度、土壤濕度等各環(huán)節(jié)。隨著氣候的變化,在某些程度上加劇了旱災(zāi)、洪災(zāi)及其他災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度,災(zāi)害更加極端,持續(xù)性更強,多災(zāi)種并發(fā),旱則愈旱、澇則更澇的極端天氣氣候事件可能性增大,會影響到與水資源有關(guān)項目的管理和規(guī)劃。此外,水資源系統(tǒng)的變化也會對氣候變化造成較大的影響,人類活動會造成水資源的不斷減少,使得周圍的空氣濕度發(fā)生變化,迫使當?shù)貧夂蛞搽S之變化,進一步加劇了氣候變暖問題。氣候變化與水資源存在著相互影響,彼此密切相連關(guān)系溫度升高;強降雨造成的泥沙、營養(yǎng)鹽以及污染物負荷增加;干旱期間污染物濃度增加;以及洪水期間凈水設(shè)施遭到破壞等。
氣候變化可對人群健康產(chǎn)生多種直接和間接影響。首先,氣候變化通過改變環(huán)境因素和生態(tài)系統(tǒng)間接對人體健康造成影響,如氣溫、濕度、風速、降雨量等氣候要素的變化可通過影響大氣污染物的化學反應(yīng)速率、沉降和稀釋速度,改變空氣污染物在大氣中的濃度和分布,加劇大氣污染和臭氧層破壞,對人群呼吸系統(tǒng)和皮膚疾病產(chǎn)生影響;通過不同程度地改變傳染病病原體的存活、變異、媒介昆蟲孽生分布區(qū)域,使傳染性疾病的流行強度、范圍和傳播特征發(fā)生變化,從而導致人群患病風險增加。其次,全球氣候變化使極端天氣事件的強度和發(fā)生頻率增加,直接對人群的生命健康造成影響;另外,全球氣候變化還會對食品安全和某些對氣候變化敏感的非傳染性疾病的發(fā)生和流行造成不同程度的影響。
IPCC第五次評估報告指出,未來氣候變化將使部分地區(qū)營養(yǎng)不良的狀況進一步加劇。例如,更強烈的熱浪和火災(zāi)造成的疾病和傷亡的可能性加大;貧困地區(qū)糧食減產(chǎn)導致營養(yǎng)不良的可能性增加;脆弱群體面臨工作能力喪失的風險,勞動生產(chǎn)力可能降低;食源和水源疾病和病媒疾病增加,對敏感人群造成更高的風險。研究顯示,在各種不同的氣象條件中對人類健康影響最為敏感的是氣溫,冬季的死亡人數(shù)顯著高于其他季節(jié),而且一半以上的超額死亡率由心血管疾病造成。夏季的熱浪或熱日對呼吸系統(tǒng)和心腦血管疾病影響更大,熱浪或熱日對老年人、重體力勞動者和經(jīng)濟條件差的人群影響更大。氣象因素是影響大氣污染物濃度的主要因素之一,氣象因素的變化改變空氣污染物在大氣中的濃度和分布,進而潛在地影響人體健康。鑒于評估過程只考慮單個氣象因素的作用,未考慮各個氣象因素之間的交互作用和聯(lián)合作用,得出的結(jié)論存在局限性。
充分順應(yīng)氣候暖濕化趨勢,因地制宜,宜林則林,宜草則草,推進以植被生態(tài)功能提升為核心的生態(tài)工程,加快子午嶺等生態(tài)保護區(qū)的建設(shè)和自然恢復進程;實行生態(tài)公益林補償和天然林保護機制,強化封山育林,加大黃土高原溝壑貧困區(qū)植樹造林,減少水土流失,逐步改善生態(tài)環(huán)境;加快河流、水庫防洪治理工程體系建設(shè),通過土地平整,修筑梯田,建立水庫堤壩、澇池塘壩等措施進行綜合治理,有效減少水土流失。
針對氣候變化新特點,開展精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃,調(diào)整作物種植布局,優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),培育和選用抗逆作物品種,提高農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增收技術(shù),提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì),推進區(qū)域綠色發(fā)展,依靠地方特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)推進鄉(xiāng)村振興。因地制宜,調(diào)整各類特色作物的耕作制度,加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施,改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,減緩氣候變化的不利影響。
持續(xù)推進園區(qū)氣候可行性論證技術(shù)開發(fā)應(yīng)用,重視極端天氣氣候事件對基礎(chǔ)設(shè)施選址、建設(shè)和運行的影響,加強全市重大規(guī)劃、重點工程項目、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和工業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)氣候可行性論證。通過持續(xù)監(jiān)測、實地調(diào)查、全面評估的方式,加強氣象災(zāi)害風險普查、開展重大工程建設(shè)和生態(tài)安全的影響評估和風險防范區(qū)劃,進一步摸清災(zāi)害風險脈絡(luò),有針對性地做好多部門聯(lián)合防御。加大農(nóng)業(yè)氣象指數(shù)保險和巨災(zāi)保險推廣應(yīng)用力度,增強極端氣候事件的應(yīng)對能力。加大極端天氣氣候事件和災(zāi)害防御科普宣傳力度,提升社會整體防災(zāi)減災(zāi)意識與適應(yīng)能力。
推進落實氣象事業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃,增加氣象災(zāi)害防御資金投入,建設(shè)寒旱農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)保障體系。加強氣候變化精密監(jiān)測,強化氣候規(guī)律機理認識與研究,提高精準預(yù)報預(yù)測以及精細服務(wù)的能力和水平。強化公眾自然災(zāi)害防控意識,提高防災(zāi)避險能力。加強中小河流洪水、地質(zhì)災(zāi)害隱患點的風險防范能力建設(shè),完善自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警綜合防災(zāi)減災(zāi)機制。推動工程性防災(zāi)減災(zāi)項目建設(shè),建立防雹增雨作業(yè)示范區(qū)、防霜試驗示范點、綜合農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)示范園,加強作業(yè)效益評估,增強科學利用云水資源和防御冰雹等氣象災(zāi)害能力。