四川若爾蓋原生牧草生長的農業(yè)氣候條件分析

趙 陽

（中國氣象科學研究院，北京 100081）

若爾蓋位于青藏高原東北隅，以擁有世界上面積最大的高原濕地成為我國第一大高原沼澤濕地。通 過查閱資料，近一二十年來世界各國都在采取積極措施對地區(qū)氣候進行研究，國外有學者對陸地表面干 濕程度進行了分析[1]，許多學者還對中國陸面干濕狀況進行了研究[2-4]，但是研究區(qū)多集中在平原河湖濕 地和北方泥炭地。作為青藏高原冰凍圈的一部分，若爾蓋地區(qū)不僅對區(qū)域氣候變化響應強烈，而且在改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和保障區(qū)域社會經濟可持續(xù)發(fā)展方面具有重大意義。由于人類活動，全球大氣的溫室 氣體濃度在顯著增加，近百年來全球溫度明顯上升。紅原若爾蓋草原沼澤泥炭地是中國特有的殘存最大的高原泥炭沼澤型濕地，富含有機質的濕地土壤和泥炭層能夠有效的固定二氧化碳，對緩和全球氣候變 暖的趨勢將會起到積極重要的作用，紅原若爾蓋草原濕地是長江、黃河上游源頭地區(qū)最重要的水源供給 區(qū)。因此在全球變暖的條件下，為了更好地保護黃河、長江的水源，穩(wěn)定生物生態(tài)多樣性，保護草原的原生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對若爾蓋草原牧草生長氣候條件的分析顯得十分必要。

1 資料和方法

1.1 資料來源

本文所有資料均由若爾蓋縣氣象局提供，分為氣象要素資料和牧草植被生長狀況資料。氣象要素資 料具體是從 1980年到 2010年31年的資料，分為氣溫、降水、日照時數的旬月資料；牧草植被資料是早 熟禾牧草的各生長發(fā)育期生長高度的統(tǒng)計資料，具體是從 1986 到2010年25年的統(tǒng)計資料。

1.2 研究方法

運用數理統(tǒng)計方法分析若爾蓋草原的氣候條件，包括溫度、降水量和日照時數的分析；研究早熟禾 牧草生長各個發(fā)育期所適宜的氣候條件；通過統(tǒng)計方法將早熟禾牧草在各個發(fā)育階段生長高度與氣象因 子之間的關系進行分析[5-7]； 然后用灰度關聯(lián)法對早熟禾的生長高度作出預報。

1.3 用灰色關聯(lián)度法建立早熟禾最終生長高度預報方程

1.3.1 灰色系統(tǒng)與灰色關聯(lián)度灰色系統(tǒng)，是指在實際問題的解決過程中，部分信息明確、部分信息不 明確的系統(tǒng)，是集系統(tǒng)分析、評估、建模、預測、決策、控制、優(yōu)化技術于一體的一門新興學科的結構 體系。

灰色關聯(lián)分析包括灰色關聯(lián)公理、灰色關聯(lián)度、廣義灰色關聯(lián)度（灰色絕對關聯(lián)度、灰色相對關聯(lián) 度、灰色綜合關聯(lián)度）、基于相似性視角的灰色關聯(lián)度、基于接近性視角的灰色關聯(lián)度和灰色關聯(lián)序、優(yōu) 勢分析等內容。

灰色關聯(lián)度的計算應與事實情況基本符合，這是灰色關聯(lián)度基本的依據。計算關聯(lián)度的目的是用其考察因素之間的關聯(lián)性，它是通過兩序列的關聯(lián)性來表示的。兩序列的關聯(lián)性是指兩序列所成的曲線的整體相似性，而曲線線的相似性是以局部的相似性綜合為基礎的，因此用局部相似程度的均值來度量整 體的相似性，即兩因素的關聯(lián)度。這樣局部相似性(即兩線段的相似性)的度量對關聯(lián)度的計算起決定性 作用[8-10]。

1.3.2 灰色關聯(lián)度的一般計算方法（1）數據列的表示方式。數據列分為參考數列（1個母因素）和比較數列（n個子因素），其表示方式為：

（2）求出其斜率序列矩陣。根據矩陣X求得矩陣X的斜率序列，構成一個新的矩陣X,它們之間的關 系為：

（3）對斜率序列矩陣進行標準序列化為了讓所有的數據在評估過程中都有同等的角色，對Y中的每一個元素ij Y進行標準化處理，即將每一個元素除以該行所有元素的總和，表達式為：

這樣就得到了對應的矩陣Y。

對新得到的矩陣中每一列的數據進行排序后得到序列化后的矩陣Y'。

（4）判定關聯(lián)性質。根據步驟（3）中的得到的Y'。

（5）計算相關系數。由步驟（4）得到的指數根據下列公式算出對應的長度數組dist_ 0im,n-1，其中：

1.3.3 灰色關聯(lián)度處理數據的結果以早熟禾的最終生長高度作為預報量Y z，對應的旬溫度X z1、降水 量X z2、日照時數X z3作為影響因子，對1986—2007年的數據運用灰色關聯(lián)度模型處理后，得到各個物 理量的相關性，即為表1所示。

表1 早熟禾生長高度與各氣象因子之間的相關性

然后在通過逐步回歸方法，建立回歸方程，得到因子相關陣R的逆矩陣：

得出：

于是標準化變量回歸方程可寫為：

對標準化變量回歸方程進行統(tǒng)計檢驗，得到F=7.70，在顯著水平α=0.0 5，分子的自由度為 3，分母的自由度為 18的情況下，F(xiàn)α=3.1 6，所以方程具有顯著性。然后通過以上的預報方程對 2008—2010年生長高度作出預報，得到表2。

表2 灰色關聯(lián)法對早熟禾生長高度的預報結果

從表2 可以得到，相對誤差絕對值在1.7%～8.6%，相對誤差絕對平均值為5.1%，相對誤差的平均值 較小，因此可以用此方程作為早熟禾最終生長高度的預報方程。

2 結果與分析

2.1 若爾蓋的氣候概況

若爾蓋在近 31年的年平均氣溫、降水和日照時數均呈現(xiàn)多波動形勢，年平均溫度總體在31年內呈 現(xiàn)出上升的趨勢，降水和日照均呈現(xiàn)下降趨勢。31年的年平均氣溫為 1.4℃。其中最冷年為 1983年，年平均溫度為 0.3℃，最暖年為2010年，年平均溫度為 2.7℃。降水量一般在550～750mm，最大降水量 出現(xiàn)在1984年，為 862.9 mm，最小降水量出現(xiàn)在2008年，為 464.8mm，兩者相差 398.1 mm；31年年平均降水量為 643.3mm。日照最少的是2005年，日照時數為 2 092.4h，日照最大的為 1980年，日照時數為 2 718.2h。

圖1 若爾蓋草原溫度的年際變化

圖2 若爾蓋草原降水量的年際變化

圖3 若爾蓋草原日照時數的年際變化

2.2 若爾蓋牧草早熟禾生長的氣候條件

通過對表3 和表4 分析知道：早熟禾每年發(fā)育期返青時所需要的溫度為 0℃以上，當 到夏季末時，溫度下降到 10℃以內時，便開始 黃枯。在降水量方面，早熟禾發(fā)育時所需要的降水為 10mm，而且隨著雨量的增多，當降水量 達到 45mm時，進 入枯黃階段，在日照時數方面，早熟禾發(fā)育時的返青期所需日照為 70h，當日照 達到 80h左右時，牧草開始枯黃。

表3 若爾蓋早熟禾發(fā)育期各階段生長平均日期統(tǒng)計

表4 早熟禾生長各階段氣象條件

3 結論與討論

（1）紅原若爾蓋地區(qū) 31年中年平均溫度為 1.4℃，在31年中年平均溫度總體呈現(xiàn)增高趨勢；31年中年平均降水量為643.3mm，年平均日照時數為 2479.3h，年降水量和日照時數呈現(xiàn)下降的趨勢?？梢钥吹阶罱鼛啄觌S著溫度的升高，降水量和日照時數與溫度呈現(xiàn)某一種負相關的關系。

（2）早熟禾返青時所需要的溫度為0℃以上，當 到夏季末時，溫 度下降到 10℃以內時,便開始黃枯，牧草開始發(fā)育時所需要的降水均為 10mm左右，當降水量達到 45mm左右時，牧草進入枯黃階段，對于日照時數而言，牧草發(fā)育時返青期所需日照為70h左右，當日照達到 80h左右時，牧草開始黃枯。

（3）灰度關聯(lián)法對早熟禾牧草生長高度的預報效果是很好，此 方法所做出來的牧草生長高度的預報 方程以通過顯著性檢驗，最 終得到早熟禾生長高度的預報方程為Y=0.301 7X1+0.311 2X2+0.275 1X3。（4）本文著重研究溫度、降水、日照時數對若爾蓋氣候的分析，沒有涉及到風場，這也是一個典型的氣象因子，而且本文只對若爾蓋地區(qū)一種牧草的生長高度進行了研究，還可以結合多種牧草，比如恰 草、苔草的研究，以及各種牧草的干重以及濕重的研究等等。

[1]Rajendra K,Pachauri.Climate Change 2007:The AR4 synthesis report[R].Switzerland,Intergovernmental Panel on Climate Change.

[2]尚宗波,高瓊.中國水分狀況對全球氣候變化的敏感性分析[J].生態(tài)學報,2001,21(4):528-537.

[3]施雅鳳,沈永平,胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉型的信號、影 響和前景初步探討[J].冰川凍土,2002,24(3):219-226.

[4]靳立亞，李靜，王新等.近50年來中國西北地區(qū)干濕狀況時空分布[J].地理學報,2004,59(6):847-854.

[5]胡毅,李萍,楊建功,等.應用氣象[M].北京:氣象出版社,2005:1-86.

[6]黃嘉佑,氣象.氣象統(tǒng)計分析與預報方法[M].北京:氣象出版社,1990.

[7]譚冠日,氣候學.氣象站數理統(tǒng)計預報方法[M].北京:科學出版社,1978.

[8]李宏艷.關于灰色關聯(lián)度計算方法的研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術,2004:1231-1233.

[9]閆俊華,周國逸,申衛(wèi)軍.用灰色關聯(lián)法分析林生態(tài)系統(tǒng)植被狀況對地表徑流系數的影響[J].2000.

[10]李云松,李明.基于灰度空間特征的模糊C均值聚類圖像分割[J].計算機工程與設計,2007,28(6):1358-1360.