西藏拉薩灌草區(qū)的氣象要素特征

沈志強(qiáng)， 盧 杰， 華 敏， 李照青， 屈興樂， 方江平

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院西藏高原生態(tài)研究所，西藏林芝 860000； 2.中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510275；3.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430079)

氣候特征是自然環(huán)境的最主要組成部分之一，其變化能夠?qū)θ祟惿媾c發(fā)展等產(chǎn)生巨大影響。全球氣候變化特征以變暖為主，聯(lián)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(jì)末全球平均地表溫度在1986—2005年的基礎(chǔ)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(fā)生了顯著的變化，比如熱帶地區(qū)與高緯度地區(qū)降水量可能會增加，副熱帶地區(qū)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(huán)境，被認(rèn)為是對全球氣候變化響應(yīng)最為敏感的區(qū)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(qū)之一。游慶龍等對青藏高原納木錯地區(qū)氣象要素(包括氣溫、氣壓、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等)的季節(jié)和日變化進(jìn)行了研究[4]。鄭然等對青藏高原1971—2011年的氣溫變化進(jìn)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(jìn)行了分析[6]。雖然部分學(xué)者已對青藏高原的氣象要素進(jìn)行了研究，但對拉薩地區(qū)氣象要素的研究相對較少。本試驗以西藏拉薩達(dá)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(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在掌握該區(qū)域山地氣候的特點，了解氣候變化及發(fā)展趨勢。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西藏拉薩達(dá)孜縣巴嘎雪村西南部山坡上，坐標(biāo)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(fēng)氣候區(qū)，空氣稀薄，白天太陽輻射強(qiáng)，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(qū)域多夜雨，冬春季節(jié)干燥并且多大風(fēng)；年平均氣溫為7.5 ℃左右，年平均日照時數(shù)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(qū)內(nèi)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??；草本群落蓋度約為60%～80%，高度不超過0.1 m[9]。研究區(qū)內(nèi)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(shè)置與調(diào)查 在西藏拉薩達(dá)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(shè)3塊樣地(表1)，在樣地內(nèi)分別架設(shè)小型氣象站，實時監(jiān)測多種氣象要素，包括降水量、氣溫、風(fēng)速等。氣象站自動記錄瞬時數(shù)據(jù)的步長為5 min，每3個月進(jìn)行1次數(shù)據(jù)收取，在此期間有專人對儀器設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)與保養(yǎng)[10]。2014年夏季對樣地內(nèi)的植物進(jìn)行調(diào)查，包括植物種類、密度等。

表1 監(jiān)測站基本情況

注：EN表示東偏北。

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

2 結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)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(dá)到最大值，8月份后呈下降趨勢，11月份降水基本結(jié)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(dá)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(qū)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(qū)域6—8月降水量日變化進(jìn)行研究。從圖3可以看出，研究區(qū)降水量日變化具有明顯的波動性。最大降水量出現(xiàn)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(xiàn)在 13：00，僅為1.60 mm。研究區(qū)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(qū)夏季降水量日變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(dá)孜縣山地2014、2015年夏季降水量日變化特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)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(dá)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(nèi)變化特征 統(tǒng)計站點2氣象站實時觀測到的各月平均氣溫，并分析年內(nèi)平均氣溫變化特征。從圖5可以看出，2014年年內(nèi)平均氣溫大于2015年，2014年年內(nèi)平均氣溫約為7.6 ℃，2015年年內(nèi)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(nèi)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(dá)到10 h，00：00—08：00、18：00—23：00氣溫持續(xù)下降，降溫時長為14 h。00：00—07：00氣溫持續(xù)下降，07：00氣溫最低，為13.5 ℃；從08：00開始?xì)鉁爻掷m(xù)上升，14：00—15：00時氣溫上升緩慢，15：00—16：00時氣溫繼續(xù)上升，17：00氣溫達(dá)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(xù)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(nèi)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(nèi)的平均氣溫相對較高，為-8.9 ℃，00：00—09：00時間段內(nèi)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(fēng)速變化特征

2.3.1 不同海拔風(fēng)速變化特征 統(tǒng)計研究區(qū)2014—2015年各月平均風(fēng)速的平均值，從圖8可以看出，3個氣象站風(fēng)速分別為1.2、1.3、1.5 m/s，平均風(fēng)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(fēng)速整體呈上升趨勢，其中1—6月份平均風(fēng)速平均值遠(yuǎn)大于8—12月份，3個站點均為4月份風(fēng)速最大，分別達(dá)到1.6、1.7、2.0 m/s，6—8月份平均風(fēng)速不斷下降，其中8月份風(fēng)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(fēng)速是最小風(fēng)速的2倍，而站點2的平均最大風(fēng)速與最小風(fēng)速之比也達(dá)到了1.9倍，說明研究區(qū)內(nèi)冬春季節(jié)風(fēng)速最大，秋季次之，而夏季最小。

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

2.3.3 風(fēng)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(fēng)速日(2014年4月25日)的風(fēng)速日變化特征。從圖10可以看出，風(fēng)速日變化存在明顯的波動，各時間段內(nèi)風(fēng)速均在0 m/s以上，最大風(fēng)速發(fā)生在18：00，為 3.8 m/s，其次為15：00，風(fēng)速為3.7 m/s，最小風(fēng)速發(fā)生在 07：00，風(fēng)速僅為0.1 m/s。08：00—18：00平均風(fēng)速最大，達(dá)到1.9 m/s，03：00—07：00平均風(fēng)速最小，僅為0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的風(fēng)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(fēng)速最小。

3 討論

西藏拉薩達(dá)孜縣灌草區(qū)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(qū)白天太陽輻射強(qiáng)烈，導(dǎo)致云層蒸發(fā)，而夜晚氣溫降低，云層冷卻，產(chǎn)生對流，容易形成降水過程；(2)可能與拉薩達(dá)孜縣復(fù)雜的河谷山地地形有關(guān)，該區(qū)夏季降水次數(shù)與降水量較多，容易產(chǎn)生地表徑流，導(dǎo)致對流天氣，尤其是晚上，山谷風(fēng)盛行，致使氣流不斷上升，增加了降水發(fā)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(xù)放熱，且得不到太陽輻射的熱量補(bǔ)給，導(dǎo)致地表溫度持續(xù)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(qiáng)而上升，在17：00達(dá)到最高值；拉薩地區(qū)夏季日照時間較長，地面溫度隨著太陽輻射的增強(qiáng)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(dá)到最高。18：00以后氣溫逐漸下降，是由于太陽輻射變?nèi)?，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(jié)風(fēng)速最大，秋季次之，夏季最小，主要原因是該地區(qū)冬季與春秋季節(jié)晝夜溫差大，氣壓變化劇烈，因此大風(fēng)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(fēng)速不大。隨著海拔梯度的升高，風(fēng)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(qū)被遮擋的比較少，風(fēng)速較大，低海拔地區(qū)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(fēng)速較大。在傍晚，當(dāng)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(fēng)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(fēng)速減弱。

4 結(jié)論

通過對西藏拉薩重要氣象要素(降水量、氣溫、風(fēng)速)變化特征的研究，得出如下結(jié)論，(1)2014年3個站點的年平均降水量遠(yuǎn)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(xiàn)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(qū)海拔梯度越高，年平均氣溫越低，2014年年內(nèi)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(dá)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(nèi)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(xù)下降。07：00氣溫最低，為13.5 ℃，17：00氣溫最高，達(dá)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(qū)冬春季節(jié)風(fēng)速最大，秋季風(fēng)速次之，夏季風(fēng)速最小。海拔越高，風(fēng)速越大。3個站點4月份風(fēng)速最大，8月份風(fēng)速最小。日最大風(fēng)速發(fā)生在 18：00，為3.8 m/s，其次為15：00，風(fēng)速為3.7 m/s，最小風(fēng)速發(fā)生在07：00，風(fēng)速僅為0.1 m/s。白天(08：00—18：00)的風(fēng)速明顯高于晚上，最大風(fēng)速出現(xiàn)在 18：00；凌晨(03：00—07：00)的平均風(fēng)速最小，最小風(fēng)速出現(xiàn)在07：00。