甘肅中部臨夏溫濕變化及影響分析

孫玉蓮，張淑芳，蔡廣珍，許顯鑫，馬玉坤，劉 輝，馬學(xué)文

（臨夏州氣象局，甘肅 臨夏731100）

甘肅中部是全國(guó)有名的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件十分惡劣，干旱頻繁，大部分農(nóng)民主要是靠天吃飯，農(nóng)田以自然降水為主要水分來(lái)源，甘肅最主要的自然災(zāi)害是旱災(zāi)，在各種自然災(zāi)害中，不管是影響范圍還是影響程度，都占居首位[1]。

臨夏地處青藏高原和黃土高原的過(guò)渡地帶。境內(nèi)地形復(fù)雜，氣候多變，既具有大陸性氣候特點(diǎn)，又有季風(fēng)和高原邊坡山谷地形氣候特征，從北至南，以年干燥度和天然植被指標(biāo)劃分為干旱、半干旱、半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)4 個(gè)區(qū)，氣候地域性差異懸殊[2]。臨夏州平均年降水量481.3 mm，平均年蒸發(fā)量1 349.6 mm，蒸發(fā)量是降水量的3 倍[3]。降水時(shí)空分布不均，主要集中在7—9 月，占全年降水量的53%[4]，尤其是臨夏中北部地區(qū)，年降水量嚴(yán)重不足，制約了本地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高[5]。研究得出，隨著氣溫上升，降水量自南向北遞增，臨夏干旱發(fā)生概率，也由北向南呈遞減趨勢(shì)。臨夏干旱發(fā)生概率，從20 世紀(jì)60 年代中期至今，主要發(fā)生在春末夏初，并且出現(xiàn)區(qū)域性干旱年份占干旱年份的60%，春末夏初旱導(dǎo)致春小麥花粉干枯，影響玉米出苗、拔節(jié)，是造成作物產(chǎn)量低的的主要因子，也是臨夏分布范圍最廣、影響最重的一類(lèi)干旱；據(jù)多年受災(zāi)資料分析，受災(zāi)年份，受災(zāi)面積占總耕地面積的2／3 以上[6]。多年來(lái)研究西北地區(qū)氣候變化及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的比較多[7-15]。劉德祥等研究分析了氣候變暖對(duì)干旱災(zāi)害的影響，指出氣候暖干化對(duì)甘肅農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響[16]。本文通過(guò)對(duì)臨夏地區(qū)氣溫、降水、干旱資料進(jìn)行分析研究，揭示臨夏溫濕變化對(duì)當(dāng)?shù)馗珊涤绊憽?/p>

1 材料與方法

1.1 資料

采用臨夏5 縣1 市1971—2018 年氣溫、降水，與多年平均值（1981—2010 年的30 a 平均值）對(duì)比，1980—2018 年干旱統(tǒng)計(jì)資料，分析48 a 來(lái)臨夏氣溫、降水的變化規(guī)律及演變趨勢(shì)，以及對(duì)干旱影響。

1.2 方法

采用統(tǒng)計(jì)分析方法、線性傾向估計(jì)法對(duì)臨夏氣溫、降水，年、季變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。利用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法（Mann-Kendall）對(duì)氣溫進(jìn)行突變檢測(cè)，若UF 或UB 值＞0，代表氣溫表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，＜0 代表氣溫表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。如果UF 與UB 在臨界值±1.96 之間有明顯的交點(diǎn)（α=0.05 顯著性水平），且UF 隨后上升超過(guò)1.96 或下降低于-1.96，就認(rèn)為氣溫產(chǎn)生了突變，上升超過(guò)1.96 表示氣溫由低向高突變，下降低于-1.96 表示氣溫由高向低突變，這個(gè)明顯的交點(diǎn)就是氣溫突變的開(kāi)始點(diǎn)。

2 結(jié)果分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年平均氣溫的年際變化特征

氣溫的年際變化是：一年中月平均氣溫的最高值與最低值，稱為氣溫年際變化。表1 中最低月（1月）與最高月（7 月）為臨夏各地1967—2018 年1月、7 月月平均氣溫中最高與最低平均氣溫之差，全年的值為1967—2018 年年平均氣溫中最低與最高年平均氣溫之差，各地年平均氣溫年際變化在2.5～3.3 ℃之間；最熱月（7 月）年際變化幅度在4.5～6.8℃之間，最冷月（1 月）年際變化幅度在4.1～9.3 ℃之間。由表1 看出，氣溫年際變化幅度不大，最熱月與最冷月氣溫年際變化幅度都比氣溫年際變化大，最熱月永靖溫度年際間差異最大，最冷月中部的臨夏市溫度年際間差異最大，最冷月比最熱月更容易出現(xiàn)氣溫年際間更大的波動(dòng)。

表1 臨夏各地平均氣溫年際變化幅度℃

根據(jù)臨夏氣象實(shí)測(cè)資料，1971—2018 年，臨夏年平均氣溫7.0 ℃，呈上升趨勢(shì)，平均傾向率0.27 ℃/10 a。20 世紀(jì)70 年代中后期、80 年代中期、90 年代初中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。1997 年后，年溫度距平都為正距平，尤其是1998—2006 年，2009—2010 年，2013—2018 年，氣溫增暖明顯，整體趨勢(shì)變化為顯著上升。

圖1 為Mann-Kendall 年平均氣溫的突變檢驗(yàn)圖，UF 和UB 兩條曲線在1997 年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在0～2（臨界線）之間，說(shuō)明氣溫突變是從1997 年開(kāi)始的，UF 值在2006 年超過(guò)了2，說(shuō)明從1997 年開(kāi)始，臨夏氣溫呈上升態(tài)勢(shì)，到2006 年時(shí)上升態(tài)勢(shì)顯著，縱觀曲線發(fā)展趨勢(shì)情況，臨夏氣溫上升趨勢(shì)的顯著性仍在增加。

圖1 臨夏年均氣溫Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)

2.1.2 各季節(jié)氣溫變化

2.1.2.1 冬季

1971—2018 年，臨夏冬季（上年12 月至翌年2月）平均氣溫-4.9 ℃，平均傾向率0.42 ℃／10 a。20 世紀(jì)70 年代、80 年代初中期、90 年代初中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。90 年代后期開(kāi)始進(jìn)入暖期，且氣溫急劇增暖，整體趨勢(shì)變現(xiàn)為顯著上升。

圖2 臨夏冬季氣溫Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)

圖2 為Mann-Kendall 冬季平均氣溫的突變檢驗(yàn)圖，UF 和UB 兩條曲線在1994 年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在-2～2（臨界線）之間，說(shuō)明冬季氣溫突變是從1994 年開(kāi)始的，UF 值在2006 年超過(guò)了2，2006 年后，UF 值一直在2 附近徘徊，說(shuō)明從2006 年開(kāi)始，雖然臨夏冬季氣溫仍呈上升態(tài)勢(shì)，但到2006 年后上升態(tài)勢(shì)變緩。

2.1.2.2 春季

1971—2018 年，臨夏春季（3—5 月）平均氣溫8.2 ℃，平均傾向率0.40 ℃／10 a。20 世紀(jì)70 年代、80年代、90 年代初中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。90 年代后期開(kāi)始進(jìn)入暖期，且氣溫急劇增暖，整體趨勢(shì)為顯著上升。

圖3 為Mann-Kendall 春季平均氣溫的突變檢驗(yàn)圖，UF 和UB 兩條曲線在2005 年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在0～2（臨界線）之間，說(shuō)明春季氣溫突變是從2005 年開(kāi)始的，UF 值在2015 年超過(guò)了2，說(shuō)明從2015 年開(kāi)始，臨夏春季氣溫呈上升態(tài)勢(shì)，到2015 年時(shí)上升態(tài)勢(shì)顯著，縱觀曲線發(fā)展趨勢(shì)情況，臨夏春季氣溫上升趨勢(shì)的顯著性仍在增加。

圖3 臨夏春季氣溫Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)

2.1.2.3 夏季

1971—2018 年臨夏夏季（6—8 月）平均氣溫17.3 ℃，平均傾向率為0.38 ℃／10 a。20 世紀(jì)70 年代中后期、80 年代、90 年代初中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。90年代后期開(kāi)始進(jìn)入暖期，氣溫急劇增暖，整體趨勢(shì)變化為顯著上升。

圖4 為Mann-Kendall 夏季平均氣溫的突變檢驗(yàn)圖，UF 和UB 兩條曲線在2000 年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在-2～2（臨界線）之間，說(shuō)明氣溫突變是從2000年開(kāi)始的，UF 值在2010 年超過(guò)了2，說(shuō)明從2010年開(kāi)始，臨夏夏季氣溫呈上升態(tài)勢(shì)，到2010 年時(shí)上升態(tài)勢(shì)顯著，縱觀曲線發(fā)展趨勢(shì)情況，臨夏氣溫上升趨勢(shì)的顯著性仍在增加。

2.1.2.4 秋季

1971—2018 年臨夏秋季（9—l1 月）平均氣溫7.0 ℃，平均傾向率0.31 ℃／10 a。20 世紀(jì)70 年代、80年代初中期、90 年代初中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。2000年代后開(kāi)始進(jìn)入暖期，整體趨勢(shì)變現(xiàn)為顯著上升。

圖5 為Mann-Kendall 秋季平均氣溫的突變檢驗(yàn)圖，UF 和UB 兩條曲線在1996 年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在0～2（臨界線）之間，說(shuō)明氣溫突變是從1996 年開(kāi)始的，UF 值在2014 年超過(guò)了2，說(shuō)明從2014 年開(kāi)始，臨夏秋季氣溫呈上升態(tài)勢(shì)，縱觀曲線發(fā)展趨勢(shì)情況，臨夏秋季氣溫上升趨勢(shì)的顯著性仍在增加。

圖4 臨夏夏季氣溫Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)

圖5 臨夏秋季氣溫Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)

2.2 降水量的變化特征

2.2.1 降水量地理分布特征

臨夏地區(qū)降水量的空間分布極不均勻，北部永靖、東鄉(xiāng)縣200～500 mm 之間，中部臨夏市、臨夏縣、積石山兩縣400～800 mm；南部和政、康樂(lè)縣500～800 mm；南部太子山沿線在800 mm 以上，據(jù)甘肅省水文站記載，太子山腳下尹集鄉(xiāng)新發(fā)村，年降水量達(dá)1 030.4 mm，為2018 年前甘肅省年降水量之冠。臨夏地區(qū)降水量差異非常顯著，從北部車(chē)家灣至南部新發(fā)村，直線距離僅60 km，但降水量相差4.8 倍，是甘肅省其它地區(qū)少見(jiàn)的。

2.2.2 降水量變化

1971—2018 年臨夏年均降水量488.8 mm，年均降雨量與歷年降雨量值相比，全州降水量略有減少趨勢(shì)。

1973—1980 年降水量普遍偏多，1981—2002年降水量普遍偏少。進(jìn)入21 世紀(jì)2003—2008 年有增多趨勢(shì)，2009 年后有減少趨向（圖6）。

圖6 臨夏年降水量變化

1971—1980 年是臨夏降水量增幅最大的一個(gè)時(shí)期，與歷年值相比，增加6.3%，1981—1990 年減少0.5%，1991—2000 年比1971—1980 年均值減少2.4%～15.4%，全州減少1.8%，2001—2010 年增加2.1%，2011—2017 年是降水量減少幅度最大時(shí)期，減少2.3%，且降水地域分布不均，自南向北遞增。

2.2.3 各季節(jié)降水量分布特征

2.2.3.1 冬季

20 世紀(jì)70 年代前后期、80 年代中期、90 年代后期、2000 年代前后期、2010 年代前期為負(fù)距平，降水為減少趨勢(shì)；20 世紀(jì)70 年代中期、80 年代后期、90 年代前中期、2000 年代中期、2010 年代前期為正距平，降水為增加趨勢(shì)；20 世紀(jì)80 年代前期、2000年代前期降水處于平穩(wěn)狀態(tài)。臨夏冬季降水呈增加趨勢(shì)（圖7）。

圖7 臨夏冬季降水量變化

2.2.3.2 春季

20 世紀(jì)70 年代中后期、90 年代中后期、2000年代前期為負(fù)距平，降水為減少趨勢(shì)；20 世紀(jì)70 年代前期、80 年代中后期，90 年代前期、2000 年代前中期為正距平，降水為增加趨勢(shì)；20 世紀(jì)80 年代前期、90 年代前期、2010 年代前期降水處于平穩(wěn)狀態(tài)；臨夏春季降水呈增加趨勢(shì)（圖8）。

圖8 臨夏春季降水量變化

2.2.3.3 夏季

20 世紀(jì)70 年代前中期，80 年代中后期、2000年代前后期、2014、2015 年為負(fù)距平；20 世紀(jì)70 年代后期，90 年代前期、2000 年代中后期為正距平；夏季20 世紀(jì)70 年代前中期，80 年代中期、90 年代中期、2000 年代中期，降水處于平穩(wěn)狀態(tài)；臨夏夏季降水呈減少趨勢(shì)（圖9）。

圖9 臨夏夏季降水量變化

2.2.3.4 秋季

20 世紀(jì)70 年代前期、80 年代前后期、90 年代為負(fù)距平，2000 年代前期為負(fù)距平；20 世紀(jì)70 年代中后期、80 年代中期、2000 年代為正距平；20 世紀(jì)70 年代中期、2010 年代降水處于平穩(wěn)狀態(tài)。臨夏秋季降水略呈增加趨勢(shì)（圖10）。

圖10 臨夏秋季年降水量變化

2.3 干旱分布特征

2.3.1 干旱種類(lèi)及標(biāo)準(zhǔn)

定義，連續(xù)2 旬以上（≥2 旬）旬降水距平百分率≤-50%為一個(gè)干旱時(shí)段，以旬?dāng)?shù)和旬降水距平百分率確定干旱程度[17]。

按干旱的成因，主要有氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。

氣象干旱也稱大氣干旱，可分為輕旱、中旱、重旱、特旱4 個(gè)等級(jí)。根據(jù)氣象干旱等級(jí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，氣象干旱是指某時(shí)段內(nèi)，由于蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現(xiàn)象，氣象干旱通常主要以降水的短缺作為指標(biāo)[17]。

按干旱發(fā)生的時(shí)間，臨夏主要有冬旱（上年12月至當(dāng)年2 月）、春旱（3—5 月）、春末夏初旱（5—6月）、伏旱（7 月中旬至8 月中旬）、秋旱（9—10 月）。

2.3.2 干旱的年分布特征

1980—2018 年39 a 資料顯示，臨夏出現(xiàn)3 個(gè)站（區(qū)域性）以上干旱概率占87.9%，無(wú)旱年占12.1%。 1960—1997 年，3 個(gè)站以上干旱概率占39.5%，1998—2015 年，3 個(gè)站以上干旱概率占58.9%，3 個(gè)站以上干旱概率在增加，尤其是臨夏北部干旱發(fā)生頻繁，受災(zāi)概率占97.2%。

2.3.3 干旱的季節(jié)分布特征

臨夏一年四季都有可能發(fā)生干旱。有的年份春旱可持續(xù)半年時(shí)間，從上一年冬季持續(xù)到夏初，連續(xù)出現(xiàn)秋、冬和春連旱、冬春連旱、春夏連旱等，但概率比較??；夏旱又稱“伏旱”，如果與春旱、秋旱相連危害就比較嚴(yán)重。

據(jù)1980—2018 年39 a 資料分析，臨夏出現(xiàn)3個(gè)站以上干旱概率：春旱為58.3%；春末夏初旱為44.4%；伏旱為44.4%；秋旱為22.2%，春秋旱略有增加，春末夏初及伏旱略有減少趨勢(shì)。

2.4 氣溫、降水對(duì)干旱的影響

20 世紀(jì)90 年代后期開(kāi)始進(jìn)入暖期，1999—2018 年，氣溫急劇增暖，上升趨勢(shì)顯著性增加，且又是降水量減少幅度最大時(shí)期。隨著氣候變暖，降水減少，干旱有加重趨勢(shì)，尤其1998—2015 年，嚴(yán)重干旱發(fā)生率為58.9%。這與施雅風(fēng)等[18]研究，中國(guó)北方的大部分地區(qū)伴隨著溫度的升高，出現(xiàn)了干旱的加劇，即“暖干化趨勢(shì)”相吻合，胡實(shí)等[19]研究也表明未來(lái)40 a 中國(guó)北方地區(qū)將呈干旱化傾向。

從以上的論述可以看出：春季氣溫上升較快（圖3），尤其是1997 年之后上升很快，而春季降水雖然有微弱的增加趨勢(shì)，但不明顯；而夏季氣溫上升也比較快（圖4），尤其是1998 年之后上升很快，而夏季降水呈現(xiàn)強(qiáng)的減少趨勢(shì)。尤其是近年，春夏季增溫而降水減少的趨勢(shì)，將會(huì)影響春夏初旱情，使旱情增加。

3 結(jié)論

（1）1971—2018 年，臨夏年平均氣溫7.0 ℃，呈上升趨勢(shì)，平均傾向率0.27 ℃／10 a。20 世紀(jì)70 年代中期、80 年代初中期、90 年代中期為相對(duì)偏冷時(shí)段。90 年代后期開(kāi)始進(jìn)入暖期，特別是到了90 年代后期，氣溫急劇增暖，整體趨勢(shì)變現(xiàn)為顯著上升。1997年是氣溫突變年。臨夏4 季氣溫都呈上升趨勢(shì)，冬季和春季變暖趨勢(shì)大于夏季，秋季氣溫變化幅度較小。

（2）年均氣溫年際變化在2.5～3.3 ℃之間；最熱月（7 月）年際變化幅度在4.5～6.8 ℃，冬季（1 月）平均氣溫年際變化幅度在4.1～9.3 ℃。

（3）降水呈略減少趨勢(shì)，20 世紀(jì)70 年代降水量偏多，80—90 年代偏少。與歷年值相比，1971—1980年降水量增加6.3%，1981—1990 年減少0.5%，1991—2000 年 減 少1.8%，2001—2010 年 增 加2.1%，2011—2017 年減少2.3%。四季降水量夏季呈減少趨勢(shì)，其它季節(jié)呈增加趨勢(shì)。

（4）1980—2018 年39 a 資料顯示，臨夏出現(xiàn)3個(gè)站以上干旱概率占87.9%，無(wú)旱年占12.1%。臨夏北部干旱發(fā)生頻繁且嚴(yán)重，受災(zāi)機(jī)率可達(dá)97.2%，1960—1997 年，3 個(gè)站以上干旱概率占39.5%，1998—2015 年，3 個(gè)站以上干旱概率占58.9%，3 個(gè)站以上干旱概率在增加。