變化環(huán)境下思南縣巖溶區(qū)氣象因子變化研究

李析男，余紅敏，王夢(mèng)琦

（1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省喀斯特地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550002）

1 引言

區(qū)域或全球水文循環(huán)的變化逐年加劇，導(dǎo)致極端災(zāi)害天氣頻發(fā)[1]，這一變化體現(xiàn)在了人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化等變化環(huán)境的影響[2]，而氣候變化作為人類(lèi)不得不面對(duì)的問(wèn)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(xué)者們的重視[4]。對(duì)于氣候變化的研究，人們往往對(duì)降雨和氣溫等氣象因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其發(fā)展趨勢(shì)、相互關(guān)系或者分布規(guī)律，林婧婧[5]等對(duì)降水序列進(jìn)行分析，認(rèn)為在全球氣候變暖的影響下，降水呈減少趨勢(shì)發(fā)展；李啟芬[6]等研究了中國(guó)夏季降水與全球海洋環(huán)流之間的關(guān)系，認(rèn)為大氣環(huán)流可以作為中國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)的依據(jù)；方德賢[7]等對(duì)重慶地區(qū)降水的時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，劉曉婉[8]對(duì)金沙江流域的氣象因子特征進(jìn)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(tài)。上述學(xué)者對(duì)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(qū)主要?dú)庀笠蜃犹峁┝藚⒖肌?/p>

本文將在全球氣候變暖的大背景下，以貴州典型巖溶區(qū)為研究實(shí)例，以年降水量等8個(gè)氣象因子作為研究對(duì)象，以水文基因遺傳、變異理論[9]為途徑，對(duì)其氣候因子變化及其影響進(jìn)行分析，研究成果對(duì)研究我國(guó)巖溶山區(qū)氣候變化提供了思路和參考。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，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(shù)等8個(gè)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(tǒng)，分為初步診斷、詳細(xì)診斷和綜合診斷。其中，在初步診斷時(shí)，根據(jù)不同的置信區(qū)間（顯著性水平）將變異程度劃分為無(wú)變異、弱變異、中變異、強(qiáng)變異、巨變異；在詳細(xì)診斷中，分別采用不同的方法來(lái)判斷其變異的形式；在綜合診斷中，采用跳躍綜合和趨勢(shì)綜合，引入效率系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)最終的變異形式（趨勢(shì)、跳躍）。

圖1 水文變異診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 研究區(qū)域概況

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

思南縣境內(nèi)除烏江干流外，共有大小溪流601條，均以烏江為排泄基準(zhǔn)面呈網(wǎng)絡(luò)狀遍布思南縣，隸屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅?。其中，流域面積達(dá)20 km2以上的河流28條，河道總長(zhǎng)535.3 km，加上烏江思南段計(jì)613.4 km。境內(nèi)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(guò)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(gòu)造線(xiàn)發(fā)育，烏江干流由西南角進(jìn)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?yàn)踅闪骷捌渲Я鞯膹?qiáng)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(fā)育區(qū)?？h域內(nèi)景觀獨(dú)特，有出露面積10 km2的連片喀斯特石林，被國(guó)土資源部命名為“國(guó)土資源科普示范基地”、“烏江喀斯特國(guó)家地質(zhì)公園”、國(guó)家4A級(jí)景區(qū)。全縣地?zé)豳Y源豐富，有11個(gè)地?zé)崛c(diǎn)，日出水量1.2萬(wàn)t，被中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)命名為西南片區(qū)第一家“全國(guó)溫泉開(kāi)發(fā)利用示范區(qū)”，是“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”。

4 變異診斷結(jié)果分析

4.1 變異診斷結(jié)果

降水、氣溫是衡量一個(gè)區(qū)域水汽充足和自然環(huán)境重要的氣象要素，采用水文變異診斷系統(tǒng)對(duì)思南縣降水、氣溫等主要?dú)庀笠匦蛄羞M(jìn)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(jù)Hurst系數(shù)對(duì)變異程度進(jìn)行分級(jí)，見(jiàn)表1，其中，Hurst系數(shù)臨界值hα=0.698、hβ=0.747。診斷結(jié)果見(jiàn)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(shù)的Hurst系數(shù)分別為0.564、0.781、0.816、0.765、0.714、0.854、0.558、0.746，結(jié)合表1的變異程度分級(jí)，變異程度分別為無(wú)變異、中變異、中變異、中變異、弱變異、強(qiáng)變異、無(wú)變異、中變異。

表1 基于Hurst系數(shù)的變異程度分級(jí)表[12]

（1）思南縣的年降水量和年最大一日降水量無(wú)變異，說(shuō)明該地區(qū)的空域降水量并未受全球氣候變化的影響，進(jìn)一步說(shuō)明思南地區(qū)的空域來(lái)水較為穩(wěn)定，強(qiáng)旱和強(qiáng)澇的情況并不明顯，但需要進(jìn)一步結(jié)合氣溫和區(qū)域徑流來(lái)水綜合分析。

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

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

（4）日降水量（≥0.1 mm）日數(shù)在1977年發(fā)生跳躍向下的中變異?？傮w上，思南縣的氣溫受氣候變化影響劇烈，且降雨不穩(wěn)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(fā)生了變異，變異的強(qiáng)度分別為中變異、中變異、中變異、弱變異、強(qiáng)變異，變異的形式分別為（1997年）跳躍向上的變異、趨勢(shì)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(fā)生跳躍向上的中變異，說(shuō)明長(zhǎng)期來(lái)看，在1997年時(shí)，思南地區(qū)溫度突然升高，對(duì)當(dāng)?shù)卣舭l(fā)影響是巨大的，如果境外來(lái)水不變的情況下，且降雨未發(fā)生明顯增加時(shí)，將會(huì)發(fā)生氣象干旱，故該區(qū)域水利工程的調(diào)蓄作用壓力巨大。

（2）年平均最低氣溫呈現(xiàn)趨勢(shì)上升的中變異，說(shuō)明該區(qū)域溫度在逐漸且較為劇烈的呈現(xiàn)上升，再結(jié)合年平均最高氣溫和年平均氣溫，更加印證了思南地區(qū)溫度將會(huì)冬暖夏燥的情況，這對(duì)當(dāng)?shù)厮帘３止ぷ魈岢隽司?，在未?lái)工作中，如果水土保持工作被忽視，將會(huì)造成不適宜的居住環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

（3）年極端最高氣溫呈現(xiàn)弱變異，且是在1972年跳躍向下，說(shuō)明在1972年之后年極端最高氣溫在降低，因?yàn)槭侨踝儺?，說(shuō)明影響并不大；結(jié)合年極端最低氣溫，其在1977年呈現(xiàn)跳躍向上的強(qiáng)變異，說(shuō)明極端低氣溫在升高，說(shuō)明思南地區(qū)極端氣溫呈現(xiàn)上升的變化，且變化區(qū)間越來(lái)越?。O端高溫降低、極端低溫升高）。與（1）（2）的結(jié)論相結(jié)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(shì)上升，說(shuō)明思南地區(qū)在進(jìn)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(qū)域過(guò)去的氣候條件。

（4）日降水量（≥0.1 mm）日數(shù)在1977年呈現(xiàn)跳躍向下的中變異，即在1977年后，日降水量≥0.1 mm的天數(shù)在減少，降水量在天數(shù)上分布不均勻，而年降雨量又未發(fā)生變異，可以認(rèn)為年降雨量是沒(méi)有受到氣候影響的，且年最大一日降水量亦是無(wú)變異，說(shuō)明發(fā)生極端降水的日數(shù)發(fā)生的增多的情況，即暴雨連綿。這種情況對(duì)思南地區(qū)的防洪壓力較大，要注意防范地質(zhì)災(zāi)害等一系列自然災(zāi)害問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

思南縣現(xiàn)有國(guó)家4A級(jí)景區(qū)2個(gè)、3A級(jí)景區(qū)2個(gè)，省級(jí)旅游度假區(qū)1個(gè)，國(guó)家地質(zhì)公園、國(guó)家濕地公園、國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)各1個(gè)。在建的4A級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)景區(qū)4個(gè)；且生態(tài)保存完好，保持著生物多樣性，有白鷺湖國(guó)家濕地公園、萬(wàn)圣山森林公園、四野屯自然保護(hù)區(qū)，有紅豆杉、千年楠木王、千年銀杏等珍貴植物，被國(guó)家林業(yè)局命名為“中國(guó)楠木之鄉(xiāng)”。思南縣2020年生產(chǎn)總值為174.78億元，其中，第三產(chǎn)業(yè)增加值87.43億元，占比50.02%，其旅游服務(wù)業(yè)的產(chǎn)值占比較高。思南縣是貴州省縣市的一個(gè)縮影，也是“綠水青山便是金山銀山”的典型代表，依靠?jī)?yōu)秀的自然資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)，促民生、穩(wěn)社情。為了維持和保障思南縣的生態(tài)環(huán)境資源，確保經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，則必須應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的利和弊。對(duì)于巖溶山區(qū)，小氣候頻繁、水資源分布不均勻，其水土保持、水利建設(shè)會(huì)遇到重大的考驗(yàn)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，思南縣乃至貴州省已經(jīng)為這片青山綠水保駕護(hù)航。

根據(jù)本研究對(duì)氣候要素的變異診斷成果，可以看到：①思南地區(qū)溫度在逐年升高；②極端高溫在逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槌B(tài)高溫；③年降水沒(méi)有變化，但暴雨情況增多，即年內(nèi)分布不均勻情況越來(lái)越嚴(yán)重。因此，思南地區(qū)若要打穩(wěn)生態(tài)牌、穩(wěn)定綠色經(jīng)濟(jì)生態(tài)圈，且要保障人民安居樂(lè)業(yè)、社會(huì)發(fā)展穩(wěn)定、環(huán)境適宜等條件，環(huán)境保護(hù)、水利建設(shè)則必須緊跟區(qū)域發(fā)展的步伐，避免自然災(zāi)害的發(fā)生。

近年來(lái)，思南建設(shè)各類(lèi)水利工程穩(wěn)定水安全，打造烏江水利風(fēng)景區(qū)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)特水文化，水土保持逐年加大投資，從實(shí)際措施上應(yīng)對(duì)了氣候變化帶來(lái)的不利影響。