西藏高寒草甸气候湿润度的空间分布及其演变特征

杨文才

（西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，拉萨850009）

西藏高寒草甸气候湿润度的空间分布及其演变特征

杨文才

（西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，拉萨850009）

为了深入研究西藏高寒草甸气候湿润度的时空变化规律，根据西藏地区及其周边38个气象观测站1971—2010年的日均平均温度、降水量资料，采用草原湿润度(K)指标，并利用ArcGIS软件分析西藏高寒草甸40年来气候湿润度的时空变化规律。结果表明：（1）西藏高寒草甸平均湿润度呈条带状由东北部和西南部向西藏中部逐渐减小。（2）湿润度变化趋势的区域特征比较明显，昌都市、日喀则市局部区域湿润度指数呈增加趋势，气候趋于湿润化，其他地区湿润度呈减少趋势，气候干旱化趋势明显。（3）湿润度表现为先升高后降低的趋势。西藏高寒草甸湿区面积由1990s占总面积94.61%，到21世纪初减少至83.24%，从另一个侧面说明研究区域气候干旱化趋势显著。（4）湿润度1.2等值线的位置发生了明显的位移，位置向西北方向推进，逐渐向高寒草甸草原和高寒草原入侵。对于西藏高寒草甸分布地区，在未来的气候变化过程中，对气候干旱现象应给予高度重视。

高寒草甸；湿润度；时空格局；干旱化；西藏

0 引言

第三次气候变化国家评估报告指出，中国陆地从1909—2011年百年期间温度上升了0.9～1.5℃，高于第二次气候变化国家评估报告平均增温0.5～0.8℃的结论。近15年来气温上升趋缓，但仍然处在近百年来气温最高的阶段[1]。气候变暖已经是一个不争的事实[2-9]，在温度和降水量变化的共同作用下，气候变化将改变全球和区域水分循环，并对气候的干湿状况及分布格局产生重要影响[10]。长期气候变化是目前被普遍关注的一个热点问题。温度和降水量是评估气候变化的重要指标。气候变化对草地植被覆盖度、生产潜力、分布范围、生态系统、畜牧业等都会产生深刻的影响[11-15]。

关于草原气候湿润度或干燥度的研究已经有大量的研究成果。王海梅等[16]研究了锡林郭勒盟气候干燥度的时空变化规律；韩芳等[10]采用谢氏干燥度，研究了50年来内蒙古荒漠草原气候干燥度的时空变化规律；徐维新等[17]研究了三江源地区干湿状况变化的空间特征。这些研究成果表明，在全球气候变暖背景下，不同区域、不同生态类型区表现出不同的气候干湿特点和演变特征，这些成果在学术思想、研究方法给为笔者提供了重要启示。

西藏高寒草甸类面积2536.742万hm2，占全区草地面积的31.27%，在全区各地市都有较大面积的分布，面积最大的是那曲地区，其次是日喀则地区，再后依次是昌都、山南、阿里、林芝、拉萨。高寒草甸在西藏草地资源中占有极其重要的地位[18]。然而，关于西藏区域近几十年气候湿润度的报道很少，为了全面分析和理解西藏高寒草草甸气候湿润度的空间分布和变化规律，本研究采用草原湿润度指标，研究了1971—2010年西藏高寒草甸气候湿润度的时空格局，以期为适应气候变化，制定草原保护规划和合理利用对策等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

研究主要选用西藏自治区及其周边38个气象站的1971—2010年的日平均气温和降水量资料。基础数据由中国气象科学数据共享服务网提供。研究区域和具体站点分布见图1。

图1 研究区域及其周边气象台站

1.2 数据分析

1.2.1 草原湿润度的计算该方法为任继周和胡自治于1963年提出，将湿润度分为极干、干旱、微干、微润、湿润和潮湿6级，见公式(1)[19-20]。

式中：K为湿润度；Σθ为＞0℃年积温；r为全年降水量。

1.2.2 变化趋势的估计湿润度变化趋势的计算分析采用倾向率法，见公式(2)。

式中：a为倾向率。当a＞0，表示气候随时间增加呈上升趋势；当a＜0，表示气候随时间增加呈下降趋势[21]。

1.3 统计分析

利用Excel软件进行数据处理和图表绘制，在ArcGIS10.1的支持下进行空间分析、制图及面积提取[22]。

2 结果与分析

图2 1971—2010年西藏高寒草甸年平均湿润度(A)、年平均气温(B)、年降水量(C)分布图

2.1 年平均湿润度的空间分布

利用ArcGIS软件，制作1971—2010年内西藏高寒草甸年平均湿润度、年平均温度、年降水量的空间分布（见图2）。由图2可知，西藏高寒草甸平均湿润度呈条带状由东北部和西南部向西藏中部逐渐减小，西藏高寒草甸主要分布在微润、湿润和潮湿区，湿润度值在1.2～6.5之间，平均值为2.8；最高值分布在嘉黎县，低值区域主要分布在改则县、日喀则市、拉萨市、则当镇和贡觉县一带。

西藏高寒草甸年平均温度区域特征比较明显，由东南向西北递减，中部向北和向南递减。高温区位于察隅县，平均气温≥12℃；低温区主要分布在那曲地区西北，年平均温度＜0℃。西藏高寒草甸年降水量由东南向西北呈条带状逐渐减少，降水量最少的地区，干燥度最大。年降水量最高区位于察隅县，最低区位于阿里地区和尼玛县和申扎县一带。

根据面积统计（见表1），湿润度K≥2.0的区域面积最大，占高寒草甸总面积的56.46%；湿润度1.5≤K＜2.0之间的区域面积次之，占20.21%；湿润度在1.2≤K＜1.5之间的区域面积，占11.28%；湿润度在0.9≤K＜1.2之间的区域面积，占8.06%；湿润度在0.3≤K＜0.9之间的区域面积，占3.38%；湿润度K＜0.3的区域最小，仅占0.61%。用湿润度1.2等值线作为干区与湿区的分界线，干区面积占总面积的12.05%，主要分布在高寒草甸的西部和南部的局部区域；湿区面积占总面积的87.95%，主要分布在北部和西南部。从分布格局上看，向西接近高寒草原，向西北接近高寒草甸草原，向东南接近温性草原地区湿润度最小，北部是高寒草甸，湿润度大。

表1 1971—2010年西藏高寒草甸年平均湿润度分级统计

2.2 湿润度空间变化趋势

1971—2010年西藏高寒草甸湿润度变化倾向率为-0.1222～0.0299，湿润度指数40年来变化波动较大，区域特征比较明显。由图3可知，昌都市、日喀则市、山南市局部区域湿润度倾向率大于0，气候趋于湿润化；其他地区湿润度倾向率小于0，气候趋向干旱化。高寒草甸西部湿润度倾向率向西呈负增长，湿润度明显减小，越发干旱。图2A和图3A对比发现，湿润度指数越小的地方，湿润度减小趋势越明显；湿润度最大的地方，湿润度在缓慢减小。

西藏高寒草甸年平均温度呈增加趋势，趋势倾向率为-0.009～0.092℃/a。高寒草甸增温速率东部小于西部，温度升高幅度最大的是尼玛县，最小的是察隅县。

西藏高寒草甸年降水量趋势倾向率为-4.648～4.167 mm/a。高寒草甸西部降水量减小趋势明显，北部和中部地区降水量增加趋势明显。降水量减少最明显的区域是吉隆县，增加最明显的区域是尼玛县、申扎县和谢通门县、南木林县交界的区域以及芒康县。降水量减少的地区与湿润度减小的地区大致相符，同时增温幅度相对较大。

从图3可以看出，西藏高寒草甸西部温度增加趋势明显，同时降雨量减少趋势明显，导致该区域湿润度减小趋势明显。

图3 1971—2010年西藏高寒草甸湿润度(A)、年平均温度(B)、年平均降水量(C)变化倾向率分布图

由表2可知，西藏高寒草甸约有34.72%的区域湿润度变化倾向率(a＞0)，气候趋于湿润化，主要集中在日喀则、那曲、拉萨三地交界的区域、昌都地区以及山南曲松县、加查县与林芝交界的朗县。约有65.24%的区域湿润度呈减小趋势(a＜0)，气候趋于干旱化。湿润度减小趋势最为明显的地区主要分布在阿里地区、日喀则西部以及尼玛县和双湖县。总体来看，西藏高寒草甸西部、西北部地区湿润度呈显著减小趋势，气候趋于干旱化；南部和西南部气候湿润度呈减小趋势，气候有变干旱的倾向，但不会改变西藏高寒草甸总体属于湿润的事实。2.3湿润度时间动态特征

表2 1971—2010年西藏高寒草甸年平均湿润度变化趋势分级统计

1971—2010年西藏高寒草甸湿润度表现为先升高后降低的趋势（见图4）。1970s西藏高寒草甸年平均湿润度呈波动式上升，气候向湿润化发展，1980年是近40年来最湿润的年份；1980s呈先增大后降低的趋势；1990s呈波动式下降，气候变得干旱化，进入21世纪初，气候迅速变干，2010年为近40年来最干旱的年份。

图4 西藏高寒草甸湿润度年际变化

为了进一步分析湿润度的变化过程，揭示气候变化的年代规律，本研究对西藏高寒草甸不同年代的草原湿润度指数(K)按照湿润度分级标准进行分级。分析得出，不同年代各湿润度分级所占的面积比例发生了不同的变化（见表3）。湿润度K＜0.3的区域面积随着年代增加先减小，到21世纪初所占面积有所增加，达到最大；湿润度0.3≤K＜0.9之间的区域面积，1970s所占面积最小，1980s比1970s有所增加，1990s以后面积减少，到21世纪初的面积增加，与1980s基本相同。湿润度0.9≤K＜1.2之间的区域面积在1990s前基本相近，到21世纪初上升到9.92%。湿润度1.2≤K＜1.5之间的区域1970s与1980s基本相同，1990s以后面积减少，21世纪初面积增加到15.43%。湿润度1.5≤K＜2.0之间的区域面积，1980s最小，其次是1970s，1990s和21世纪初基本相同，到21世纪初达18.84%。湿润度K≥2.0的区域面积，1990s以前基本相同，约占70%，21世纪初面积大幅减少至48.98%。

表3 西藏高寒草甸年湿润度(K)年代分级面积比例%

以湿润度1.2等值线作为干区与湿区的分界线（见表4），统计分析发现，干区面积在1970s—1980s从5.91%增加到10.04%，1990s减少到5.39%，进入21世纪初猛增至16.76%。西藏高寒草甸湿区面积由1990s占总面积94.61%，到21世纪初减少至83.24%，湿区面积快速减少，进一步证明西藏高寒草甸的气候干旱化趋势显著。

表4 西藏高寒草甸干区、湿区面积在不同年代的比例%

2.4 湿润度分级指标的10年际波动

为了分析湿润度等级区间的空间变化情况，将1970s、1980s、1990s及21世纪初的湿润度1.2等值线叠加在一起（见图5），可以直观地显示湿润度等值线在各年代间的空间位移规律，从而揭示湿区、干区的时空格局。从图5可以看出，1971—2010年随着时间的推移，湿润度1.2等值线的位置发生了明显的位移，位置向西北方向扩展。湿润度1.2等值线的偏移幅度情况，阿里地区21世纪初和1970s变幅最小，1980s的偏移幅度最大；日喀则西部和拉萨以南21世纪初变幅较大；左贡东部变化幅度不大。近40年来，湿润度的空间位移明显的向西北方向移动，渐渐向高寒草甸草原和高寒草原入侵。

图5 西藏高寒草甸不同年代湿润度1.2等值线空间位移规律

西藏高寒草甸西部1970s和21世纪初1.2等值线位于40年平均湿润度1.2等值线的西侧，1980s和1990s湿润度1.2等值线位于40年平均湿润度1.2等值线的东侧，说明就高寒草甸相对干旱的地区而言，其气候湿润度随年代波动较大，变化剧烈，到21世纪初气候湿润度增大。在高寒草甸西南部，21世纪初湿润度1.2等值线除东边外，其余部分沿着平均湿润度1.2等值线的向外扩伸，说明21世纪初高寒草甸西南部干旱化趋势明显。高寒草甸东南部，21世纪初湿润度1.2等值线东部交错在一起，互相紧邻，说明气候湿润度随年代变化不大。

3 结论

（1）西藏高寒草甸平均湿润度呈条带状由东北部和西南部向西藏中部逐渐减小，西藏高寒草甸主要分布在微润、湿润和潮湿区，湿润度值在1.2～6.5之间。用湿润度1.2等值线作为干区与湿区的分界线，湿区面积大于干区面积。

（2）湿润度变化趋势区域特征比较明显，昌都市、日喀则市局部区域湿润度指数呈增加趋势，气候趋于湿润化，其他地区湿润度呈减少趋势，气候干旱化趋势明显。湿润度指数越小的地方，湿润度减小趋势越明显；湿润度最大的地方，湿润度在缓慢减小。

（3）1971—2010年西藏高寒草甸湿润度表现为先升高后降低的趋势。进入21世纪初，气候迅速变干，2010年为近40年来最干旱的年份。西藏高寒草甸湿区面积由1990s占总面积94.61%，到21世纪初减少至83.24%。

（4）湿润度1.2等值线的位置发生了明显的位移，位置向西北方向扩展，逐渐向高寒草甸草原和高寒草原入侵。湿润度1.2等值线的偏移幅度情况，阿里地区21世纪初和1970s前变幅最小，1980s的偏移幅度最大；日喀则西部和拉萨以南21世纪初变幅较大；左贡东部变化幅度不大。可见，近40年来，西藏高寒草甸西部湿润度逐渐增加；西南部湿润度逐渐减小，干旱化趋势明显，21世纪初日喀则、拉萨尤为显著。

4 讨论

高寒草甸被认为是对气候变化响应最脆弱和敏感的生态系统类型[23]。降水量的多少是湿润度的直接指标[19]。有研究表明，气候变化导致高寒草甸分布范围改变，这与中国年均气温和年降水量变化密切相关[13]。昌都市、日喀则市局部区域湿润度指数呈增加趋势，气候向湿润化发展，这是由于该区域降水量呈增加趋势，而温度上升的趋势相对较弱，二者的综合作用导致湿润度指数变大。

目前的高寒草甸是气候最为干燥的时期，也是湿润度减小最为显著的时期，气温升高幅度较大，降水减少，干旱化趋势加重。西藏高寒草甸主要分布在微润、湿润和潮湿区，1990s到21世纪初分布在微润、湿润和潮湿区的面积下降了约11%，干旱化趋势明显。一项对海北高寒草甸的研究表明，当气温上升，而降水增加较小时，地表及植被蒸散力会变大，而且比降水量的增加更快，这样高寒草甸将变得干旱，水分不足将限制高寒草甸生产力的提高，成为牧草生长的限制因素[12]。

以水热为主导的气候条件决定了草地的性质、分布，在草地形成中起主导作用[24]。作为中国生态最为脆弱的地带之一，由于气候的变化，西藏高寒草甸的空间分布、物候、生物量、植被演替等都将在空间和时间上发生相应的变化，给当地农牧业生产生活生态带来影响，气候湿润度的变化将对高寒草甸产生深刻影响，这就迫切需要制定科学合理的气候变化应对的策略，以适应气候变化。

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Spatial Distribution and Evolution of Moisture Index of Alpine Meadow in Tibet

Yang Wencai

(Institute of Pratacultural Science,Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Science,Lhasa 850009, Tibet Autonomous Region,China)

To study the spatio-temporal variation laws of moisture index of alpine meadow in Tibet,according to the data of average daily temperature and precipitation from 38 meteorological stations in Tibet Autonomous Region and surroundings in 1971-2010,the author adopted the moisture index(K)and the ArcGIS software to analyze the spatio-temporal variation laws of moisture index of alpine meadow in Tibet for nearly 40 years.The results showed that:(1)the average moisture index decreased from northeast and southwest to central Tibet, which appeared to be stripped;(2)the variation trends of moisture index had regional characteristics,some areas of Changdu and Rikaze had an increasing trend,conversely,other regions had a downward trend and obvious aridification;(3)the moisture index presented a trend of“increase-decrease”,resulted in the decrease of alpine meadow area from 94.61%in 1990s to 83.24%in the beginning of 21stcentury,this also proved that the aridification was significant in the research regions;(4)the location of 1.2 contour of moisture index had a clear displacement,invaded to the northeast and into alpine meadow and alpine steppes.As to the distribution of alpine meadow in Tibet,high attention should be paid to the drought phenomenon during the climate change in the future.

Alpine Meadow;Moisture Index;Spatial-temporal Pattern;Aridification;Tibet

S168

A论文编号：casb16100024

农业部公益性科研行业（农业）专项“青藏高原羊八井社区天然草地保护与合理利用技术研究与示范”(201203006)；西藏自治区科技厅科技支撑计划“西藏主要气象灾害对农业的影响与数据库建设”。

杨文才，男，1981年出生，甘肃靖远人，助理研究员，硕士，主要从事草地生态与资源环境方面的研究。通信地址：850009西藏自治区拉萨市城关区夺底路56号西藏自治区畜科所，Tel：0891-6384415，E-mail：jhgs02@sohu.com。

2016-10-14，

2016-12-16。