青海省兴海地区的降水分布格局及变化特征分析

祁彩虹，赵久渊，朱永丰，赵恒和， 孙 瑛

(1.青海省气象台,西宁 810001;2.贵南县气象局,青海 贵南 813199;3.海南州气象局,青海 共和 813099)

1 引 言

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次科学评估报告指出，全球平均地表气温上升，全球降水将会增加，气温每升1℃全球平均降水的增长率将低于大气水汽的增长率，降水可能增加0.01℃-1～0.03℃-1[1]。前人的研究结果认为降水没有明显的变化特征[2]，但全球和区域降水由于人类活动发生显著的变化[3]。尽管如此，研究均显示不同地区对全球变化的响应不尽相同。对降水而言，不同区域甚至会出现完全不同的响应格局[4]。许多低纬度地区的降水在增加，中纬度大部分地区降水量在减少，高纬度地区的降水量在增多[5]。

近几十年来，位于我国高寒地区生态环境发生了显著的变化，主要表现在冰川退缩、湖泊水位下降、源头水量逐年减少、草场退化及水土流失日趋严重等方面[6～8]。这些生态环境问题既有自然因素影响也有人类活动的影响，其中气候变化是不可忽视的重要原因。降水作为最基本的气候要素，对生态环境的变迁起着决定性作用，其变化已经影响到世界上许多地方的各种自然和生物系统。因此，深入认识三江源地区降水变化事实及其趋势，对于研究区域气温变化对社会经济、生态系统及水资源安全影响具有重要意义，同时对青海三江源地区生态建设和保护具有极其重要的现实意义和应用价值[9～11]。已有研究表明，高海拔地区的雨季主要集中于夏季[12]，来自雅鲁藏布江的研究资料显示，其年降水分布自其河谷地带向西北依次递减，其中，雅鲁藏布江下游地区降水最多，而柴达木盆地西北部降水最少[13-14]。因高原地区海拔较高，自然环境复杂多变，生态环境较为脆弱，而生态环境往往与降水分布格局相适应。因此，降水的异常变化将极大地影响当地生态环境的平稳发展[15-16]。高原北部和南部降水量的反相位关系是高原降水情况的一个重要特征[17-18]。也有研究显示，青海地区的冬春季降水量与西藏地区汛期的降水量存在相似的相位变化；与此相反，青海地区汛期的降水量与西藏地区汛期的降水量变化存在反相位关系[19]。高原上水汽含量的分布对高原及其周围地区的气候、旱涝状况有着重要的影响，考虑到高原水文循环的重要性，人们对其进行了大量研究。郭晓玲等[20]曾提出1998年后，整个高原范围内所观测的降水量出现突变。Gao et al.[21]采用4套再分析资料(NCEP)和1套模式资料比较了1979～1997年和1998～2011年高原水汽的变化，发现在高原总体湿度增加的背景下，其东南部趋于暖干化，西南部呈暖湿趋势[22]；谢欣汝等[23]基于多源遥感数据对青藏高原夏季降水与水汽输送进行了系统研究，发现印度半岛北部到孟加拉湾的异常反气旋导致了高原东南部降水偏多。

兴海县地处环湖和青南高原过度地区，经济以畜牧业为主体。过去该地区水草丰美，植被覆盖较好，是野生动物乐园。但近年来，由于气候变暖，尤其是1990年以来暖干化趋势逐渐加重，湿地萎缩、地下水位下降以及极端气候事件的增多，致使草场退化、沙化和森林死亡等，导致生态环境有局部恶化的趋势[5]。造成这一现象的原因很多，既有自然因素，又有人为因素。一方面近年来不利的气候条件的变化，如气温的升高、降水量的减少、蒸发量的加大等，导致生态缺水现象明显，干暖化趋势加剧；另一方面人类活动引发的生态环境问题，随着农牧业人口、牲畜头数等的逐年增多，使草地利用的压力加大，人类利用自然资源的强度升级，如开荒、过度放牧、乱砍乱伐等对下垫面的干扰加剧，使生态环境恶化的步伐加快。此前许多专家分析过气候变化对沙漠化、水资源等生态环境影响问题，但主要考虑的是人类活动和气候要素自身变化趋势的影响，从气候基本特征方面研究的较少，而生态环境的演变是基本气候养成特征变化的反映。为此，本文利用1961～2015年气象观测数据，分析了兴海地区年、夏半年及冬半年降水分布的变化规律。

2 研究区概况和研究方法

2.1 研究区特征

兴海县位于青海省海南藏族自治州西南部，地处环湖和青南高原过渡区。全县总面积1.21×104km2，东与贵南、同德隔黄河相望，北与共和县接壤，西与海西蒙古族藏族自治州都兰县毗邻，南与果洛藏族自治州玛多县、玛沁县相连。距省会西宁248km，距海南藏族自治州首府恰卜恰镇103km。地理坐标位置为北纬34°48′～36°14′，东经99°01′～100°59′。兴海地区属高原大陆性气候；年均降水量为360mm，主要集中于6～9月份；年均温为-1.7℃，平均海拔3 924m，草地类型以高寒草甸和温性草原为主，土壤类型为栗钙土。

2.2 数据来源

本文所采用的1961～2015年逐日降水量、降水日数资料均来自于兴海县气象局。

2.3 研究方法

数据利用Excel 2007进行统计整理，并利用Sigmaplot12.5进行绘图；对降水量、降水日数和降水强度的变化趋势采用最小二乘法计算，并进行相关系数的显著性检验。

3 结果与讨论

3.1 降水的季节变化特征

兴海地区降水量的月际和季节变化(图1)。从图1可以看出，兴海地区多年平均降水量为364.2mm，降水量最多的月份主要是7月，为85.2mm，最少月份是12月，仅为0.9mm。春夏秋冬四季降水量分别为65.8、226.0、68.3和4.1mm，分别占全年降水量的比例分别为18.1%、62.1%、18．8%和1.1%。夏半年和冬半年多年平均降水量为327.4mm和36.8mm，分别占全年降水量的89.9%和10.1%。

图1 兴海地区月和季节降水量分配Fig.1 The precipitation distribution by months and seasons in Xinghai Area

3.2 不同等级降水的变化特征

3.2.1 降水量、降水日数及降水强度

兴海地区地处青藏高原核心地带，考虑高原地区气候变化特点和降水形态(夏半年主要以雨的形式出现，而冬半年以雪等形态出现)的不同，而且高原地区暴雨(雪)以上量级的降水次数较少，文中将大雨(雪)、暴雨(雪)和特大暴雨(雪)合并为大到暴雨(雪)。为了对兴海地区降水的气候变化特征及成因深入了解，按中国气象局降水量标准分夏半年(小雨为0.0～9.9mm、中雨为10.0～24.9mm、大到暴雨≥25.0)和冬半年(小雪为0.0～2.4mm、中雪为2.5～4.9mm、大到暴雪≥5.0mm)进行等级降水量和降水日数的统计。

兴海地区夏半年和冬半年按三个级别的降水量、降水日数和降水强度统计结果(表1)。从表1可知，夏(冬)半季各个级别的降水占比重最大(小)，量级越高不同级别的降水越少。夏半年，小雨、中雨和大到暴雨降水量多年平均分别为193.2、118.3和15.9mm，各级降水量占夏半年降水量的比重分别为59.0%、36.1%和4.9%，小雨、中雨和大到暴雨降水日数多年平均为69.6、8.3和0.5d，分别占夏半年降水日数比重分别为88.8%、10.6%和0.6%，小雨、中雨和大到暴雨降水强度分别为2.8、14.3和31.4mm/d；冬半年小雪、中雪、大到暴雪降水量多年平均为13.4、9.4和13.6mm，占冬半年降水量的比重分别为36.4%、25.5%和37.1%，小雪、中雪和大到暴雪降水日数多年平均为18.3、2.8和1.7d，占冬半年降水日数的比重分别为80.3%、12.2%和7.5%，小雪、中雪及大到暴雪降水强度分别为0.7、3.3和8.1mm/d。

表1 1961～2015年兴海地区降水分级统计Tab.1 The Classification statistics of precipitation in Xinghai Area from 1961 to 2015

3.2.2 夏半年不同等级降水的年际变化

从兴海地区夏半年小雨、中雨和大到暴雨的降水日数、雨量和降水强度的年际变化(图2)可以看出，小雨降水日数呈下降趋势，气候倾向率为-0.8d/10a，中雨和大到暴雨的降水日数呈增加趋势，气候倾向率分别为0.19和0.17d/10a，小雨和中雨降水日数未通过显著性检验，大到暴雨降水日数通过0.05的显著性检验；小雨、中雨和大到暴雨的降水均表现为增加趋势，气候倾向率分别为1.6、1.3和5.4mm/10a，小雨和中雨降水量未通过显著性检验大到暴雨降水量通过0.05的显著性检验；小雨和大到暴雨的降水强度呈增加趋势，而中雨降水强度呈下降趋势，均未通过显著性检验。

注：a，b，c代表小雨；d，e，f代表中雨；g，h，i代表大到暴雨图2 夏半年不同等级降水变化特征Fig.2 The variation characteristics of precipitation degrees in summer

3.2.3 降水量的变化特征

年和夏半年降水量年代际变化一致(见表2)，60～70年代和90年代偏少，80年代基本持平，21世纪00年代偏多。冬半年降水量60～70年代和90～21世纪00年代偏少，80年代偏多。年平均降水量基本经历了一个升高的变化过程。

表2 兴海地区年、夏半年和冬半年降水量的年代际距平变化Tab.2 The decadal variation of precipitation by year, summer and winter in Xinghai Area

3.2.4 冬半年不同等级降水年际变化

兴海地区冬半年降水量和降水日数的年际变化曲线(图3)。

注：j，k，l代表小雪；m，n，o代表中雪；p，q，r代表大到暴雪图3 兴海地区年、夏半年和冬半年降水量和降水日数的年际变化曲线图Fig.3 The variation of precipitation and precipitation days by year, summer and winter in Xinghai Area

从图3可知，冬半年降水量呈增加趋势，气候倾向率为1.1mm/10a，冬半年多年平均降水量分别为36.8mm；冬半年降水量最大为84.9mm，出现在1989年，最小值出现在1979年为5.6mm，极差为79.3mm。冬半年降水日数均呈减少趋势，气候倾向率为-0.3d/10a，冬半年多年平均降水日数为22.8d，冬半年降水日数最多为48d，出现在1989年，最少值出现在1979年为9d。冬半年降水量和降水日数均未通过显著性检验，表明兴海地区冬半年降水量和降水日数变化不明显。

4 结 语

兴海地区水汽主要来源于孟加拉湾，受西南季风和地形因素双重作用的影响，年降水量的空间分布由东南向西北方逐渐减少，自然降水是该区地下水、土壤水和地表水的主要来源[24]，对该区农牧业生产、生态环境功能和水文循环过程起着重要作用。结果表明，随着时间的推进，该区降水量呈逐年增加的趋势；小雨降水日数趋于减少，而中雨及大到暴雨日数呈逐年增加的趋势；除中雨降水强度减弱外，其余雨量等级的降水强度均显著增加；另外，冬半年降水日数也逐年递减。