甘肃中部临夏温湿变化及影响分析

孙玉莲，张淑芳，蔡广珍，许显鑫，马玉坤，刘 辉，马学文

（临夏州气象局，甘肃 临夏731100）

甘肃中部是全国有名的旱作农业区，农业生产条件十分恶劣，干旱频繁，大部分农民主要是靠天吃饭，农田以自然降水为主要水分来源，甘肃最主要的自然灾害是旱灾，在各种自然灾害中，不管是影响范围还是影响程度，都占居首位[1]。

临夏地处青藏高原和黄土高原的过渡地带。境内地形复杂，气候多变，既具有大陆性气候特点，又有季风和高原边坡山谷地形气候特征，从北至南，以年干燥度和天然植被指标划分为干旱、半干旱、半湿润、湿润4 个区，气候地域性差异悬殊[2]。临夏州平均年降水量481.3 mm，平均年蒸发量1 349.6 mm，蒸发量是降水量的3 倍[3]。降水时空分布不均，主要集中在7—9 月，占全年降水量的53%[4]，尤其是临夏中北部地区，年降水量严重不足，制约了本地的经济发展及农业生产力的提高[5]。研究得出，随着气温上升，降水量自南向北递增，临夏干旱发生概率，也由北向南呈递减趋势。临夏干旱发生概率，从20 世纪60 年代中期至今，主要发生在春末夏初，并且出现区域性干旱年份占干旱年份的60%，春末夏初旱导致春小麦花粉干枯，影响玉米出苗、拔节，是造成作物产量低的的主要因子，也是临夏分布范围最广、影响最重的一类干旱；据多年受灾资料分析，受灾年份，受灾面积占总耕地面积的2／3 以上[6]。多年来研究西北地区气候变化及对农业生产影响的比较多[7-15]。刘德祥等研究分析了气候变暖对干旱灾害的影响，指出气候暖干化对甘肃农业和生态环境产生的不良影响[16]。本文通过对临夏地区气温、降水、干旱资料进行分析研究，揭示临夏温湿变化对当地干旱影响。

1 材料与方法

1.1 资料

采用临夏5 县1 市1971—2018 年气温、降水，与多年平均值（1981—2010 年的30 a 平均值）对比，1980—2018 年干旱统计资料，分析48 a 来临夏气温、降水的变化规律及演变趋势，以及对干旱影响。

1.2 方法

采用统计分析方法、线性倾向估计法对临夏气温、降水，年、季变化趋势进行分析。利用非参数统计检验方法（Mann-Kendall）对气温进行突变检测，若UF 或UB 值＞0，代表气温表现为上升趋势，＜0 代表气温表现为下降趋势。如果UF 与UB 在临界值±1.96 之间有明显的交点（α=0.05 显著性水平），且UF 随后上升超过1.96 或下降低于-1.96，就认为气温产生了突变，上升超过1.96 表示气温由低向高突变，下降低于-1.96 表示气温由高向低突变，这个明显的交点就是气温突变的开始点。

2 结果分析

2.1 气温变化特征

2.1.1 年平均气温的年际变化特征

气温的年际变化是：一年中月平均气温的最高值与最低值，称为气温年际变化。表1 中最低月（1月）与最高月（7 月）为临夏各地1967—2018 年1月、7 月月平均气温中最高与最低平均气温之差，全年的值为1967—2018 年年平均气温中最低与最高年平均气温之差，各地年平均气温年际变化在2.5～3.3 ℃之间；最热月（7 月）年际变化幅度在4.5～6.8℃之间，最冷月（1 月）年际变化幅度在4.1～9.3 ℃之间。由表1 看出，气温年际变化幅度不大，最热月与最冷月气温年际变化幅度都比气温年际变化大，最热月永靖温度年际间差异最大，最冷月中部的临夏市温度年际间差异最大，最冷月比最热月更容易出现气温年际间更大的波动。

表1 临夏各地平均气温年际变化幅度℃

根据临夏气象实测资料，1971—2018 年，临夏年平均气温7.0 ℃，呈上升趋势，平均倾向率0.27 ℃/10 a。20 世纪70 年代中后期、80 年代中期、90 年代初中期为相对偏冷时段。1997 年后，年温度距平都为正距平，尤其是1998—2006 年，2009—2010 年，2013—2018 年，气温增暖明显，整体趋势变化为显著上升。

图1 为Mann-Kendall 年平均气温的突变检验图，UF 和UB 两条曲线在1997 年出现交点，且交点在0～2（临界线）之间，说明气温突变是从1997 年开始的，UF 值在2006 年超过了2，说明从1997 年开始，临夏气温呈上升态势，到2006 年时上升态势显著，纵观曲线发展趋势情况，临夏气温上升趋势的显著性仍在增加。

图1 临夏年均气温Mann-Kendall 突变检验

2.1.2 各季节气温变化

2.1.2.1 冬季

1971—2018 年，临夏冬季（上年12 月至翌年2月）平均气温-4.9 ℃，平均倾向率0.42 ℃／10 a。20 世纪70 年代、80 年代初中期、90 年代初中期为相对偏冷时段。90 年代后期开始进入暖期，且气温急剧增暖，整体趋势变现为显著上升。

图2 临夏冬季气温Mann-Kendall 突变检验

图2 为Mann-Kendall 冬季平均气温的突变检验图，UF 和UB 两条曲线在1994 年出现交点，且交点在-2～2（临界线）之间，说明冬季气温突变是从1994 年开始的，UF 值在2006 年超过了2，2006 年后，UF 值一直在2 附近徘徊，说明从2006 年开始，虽然临夏冬季气温仍呈上升态势，但到2006 年后上升态势变缓。

2.1.2.2 春季

1971—2018 年，临夏春季（3—5 月）平均气温8.2 ℃，平均倾向率0.40 ℃／10 a。20 世纪70 年代、80年代、90 年代初中期为相对偏冷时段。90 年代后期开始进入暖期，且气温急剧增暖，整体趋势为显著上升。

图3 为Mann-Kendall 春季平均气温的突变检验图，UF 和UB 两条曲线在2005 年出现交点，且交点在0～2（临界线）之间，说明春季气温突变是从2005 年开始的，UF 值在2015 年超过了2，说明从2015 年开始，临夏春季气温呈上升态势，到2015 年时上升态势显著，纵观曲线发展趋势情况，临夏春季气温上升趋势的显著性仍在增加。

图3 临夏春季气温Mann-Kendall 突变检验

2.1.2.3 夏季

1971—2018 年临夏夏季（6—8 月）平均气温17.3 ℃，平均倾向率为0.38 ℃／10 a。20 世纪70 年代中后期、80 年代、90 年代初中期为相对偏冷时段。90年代后期开始进入暖期，气温急剧增暖，整体趋势变化为显著上升。

图4 为Mann-Kendall 夏季平均气温的突变检验图，UF 和UB 两条曲线在2000 年出现交点，且交点在-2～2（临界线）之间，说明气温突变是从2000年开始的，UF 值在2010 年超过了2，说明从2010年开始，临夏夏季气温呈上升态势，到2010 年时上升态势显著，纵观曲线发展趋势情况，临夏气温上升趋势的显著性仍在增加。

2.1.2.4 秋季

1971—2018 年临夏秋季（9—l1 月）平均气温7.0 ℃，平均倾向率0.31 ℃／10 a。20 世纪70 年代、80年代初中期、90 年代初中期为相对偏冷时段。2000年代后开始进入暖期，整体趋势变现为显著上升。

图5 为Mann-Kendall 秋季平均气温的突变检验图，UF 和UB 两条曲线在1996 年出现交点，且交点在0～2（临界线）之间，说明气温突变是从1996 年开始的，UF 值在2014 年超过了2，说明从2014 年开始，临夏秋季气温呈上升态势，纵观曲线发展趋势情况，临夏秋季气温上升趋势的显著性仍在增加。

图4 临夏夏季气温Mann-Kendall 突变检验

图5 临夏秋季气温Mann-Kendall 突变检验

2.2 降水量的变化特征

2.2.1 降水量地理分布特征

临夏地区降水量的空间分布极不均匀，北部永靖、东乡县200～500 mm 之间，中部临夏市、临夏县、积石山两县400～800 mm；南部和政、康乐县500～800 mm；南部太子山沿线在800 mm 以上，据甘肃省水文站记载，太子山脚下尹集乡新发村，年降水量达1 030.4 mm，为2018 年前甘肃省年降水量之冠。临夏地区降水量差异非常显著，从北部车家湾至南部新发村，直线距离仅60 km，但降水量相差4.8 倍，是甘肃省其它地区少见的。

2.2.2 降水量变化

1971—2018 年临夏年均降水量488.8 mm，年均降雨量与历年降雨量值相比，全州降水量略有减少趋势。

1973—1980 年降水量普遍偏多，1981—2002年降水量普遍偏少。进入21 世纪2003—2008 年有增多趋势，2009 年后有减少趋向（图6）。

图6 临夏年降水量变化

1971—1980 年是临夏降水量增幅最大的一个时期，与历年值相比，增加6.3%，1981—1990 年减少0.5%，1991—2000 年比1971—1980 年均值减少2.4%～15.4%，全州减少1.8%，2001—2010 年增加2.1%，2011—2017 年是降水量减少幅度最大时期，减少2.3%，且降水地域分布不均，自南向北递增。

2.2.3 各季节降水量分布特征

2.2.3.1 冬季

20 世纪70 年代前后期、80 年代中期、90 年代后期、2000 年代前后期、2010 年代前期为负距平，降水为减少趋势；20 世纪70 年代中期、80 年代后期、90 年代前中期、2000 年代中期、2010 年代前期为正距平，降水为增加趋势；20 世纪80 年代前期、2000年代前期降水处于平稳状态。临夏冬季降水呈增加趋势（图7）。

图7 临夏冬季降水量变化

2.2.3.2 春季

20 世纪70 年代中后期、90 年代中后期、2000年代前期为负距平，降水为减少趋势；20 世纪70 年代前期、80 年代中后期，90 年代前期、2000 年代前中期为正距平，降水为增加趋势；20 世纪80 年代前期、90 年代前期、2010 年代前期降水处于平稳状态；临夏春季降水呈增加趋势（图8）。

图8 临夏春季降水量变化

2.2.3.3 夏季

20 世纪70 年代前中期，80 年代中后期、2000年代前后期、2014、2015 年为负距平；20 世纪70 年代后期，90 年代前期、2000 年代中后期为正距平；夏季20 世纪70 年代前中期，80 年代中期、90 年代中期、2000 年代中期，降水处于平稳状态；临夏夏季降水呈减少趋势（图9）。

图9 临夏夏季降水量变化

2.2.3.4 秋季

20 世纪70 年代前期、80 年代前后期、90 年代为负距平，2000 年代前期为负距平；20 世纪70 年代中后期、80 年代中期、2000 年代为正距平；20 世纪70 年代中期、2010 年代降水处于平稳状态。临夏秋季降水略呈增加趋势（图10）。

图10 临夏秋季年降水量变化

2.3 干旱分布特征

2.3.1 干旱种类及标准

定义，连续2 旬以上（≥2 旬）旬降水距平百分率≤-50%为一个干旱时段，以旬数和旬降水距平百分率确定干旱程度[17]。

按干旱的成因，主要有气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。

气象干旱也称大气干旱，可分为轻旱、中旱、重旱、特旱4 个等级。根据气象干旱等级的国家标准，气象干旱是指某时段内，由于蒸发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现象，气象干旱通常主要以降水的短缺作为指标[17]。

按干旱发生的时间，临夏主要有冬旱（上年12月至当年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 资料显示，临夏出现3 个站（区域性）以上干旱概率占87.9%，无旱年占12.1%。 1960—1997 年，3 个站以上干旱概率占39.5%，1998—2015 年，3 个站以上干旱概率占58.9%，3 个站以上干旱概率在增加，尤其是临夏北部干旱发生频繁，受灾概率占97.2%。

2.3.3 干旱的季节分布特征

临夏一年四季都有可能发生干旱。有的年份春旱可持续半年时间，从上一年冬季持续到夏初，连续出现秋、冬和春连旱、冬春连旱、春夏连旱等，但概率比较小；夏旱又称“伏旱”，如果与春旱、秋旱相连危害就比较严重。

据1980—2018 年39 a 资料分析，临夏出现3个站以上干旱概率：春旱为58.3%；春末夏初旱为44.4%；伏旱为44.4%；秋旱为22.2%，春秋旱略有增加，春末夏初及伏旱略有减少趋势。

2.4 气温、降水对干旱的影响

20 世纪90 年代后期开始进入暖期，1999—2018 年，气温急剧增暖，上升趋势显著性增加，且又是降水量减少幅度最大时期。随着气候变暖，降水减少，干旱有加重趋势，尤其1998—2015 年，严重干旱发生率为58.9%。这与施雅风等[18]研究，中国北方的大部分地区伴随着温度的升高，出现了干旱的加剧，即“暖干化趋势”相吻合，胡实等[19]研究也表明未来40 a 中国北方地区将呈干旱化倾向。

从以上的论述可以看出：春季气温上升较快（图3），尤其是1997 年之后上升很快，而春季降水虽然有微弱的增加趋势，但不明显；而夏季气温上升也比较快（图4），尤其是1998 年之后上升很快，而夏季降水呈现强的减少趋势。尤其是近年，春夏季增温而降水减少的趋势，将会影响春夏初旱情，使旱情增加。

3 结论

（1）1971—2018 年，临夏年平均气温7.0 ℃，呈上升趋势，平均倾向率0.27 ℃／10 a。20 世纪70 年代中期、80 年代初中期、90 年代中期为相对偏冷时段。90 年代后期开始进入暖期，特别是到了90 年代后期，气温急剧增暖，整体趋势变现为显著上升。1997年是气温突变年。临夏4 季气温都呈上升趋势，冬季和春季变暖趋势大于夏季，秋季气温变化幅度较小。

（2）年均气温年际变化在2.5～3.3 ℃之间；最热月（7 月）年际变化幅度在4.5～6.8 ℃，冬季（1 月）平均气温年际变化幅度在4.1～9.3 ℃。

（3）降水呈略减少趋势，20 世纪70 年代降水量偏多，80—90 年代偏少。与历年值相比，1971—1980年降水量增加6.3%，1981—1990 年减少0.5%，1991—2000 年 减 少1.8%，2001—2010 年 增 加2.1%，2011—2017 年减少2.3%。四季降水量夏季呈减少趋势，其它季节呈增加趋势。

（4）1980—2018 年39 a 资料显示，临夏出现3个站以上干旱概率占87.9%，无旱年占12.1%。临夏北部干旱发生频繁且严重，受灾机率可达97.2%，1960—1997 年，3 个站以上干旱概率占39.5%，1998—2015 年，3 个站以上干旱概率占58.9%，3 个站以上干旱概率在增加。