格尔木地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响

王发科 雷玉红 曾国云 都占良 颜亮东

摘要    利用格尔木地区4个气象站1961—2015年平均气温、降水量资料，分析了该区域气温、降水量及气候生产潜力的时空变化特征，探讨了气候生产潜力对气温、降水量变化的响应。结果表明，格尔木地区年平均气温呈明显升高趋势，升温率为0.47 ℃/10 a;年降水量呈略增加趋势，增加倾向率为8.2 mm/10 a;格尔木地区气候生产潜力增加趋势明显，增加倾向率为18.0 g/m2·10 a，2001年为增加突变点。格尔木地区气温、降水对气候生产潜力均有正影响，气温升高、降水量增加有利于气候生产潜力提高，降水量对气候生产潜力影响较气温更明显。

关键词    气候生产潜力;气温;降水;格尔木地区

中图分类号    S161.2;S161.6        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）14-0192-02

在全球气候变化的背景下，各国各地区的气象条件发生相应的改变。气候生产潜力是指一个地区在一定的光、温、水资源条件下，当土壤肥力、农业技术措施等处于最适宜条件下，作物利用光、温、水资源可能获得的最高生物学产量，它反映一个地区气象因子之间的配合协调程度[1-2]。不同地区地形地貌、环境因子不同，其气候生产潜力的时空变化各有差异[3-5]。

格尔木位于青藏高原东北部，由盆区和唐古拉山2种不同的地域组成。盆区位于柴达木盆地中南部，气候干旱，降水稀少，光照充足，太阳辐射强，属绿洲农业区;唐古拉山地区气候寒冷，降水充沛，雨热同期，属天然草原牧业区。辖区地域辽阔，地形地貌复杂，生态环境脆弱，气候类型复杂多样，开展气候变化对气候生产潜力的影响对农牧业生产意义重大。本文以格尔木地区为研究区域，分析了该区域气温、降水量及气候生产潜力的变化特征，探讨气温、降水量变化对气候生产潜力的影响，以期为合理利用气候资源、提高农牧业生产潜力提供参考依据。

1    资料与方法

1.1    资料来源

本研究选取1961—2015年格尔木、小灶火、五道梁、沱沱河4个气象站点的气温、降水气象数据。

1.2    研究方法

采用气候倾向率、皮尔逊相关系数法等，分析气象要素、气候生产潜力等变化趋势，相关数据的统计分析采用Excel 2010实现。

1.2.1    Thornthwaite Memorial模型[6-7]。该模型可反映气象要素对生产潜力的综合影响。计算方法如下：

式中，PV为气候生产潜力（g/m2·a）;V为年平均实际蒸散量（mm）;R为年降水量;t为年平均气温;L为年平均最大蒸散量（mm）。

1.2.2    Mann-Kendall突变检验。Mann-Kendall法是一种非参数统计检验方法[8]，通过构造正序列（UF）和逆序列（UB），取α=0.05信度水平，依据正逆序列统计量曲线检验任意要素的变化趋势。若UF>0，表示序列呈上升趋势，UF<0表示下降趋势。当超过临界值线时，表示上升或下降趋势显著。如果UF和UB 2个曲线相交，且交叉点位于信度区间之间，该点即为突变点。

2    结果与分析

2.1    气温变化特征

2.1.1    气温的时间变化。由图1及表1可知，格尔木地区年平均气温呈升高趋势，升温率为0.47 ℃/10 a，通过0.01显著检验，升温幅度明显。年平均气温20世纪60—80年代呈波动略升高趋势，20世纪90年代至21世纪升温明显，21世纪以来较20世纪60年代年平均气温升高2.3 ℃。

2.1.2    气温的空间变化。格尔木地区各地年平均氣温均呈升高趋势，升温倾向率为0.35～0.64 ℃/10 a，通过0.01显著检验，升温幅度明显。其中，盆区格尔木、小灶火两地升温显著，升温率均大于0.5 ℃/10 a;唐古拉山地区较盆区小，升温率为0.35～0.36℃/10 a。

2.2    降水量变化特征

2.2.1    降水量的时间变化。由图1、表1可知，格尔木地区年降水量呈略增加趋势，增加倾向率为8.2 mm/10 a，通过0.05显著检验，增加趋势较明显，年降水量最小值为90.0 mm，最大值为257.1 mm。各年代降水量呈波动略增加趋势，其中21世纪以来增加较明显，与20世纪60年代相比年降水量增加37.5 mm。

2.2.2    降水量的空间变化。格尔木地区各地降水量呈波动略增加趋势，增加倾向率为1.7～18.4 mm/10 a，降水量变化率唐古拉山区大于盆区，其中唐古拉山区降水量增加较明显，通过0.05显著检验，盆区降水量增加不明显。

2.3    气候生产潜力变化特征

2.3.1    气候生产潜力的时间变化。格尔木地区年平均气候生产潜力为350.1 g/m2·a，最高气候生产潜力为505.5 g/m2·a，最低气候生产潜力为197.0 g/m2·a。由图2可以看出，55年平均气候生产潜力呈增加趋势，增加倾向率为18.0 g/m2·10 a，增加趋势明显，通过0.01显著检验。气候生产潜力20世纪60—80年代呈波动略增加趋势，90年代以来呈持续增加趋势，增加较明显，21世纪以来较20世纪60年代相比年平均气候生产潜力增加81.4 g/m2·a（表1）。

2.3.2    气候生产潜力空间变化。格尔木地区气候生产潜力地区间差异明显，唐古拉山区年平均气候生产潜力明显大于盆区，其中唐古拉山区年平均气候生产潜力为334.8～391.9 g/m2，盆區为27.3～71.8 g/m2。55年来各地气候生产潜力均呈增加趋势，唐古拉山区增加倾向率17.4～22.2 g/m2·10 a，增加较明显，通过0.05显著检验;盆区增加倾向率为5.0～10.2 g/m2·10 a，增幅不明显，未通过0.05显著检验。

2.3.3    气候生产潜力突变检验。对格尔木地区年平均气候生产潜力进行Mann-Kendall突变检验分析，可以看出，年平均气候生产潜力从1961年开始UF值≥0，UF与UB曲线于2001年相交，2006年后UF线超过a=0.05的信度水平，并保持持续增加趋势，说明格尔木地区年平均气候生产潜力增加趋势明显，2001年为增加突变点（图3）。

2.4    气候生产潜力对气温和降水的响应

由图4可知，格尔木地区气候生产潜力与气温、降水量均成正相关关系，当气温升高1 ℃时，气候生产潜力增加34.8 g/m2;当降水增加10 mm时，气候生产潜力增加18.2 g/m2。气候生产潜力与年平均气温的相关系数为0.44，与年降水量的相关系数为0.992，均通过0.01显著检验。表明气温、降水对气候生产潜力均有正影响，气温升高、降水量增加有利于气候生产潜力提高，降水量对气候生产潜力影响较气温更显著。

3    结论

（1）格尔木地区年平均气温呈明显升高趋势，升温率为0.47 ℃/10 a，21世纪以来较20世纪60年代相比年平均气温升高2.3 ℃;全区各地年平均气温均升高明显，其中盆区升温率大于唐古拉山地区。

（2）格尔木地区年降水量呈略增加趋势，增加倾向率为8.2 mm/10 a，21世纪以来较20世纪60年代年降水量增加37.5 mm;全区各地降水量呈波动略增加趋势，降水量变化率唐古拉山区大于盆区。

（3）格尔木地区气候生产潜力呈增加趋势，增加倾向率为18.0 g/m2·10 a，增加趋势明显，2001年为增加突变点，气候生产潜力唐古拉山区明显大于盆区。

（4）格尔木地区气温、降水对气候生产潜力均有正影响，气温升高、降水量增加有利气候生产潜力提高，降水量对气候生产潜力影响较气温更明显，当气温升高1 ℃时，气候生产潜力增加34.8 g/m2;当降水量增加10 mm时，气候生产潜力增加18.2 g/m2。

4    参考文献

[1] 郭小芹，刘明春.河西走廊近40a气候生产潜力特征研究[J].中国沙漠，2011，31（5）：123-1329.

[2] 董思，任志远，张翀，等.陕西省气候变化及其气候生产潜力的时空变化[J].中国农业大学学报，2016，21（8）：142-149.

[3] 卢玢宇，杨波，裴占江，等.黑龙江省气候生产潜力时空演变特征研究[J].生态环境学报，2017，26（10）：1659-1664.

[4] 刘新，刘林春，尤莉，等.内蒙古地区气候生产潜力变化及其敏感性分析[J].中国农业气象，2018，39（8）：531-537.

[5] 张艺萌，张雪松，郭婷婷，等.辽西北地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响[J].中国农业气象，2015，36（2）：203-211.

[6] 李晓东，胡爱军，祁栋林，等.近53年青海省气候变化与粮食产量及气候生产潜力特征[J].草业科学，2015，32（7）：1061-1068.

[7] 张波，谷晓平，古书鸿.贵州省水稻气候生产潜力估算[C]//中国气象学会.第34届中国气象学会年会S12提升气象科技水平，保障农业减灾增效论文集.郑州：中国气象学会，2017.

[8] 魏风英.现代气候统计诊断预测技术[M].2版.北京：气象出版社，2007.