三江源地區氣溫和降水變化對氣候生產潛力的影響

許學蓮，李積芳，李金鳳，文生祥，李春暉

(1.青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099；2.青海省沱沱河氣象站，青海 格爾木 816004)

全球氣候變暖對生態氣候系統產生了深遠的影響，IPCC第五次評估報告指出：當前氣溫處于最高階段，全球幾乎所有地區均呈現變暖趨勢。氣候變暖會改變農作物的生長條件，造成農業氣候資源的時空差異，使農業氣候生產潛力發生年際變化并呈區域性不均勻分布，對農業生產影響深遠[1]。有研究表明，全球氣候變暖會導致中高緯區域植物開花提前以及生長期延長等現象[2]。

三江源地區位于我國青海省南部，平均海拔3 500～4 800 m，是世界屋脊—青藏高原的腹地，為典型的高原大陸性氣候，年溫差小、日溫差大、日照時間長、輻射強烈、無四季區分的氣候特征，是世界高海拔生物多樣性最集中的地區之一，開展氣候變化對氣候生產潛力的影響對農牧業生產意義重大。本文以三江源地區為研究區域，分析了該區域氣溫、降水量及氣候生產潛力的變化特征，探討氣溫、降水量變化對氣候生產潛力的影響，以期為合理利用氣候資源、提高農牧業生產潛力提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究選取1961～2020年興海、澤庫、雜多、曲麻萊、玉樹、瑪多、清水河、瑪沁、達日、久治、囊謙、五道梁、沱沱河13個氣象站點的氣溫、降水氣象數據。

1.2 研究方法

采用氣候傾向率、皮爾遜相關系數法等，分析氣象要素、氣候生產潛力等變化趨勢，相關數據的統計分析采用Excel2010實現。

1.2.1 Thornthwaite Memorial模型[3，4]該模型可反映氣象要素對生產潛力的綜合影響。計算方法如下：

Ye=3 000/(1-e-0.0009695(V-20))

(1)

(2)

L=300+25XT+0.05XT3

(3)

式(1)—(3)，R為年平均降水(mm)；L為年平均最大蒸散量(mm)，L是年平均溫度T的函數；Ye為蒸散量決定的生產潛力(kg/hm2)。

1.2.2 Mann-Kendall 突變檢驗 Mann-Kendall法是一種非參數統計檢驗方法[5]，通過構造正序列(UF)和逆序列(UB)，取α=0.05信度水平，依據正逆序列統計量曲線檢驗任意要素的變化趨勢。若UF>0，表示序列呈上升趨勢，UF<0表示下降趨勢。當超過臨界值線時，表示上升或下降趨勢顯著。如果UF和UB2個曲線相交，且交叉點位于信度區間之間，該點即為突變點。

2 結果與分析

2.1 氣溫時空變化特征

由圖1(a)可知，三江源地區年平均氣溫呈升高趨勢，升溫率為0.37℃/10 a，通過0.01顯著檢驗，升溫幅度明顯。1961～1997年累積距平為下降趨勢，氣候屬于偏冷期，1998～2020年為上升趨勢，氣候屬于偏暖期。9點滑動曲線呈波動上升趨勢。分析表1得出，年平均氣溫20世紀60年代至21世紀20年代呈逐漸升高趨勢，20世紀60～90年代為負值，21世紀00～20年代為正值。21世紀以來較20世紀60年代年平均氣溫升高1.7℃，這與易湘生等[6]研究結論相符，青藏高原不同地區海拔高度和下墊面的差異是導致青海三江源地區增溫幅度較大的主要原因。

三江源地區各地年平均氣溫均呈升高趨勢，升溫傾向率為0.30～0.47℃/10 a，通過0.01顯著檢驗，升溫幅度明顯。其中，澤庫、久治、瑪多、曲麻萊升溫顯著，升溫率均大于0.40℃/10 a；其他地區升溫率為在0.30～0.39℃/10 a之間。

2.2 降水量時空變化特征

由圖1(b)可知，三江源地區年降水量呈略增加趨勢，氣候傾向率為11.06 mm/10 a，多年平均降水量為472.0 mm，最大值出現在2018年為589.1 mm，最小值出現在2002年為404.8 mm。從降水量累積距平變化來看，1961～2002年為下降趨勢，屬于降水偏少期，2003～2020年為上升趨勢，屬于降水偏多期。9點滑動曲線分為三個階段，1961～1990年為波動上升階段，1991～2000年為波動下階段，2001～2020年為顯著上升階段。60～80年代降水量呈波動略增加趨勢，90年代呈減少趨勢，21世紀以來增加較明顯，與20世紀60年代相比年降水量增加64.0 mm(表1)。

三江源地區各地降水量除久治呈減少趨勢外，其余各地均呈波動略增加趨勢，增加傾向率為3.94～21.99 mm/10 a。降水量變化率長江源區大于黃河源區和瀾滄江源區，長江源區通過0.05的顯著性檢驗，其余未通過顯著性檢驗，說明降水量增加不明顯。

圖1 三江源地區年平均氣溫及年降水量變化

表1 三江源地區年平均氣溫、年降水量、氣候生產潛力年代際變化

2.3 氣候生產潛力時空變化特征

分析圖2得出，三江源地區年平均氣候生產潛力為568.4 g/m2·a，最高氣候生產潛力為651.4 g/m2·a(2018年)，最低氣候生產潛力為500.6 g/m2·a(1997年)。60年來平均氣候生產潛力呈增加趨勢，增加傾向率為19.10 g/m2·10 a，增加趨勢明顯，通過0.01顯著檢驗。氣候生產潛力20世紀60年代至21世紀20年代呈增加趨勢，21世紀以來較20世紀60年代相比年平均氣候生產潛力增加91.9 g/m2·a(表 1)。

三江源區氣候生產潛力地區間差異明顯，瀾滄江源區年平均氣候生產潛力最大(724.0 g/m2·a)，黃河源區次之(588.1 g/m2·a)，長江源區最小(482.6 g/m2·a)。60 a來各地氣候生產潛力均呈增加趨勢，黃河源區增加傾向率0.76 g/m2·10 a，長江源區增加傾向率0.73 g/m2·10 a，瀾滄江源區增加傾向率0.63 g/m2·10 a，通過0.01顯著檢驗。

圖2 三江源地區氣候生產潛力變化

2.4 氣候生產潛力突變檢驗

對三江源地區年平均氣候生產潛力進行m-k和滑動t檢驗分析，從圖3可以看出，1961～2020年UF統計量呈明顯上升趨勢，在1989年以后超過信度線，UF與UB相交于信度線外的2001～2002年，用滑動t檢驗對氣候生產潛力突變點前后不同時段(n=14、10、5)進行檢驗，當n=10時，滑t檢驗結果顯示|t0|>t0.01，氣候生產潛力在2001～2002年發生突變是可信的。

圖3 三江源地區氣候生產潛力突變檢驗

2.5 氣候生產潛力對氣溫和降水的響應

由圖4可知，三江源地區氣候生產潛力與氣溫、降水量均成正相關關系，當氣溫升高1℃時，氣候生產潛力增加48.1 g/m2；當降水增10 mm時，氣候生產潛力增加5.0 g/m2。氣候生產潛力與年平均氣溫的相關系數為0.92，與年降水量的相關系數為0.65，均通過0.01顯著檢驗。表明氣溫、降水對氣候生產潛力均有正影響，氣溫升高、降水量增加有利于氣候生產潛力提高，氣溫對氣候生產潛力影響較降水量更顯著。

3 結論

(1)三江源地區及各地年平均氣溫均呈升高趨勢，升溫傾向率為0.30～0.47℃/10 a，通過0.01顯著檢驗，升溫明顯。

(2)三江源地區及各地降水量除久治呈減少趨勢外，其余各地均呈波動略增加趨勢，增加傾向率為3.94～21.99 mm/10 a。降水量變化率長江源區大于黃河源區和瀾滄江源區，長江源區通過0.05的顯著性檢驗，其余未通過顯著性檢驗，說明降水量增加不明顯。

(3)三江源地區氣候生產潛力呈增加趨勢，增加傾向率為19.10 g/m2·10 a，通過0.01顯著檢驗。瀾滄江源區年平均氣候生產潛力最大，黃河源區次之，長江源區最小。

(4)三江源地區氣候生產潛力與氣溫、降水量均成正相關關系。