張慧慧，趙景波，2

（1．陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710062；2．中國(guó)科學(xué)院 地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710075）

ENSO現(xiàn)象是指赤道中、東太平洋海溫的冷暖交替異常變化，是大范圍海氣相互作用的結(jié)果，也是全球氣候變化的強(qiáng)信號(hào)之一。

我國(guó)已有許多學(xué)者研究ENSO事件對(duì)我國(guó)氣候的影響［1－5］，研究以ENSO 事件與我國(guó)各區(qū)域氣溫、降水及旱澇災(zāi)害變化的關(guān)系為主，同時(shí)關(guān)注其對(duì)西太平洋副熱帶高氣壓和臺(tái)風(fēng)等的影響，但具體到ENSO事件對(duì)青海湖流域氣候影響的相關(guān)研究仍較少。青海湖流域地處青藏高原東北部，地理坐標(biāo)為36°15′—38°20′N，97°50′—101°20′E，流域面積29 661km2。其四周為青海南山、日月山和大通山所環(huán)繞，是我國(guó)東部季風(fēng)氣候區(qū)、西北干旱區(qū)和西南高寒區(qū)的交匯地帶，地方性氣候顯著，且為青海省重要的漁業(yè)、畜牧業(yè)和旅游業(yè)基地，研究ENSO事件對(duì)其氣候的影響具有重要意義。

1 資料來源與方法

本文降水量和氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于“中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”，由于青海湖流域內(nèi)氣象站點(diǎn)稀少，僅有剛察和天峻2個(gè)氣象站，因此又選取了距離青海湖較近，且具有一定的代表性的共和站和海晏站的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析。天峻站缺少2009，2010年氣象數(shù)據(jù)，海晏站缺少1961—1975年氣象數(shù)據(jù)。

研究青海湖周邊氣候變化與ENSO事件關(guān)系時(shí)，利用2×2列聯(lián)表，進(jìn)行X2檢驗(yàn)，以確定ENSO事件與該區(qū)氣候變化的相關(guān)性程度和置信水平［6］。

2 1961年來ENSO事件的發(fā)生與變化

2．1 1961年來ENSO事件的統(tǒng)計(jì)

為了研究ENSO事件對(duì)氣候變化的影響，需要明確ENSO事件的定義。由于不同學(xué)者選取的Ni?o檢測(cè)區(qū)及所用資料指標(biāo)的不同，加之，ENSO事件自身發(fā)生發(fā)展的復(fù)雜性，因此目前國(guó)內(nèi)外對(duì)ENSO事件的劃分無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［7－12］。本文根據(jù)中國(guó)ENSO監(jiān)測(cè)小組［13］確定的標(biāo)準(zhǔn)，采用赤道東太平洋（10°N—10°S，180°W—90°E）月平均SSTA（平均海面溫度異常）≥0．5℃（≤－0．4℃），持續(xù)時(shí)間6個(gè)月，中斷時(shí)間不超過1個(gè)月，定義為一次厄爾尼諾事件（拉尼娜事件）。1961—2009年，有16a發(fā)生厄爾尼諾事件，共發(fā)生厄爾尼諾事件14次，有13a發(fā)生拉尼娜事件，共發(fā)生拉尼娜事件11次，其余20a為正常年份（表1—2）。

表1 1961年來的厄爾尼諾事件［13］

表2 1961年來的拉尼娜事件［13］

2．2 1961年來ENSO事件的特征

2．2．1 時(shí)間特征 ENSO事件起止時(shí)間不同，14次厄爾尼諾事件中，各季節(jié)發(fā)生的次數(shù)及所占比例為：春季6次，占42．9%；夏季5次，占35．7%；秋季3次，占21．4%。11次拉尼娜事件各季節(jié)發(fā)生的次數(shù)及所占比例為：春季4次，占36．4%；夏季3次，占27．3%；秋季3次，占27．3%；冬季僅發(fā)生1次，占9．0%。由此可見，ENSO事件發(fā)生時(shí)間以春季為主，夏秋季次之。ENSO事件持續(xù)時(shí)間也不盡相同，有的僅幾個(gè)月，如1962年的拉尼娜事件、1963年和1976年的厄爾尼諾事件等。有的跨2個(gè)自然年，有的甚至跨3個(gè)自然年。以10a為一個(gè)限度，由表1，2可知，90年代以來，厄爾尼諾事件發(fā)生次數(shù)均達(dá)到4次，與60—80年代的2次相比明顯增多，可見，90年代以來為厄爾尼諾事件多發(fā)期。

2．2．2 強(qiáng)度特征 根據(jù)海溫距平對(duì)ENSO事件強(qiáng)度進(jìn)行等級(jí)量化（表1—2）：強(qiáng)厄爾尼諾（3）、中等厄爾尼諾（2）、弱厄爾尼諾（1）；弱拉尼娜（－1）、中等拉尼娜（－2）、強(qiáng)拉尼娜（－3）；正常年（0）?？梢钥闯?，60年代以來ENSO事件的發(fā)生具有波動(dòng)性，波動(dòng)周期為2～7a。強(qiáng)厄爾尼諾事件有5次，分別是1972，1982—1983，1987，1997，2009年；強(qiáng)拉尼娜事件有5次，分別是1974，1975，1988，1999—2000，2007年?？傮w而言，厄爾尼諾事件的強(qiáng)度大于拉尼娜事件的強(qiáng)度。

3 青海湖周邊地區(qū)1961年來降水量變化與ENSO事件關(guān)系

3．1 青海湖周邊地區(qū)1961年來降水量變化

青海湖北部（剛察）1961年來的年均降水量為381．77mm，南部（共和）、西部（天峻）、東部（海晏）的分別為318．90，344．83，397．86mm。研究區(qū)年降水量年際變化較大，整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)（圖1）。其中北部（5．02mm／10a）、南部（2．00mm／10a）增幅不明顯，西部增幅最顯著，年均降水量以8．73mm／10a的速率增加。根據(jù)多項(xiàng)式擬合趨勢(shì)線及數(shù)據(jù)分析可知，研究區(qū)域70年代降水量相對(duì)偏少，80年代出現(xiàn)明顯增加，并達(dá)到最高，90年代較80年代略有減少，2000年后降水又繼續(xù)回升。與70年代相比，80年代年均降水量東部增幅最顯著，增加了52．23mm，增幅最小的南部地區(qū)也增加了31．20mm。

圖1 青海湖周邊地區(qū)50a來年平均降水量變化

3．2 青海湖周邊地區(qū)1961年以來降水量的小波分析

利用MHF小波變換對(duì)降水變化做多時(shí)間尺度的分析，結(jié)果如圖2a所示，圖2a中虛線為負(fù)等值線，代表降水偏少，實(shí)線為正等值線，代表降水偏多。由圖2a可知，不同時(shí)間尺度相應(yīng)的降水結(jié)構(gòu)不同。降水量在10a以下尺度上，周期震蕩劇烈，無明顯的規(guī)律。在25a以上尺度周期震蕩趨于平緩，規(guī)律比較清晰，經(jīng)歷了少—多—少—多4個(gè)循環(huán)交替，并且到2010年降水增多等值線仍未閉合，表明降水增多的趨勢(shì)有可能還將繼續(xù)。從圖2b中可以得出，3個(gè)小波方差峰值在3．1，7．1和16．7a尺度上。青海湖周邊地區(qū)降水變化以3a的周期為最強(qiáng)，是第1主周期。

圖2 青海湖周邊地區(qū)降水量的小波變換系數(shù)（a）和小波方差（b）

3．3 青海湖周邊地區(qū)1961年來降水量變化與ENSO事件關(guān)系

利用X2檢驗(yàn)［6］對(duì)表3中年降水距平數(shù)據(jù)處理得：北部X2EP＝0．3585，X2LP＝0．6875；南部X2EP＝0．0011，X2LP＝1．2202；西部X2EP＝0．0432，X2LP＝5．1754；東部X2EP＝0．0275，X2LP＝3．0310（式中：E——厄爾尼諾事件；L——拉尼娜事件；P——降水量）。與理論值［6］（X2（0．05，1）＝3．841，X2（0．01，1）＝6．635）相比可知，除拉尼娜事件與西部降水量變化超過顯著水平外，青海湖周邊其他地區(qū)降水量變化與ENSO事件的關(guān)系均達(dá)不到相關(guān)水平。

通過對(duì)青海湖西部降水量變化與ENSO事件的關(guān)系進(jìn)行分析得知，西部厄爾尼諾年的多年平均降水量 （350．29mm）比 正 常 年 的 （348．53mm）高1．76mm，而拉尼娜年的多年平均降水量（332．83mm）比正常年的低15．70mm。可見，拉尼娜年西部年降水距平以負(fù)距平為主，降水量顯著減少，拉尼娜事件與西部降水量變化超過顯著水平。

表3 降水量及氣溫距平變化與ENSO事件年數(shù)的關(guān)系

4 青海湖周邊地區(qū)1961年來氣溫變化與ENSO事件關(guān)系

4．1 青海湖周邊地區(qū)1961年來氣溫變化

青海湖周邊地區(qū)1961年來的年平均氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)（圖3），根據(jù)線性擬合，青海湖北部、南部、西部和東部的年平均氣溫分別以0．032，0．053，0．035，0．049℃／a的速率增加。與全國(guó)平均氣溫增長(zhǎng)率0．03℃／a相比［14］，該區(qū)域增幅接近或明顯高于全國(guó)水平，這可能與青藏高原對(duì)全球變化的敏感性有關(guān)［15］。由多項(xiàng)式擬合結(jié)果可知，20世紀(jì)60—80年代中期趨勢(shì)線在平均值以下，年平均氣溫多為負(fù)距平，為相對(duì)冷期，80年代后期氣溫開始轉(zhuǎn)暖。根據(jù)有關(guān)專家的研究［16－17］，認(rèn)為1987年是西北地區(qū)西中部氣候轉(zhuǎn)向暖濕型的突變年。以1987年為界，青海湖北部、南部、西部和東部1988—2010年多年平均氣溫比1961—1987年多年平均氣溫分別高0．82，1．37，0．86，0．88℃，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平（0．35℃）。

圖3 青海湖周邊地區(qū)近50a來年平均氣溫變化

4．2 青海湖周邊地區(qū)1961年來氣溫的小波分析

圖4為1961年來年平均氣溫距平的Morlet小波變換圖和小波方差圖，圖4a中虛線為負(fù)等值線，代表氣溫偏低，實(shí)線為正等值線，代表氣溫偏高。由圖4可知，氣溫在5a以下尺度上，周期震蕩劇烈，表現(xiàn)為無明顯的規(guī)律。隨著時(shí)間尺度的增加，周期震蕩趨于平緩，規(guī)律比較清晰。在靠近7a的尺度上，經(jīng)歷了低—高10個(gè)循環(huán)交替。在29a尺度上，經(jīng)歷了低—高交替，且到2010年氣溫增高等值線仍未閉合，表明氣溫增高的趨勢(shì)有可能還將繼續(xù)。從圖4b中可以得出，3個(gè)小波方差峰值3．0，7．4和29．1年尺度上。說明青海湖周邊地區(qū)的氣溫變化以29a的周期為最強(qiáng)，是第1主周期，第2，3主周期分別為3a和7a。

圖4 青海湖周邊地區(qū)氣溫變化的小波變換系數(shù)（a）和小波方差（b）圖

4．3 青海湖周邊地區(qū)1961年來氣溫變化與ENSO事件關(guān)系

由表3可知，青海湖周邊地區(qū)厄爾尼諾年年均溫距平以正距平為主，拉尼娜年以負(fù)距平為主。利用X2檢驗(yàn)［6］對(duì)表3年均溫距平數(shù)據(jù)處理得：北部X2ET＝0．115 0，X2LT＝3．932 4；南部X2ET＝2．160 0，X2LT＝1．759 2；西部X2ET＝0．102 5，X2LT＝3．800 6；東部X2ET＝0．009 2，X2LT＝0．028 4 （式中：T——?dú)鉁兀?。與理論值相比可知，拉尼娜事件與北部氣溫變化達(dá)到顯著水平，與西部氣溫變化接近顯著水平。其他區(qū)域氣溫變化與ENSO事件的關(guān)系均達(dá)不到相關(guān)水平。

通過對(duì)青海湖北部及西部氣溫變化與ENSO事件的關(guān)系進(jìn)行分析得知，北部厄爾尼諾年的多年平均氣溫（－0．14℃）比正常年的（－0．25℃）高0．11℃，而拉尼娜年的多年平均氣溫（－0．46℃）比正常年的低0．21℃。西部厄爾尼諾年的多年平均氣溫（－1．01℃）比正常年的（－1．06℃）高0．05℃，拉尼娜年的多年平均氣溫（－1．22℃）比正常年的低0．16℃?？梢姡崮仁录c北部、西部氣溫變化達(dá)到或接近顯著水平，且均呈負(fù)相關(guān)。

5 青海湖周邊地區(qū)1961年來旱澇災(zāi)害與ENSO事件的關(guān)系

根據(jù)張存杰等［18］的研究可知，Z指數(shù)更能夠客觀反映西北地區(qū)旱澇災(zāi)害情況。依據(jù)他們修訂后的Z指數(shù)旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［18］，統(tǒng)計(jì)得出青海湖周邊地區(qū)1961年來旱澇災(zāi)害與ENSO的關(guān)系表（表4）。青海湖周邊地區(qū)旱澇災(zāi)害發(fā)生的總概率為47．1%～63．3%，ENSO事件年發(fā)生旱澇災(zāi)害的總概率為30．6%～36．7%。由表4可知，周邊地區(qū)厄爾尼諾事件年發(fā)生澇災(zāi)多于旱災(zāi)，拉尼娜事件年發(fā)生旱災(zāi)偏多。

表4 旱澇災(zāi)害與ENSO事件關(guān)系

6 青海湖水位變化與降水量的關(guān)系

依據(jù)資料分析，1961—2009年，青海湖水位總體呈下降趨勢(shì)［19］，平均每年下降0．071m。2005年來，青海湖水位出現(xiàn)回升，以0．184m／a的速率上升，2009年水位達(dá)3 193．69m，恢復(fù)到了1992年的水平。49a間個(gè)別年份青海湖水位會(huì)隨著氣候變化，補(bǔ)給與蒸發(fā)的相互消長(zhǎng)，出現(xiàn)回升，連續(xù)回升不超過3a。水位增幅最大的為1968，1989，2006年，分別為0．32，0．33，0．36m。水位下降幅度最大的為1979，1980，2002年，分別為0．33，0．34，0．45m。

國(guó)內(nèi)學(xué)者研究認(rèn)為［20］，人類活動(dòng)耗水量對(duì)湖水位影響不大，青海湖水位主要受氣溫影響，氣溫升高導(dǎo)致蒸發(fā)量增加，進(jìn)而引起水位下降。而青海湖水位變化量，及布哈河和沙柳河徑流量主要受降水影響。將青海湖流域內(nèi)剛察站和天峻站年降水量數(shù)據(jù)求平均，得到青海湖流域的降水量變化圖（圖5）。該圖顯示，1967，1988，2005年降水出現(xiàn)峰值，這3a過后，湖水位升高。除1979年降水量在連續(xù)4a下降之后出現(xiàn)短暫回升外，1978，2001年，即水位顯著降低年的上一年，流域降水量均明顯降低?？梢?，水位變化較降水量變化有一定滯后性，水位增長(zhǎng)與降低與上一年流域降水量增加與下降有關(guān)。

圖5 1961年來青海湖流域年降水量的變化

7 結(jié) 論

（1）50a來青海湖周邊地區(qū)降水量呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，西部增幅最顯著，年平均降水量以8．73mm／10a的速率增加。研究區(qū)域80年代降水量出現(xiàn)明顯增加，并達(dá)到最高，90年代略有減少，2000年后降水又繼續(xù)回升。研究區(qū)域年平均氣溫也呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，平均氣溫增長(zhǎng)率接近或明顯高于全國(guó)平均水平，80年代后期青海湖周邊區(qū)域氣候有向著暖濕化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

（2）青海湖不同區(qū)域降水量、氣溫變化與ENSO事件的關(guān)系不同。拉尼娜事件與西部降水量變化超過顯著水平，拉尼娜年降水量顯著減少。青海湖周邊其他地區(qū)降水量變化與ENSO事件的關(guān)系達(dá)不到相關(guān)水平。拉尼娜事件與北部氣溫變化達(dá)到了顯著水平，與西部氣溫變化接近顯著水平，均呈負(fù)相關(guān)。其他區(qū)域氣溫變化與ENSO事件的關(guān)系均達(dá)不到相關(guān)水平。

（3）近50a來，研究區(qū)年降水量變化以3．1a左右為第1主周期，年氣溫變化以29．1a左右為第1主周期。該區(qū)湖水主要來自降水，降水對(duì)該區(qū)湖水位的影響大但存在滯后性。

（4）ENSO事件年發(fā)生旱澇災(zāi)害的總概率為30．6%～36．7%。青海湖周邊地區(qū)厄爾尼諾事件年發(fā)生澇災(zāi)多于旱災(zāi)，拉尼娜事件年發(fā)生旱災(zāi)偏多。

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