段麗君，張調(diào)風(fēng)，董少睿，來曉玲，馬有絢

(1.青海省氣候中心，青海 西寧 810001；2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001)

近百年來，全球氣候經(jīng)歷了顯著的變暖歷程。隨著平均氣溫的上升，全球氣候體系也表現(xiàn)出明顯的變化，極端氣候事件的頻繁發(fā)生造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1-4]。中國氣候變化國家評(píng)估報(bào)告指出，近50年全國平均炎熱日數(shù)先減少后增加[5]，這些變化造成局部干旱加重，氣候變暖導(dǎo)致作物發(fā)育期提前，致使春季霜凍危害加大等[6]。

在全球氣候變暖的背景下，青海省的氣候發(fā)生了顯著的變化，呈氣溫升高、蒸發(fā)量增大以及下半年降水減少的氣候暖干化趨勢[7～8]。申紅艷等[9]認(rèn)為，近51年來青海省極端氣溫呈明顯上升趨勢，且各種極端氣溫指數(shù)存在多個(gè)較明顯的周期。隨著氣候變暖，青海省“暖冬”事件將持續(xù)增多，作物生長也將隨之延長[10]。青海河湟地區(qū)位于青海省東部的湟水、黃河谷地，東及東北與甘肅省接壤，西及西北與本省環(huán)湖區(qū)交界，南與三江源地區(qū)相連。地理坐標(biāo)介于北緯35°01′～37°57′，東經(jīng)98°54′～103°04′之間。河湟地區(qū)是青海省的糧食主產(chǎn)區(qū)，糧食作物以種植春小麥為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中極易遭受旱澇災(zāi)害。近幾十年來該地區(qū)夏季平均降水量以0.8mm·10a-1的速率顯著減少，而同期氣溫以0.3℃·10a-1的速率上升，1998年以后氣候暖干化尤其明顯[9]；雨季通常在6～8月結(jié)束，此時(shí)正值作物生長關(guān)鍵階段，這一階段的需水量最大。如果雨季期較常年縮短或降水量偏少就會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性干旱，影響作物產(chǎn)量。因此，本文對(duì)1961～2017年青海省河湟地區(qū)氣候?yàn)?zāi)害變化特征進(jìn)行分析，為提高農(nóng)業(yè)水資源利用率，緩解水資源供需矛盾，制定農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)提供參考；為預(yù)測和預(yù)防極端事件災(zāi)害，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)順應(yīng)氣候變化提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

河湟地區(qū)包括13個(gè)縣(區(qū))，分別是：西寧市的大通回族土族自治縣、湟中縣(區(qū))、湟源縣，海東市的樂都區(qū)、平安區(qū)、互助土族自治縣、化隆回族自治縣、民和回族土族自治縣、循化撒拉族自治縣，海南州的貴德縣，黃南州的同仁縣、尖扎縣，海北州的海晏縣(圖1)。選用河湟地區(qū)各站1961～2017年逐年低溫日數(shù)、干旱面積、雪災(zāi)次數(shù)、冰雹日數(shù)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行了較為嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括極值檢驗(yàn)和時(shí)間一致性檢驗(yàn)。

圖1 青海省河湟地區(qū)站點(diǎn)分布圖

1.2 方法

1.2.1線性變化趨勢

通常用一次直線方程描述變化趨勢[11]：

Y(t)=a+bt

(1)

式中：t為年份序列，b為斜率，b為正(負(fù))表示增加(減小)趨勢。

1.2.2干旱面積率和氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)

采用格點(diǎn)化和面積加權(quán)的計(jì)算方法，在一定程度上有助于增加區(qū)域平均時(shí)間序列的可靠性[12～13]。

把每年有1/3以上站點(diǎn)發(fā)生中度以上干旱的年份定義為干旱年。

干旱是由于降水長期虧缺和近期虧缺綜合效應(yīng)累加的結(jié)果，氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)考慮了60d內(nèi)的有效降水(權(quán)重累積降水)、30d內(nèi)蒸散(相對(duì)濕潤度)以及季度尺度(90d)降水和近半年尺度(150d)降水的綜合影響。該指數(shù)考慮了業(yè)務(wù)服務(wù)的需求，增加了季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)。該指數(shù)適用于農(nóng)作物生長季逐日氣象干旱的監(jiān)測和評(píng)估。其計(jì)算方法為：

MCI=Ka×(a×SPIW60+b×MI30+c×SPI90+d×SPI150)

(2)

式中：

MCI—?dú)庀蟾珊稻C合指數(shù)；

MI30—近30d相對(duì)濕潤度指數(shù)；

SPI90—近90d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；

SPI150—近150d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；

SPIW60—為近60d標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)；

a—SPIW60項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，北方及西部地區(qū)取0.3，南方地區(qū)取0.5；

b—MI30項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，北方及西部地區(qū)取0.5，南方地區(qū)取0.6；

c—SPI90項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，北方及西部地區(qū)取0.3，南方地區(qū)取0.2；

d—SPI150項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，北方及西部地區(qū)取0.2，南方地區(qū)取0.1；

Ka—季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)，根據(jù)不同季節(jié)各地主要農(nóng)作物生長發(fā)育階段對(duì)土壤水分的敏感程度確定。

2 氣象災(zāi)害變化特征

2.1 農(nóng)作物低溫冷害變化特征

以春小麥為例分析農(nóng)作物不同生育階段低溫冷害特征。

低溫冷害是由于農(nóng)作物生長季熱量少，或農(nóng)作物某一發(fā)育階段出現(xiàn)低溫，引起農(nóng)作物發(fā)育延遲以致秋霜來臨前不能完全成熟，或直接危害農(nóng)作物結(jié)實(shí)器官的形成，致使農(nóng)作物減產(chǎn)的一種災(zāi)害。

從時(shí)間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)年平均低溫冷害次數(shù)隨時(shí)間變化呈微弱減少趨勢，下降率為1.0次·a-1。河湟地區(qū)年平均低溫冷害次數(shù)為6.6次，最多次數(shù)出現(xiàn)在1967年，為11.7次，最少次數(shù)出現(xiàn)在1998年，為0.4次。其中20世紀(jì)80年代、90年代初期為低溫冷害多發(fā)期，年平均低溫冷害次數(shù)為5.4次，之后趨于減少。進(jìn)入21世紀(jì)以來，年平均低溫冷害次數(shù)下降為4.1次，尤其最近10a(2008～2017年)間，年平均低溫冷害次數(shù)僅為3.6次(圖2a)。

低溫冷害的地區(qū)分布，主要集中在大通、湟中、湟源、互助、化隆等地區(qū)。1961～2017年河湟地區(qū)共出現(xiàn)低溫冷害5 090次，年均89.3次。河湟地區(qū)30a年均低溫冷害次數(shù)為6.5次，其中化隆最多，為19.8次(圖2b)。

圖2 1961～2017年青海省河湟地區(qū)年平均低溫冷害變化趨勢(a)及年平均低溫冷害次數(shù)空間分布(b)

2.2 干旱災(zāi)害變化特征

2.2.1生長季干旱面積率變化特征

由表1可知，生育前期干旱面積率>70%的有8a(1962年、1979年、1980年、1995年、1999年、2000年、2001年、2015年)，其中1995年、1999年、2000年最為嚴(yán)重，干旱面積率達(dá)100%。需水關(guān)鍵期，干旱發(fā)生比較集中，干旱面積率>70%有5a，為1962年、1965年、1991年、2006年、2010年。上述結(jié)果表明，生育前期干旱在河湟地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中較為突出，這可能與部分地區(qū)春旱頻率相對(duì)較高有關(guān)，如河湟地區(qū)常有“十年九春旱”之稱，春旱往往成為影響農(nóng)作物(主要是春小麥)分蘗-拔節(jié)，牧草返青或進(jìn)入青草期的主要限制因素。

表1 生育前期和需水關(guān)鍵區(qū)干旱面積率>70%的年份及其變化

2.2.2氣象干旱日數(shù)變化

從時(shí)間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)年干旱日數(shù)呈下降趨勢，下降率為5d·a-1。1962年發(fā)生干旱的日數(shù)最多，為152d；2017年河湟地區(qū)干旱日數(shù)為53d，較1981～2010年干旱日數(shù)(57d)減少4d(圖3a)。

從空間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)年干旱日數(shù)呈“北少南多”的分布特征。海晏、大通、互助、湟中干旱日數(shù)在60d以下，其中，海晏干旱日數(shù)最少，為49d；西寧、貴德、樂都、民和、尖扎、循化、同仁干旱日數(shù)在60d以上，其中，循化干旱日數(shù)最多，為73d(圖3b)。

圖3 1961～2017年青海省河湟地區(qū)年干旱綜合指數(shù)變化趨勢(a)及干旱日數(shù)空間分布(b)

2.3 高影響事件變化特征

2.3.1雪災(zāi)

每年10月中下旬至次年5月上中旬極易出現(xiàn)局地或區(qū)域強(qiáng)降雪天氣過程，加之氣溫較低，積雪難以融化，時(shí)常造成大雪封山，凍死、餓死牲畜，使人民生命和財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。從時(shí)間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)發(fā)生雪災(zāi)的次數(shù)波動(dòng)較大，1989年雪災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多；1990～2017年，雪災(zāi)發(fā)生次數(shù)呈明顯下降趨勢(圖4a)，下降率為0.8次·a-1，2017年河湟地區(qū)發(fā)生雪災(zāi)1次。一般用實(shí)測積雪深度資料和積雪持續(xù)時(shí)間來確定雪災(zāi)的嚴(yán)重程度。利用有效積雪量(10月至次年5月大于等于2cm的積雪深度與持續(xù)時(shí)間的乘積)來表示雪災(zāi)發(fā)生的嚴(yán)重程度。統(tǒng)計(jì)分析1961～2017年來青海省河湟地區(qū)平均有效積雪量的大小可以看出(圖4b)，湟中縣(區(qū))發(fā)生雪災(zāi)33次，為發(fā)生雪災(zāi)次數(shù)最多的地區(qū)；互助縣、化隆縣分別發(fā)生雪災(zāi)19次、15次；其余地區(qū)出現(xiàn)雪災(zāi)次數(shù)在10次以內(nèi)。

圖4 1961～2017年青海省河湟地區(qū)年雪災(zāi)次數(shù)變化趨勢(a)及有效積雪量空間分布(b)

2.3.2暴雨洪澇

按照氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)：日(24h)降水量≥50mm，或12h降水量≥30mm，或1h降水量≥16mm即為暴雨。按此標(biāo)準(zhǔn)，暴雨在青海省只是偶然事件，并主要集中在12h特別是6h以內(nèi)出現(xiàn)，這并不符合青海省發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害的實(shí)際。因此，我們規(guī)定日降水量≥25mm為重要降水過程，其結(jié)果是有“暴雨”日的范圍擴(kuò)大到境內(nèi)多數(shù)地區(qū)。

從時(shí)間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)年暴雨日數(shù)波動(dòng)較大，呈非常微弱的增強(qiáng)趨勢，增長率為0.1d·a-1。1961年發(fā)生暴雨日數(shù)最多，為55d；2017年河湟地區(qū)暴雨日數(shù)為19d，較1981～2010年暴雨日數(shù)增多4d(圖5a)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1961～2017年青海省河湟地區(qū)累計(jì)出現(xiàn)過1 241次暴雨，年均88次。從青海省河湟地區(qū)暴雨日數(shù)的空間分布圖中來看(圖5b)，湟中、大通、化隆、互助四站的暴雨日數(shù)都在100d以上，平安、貴德的暴雨日數(shù)相對(duì)較少，分別為65d、57d。

圖5 1961～2017年青海省河湟地區(qū)年暴雨日數(shù)變化趨勢(a)及年暴雨日數(shù)空間分布(b)

2.3.3冰雹

冰雹一般是局地性的災(zāi)害天氣現(xiàn)象，受災(zāi)面積往往不大，但來勢猛，而且是發(fā)生在農(nóng)作物抽穗至黃熟階段，所以危害極大，青海省冰雹打死人畜的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。從時(shí)間分布來看，1961～2017年青海省河湟地區(qū)年冰雹日數(shù)呈顯著減少趨勢，減少率為9d·a-1。青海省河湟地區(qū)年冰雹日數(shù)伴隨有明顯的年代際特征，20世紀(jì)90年代之前年冰雹日數(shù)較多，至90年代之后年冰雹日數(shù)急劇下降，呈減少趨勢。2017年河湟地區(qū)冰雹日數(shù)為20d，較1981～2010年冰雹雨日數(shù)減少10d(圖6a)。從各地年平均冰雹日數(shù)變化率空間分布來看，河湟地區(qū)年冰雹日數(shù)減少明顯，其中，化隆為年冰雹日數(shù)變化率最低的地區(qū)，為-1.9d/10d(圖6b)。

圖6 1961～2017年青海省河湟地區(qū)年冰雹日數(shù)變化趨勢(a)及年冰雹日數(shù)變化率空間分布(b)

3 結(jié)論和建議

通過對(duì)青海省河湟地區(qū)1961～2017年氣象災(zāi)害的時(shí)空變化特征分析，得出以下結(jié)論：

(1)1961～2017年河湟地區(qū)年平均低溫冷害次數(shù)隨時(shí)間變化呈微弱減少趨勢。(2)生育前期干旱在河湟地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中較為突出，這可能與部分地區(qū)春旱頻率相對(duì)較高有關(guān)。干旱日數(shù)呈顯著下降趨勢，其中循化干旱日數(shù)最多，海晏干旱日數(shù)最少。(3)雪災(zāi)發(fā)生次數(shù)呈明顯下降趨勢，1989年雪災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多。湟中縣發(fā)生雪災(zāi)33次，為發(fā)生雪災(zāi)次數(shù)最多的地區(qū)。(4)年暴雨日數(shù)波動(dòng)較大，1961年暴雨日數(shù)最多，為55d；20世紀(jì)90年代之前年冰雹日數(shù)較多，至90年代之后年冰雹日數(shù)急劇下降，呈減少趨勢。