1961_2008年若尔盖高原湿地的气候变化和突变分析

0 引言
湿地享有 地球之肾 的美誉, 国际社 会从 20 世纪 50 年代起逐渐意识到湿地对人类生存的意义. 近年来, 湿地研究逐渐成为生态、环境、水文等多 学科 的研究热 点. 随着增 暖的加剧, 全球气候 环 境、不同自然生态系统都因此受到了巨大冲击. 在 这个大背景下, 湿地与区域气候间的相互影响也受 到了气候研究者越来越多的关注. 湿地有巨大的环 境调节功能和生态效益, 尤其它是蓄水防洪的天然 海绵 , 在控制洪水, 调节径流, 防止自然灾害, 补给地 下水 和 维持 区 域水 平衡 方 面 功能 十 分 显 著[ 1] . 湿地的蒸散在附近区域制造降雨, 使区域气 候条件稳定, 具有调节区域气候的作用, 数值模拟 已经证明湿地的降温增湿效应[ 2- 4] . 另外, 湿地是 巨大的碳库, 因此, 它对气候的影响, 除了物理上
蒸发量总的变化趋势是下降的, 线性增长率是 - 6. 54 mm ( 10a) - 1 ( 图 2b) . 四 季中, 春 季和冬 季的 降 幅较 大 ( 分 别 为 - 6. 85 mm ( 10a) - 1 和 - 1. 78 mm ( 10a) - 1) , 夏季降幅微弱, 秋季则显 示为上升趋势( 2 35 m m ( 10a) - 1 ) ; 其中, 1980 年代以后, 夏秋季蒸发量都由下降趋势转入明显增 加阶段.
戴 洋1, 2, 3 , 罗 勇2 , 王长科2 , 沈永平4 , 马振峰5 , 王小兰5
( 1. 中国气象科学研究院, 北京 100081; 2. 中国气象局国家气候中心 气候研究开放实验室, 北京 100081; 3. 中国气象局培训中心, 北京 100081; 4. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃 兰州 730000; 5. 四川省气象局气候中心, 四川 成都 610071)
引入德马而顿干燥指数来表征气候的 干湿程
Kendall 方法、累积距平统计量和滑动 T 检验三种 方法相结合, 对若尔盖湿地上年降水量、平均气温 进行了检测( 图 4) .
1961 2008 年, 若尔盖湿地上的降水量在波动 中下降( 图 2a) , 增长率为- 24. 63 mm ( 10a) - 1. 20 世纪 60 年代到 70 年代初整体下降, 70 年代早期开
度. 德马而顿干燥 指数公式: I = R/ ( T + 10) , 式 中: R 为年降水量( mm) ; t 为年平均气温( ) . 由 图 2( d) , 20 世纪 60 年代干燥指数下降, 1970 年代 初以来回升至 1983 年, 之后迅速降低至 1990 年代 中后期达最低后又开始回升. 总体来看, 1980 年代
气候系统是非线性的, 其变化过程中可能存在 着不连续. 把突变的概念和突变理论应用于气候变 化研究是近代气候学一个新的研究方向, 它对于认 识气候变化的性质有重要意义[ 10] . 本文选用 M am
年代中期到 1980 年代中期有明显的增长, 1980 年 代中后期起径流持续减少( 图 2c) . 四季中, 秋季、 夏季的径流降幅较大.
第 32 卷 第 1 期 2 0 1 0 年 2月
冰川冻 土
JOU R NA L OF GL A CI OL OG Y A N D GEO CR YO LO GY
文章编号: 1000 0240( 2010) 01 0035 08
Vo l. 32 No . 1 F eb. 2 0 1 0
1961 2008 年若尔盖高原湿地的 气候变化和突变分析
中期以后偏旱明显. 同样的方法分析各季节的变化 情况, 秋冬季干燥指数的降幅最显著. 2. 3 其它要素变化
1961 2008 年间( 图 3) , 总云量持续减少; 低 云量在 1960 年代早期到 1970 年代中 期显著减少 后, 1970 年代中 后期开始逐渐递 增; 2002 年后总 云量出现回升, 低云量的增幅更显著.
minimum air temperatures ( c) and daily air temperature range ( d) in the Zoig wetland ( 1961 2008)
1期
戴 洋等: 1961 2008 年若尔盖高原湿地的气候变化和突 变分析
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升. 2. 2 降水量、蒸发量、径流量和干燥指数
收稿日期: 2009 09 20; 修订日期: 2009 12 14 基金项目: 中国气象局气候变化专项项目( CCS F2006 9) ; 国家重点基础研究发展计划( 973 计划) 项目( 2010CB428401) 资助
作者简介: 戴洋( 1977 ) , 女, 江苏盐城人, 助理研究员, 2006 年在中国气象科学研究院获硕士学位, 主要从事陆面 过程与气候变化 研 究. E mail: daiyang@ cm a. gov. cn
摘 要: 利用 1961 2008 年若尔盖高原湿地境内的 5 个气象台站的逐月气象数 据和玛曲水文站的径流 数据, 分析了近 48 a 来若尔盖 湿地的气候变化趋势, 并应用 M K 方法、累积距平和滑动 t 检验对 年降 水量和平均气温的气候突变进行了检测. 结果 表明: 从 1960 年代 的冷湿期, 到 1980 年代 中期到 1990 年代中后期的冷干期, 再到 1990 年代末起增暖迅速进入暖干期, 若尔盖湿地气 候呈现较明显的暖干化 趋势: 一方面, 总云量持续减少, 日照 时数上 升, 平均 气温明 显上 升, 气温日 较差 逐渐 减小; 另一 方 面, 降水量、蒸发量、径流量总体都呈减少趋势, 干燥指数也逐渐降低. 秋季是若尔盖高原湿地气候发 生暖干化最明显的季节, 气候变暖主要是平均最低 温度显著升 高的贡献. 日较差 是蒸发量 变化的最 重 要的影响因子, 但低云 量、气温、日 照等 的作 用 也不 能忽 视. 年平 均气 温和 降水 量分 别 在 1997 年 和 1985 年发生突变, 分别转为迅速增暖和持续减少 . 关键词: 若尔盖湿地; 气候变化; 气候突变 中图分类号: P467 文献标识码: A
( 10a) - 1 ) . 1991 1997 年 间, 年平
均气温的显著偏冷同样出现在春冬季的变化中, 即
1990 年代的偏冷主要是由于冬季和春季的贡献. 年
平均 0 cm 地温的变化形势整体与气温较为接近, 增
长率为 0 174 ( 10a) - 1( 图 1b) ; 也同样是秋季和
夏季对年变化起了主要贡献, 而春季地温下降.
玛曲水文站控制着若尔盖湿地的出水量. 根据 玛曲站的逐 月资料, 1961 2008 年若 尔盖湿地 的 径流量增长 率是- 9. 32 m 3 ( 10a) - 1 , 其中 1970
由于总云量减少, 全年日照时数增长( 3 55 h ( 10a) - 1) , 四季中以秋季和夏季的增幅最大. 平 均风速 在经历 了 1960 年代后 期的显 著增长 以及 1970 年代初的逐步回落后, 整体变化比较平稳, 略 呈增加趋势, 变化率为 0 062 m s- 1 ( 10a) - 1 . 2. 4 气候突变
的缓冲外, 还通过对碳循环等地球生物化学作用施 加影响. 然而, 一方面大片湿地被人为开发, 另一 方面, 全球 变暖也使得 湿地退化 的情况进 一步恶 化. 因此, 全世界许多重要湿地急剧丧失, 引发了 严重的环境后果.
若尔盖高原湿地 是我国分布集中的泥炭沼泽 区, 也是世界上面积最大的高原湿地, 它同时还是 我国黄河上游主要的水源地. 近几十年来, 由于人 为干扰、全球变暖等因素的共同影响, 若尔盖湿地 面积在不断减少; 这不但给当地的生态环境产生了 严重的影响[ 5- 8] , 而且也是黄河上游径流近十余年 来持续减少的主要原因之一. 有必要对该地区近几 十年来气候变化的具体情况和原因进行研究, 这也 是对若尔盖湿地生态环境变化等相关研究的必要前 提. 杨永兴[ 6] 、雍国玮等[ 7] 和王长科等[ 8] 对若尔盖 湿地资源的研究中, 也涉及到了若尔盖湿地上的气
入一段显著偏冷阶段直至 1997 年, 1998 年起转为
迅速增暖期( 图 1a) . 气温变化有明显的季节差异,
秋季、夏季的增幅较大( 分别为 0 434 ( 10a) - 1
和 0 32
( 10a) - 1 ) , 并且从 1970 年代中期后都
呈持续上升之势; 四季中只有春季气温整体呈降幅
( - 0. 113
( 10a) - 1 . 可见,
1961 2008 年年平均气温的上升, 主要是平均最低
温度的贡献. 由于最高温度上升幅度微弱、最低温度
明显上升. 因此, 气温日较差呈减小趋势( - 0. 238
( 10a) - 1 , 图1d) , 但 1990年代 后期以来有所回
图 1 1961 2008 年若尔盖高原湿地温度的年际变化 Fig. 1 Variations of the anomalies o f mean air temperature ( a) , mean 0 cm soil temperature ( b) , max imum a90 年代初, 年平均
最高温度在波动中下降, 之后变为明显上升, 增温迅
速. 平均最低温度的变化趋势与平均温度的变化更
为接近, 1960 年代下降后, 整体呈波动中不断上升
之势, 其中 1990 年代显著偏低. 二者的增长率分别
为 0 009
( 10a) - 1 和 0 263
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冰
川
候变化情况, 指出其变暖趋干, 但总体来说研究比
较粗略, 且多限于定性范畴. 鉴于此, 本文拟进行
一些研究, 分析讨论 1961 2008 年若尔盖 湿地气 候变化的具体情况和发展趋势, 并用不同方法检验
了气候突变的情况.
1 资料和分析方法
选取若尔盖湿地境内的 若尔盖、阿坝、红原、
郎木寺、玛曲等 5 个气象站的逐月气象资料和玛曲 水文站的径流数据进行分析. 气象数据来自国家气 象信息中心, 资料比较完整, 对于个别缺测值, 以 缺测时刻前后相邻时步的值进行线性插值. 为了减 少单站记录的不确定性, 取 5 站资料作区域平均. 进行区域平均前, 首先分析了 5 个站点的各要素多 年资料的相关性, 结果表明相关系数都比较高( 本 文略去) , 均能通过信度为 = 0 01 的 t 检验, 证明 这 5 站处于在同一气候区中, 5 站平均能够代表整 个若尔盖湿地的气候特征. 在相关分析的基础上, 以 5 站的算术平均来代表该湿地的平均气候状况, 整理得到 48 a 资料( . 用区域平均的年、季值减去 1971 2000 年 30 a 相应的气候平 均值, 获 得各要 素相应的距平值, 其中各季节的划分以天文划分方 法. 以下分析, 除特别说明外, 都是基于距平值展 开. 以此为基础, 建立了各要素的年、季气候变化 序列, 采用一元回 归分析方 法分析了 若尔盖湿 地 1961 2008 年的气候变化趋势, 以及季、年际、年 代际的变化特点; 用距平曲线法分析气候变化的阶 段性; 用 M an Kendal l 方法、累积距平统计量和滑 动 t 检验方法[ 9] 进行气候突变分析.