河西走廊平原区2000—2020年气温与降水变化_钟凌飞.pdf

第 43 卷 第 2 期2023 年 3 月中国沙漠JOURNAL OF DESERT RESEARCHVol.43 No.2Mar.2023钟凌飞，张丽华.河西走廊平原区20002020年气温与降水变化 J.中国沙漠，2023，43（2）：264-270.河西走廊平原区20002020年气温与降水变化钟凌飞，张丽华（西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070）摘要：中国西北干旱区气候暖湿化已经引起了广泛关注，但这一现象变化的幅度、趋势以及其在空间上的表现仍有待进一步的研究。河西走廊位于中国西北干旱区的东段，是“一带一路”重要区域。选择位于河西走廊平原区的武威、民勤、永昌、张掖、临泽、高台、酒泉7个站点，分析了20002020年气温、降水变化特征。结果表明：平均气温上升了0.53/10a，呈由东向西呈增加幅度减小的趋势；平均最高气温变化率为0.22/10a，平均最低气温的变化率为0.40/10a。20002020年年降水量没有出现显著的变化趋势，但年际波动增大。年20 mm降水量为16.1 mm，占年降水量的10.90%。近20 a不同降水事件发生频率、对降水量贡献、降水日数总体上变化不大。河西走廊东段气温增加幅度大于西段，但降水量变化在东段和西段差别不大。总体看，近20 a河西走廊气候有变暖趋势，但变湿趋势并不明显。关键词：河西走廊；气温；降水；降水事件；降水日数；暖湿化文章编号：1000-694X（2023）02-264-07 DOI：10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00099 中图分类号：P404 文献标志码：A0 引言 全球正在经历着大范围和快速的变暖过程1，全球变化引起的气温升高一直是国际关注的热点问题。根据IPCC第五次工作报告，近40 a以来全球气候变暖加速，地表温度持续升高，尤其是21世纪前10 a，气温是近1 400 a内最高的2-3。其中中国西北地区的温度升高较为迅速，高于全球平均速度4-7。全球气温变化也会引起降水发生变化，随着全球变暖的持续，大部分陆地降水强度增强，极端降水量普遍呈现增加的趋势8。施雅风等9研究表明，中国西北干旱区存在由暖干向暖湿方向转变的趋势，20世纪后期西北地区降水存在增多的现象。气温和降水变化会对生态系统保护、生态环境建设和农业生产产生影响，但其影响程度仍有待进一步认识。姚俊强等10指出，中国西北干旱区地形、气候等因素十分复杂，生态环境脆弱，对气候变化响应十分敏感。王澄海等8认为，西北降水增加引起的“暖湿”是干旱区湿润程度的改善，并不会改变其干旱少雨的基本气候特征。西北地区降水的形式和性质都和中国东部地区有着根本的差别，降水增加主要是极端和短时对流降水的增加。河西走廊（36464249N，924410414E）位于甘肃省西部，东起乌鞘岭、西至甘新交界，南邻祁连山脉，北至内蒙古自治区，东西延伸长度达1 100 km，面积约27.6万km2，包括酒泉、嘉峪关、张掖、武威、金昌五市，是中国西北干旱区的重要组成部分，也是陆上丝绸之路的重要地段。地势南高北低，人类赖以生存的绿洲镶嵌在广袤的荒漠之中，形成荒漠、沙丘与绿洲并存的景观格局。发源于祁连山的黑河、石羊河、疏勒河3条内陆河是区域社会经济发展的重要水资源，保障着近500万人，使得河西走廊成为甘肃重要的农业生产基地和中国北方重要的生态屏障。气候干旱，降水稀少，许多地区年降水量不足200 mm，生态环境十分脆弱。因此，研究河西走廊降水和气温变化规律，预测变化趋收稿日期：20220304；改回日期：20220707资助项目：中国科学院战略性先导科技专项（A类，XDA23060304）作者简介：钟凌飞（1996），男，甘肃兰州人，硕士研究生，主要研究方向为自然地理学。E-mail：通信作者：张丽华（E-mail：）第 2 期钟凌飞等：河西走廊平原区20002020年气温与降水变化势，对区域生态环境的保护、社会经济的发展都有着重要的意义，也对生态环境脆弱地区的水资源利用、保护有着现实价值。关于河西走廊气候变化已有大量研究。高学杰等11研究表明，在CO2倍增的情况下，包括河西走廊在内的西北地区的气温与降水呈现明显增加的趋势。李栋梁等12研究表明，西北干旱区的气候在2000年以前已经有明显的变暖趋势，降水有西多东少的趋势，其中河西走廊地区降水量增加约 12%。林纾等13的研究表明，河西走廊等地区的暖湿化在21世纪开始的10 a十分显著。贾文雄等14分析了近50 a河西走廊平原区域的气温与降水变化，发现这一地区年平均气温年际变化在20世纪60年代以后存在波状上升的趋势，降水年际变化则存在明显的区域差异性，东部与西部的降水增加不同步，且东部增加明显。在孟秀敬等15对近57 a河西走廊地区气温与降水数据的分析中，研究区的气温在19552012年有显著的上升趋势，且高于全球平均气温上升幅度；区域整体降水同样存在显著增加趋势，21世纪前10 a总体降水量偏丰，但各个流域降水增加趋势不显著。降水变化不仅包括降水量的变化，还包括降水事件及间隔期的变化等，张立杰等16研究了黑河流域19502000年的降水数据，发现黑河中上游地区5 mm的降水较多，约占全年总降水日数的80%，且多年来变化趋势不明显。王秀娜等17发现19602017年河西走廊地区的降水日数存在显著上升趋势，其中1025 mm级的中雨日数与总降水量相关性最强。但是近20 a来河西走廊气温、降水变化特别是不同降水事件变化的研究仍然较少。河西走廊气候主要受西风带和季风带相互作用，在东西约1 000 km的跨度上，季风影响的范围和强度在年际间存在变异，本文选择从河西走廊东段的民勤到西段的酒泉，研究近20 a来气温和降水的变化特征，特别是研究不同级别的降水变化特征，以期为认识近期河西走廊地区降水和气温变化规律，服务区域生态管理和建设。1 研究区概况与研究方法 本文的研究区为河西走廊平原区，数据来自张掖、高台、临泽、酒泉、永昌、武威、民勤 7个气象站（图1），其中除临泽站外的6个气象站均选用当地地面气象站数据。这些气象站的逐日气温与降水资料来自中国气象数据网（），微量降水未统计在内，时间从2000年1月1日到2020年12月31日。临泽县的气象数据则来自中国生态系统研究网络临泽内流河流域研究站（以下简称临泽站）收集的气温与降水数据，时间从2005年1月到2018年12月31日。对于个别站点个别日期内缺失的气温数据做出插补，降水量按照 05、510、1020、20 mm几个等级并分别进行统计。采用线性回归的方法对各地的气温与降水变化趋势进行描述，并使用Mann-Kendall趋势检验对变化的显著性进行检验，此外还使用Theil-Sen estimator估算气温与降水数据变化的速率。利用上述方法对研究区7个气象站近20 a气温和降水年际变化的趋势进行了检验，其中降水分为不同降水量等级分别检验。同时，本文比较了相距30 km左右的高台站（绿洲内部）和临泽站（绿洲边缘）气象站气温与降水变化的差异，旨在分析降水和气温变化是否受气象站所处绿洲位置的影响。2 结果分析 2.1气温变化20002020年河西走廊7个气象站点的多年平均气温是8.5，其中民勤站为最高值9.6，永昌站为最低值6.1 （表1）。永昌站的多年平均气温最低，可能与海拔高于其他站点有关。除临泽站（地处绿洲边缘）外，其余6个站点20002020年多年平均气温增长率为0.53/10a（P0.05），远高于IPCC第五次工作报告中全球19512012年平均增温速率0.12/10a13，说明近年气温仍在不断升高。图1研究区气象站点位置分布Fig.1Distribution of meteorological stations in the study area265中国沙漠第 43 卷其中武威站近20 a气温变化率仅为-0.01/10a，存在一定异常，因此采用20002018年的数据分析，武威站的增长率为0.51/10a（P0.05）；民勤站增长率为0.56/10a（P0.05）；永昌站2018年前的气温增长率为0.54/10a（P0.05），但与武威数据出现类似问题，即2018年后观测数据明显偏低，导致近20 a增长率为0.24/10a，增长趋势不显著；张掖站20002018年气温增长率为0.50/10a，但与武威、永昌类似，2019年后气温观测数据偏低，导致近20 a气温增长率为0.29/10a；高台站气温增长率为 0.48/10a（P0.01）；酒 泉 站 气 温 增 长 率 为0.25/10a，增长趋势并不显著；临泽站是非气象部门的站点，处在绿洲边缘，仅有14年观测数据，气温增长率为0.15/10a，虽存在微弱的上升趋势，但增长趋势不显著。从总体空间分布来看，在河西走廊选择的这7个站点近20 a的气温增长率大致具有东南高西北低的趋势，这与之前的研究结果相符15。但武威、永昌、张掖2018年后出现气温明显下降，若将这些数据不作为异常数据，则研究区近20 a平均气温增长率为0.25/10a。研究区各站20 a最高气温多年平均值分别是武威站16.4、民勤站16.9、永昌站13.3、张掖站16.7、高台站17.0、酒泉站15.7，临泽站仅有14年观测数据，为16.9。除临泽站外，研究区域其余站点的平均最高气温变化率为0.22/10a，趋势不显著。但各个站点的变化趋势有明显差异，例如武威站为0.35/10a（P0.05）、民勤站为0.45/10a（P0.05）、永昌为-0.31/10a，变化趋势性不显著；张掖站为0.21/10a，变化趋势也不显著；高台站为0.53/10a（P0.01）、酒泉站变化率为0.12/10a，变化趋势不显著；临泽站的变化率为0.6/10a，变化趋势同样不显著。河西走廊7个站点20 a的最低气温多年平均值分别为武威站3.0、民勤站3.2、永昌站0.0、张掖站1.7、高台站2.0、酒泉站2.0、临泽站1.6。民勤站最大为3.2，永昌站最小为0.0，除临泽站以外的其他站点20 a来平均最低气温的平均变化为0.40/10a，总体趋势显著（P0.05）。武威站的平均最低气温2018年前出现极强的增加现象，变化率为 1.1/10a，且平均气温为 3.45，在20182020年则出现剧烈降温，平均温度迅速下降至0.48，导致武威站21 a整体最低气温变化幅度不显著；民勤站为0.77/10a，气温升高趋势非常显著（P0.01）；永昌站为 0.46/10a，趋势同样显著（P0.05）；张掖站最低气温变化趋势并不显著，为0.33/10a；高台站趋势极其显著，气温增长速率为0.49/10a（P0.01）；酒泉站为0.33/10a，平均最低气温增长趋势同样显著（P0.05）；但是临泽站在20052018 年平均最低气温的变化几乎没有趋势性。高台和临泽站相距30 km，高台站位于绿洲内部，临泽站位于绿洲边缘，我们分析了两个站点同期的平均气温、最高气温和最低气温的变化，发现20052018年高台站的平均气温存在显著的增长趋势（P0.05），而临泽站的平均气温年际变化几乎没有任何趋势性，但两个站点同期的平均最高气温和最低气温都未呈现出显著趋势。2.2降水量变化趋势2.2.1降水特点河西走廊 7 个气象站除临泽站为 20052018年数据外，其他均为20002020年的数据，年降水表1 研究区气象站点气温和降水特征Table 1 Characteristics of air temperature and precipitation of meteorological stations in the study area气象站武威民勤永昌张掖高台临泽酒泉位置3755 N,10240 E3838 N,10305 E3814 N,10158 E3905 N,10017 E3922 N,9950 E3920 N,10007 E3946 N,9829 E海拔/m1 532.71 368.71 978.11 462.31 3