氣候變化背景下中國干濕半干旱標(biāo)志線波動

氣候變化背景下中國干濕半干旱標(biāo)志線波動

中國沿海地區(qū)的氣候變化短期氣候研究在全球變化研究中發(fā)揮著重要作用。特別是十年至幾十年的氣候變化對全球和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響。全球氣候變暖,這已是確定無疑的事實(shí)。在氣候變暖的情況下,全球水循環(huán)以及水量、水的分布也會發(fā)生相應(yīng)的變化,有的地區(qū)在變濕,有的地區(qū)在變干。中國各地的干濕變化又如何呢?長期以來,中國的水量分布一直是北少南多,西少東多,北方地區(qū)由于其地理位置、距海遠(yuǎn)近不同等因素形成了干旱半干旱氣候,氣候的干濕變化對該地區(qū)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生活具有巨大的影響,因此有關(guān)北方地區(qū)降水量變化規(guī)律的研究一直是中國氣象界所關(guān)注的重大研究課題,特別是國家實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略和南水北調(diào)工程提到日程上以來,有關(guān)研究方興未艾。楊建平等指出干濕氣候標(biāo)志線的波動能直觀明了地反映某個地區(qū)氣候的干濕變化。但有關(guān)中國干濕氣候標(biāo)志線波動的研究并不很多,主要集中研究干旱、半干旱標(biāo)志線年際、年代際的波動情況,張?zhí)m生認(rèn)為104、103、10a3種尺度下季風(fēng)尾閭區(qū)的空間擺動幅度分別達(dá)到800km、400km、200km。但對標(biāo)志線各季節(jié)的波動情況沒有涉及,本文旨在研究半干旱標(biāo)志線季節(jié)的波動情況及其與年的情況的異同,進(jìn)而揭示我國北方地區(qū)干旱半干旱化的趨勢。1數(shù)據(jù)處理和想法1.1資料來源及降水季節(jié)資料取自中國551個測站1961～2000年的逐日降水資料,四個季分別為:冬季為上一年的12月與當(dāng)年1月和2月,春季為3～5月,夏季為6～8月,秋季為9～11月。1.2半干旱標(biāo)志線的確定陳仲全等指出用年平均降水量作為中國干旱氣候的劃分標(biāo)準(zhǔn),200mm以下為干旱區(qū),200mm～450mm為半干旱區(qū)。韓永翔1等指出,其中年降水量400mm分界線不但是我國農(nóng)牧業(yè)的分界線,也是林業(yè)的分界線。小于400mm以牧業(yè)為主,大于400mm以農(nóng)業(yè)為主,可以發(fā)展林業(yè)。因而400mm等降水量線是反映干旱化最為敏感的指示器之一,它的波動,必然使當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)體系包括土壤相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)400mm等降水量線東南移時,氣候向干旱化發(fā)展;當(dāng)其西北移時,氣候向反干旱化發(fā)展。因而本文取400mm等降水量線做為年的半干旱標(biāo)志線,其經(jīng)內(nèi)蒙古草原上的錫林浩特、呼和浩特,走向蘭州,成為半干旱區(qū)與濕潤區(qū)的分界線,本文半干旱濕潤分界線的劃分與慈龍駿采用國際上慣用的C.W.Thornthwaite經(jīng)驗(yàn)公式定義的濕潤指標(biāo)劃分的干濕氣候分布基本一致,由此說明本文劃分結(jié)果是合理可信的,并與國際上目前劃分干旱區(qū)的方法相一致。依據(jù)年的半干旱標(biāo)志線的多年平均位置我們分別取得春、夏、秋、冬各季的半干旱標(biāo)志線(如表1)。通過分析標(biāo)志線位置的變化來揭示半干旱區(qū)的移動發(fā)展趨勢。2半干旱區(qū)降水面積和移動2.1干旱半干旱區(qū)的轉(zhuǎn)干“基肥”,在中國領(lǐng)圖1為各年代平均年降水量400mm等值線分布圖,其中粗黑線是90年的,它自東北橫貫中國至西南,將中國區(qū)分成干旱區(qū)和非干旱區(qū)近乎各半。分析發(fā)現(xiàn):四個年代的400mm等值線在河套地區(qū)(圖1a)和東北地區(qū)(圖1b)有一個明顯的變化,其它地區(qū)變化很少(四根線基本重合)。在河套變化區(qū),四根線呈東北—西南走向,向西南交匯于蘭州附近,向東北交匯于張家口附近。另外,70年代(點(diǎn)劃線)和80年代(短劃線)在陜西榆林附近還有一交點(diǎn),總的來看,四根線隨著年代的變化依次向東南推進(jìn),只是在陜西榆林與蘭州之間70年代到80年代有往復(fù)。這表明河套區(qū),在1961～2000年四個年代中半干旱區(qū)逐步東南移動,表現(xiàn)為干旱化逐漸向東南擴(kuò)展,僅在陜西榆林與蘭州之間80年代相對70年代一度轉(zhuǎn)濕,但從四個年代的總體來看,該地區(qū)也是轉(zhuǎn)干的,降水量在逐年減少。這與楊建平等的研究成果相符,只是在區(qū)域的劃分上有所不同,其將本文中的河套區(qū)又分成西北區(qū)東部與華北區(qū)西部兩部分。徐國昌在其著作中亦指出,近40a左右干旱區(qū)降水量增加和半干旱地區(qū)(不包括東北)降水量減少是我國干旱半干旱地區(qū)當(dāng)代降水量變化的最基本、最主要的特征。在東北變化區(qū),與河套區(qū)不同,從60年代到90年代的總體來看標(biāo)志線移動不顯著,如果以細(xì)實(shí)線、短劃線、粗實(shí)線在吉林省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)三省交界處的交點(diǎn)所在緯線為分界線,那么分界線以北的地區(qū)(即東北區(qū)北部)則稍轉(zhuǎn)濕,粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向西退縮,只是幅度不大;分界線以南的地區(qū)(即東北區(qū)南部)標(biāo)志線移動較顯著,尤其是119°E以西的一段粗實(shí)線,拋開其他標(biāo)志線向北有個躍進(jìn),這表明在該處60、70、80年代干濕態(tài)是穩(wěn)定的,90年代卻顯著轉(zhuǎn)濕。從各個年代來看則是呈現(xiàn)振蕩的特征,即70年代相對60年代轉(zhuǎn)濕,80年代相對70年代轉(zhuǎn)干,90年代相對80年代又轉(zhuǎn)濕。然而,各年代振蕩的幅度有所不同,其中北部地區(qū)60年代到70年代、70年代到80年代有較大的變化;南部地區(qū)80年代到90年代變化最大。2.2粗實(shí)線和細(xì)實(shí)線轉(zhuǎn)干的自然過程圖2為各年代平均冬季降水量8mm等值線分布圖,其中粗黑線是90a的,它自東北橫貫中國至西南,將中國區(qū)分成干旱區(qū)和非干旱區(qū)近乎各半。從圖上我們可以看到,標(biāo)志線主要在三個地區(qū)有明顯變化:河套區(qū)(圖2a)、東北區(qū)(圖2b)、新疆區(qū)(圖2c)。在河套區(qū),70年代是轉(zhuǎn)濕的(點(diǎn)劃線相對細(xì)實(shí)線向西北退縮),80、90年代都是轉(zhuǎn)干的(點(diǎn)劃線、短劃線、粗實(shí)線大體上依次向東推進(jìn)),總的來看,標(biāo)志線以延安為界(粗實(shí)線與細(xì)實(shí)線相交于此),分為東西兩部分,東部呈南北向,粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向東移動,說明河套延安以東地區(qū)這40a來冬季是轉(zhuǎn)干的,半干旱區(qū)向東推進(jìn),只是移動得不如年的明顯;西部呈東西向,粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線北抬,說明河套延安以西的地區(qū)這40a來冬季在轉(zhuǎn)濕,半干旱區(qū)向北有所收縮。在東北區(qū),四根線彼此多處相交,即同一年代各地區(qū)干濕狀況不一致,但總的來看,東北區(qū)冬季這40a來是轉(zhuǎn)濕的,但不十分明顯。在新疆區(qū),四根線大體呈東～西走向,由東向西呈輻射狀,從各個年代來看,與東北區(qū)年的情況相似,如果把干濕狀態(tài)做為二位相,二者在位相間均存在著振蕩,而且振蕩的方向亦相同,即70年代相對60年代轉(zhuǎn)濕,80年代相對70年代轉(zhuǎn)干,90年代相對80年代又轉(zhuǎn)濕,總的看新疆區(qū)冬季40a來是轉(zhuǎn)濕的,半干旱區(qū)向沙漠地帶收縮。除了上述三區(qū)有明顯變化外,青、藏及川、藏兩省交界處各有一明顯變化區(qū),其中青、藏兩省交界處細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線、短劃線、粗實(shí)線依次向西北擴(kuò)展,這說明該區(qū)冬季40a來始終是轉(zhuǎn)濕的,但由于兩區(qū)測站稀少,又與本文主旨相關(guān)不甚密切,故不予詳細(xì)討論。2.3轉(zhuǎn)干的區(qū)域圖3為各年代平均春季降水量50mm等值線分布圖。分析發(fā)現(xiàn),四個年代的50mm等值線在河套區(qū)(圖3a)、東北區(qū)(圖3b)、河西走廊區(qū)(圖3c)有明顯的變化。除了以上這三個區(qū)域,其它地區(qū)變化很少(四根線基本重合),這四根線在蘭州、張家口附近各有一個交點(diǎn),分別成為河套區(qū)與河西走廊區(qū)、東北區(qū)的分界點(diǎn)。在河套區(qū),70年代相對60年代是轉(zhuǎn)干的,半干旱區(qū)向東大舉推進(jìn),移動最明顯的區(qū)域竟達(dá)500km,80年代相對70年代則是轉(zhuǎn)濕的,半干旱區(qū)幾乎又恢復(fù)到60年代的位置,90年代相對80年代又是轉(zhuǎn)干的?？偟目?這40a河套區(qū)春季是轉(zhuǎn)干的,半干旱區(qū)向東有所推進(jìn),只是沒有年的情況明顯,另外,60年代到70年代,河套區(qū)春季干旱化最明顯(點(diǎn)劃線向東推進(jìn)較多,將細(xì)實(shí)線遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后)。在東北區(qū),與年的情況相似,細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線、粗實(shí)線亦相交于吉林省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)三省的交界處,則在該處將東北區(qū)劃分為南、北兩部分。60、70、80年代東北區(qū)是逐漸轉(zhuǎn)濕的(細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線、短劃線依次向西收縮),90年代相對80年代是轉(zhuǎn)干的?？偟膩砜?這40a來東北區(qū)春季,南部是轉(zhuǎn)濕的(粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向西北縮進(jìn)),北部是轉(zhuǎn)干的(粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向東推進(jìn))。另外,細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線、粗實(shí)線在121°E以西,45°N以北,烏蘭浩特附近存在一個與國界相交、相對獨(dú)立的橢圓型變化區(qū),短劃線被變化區(qū)分為南北兩部分,40a來,該變化區(qū)是逐漸西南移的,但范圍變化不明顯,表明這一地區(qū)的東北部春季是逐漸轉(zhuǎn)干的,而西南部卻在逐漸轉(zhuǎn)濕。在河西走廊區(qū),四根線在河西走廊處拐了一個彎,形成了一個半閉合的、呈西北-東南走向的幾字形區(qū)域,如果以干濕態(tài)做為位相,河西走廊區(qū)春季這40a在二位相間存在著振蕩,在圖上則表現(xiàn)為:幾字形區(qū)域交替進(jìn)行著放大、縮小。從各部分看,101°E以西的河西走廊西部地區(qū),標(biāo)志線變化非常明顯,如前所述,存在著以干濕態(tài)做為位相的振蕩,總的來看是轉(zhuǎn)干的,粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向河西走廊腹地收縮;101°E以東的河西走廊東部地區(qū),干濕化不明顯,四根標(biāo)志線基本重合?？偟膩砜?與河套區(qū)變化相一致,這40a河西走廊區(qū)春季是轉(zhuǎn)干的(粗實(shí)線被細(xì)實(shí)線所包圍)。2.4基層轉(zhuǎn)干、轉(zhuǎn)干的基本格局圖4為各年代平均夏季降水量250mm等值線分布圖。分析發(fā)現(xiàn):四個年代的250mm等值線存在河套(圖4a)、東北(圖4b)及河西走廊(圖4c)三個明顯變化區(qū)。在其他區(qū)域變化不明顯。在河套區(qū),與年的情況相似,但移動不如年顯著,且4根線彼此有多處相交,從4個年代的總體來看,仍然是轉(zhuǎn)干的,半干旱區(qū)不斷東移擴(kuò)大,而且向東分離出三個閉合的區(qū)域,位于呂梁山中部的閉合區(qū)域,隨著年代的變化不斷擴(kuò)大,而位于陜西咸陽和山西運(yùn)城附近的半干旱閉合區(qū)域,隨著年代的推移變化不明顯(各線基本重合),以上分析表明呂梁山中部地區(qū)40a來夏季正逐步變干,陜西咸陽和山西運(yùn)城附近的半干旱區(qū)域夏季降水量相對周邊地區(qū)較少,但從兩地區(qū)本身來看,40a來夏季轉(zhuǎn)干趨勢不明顯,是穩(wěn)定的。在東北區(qū),與年的情況相似,從4個年代的總體來看變化不顯著,略為變濕。在東北區(qū)較南的部分,70和80年代較干,而60和90年代較濕。在河西走廊廣袤的干旱半干旱地區(qū)間有一閉合的濕潤區(qū),隨著年代的變化,不但沒有縮小消失,反而不斷擴(kuò)大,并與東部的濕潤區(qū)相連(細(xì)實(shí)線閉合,粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線閉合區(qū)有所擴(kuò)大并不再閉合)。這表明河西走廊近40a來夏季降水量是增加的,在不斷轉(zhuǎn)濕。2.5轉(zhuǎn)干線與粗實(shí)線的關(guān)系圖5為各年代平均秋季降水量70mm等值線分布圖。我們分析發(fā)現(xiàn):該圖與各年代平均春季降水量50mm等值線分布圖相似,亦存在河套(圖5a)、東北(圖5b)、河西走廊(圖5c)三個明顯變化區(qū),四根線在蘭州、張家口附近各有一個交點(diǎn),分別成為河套區(qū)與河西走廊區(qū)、東北區(qū)的分界點(diǎn)。在河套區(qū),細(xì)實(shí)線與點(diǎn)劃線相交于毛烏素沙漠地區(qū),即是說,70年代相對60年代,交點(diǎn)以南是轉(zhuǎn)干的,交點(diǎn)以北則是轉(zhuǎn)濕的,80、90年代都是轉(zhuǎn)干的(短劃線、粗實(shí)線相對點(diǎn)劃線依次向東推進(jìn))。總的說,這40a河套區(qū)秋季是轉(zhuǎn)干的(粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向東推進(jìn))。在東北區(qū),4根線彼此多處相交,這表明東北區(qū)在同一年代里干濕化不一致,按年及春季的劃分方法,大體上可將其在吉、黑、內(nèi)蒙古三省交界處劃分為南、北兩部分,南部僅在119°E以西轉(zhuǎn)濕較明顯,粗實(shí)線相對其他標(biāo)志線向北有個躍進(jìn),只是不如年的情況顯著,南部其他地區(qū)干濕化不明顯(粗實(shí)線與細(xì)實(shí)線基本重合);北部40a里是轉(zhuǎn)濕的(粗實(shí)線相對細(xì)實(shí)線向西縮進(jìn)),與春季的情況正好相反。在河西走廊區(qū),與春季、夏季的情況相似,四根線在此處拐了一個彎,形成了一個半閉合的、呈西北-東南走向的幾字形區(qū)域,70年代相對60年代是轉(zhuǎn)濕的(點(diǎn)劃線相對細(xì)實(shí)線是擴(kuò)展的),半干旱區(qū)向西收縮,80、90年代都是轉(zhuǎn)干的(短劃線、粗實(shí)線相對點(diǎn)劃線是向東挺進(jìn)的),半干旱區(qū)向東擴(kuò)展,總的來說,40a里河西走廊區(qū)秋季是轉(zhuǎn)干的(粗實(shí)線被細(xì)實(shí)線所包裹),與春季的情況相同,而與夏季的情況相反,這正說明了河西走廊區(qū)為什么在春、夏、秋季的變化是明顯的,而全年的變化卻是不明顯的。3干旱化的季節(jié)分布由對1961～2000年這40a標(biāo)志線移動的分析,可得到如下主要結(jié)論:(1)全年,在河套區(qū)半干旱區(qū)逐步東移擴(kuò)大,呈現(xiàn)干旱化趨勢,而東北區(qū)北部則稍轉(zhuǎn)濕,南部卻明顯轉(zhuǎn)濕,年的干旱化主要發(fā)生在河套地區(qū)內(nèi);(2)冬季,新疆區(qū)、河西走廊區(qū)在轉(zhuǎn)濕,半干旱區(qū)不斷縮小;相反,河套區(qū)在轉(zhuǎn)干,半干旱區(qū)向東有所推進(jìn),只是移動得不如年的明顯;春季,河套地區(qū)與河西走廊區(qū)總體上都是轉(zhuǎn)干的,但都不如年的情況明顯;夏季,新疆區(qū)、河西走廊區(qū)降水量在逐年增加,并不斷轉(zhuǎn)濕,東北區(qū)與河套區(qū)的變化不顯著;秋季,河套區(qū)、河西走廊區(qū)是轉(zhuǎn)干的,降水量在逐年減少。河套區(qū)、東北區(qū)、河西走廊區(qū)的全年及各