锡林郭勒盟干燥度时空变化特征

锡林郭勒盟干燥度时空变化特征

锡林郭勒盟气候特点锡林郭勒盟总面积为23003.04km2。这是中国最典型的牧场地区。由于面积广阔且东西跨度较大,自然地理条件的区域差异导致锡林郭勒盟由东向西跨越3个地带性植被类型——草甸草原、典型草原、荒漠草原和一个隐域性沙地植被类型——沙地草原。锡林郭勒盟气候条件比较严酷,在全球气候变化背景下,再加上日益增强的人类活动的干扰作用,区内气候的波动性较大。因此,在锡林郭勒盟这样的中等尺度区域内,研究气候的年内及年际变化特点,分析区域内部气候变化的空间差异和周期性变化规律,在深入研究的基础上进行区域气候预测,对草原可持续发展具有重要的理论意义与实践价值。1数据和方法1.1干燥度指标的选取本文数据采用的是内蒙古气象局整编的1960-2007年锡林郭勒盟及其周边17个气象观测站点月平均气温、月降水量统计数据。干燥度指数,在此特指气候干燥度,是表征一个地区干湿程度的指标,一般以某个地区水分收支与热量平衡的比值来表示。本文采用DeMartonne(1926)的干燥度计算方法:式中,Idm即DeMartonne干燥度,P为累积降水量(mm),T为平均气温(℃)。干燥度值Idm越大,代表气候越湿润,Idm越小,代表气候越干旱。干燥度值小于10则表明气候严重干旱,河流断流,农作物需要强制人工灌溉;干燥度值在10~30之间则表明气候中等干旱,河流暂时性有水,流量中等,植被类型为草原;干燥度大于30则表明气候湿润,河流常年有水,不断流,并水量充足,植被类型为森林。Idm因其计算简单,指标明确,数据易得,与植被和水分的对应性较强,且指标体系的生态学意义明确,比较适合在大尺度的研究中应用,特别是对农业生产有较好的指导作用,所以经常被用于气候区划上。在国内的实际应用中,Idm对我国的西北地区有较好的利用价值。1.2锡林郭勒盟不同生态地理区气温变化的对比研究本文采用小波分析方法,分析多年气温序列的周期性变化规律,并对锡林郭勒盟不同生态地理区气温变化的异同点进行对比研究。小波分析作为一种统计分析方法,同时具有数学意义上严格的突变点诊断能力,近年来被广泛应用于天气气候的多尺度统计分析。2结果分析2.1古内蒙古草原生态分区为了分析锡林郭勒盟不同生态地理区气候干燥度变化的异同点,参照内蒙古自治区资源系列地图—草场类型图中对内蒙古自治区生态分区的结果,并综合考虑气象站点的具体分布位置等,将锡林郭勒盟及其附近的站点归为不同生态地理区—荒漠草原区、典型草原区、草甸草原区和农牧交错区4类。2.2干燥度的周期特征本文通过小波变换,将一维要素降水序列变换成了以t和a为坐标的二维波幅w的图形。在波幅w的图形中,等值线的闭合中心对应于干燥度变化的中心(正值表示干燥度值升高,负值表示降低),小波系数的零点对应于干燥度的突变点。通过对二维w图象的分析得到干燥度随时间坐标、周期坐标而变的局部变化特征。通过编程计算得到一系列墨西哥小波系数,然后绘制降水序列的二维空间波幅等值线图,最后与matlab6.5中的小波分析工具箱分析的结果做比较来验证分析的正确性。荒漠草原区3个闭合中心强度为正负15,但闭合中心持续时间逐渐下降;典型草原区3个闭合中心强度为正负25,闭合中心持续时间也逐渐下降,且闭合中心的位置逐渐向下偏移,表明典型草原干燥度有周期变短的趋势;草甸草原区第一个正的闭合中心强度为80,1982年左右的负闭合中心和1998年左右的正闭合中心强度为-60和60,且闭合中心正负60所持续时间逐渐下降;农牧交错区第一个正的闭合中心强度为150,而1984年左右的负闭合中心值虽然也达到-150,但持续时间仅1、2年左右,和2000年左右的正闭合中心强度仅为100。以上分析表明,锡林郭勒盟干燥度整体上呈现出极偏干期和极偏湿期持续时间变短特点,草甸草原区和农牧交错区还表现出干燥度值下降的趋势,说明以上两个区域气候的干燥程度在增加。在25—32a时间周期的尺度上,典型草原区和草甸草原区小波系数零点分别出现在1975、1990年和2006年附近,以此为界,两个区均经历了3个时期显著的交替变化:1960—1975年左右的偏湿润期、1975—1990年左右的偏干旱期、1990—2006年左右的偏湿润期,以周期规律推断,2006年以后,以上2个区已经进入偏干旱年份。在25—32a时间周期的尺度上,荒漠草原区和农牧交错区仅出现2个小波系数零点,即1976和1992年附近,以此为界,2个区均经历了3个时期显著的交替变化:1960—1976年左右的偏湿润期、1976—1992年左右的偏干旱期、1992年以后的偏湿润期,以周期规律推断,2007年以上2个区仍然处在偏湿润的年份,还未向偏干旱年份转换。以上分析表明:4个区的年干燥度具有准25-32a的年际变化周期,根据周期变化的特点可以推断,2007年以后的15a左右时间,4个区均总体上将出现气候比较干燥的状态,即未来15a左右的时间,整个锡林郭勒盟年干燥度保持较低水平。3清后期锡林郭勒盟干燥度的特征通过对气候干燥度的小波分析,1960—2007年锡林郭勒盟4个生态地理区年干燥度均呈现出明显的周期变化。在年际尺度上,25—32a时间尺度上有较明显的周期信号,形成正负相间的震荡中心。4个区年干燥度均呈现干湿交替出现的特点,偏湿年份出现在1965—1971年和1997—2000年左右,偏干年份出现在1982—1987年左右。锡林郭勒盟干燥度整体上呈现出极偏干期和极偏湿期持续时间变短特点,草甸草原区和农牧交错区表现出干燥程度增加的趋势。总体上推测,2007年以后的15a左右时间,锡林郭勒盟的4个生态地理区的气候均将呈现比较干燥的状态。Idm=P/(T+10)由各生态地理区年干燥度的小波分析图(见图1-4)可见,1960—2007年,年干燥度随