中国黄土高原气候系统主要特征

第!"卷增刊灾害学#$%&!"’$&()

&*))+ *))+年!)月,-./’01-23040(4/-56-1-78-9: ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

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中国黄土高原气候系统主要特征<

王毅荣!=*=尹宪志!=袁志鹏!

>!&中国气象局兰州干旱气象研究所=甘肃兰州=?@))*)A

*&甘肃省定西市气象局=甘肃定西=?+@)))B

摘要C分析了气候系统变化=结果表明C黄土高原气候系统中岩石圈和大气圈相互影响A大气

系统中降水量具有很明显的地域和季节性=降水年际变率大=时间变化上降水呈减少趋势=平均

每年减少*&D E E左右=下降速度高原东部明显快于西部=年降水存在*F+年左右的年际振荡A

年G季气温的年际变化全区以一致变暖为主=高原中部变化幅度大于周边=气温上升速度年平均

气温为)&*H IJ!)K=冬季升温最快=夏季升温最慢A干旱频繁G暴雨较多L

关键词C黄土高原A气候系统A特征

中图分类号C5+H!文献标识码C0文章编号C!)))M N!!O>*))+B()M))@"M)?

从*)世纪?)年代后期=大气科学研究取得一个突破性进展=人们认识到气候变化不仅是由于发生在大气内部的动力G热力过程所造成=更重要是由于受海洋G冰雪圈>包括冰川G 海冰和大陆上冰雪覆盖B G岩石圈>主要是山脉G陆面G土壤B G生物圈和人类活动影响这些圈组成了气候系统=气候系统是一个很复杂的系统L这些各不相同的P圈Q之间的相互作用可以形成月R季度G年际G年代际以及!))年以上时间尺度的气候变化S!T L 黄土高原位于黄河中上游和海河上游地区=东起太行山=西至日月山=南界秦岭=北抵鄂尔多斯高原=总面积D!&?万U E*=承载人口约!V!)N=包括河北西部=山西大部=陕西中北部=甘肃中东部=宁夏南部及青海东部等地S*T L根据地貌的形成过程和自然特征的差异=可分为四部分C陇中盆地=陇东G陕北高原=渭河地堑平原=山西高原L本文着重分析了黄土高原区域气候系统主要特征L

W黄土高原岩石圈特征

黄土高原除了一些裸岩的高山以外=基本上构成了连续的黄土盖层=堆积了H)F*))E厚的黄土=是一种细腻G均匀G颗粒大小只有!E E的几十之一的土质L黄土高原地形破碎=到处都是一条条深深的沟谷和土山L主要地形地貌是C陇东G陕北高原包括六盘山以东=吕梁山以西=渭河北山以北=长城以南的地区=是一个盆地型高原=长城内外广大地面发生由西北向东南掀斜式的整体抬升=并加大了长城以南的斜度=于是泾河G洛河与山陕之间的黄河

<收稿日起C*))+M)D M!?

作者简介C王毅荣>!"H?M B=男=甘肃定西人=在读研究生=主要从事天气气候G应用气象研究和计算机软件工程&

从三趾马红土堆积面切下!形成以渭河地堑谷为汇集的扇状水系"由于谷坡的不断扩展!谷地间的形态!有些成为面积或大或小的平台!有些成为长条形或椭圆形的丘陵"

在黄土堆积最厚的中心地区!泾#洛河中游#马连河和蒲河间有几片相对平坦的塬面!如董志塬#洛川塬等!陇中祖厉河中游#延水关到禹门口的黄河两侧#晋东南漳河中游等地保留部分窄条的$黄土残塬%"塬的顶面比较平整!四周受沟谷侵蚀!形成陡峻的边坡"目前!平整的黄土塬已残存不多!塬面已不及黄土覆盖面积的&’&("大部分地区已被分割成千沟万壑的丘陵沟壑区!其面积约占黄土高覆盖面积的)’&(!梁峁分布区地面非常破碎!丘陵顶部

面积小!很少超过*+,*!峁的面积仅有(-*.+,*左右"大体上!陇中梁多于峁!多见具有大

面的凹斜坡的长梁/陕北与晋西梁多于峁的比例较小!则以具有较大面积的凸斜形坡的短梁居多/在延水关以北的黄河沿岸及其较大支流的下游!梁#峁面积大致相等"

黄土高原被水蚀切割的程度和速度十分惊人"从地面分割度为*(01230!黄土丘陵沟

壑区一般可达42156+,’+,*"由于黄土结构疏松!抗蚀力差!垂直节理发育!极易崩塌!

加上植被覆盖很差!又多暴雨!侵蚀切割非常强烈"发源和流经这里的河流含沙量都很高!成为黄河泥沙的主要来源"每年进入黄河的泥沙相当于尼罗河#密西西比河#亚马逊河和长江2

条大河输沙量的总和"严重的水土流失!形成了黄土高原千沟万壑#光山秃岭#灾害频繁#地瘠民贫!使黄河

中游成为集中连片的贫困地区"每+,*平均每年冲走表土3((12((7

!肥土大量流失!耕地越种越薄"长期的水土流失!从根本上恶化了农业生产的基本条件"黄土高原地区经济发展与生态环境严重失调的局面由来已久!而且随着人口的增加!经济的发展!水土流失问题和资源紧缺的形势将更加严峻"

8黄土高原大气圈对岩石圈作用

在辽阔的中亚地区的中央部分!分布着大片砾石遍地的戈壁滩!在戈壁滩的外围!分布着哈萨克斯坦的卜拉库姆沙漠#中国境内的塔克拉玛干沙漠#巴丹吉林沙漠#腾格里沙漠!再向外!就是广布于中国黄土高原上的黄土"从戈壁!到沙漠!再到黄土!三种不同粗细的物质!由粗到细!由细到更细!大约呈同心圆的方式分布着"这个现象说明了中国黄土高原上的黄土是由大风把中亚#中国的戈壁和沙漠地区中的细土吹到黄土高原上的"形成黄土的当时气候是一种比较干旱的多风的环境!有利于黄土的搬运和堆积"同时!通过对不同地区的黄土颗粒的分析!可以看出黄土的颗粒越往东南方向越细!相反越接近沙漠地区就粗一些"青藏高原隆起最快的时间距今只有几十万年!与黄土形成时间大体相当"青藏高原是一片非常辽阔#非常高大的土地!必然会对地球上的大气流动产生影响"正是由于青藏高原的作用!才出现了中国的季风与中国西部的干旱区"中国黄土高原正好处在中国东部季风区与西部干旱

区之间!这种大环境!为黄土的形成创造了先决条件93:"黄土高原上主要的山有太行山#吕梁

山#六盘山等基本上是南北走向!与西风带风力输送的作用方向是一致的"

;黄土高原大气圈气候特征

;-<黄土高原降水特征

(2灾害学&)卷

!"#"#黄土高原区域降水特征

黄土高原是中国东部季风区向西部干旱区过度的地带$%&’从#()#*+,,,年的%,年中黄

土高原区域年平均降水为%)%"#--’区域分布.图#/状况是0降水量从东南向西北依次递减1在黄土高原东南部的宝鸡2洛川2孟津一带年平均降水在),,--以上1

阳泉2榆社2三门峡2西峰一线在33,--左右1高原中部的临洮2固原2吴旗2绥德2太原一带在%3,--左右1西宁2民和2榆中2同心一带大约在!3,--左右1靖远4海源4盐池一带大约在

+3,--左右1景泰2中卫2中宁一带5+,,--’年平均降水最大的地方在华山6!)--7次多

是五台山886"3--1最少的是中卫#6+"#--1次少的是景泰#6%"(--’

降水的季节性十分明显’总体夏季.)*6月/最多1占年降水的3%"691年降水少的地方夏季降水所占的比例高达339*),91年降水多的地方1夏季降水占%39左右:秋季.6*##月/占年降水的+3"691春季.!*3月/占8"89:冬季.#+*+月/最少仅占,",)9左右’可见黄土高原降水主要集中在夏季1冬季降水微乎其微1秋季多于春季’

降水的年际变化也很大1%,年中最多的年份区域平均为8,%"8--1

最少的年份区域平均为!+#"6--’各地降水变率.极大值与极小值之百分比/就整个高原.图+/来说1北部大1

南部小1都在+3,9以上’区域单点最小值为6+--1区域单点最大值为#+)!--’正距平与负距平的年份大致相当’+,世纪),年代平均降水量3,!"8--18,年代为%)#"#--16,年代为%)6",--1(,年代为%+6"8--1+,世纪),年代降水最多1(,年代降水最少’图#年均降水分布图+年均降水变率分布

降水变化趋势1由线性拟合斜率.降水序列与拟合函数值之间的相关系数通过,",3信度检验/描述’斜率分布由图!给出1从中看出高原降水呈减少趋势1平均每年减少+"3--左右1下降速度高原东部明显快于西部1山西高原一带最大1以;%--<=

的速度下降1陇东高原一带以5#"3--<=的速度下降1青海境内降水呈现增加的趋势’作物生长期.%*#,月/降水量递减率在4+--<=左右1冬季降雪量呈上升趋势1递增率在,",%--<=

左右’由年降水的>?@分解的第#特征向量.方差贡献为%%")%9/时间系数反映出1高原降水量最多的年份

是#()%1次多的是#()8年1#()#年居!位:最少的是#((8年1次少的是#()3年1#(8+居!

位’由作物生长期.%*#,月/降水的>?@分解的第#特征向量.差贡献为%)")#9/时间系反映出1作物生长期降水量最多的是#()%年1次多的是#()#年1#()8年居!位:最少的是#((81次少的是#(8+年1#()3居!位’

#%增刊王毅荣1等0

中国黄土高原气候系统主要特征

图!降水量变化趋势分布图"次区域划分

由冬季降水的#$%分解的第&特征向量’方差贡献为(")"*+,时间系数反映出-冬季降水最多的是&..&年-次多的是&../年-&.**年居!位0最少的是1///-次少的是&.2"年-&.2.居!位3

!)&)1黄土高原次区域降水特征

黄土高原区域内各地域年降水差异较大-根据高原区域年降水量之间相关程度的高低-把相关程度高的区域规划到一起3利用4#$%分解-将前"个空间模’累计方差贡献为*1)!/+,的分布图叠放在一起-发现空间模态等值区基本重合于/)2(的等值线’

表征相关程度,处-/)2(的等值线将黄土高原分成(个空间型’图",3黄土高原北部为&区-山西高原地带为1区-渭河平原地带为!区-陇中盆地为"区-六盘山地带为(区3对&5(区降水进行单因素方差分析-通过/)//&

的信度检验-表明各区都存在显著差异3&61区降水于在&.*.年左右发生变化-反映&.7/年以后降水向减少的趋势发展3!6"

区降水于&.7(年发生变化-&.72年以后减少-&.72年前后是1个明显的阶段3尤其!区降水在&.72年后的变化明显-降水显著减少-此后降水一直处于低值状态-表明在&.7(年左右发生明显转折3

在"/年的变化中-年降水存在15"年和7年左右的年际振荡和&(年左右和1(

年左右的年代际振荡3多雨期’转折前,-振荡强6年降水变幅大0少雨期’转折后,-振荡弱6年降水变幅小3转折后不仅降水量减少-而且降水量的变幅也减小3转折前后降水特征明显不同-各区降水量变率减小3&区的年降水的变化-在&.7/年代之前-年际振荡以1

年6"年67年左右的周期为主-振荡强6周期明显-尤其&.2(年左右明显呈现出1年67年左右的短周期振荡且振荡是近"/年来最强的0在&.7/年代之后-年际振荡有1年5"年左右的周期-但周期性明显程度下降6

振荡较弱-尤其&.7(年之后3在&.*/6&.7/年代短周期不明显-出现&(年左右长周期-但振荡不强3多雨期’&.7/年之前,-振荡强说明年降水变幅大-少雨期’&.7/年,-振荡弱说明年降水变幅小3这说明黄土高原&区降水量变率是减小的-转折’&.*.年左右,后不仅降水量减少-而且降水量的变幅也减小3转折前后降水特征明显不同31区降水具有"年67年左右的年际振荡为主-年代际振荡不明显3在&.2/年代年际振荡以"年67年并存-

此阶段年际振荡最强0&.*/年代年际振荡以"年为主-此阶段振荡较强0&.*(5&.7(年之间周期不明显-&.72年后存在"年年际振荡-振荡强度比以前明显减弱3!区降水的15"年和7年左右的1"灾害学&.

卷

年际振荡和!"年左右的年代际振荡并存#振荡不强$!%&’年之前周期复杂#

之后变为(年左右年际振荡和!"年左右的年代际振荡#周期比较单一$!%%"年后(年左右的年际振荡成为主

振荡#振荡加强)(区年降水存在*+(年和&年左右的年际振荡和*"年左右的年代际振荡)!%’,+!%-,年代(年.&年左右的周期明显振荡最强#而年代际振荡不明显)在!%-,年代后以

(年左右年际振荡为主#振荡减弱#在!%&"年左右出现*"年左右的年代际振荡)!+(

区年降水振荡的周期和强度阶段性明显)"区年降水振荡的比较零乱#周期和阶段性不太明显)/01黄土高原气温特征

高原区域年平均气温为&0&2#春季为!,0,2#夏季为*,0%2#秋季为&0&2#冬季为3(0’2)各地气温的差别主要在拔海高度的不同#经度和纬度而造成的差别不大)对年.季平均气温进行456分解#表!给出第!特征向量方差贡献率#反映出第一特征向量已概括了场的主要信息)第一特征向量空间分布是一致的正值#大值区在高原中部#反映出年.季气温的年际变化全区一致程度很高#高原中部变化幅度最大)由456第一特征向量时间系数及其7阶主值函数曲线反映出年.季气温上升很明显)图"给出年气温456第一特征向量时间系数及其7阶主值函数曲线#看到年均气温变化趋势在!%&(年后明显上升趋势#%,年代上升最突出)同理分析发现#夏季气温在!%&,年为最低值点#之后时间系数持续上升$冬季变化自!%’(年后缓慢上升)

图"年均气温456

!时间系数及其7阶主值函数曲线表!第一征向量方差贡献

时间

方差贡献全年

--0-8春季

-*0’8夏季

’*0!8秋季

-%078冬季&!0(8表*中国黄土高原各年代气温9平均:!%’!+!%-,!%-!+!%&,!%&!+!%%,!%%,+*,,,年气温92:夏季气温92:冬季气温92:&0"*!0,3"07&0’*,0&3(0&&0-*,0’3(0"%07*!07370-气温上升速度大致为#年平均气温是,0*’2;!,<#冬季升温最快#达,0"!2;!,<#秋季次之#为,0*(2;!,<#春季为,0!%2;!,<#夏季升温最慢#为,0,-2;!,<)年气温增幅黄土高原腹地较大#边缘较小)

年.夏季.冬季气温在%,年代最高9表*:#其中!%%-+*,,,年#平均气温分别达%0-2.

!,072.!,0*2.%0’2#是*,世纪最高的几年)’,年代冬季冷#夏季热)

将距平大于或等于一个标准差划分为暖9年.季:#小于或等于一个负标准差划分为冷9年.季:#大于或等于两个标准差为异常暖#小于或等于两个负标准差为异常冷)则在!%’+*,,,年间#暖年为!%&-.!%%(.!%%-.!%%&.!%%%.*,,,#其中!%%&.!%%%年为异常暖$冷年为!%-,.!%-’.!%&(年#

没有出现异常冷的年份)热夏年有

!%’*.!%-*.!%-".!%%!.!%%-.

!%%&.!%%%.*,,,年#其中!%%-

年为异常热)暖冬有!%-%+7(增刊王毅荣#等=

中国黄土高原气候系统主要特征

!"#$%!"#&’!"##%!""$’!""!%!""!’!""(%!""&’!""#%!""#’!"""%!"""’($$$年)其中!"""’($$$年为异常暖冬*!"+,’!"+-%!"+&’!"+#%!"+#’!"+"%!"&(’!"&.%!"&&’!"&#%!"#,’!"#-年为冷冬)其中!"+#’!"+"年为异常冷冬/

年平均气温和夏季平均气温变率的年代变化是增大)"$

年代最大*冬季变率大于其它季节)冬季平均气温变率呈减小的趋势/

010黄土高原主要灾害性气候事件特征

.1.1!干旱

马宗晋等2-3曾对中国的自然灾害进行研究并提出了减灾对策和建议)黄土高原主要灾害

性气候事件是干旱和暴雨/黄土高原干旱的演变趋势是全区一致向严重发展2+3/!"+!’($$$

年的,$年中)最旱的是!""&年)在黄土高原的大多数地方成了百年不遇的严重干旱)严重干旱年还有!"+-%!"&(%!""!%!"#+%!"&,年/,$年中处于干旱时段的有)!"&$年!(月’!"&.年(月和!"&"年!(月’!"#.年+月)干旱时间最长的是!""!年!月’($$$年!(月)长达!$年之久)可以说上世纪"$年代是最为干旱的!$

年)而黄河流域历史上曾发生两次连续!!年的干旱期4即!+.(’!+,(年和!"((’!".(年5/干旱时间演变中)存在以(年’,年为主的年际振荡)(年’,年就出现一次严重干旱/

.1.1(暴雨

暴雨直接造成黄土高原严重水土流失)引发山洪等地质灾害/暴雨年气候概率分布是高原的东部概率明显高于西部/在天水6固原6环县以东概率在$1-以上)即(年内至少出现!次暴雨)在西安6临汾6榆社以东的地区基本每年都出现暴雨/在渭河上游%六盘山一带(年’-年出现!次)在贵得6西宁6景泰一带暴雨最少)大约三%四十年一遇/

7小结

中国黄土高原是一个盆地型高原)长城内外广大地面发生由西北向东南掀斜式的整体抬升)并加大了长城以南的斜度)泾河%洛河和黄河)形成以渭河地堑谷为汇集的扇状水系/谷坡的不断扩展)谷地间的形态)成为平台%丘陵/黄土结构疏松)抗蚀力差)植被覆盖很差)侵蚀切割非常强烈)发源和流经这里的河流含沙量都很高)成为黄河泥沙的主要来源/严重的水土流失)肥土大量流失)耕地越种越薄)干旱频繁)暴雨多)形成了黄土高原千沟万壑%光山秃岭%灾害频繁%地瘠民贫)成为集中连片的贫困地区/

大气系统中降水量从东南向西北依次递减)年降水从西到东基本在!#$到+$$88之间/

降水的季节性十分明显)主要集中在夏季)秋季次之)春季较少)冬季降水最少/降水的年际变化也很大)最多的年份区域平均为&$,1&88)最少的年份区域平均为.(!1#88/各地降水变率北部大)南部小)但都在(-$9以上/降水变化趋势)呈减少趋势)下降速度高原东部明显快于西部)山西高原一带最大)以:,88;<的速度下降)陇东高原一带以=!1-88;<的速度下降/作物生长期降水量递减率在>(88;<左右)冬季降雪量略呈上升趋势/高原区域内各地域降水的年际变化差异也很大)存在-个次区域)即黄土高原北部%山西高原地带%渭河平原地带%陇中盆地%六盘山地带-个区)各区之间存在显著差异/在,$年的变化中)年降水存在(’,年和#年左右的年际振荡和!-年左右和(-年左右的年代际振荡/多雨期4转,,灾害学!"卷

折前!"振荡强#年降水变幅大$少雨期%转折后!"振荡弱#年降水变幅小&转折后不仅降水量减少"而且降水量的变幅也减小&转折前后降水特征明显不同"各区降水量变率在减小&高原年平均气温为’(’)"春季为*+(+)"夏季为,+(-)"秋季为’(’)"冬季为./(0)&年#季气温的年际变化全区一致"高原中部变化幅度最大&气温上升速度年平均气温为+(,0)1*+2"冬季升温最快"达+(3*)1*+2"秋季次之"为+(,/)1*+2"春季为+(*-)1*+2"夏季升温最慢"为+(+4)1*+2&年气温增度黄土高原腹地较大&年#夏季#冬季气温在-+年代最高"其中*--45,+++年"是,+世纪最高的几年&

黄土高原干旱的演变趋势是全区一致向严重发展",年5/年就出现一次严重干旱&暴雨在高原的东部出现的概率明显高于西部&在天水6固原6环县以东,年内至少出现*次暴雨"

在西安6临汾6榆社以东的地区基本每年都出现暴雨&

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