1961-2013年天峻地区草地气候生产力的变化分析

第２３卷第４期　２０１４年１２月　青　海草　业　

ＱＩＮＧＨＡＩ　ＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＥ　Ｖｏｌ＿２３．Ｎｏ．４　

Ｄｅｃ．２０１４　

文章编号：１００８—１４４５（２０１４）０４—０００７—０４　

１９６１～２０１３年天峻地区草地气候生产力的变化分析　肖莲桂　，石明章　，豆青芳　（１．青海省天峻县气象局，青海新源镇８１０５００；２．青海省祁连县气象局，青海八宝镇８１０４００）　摘要：依据天峻县１９６１～２０１３年的年平均气温和降水量气象观测资料，采用目前常用的Ｔｈｏｍｔｈｗａｉｔｅ　Ｍｅｍｏｒｉａｌ模型计算了草地气候生产力ＴｓＰｖ。结果表明，天峻地区的Ｔ　总体呈现显著增加趋势，尤其是　２０００年以来，达到年代最大；平均气温对天峻地区ＴｓＰｖ的影响占主导地位，而年降水量的影响相对较小，　但不容忽视；气候变化对Ｔ　Ｐｖ影响明显，“暖湿型”气候对草地植被生长最有利，平均增产９．２％一　１８．３％，“冷湿型”、“冷干型”、“暖干型”气候对草地植被生长均较不利。　关键词：气候生产力；温度；降水；天峻地区　中图分类号：￥８１２　文献标识码：Ａ　

植被净初级生产力（Ｎｅｔ　Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，　简称ＮＰＰ）是指植物在单位时间单位面积上由光　合作用产生的有机物质总量中扣除白养呼吸后的　剩余部分¨Ｊ。它是生态系统中物质与能量运转研　究的基础，直接反映植物群落在自然环境条件下　的生产能力。ＮＰＰ是评价生态系统结构与功能协　调性，以及生物圈人口承载力的重要指标　。近　年来，随着全球气候变暖，越来越多的学者对气候　变化对植被生产力的影响进行了研究　Ｊ。由于　在不同地域，气候变化的表现差异较大，天然草地　的气候生产力研究有相对较强的地域性，根据特　定地域的具体气候变化特征来分析植被气候生产　力的响应有重大的研究价值。天峻县位于青海省　东北部祁连山南麓，青海湖上游地区，植被以天然　草地为主，主要由高寒草甸类草地组成，畜牧业　是全县的主导产业，也是青海省发展牧业生产自　然环境条件较好地区之一，但自然生产力和经济　生产力水平较低。由于自然环境条件变化和人类　活动的影响，草地退化和生产力逐渐下降，草地生　态环境变劣，草地生态系统的服务功能降低，对畜　牧业生产的可持续发展带来严重威胁　Ｊ，因此，分　析天峻地区草地植被气候生产力的变化特征，研　究气候生产力对气候变化的响应，对天峻地区牧　业生产、生态环境恢复、促进社会经济发展具有重　要意义。同时，合理利用气候资源，提高生产力应　用水平，对指导该区天然牧草生产具有重要的理　论和现实意义。　ｌ资料与方法　１．１　资料　１９６１～２０１３年天峻县气象站年平均气温和年　降水资料，资料来自青海省气候中心。　１．２研究方法　１．２．１　Ｔ　的估算模型作物的干物质产量受多　方面因素的影响，诸如气候、土壤、品种、作物群体　结构、栽培技术水平等。其计算方法很多，考虑到　所用资料既易于获取同时又能清楚地说明气候变　化的影响，本文选用了李斯（Ｌｉｅｔｈ）¨　方法。Ｌｉｅｔｈ　根据世界各地作物产量与年平均气温、年降水量　之间的关系，提出了用实际蒸发量估算作物气候　生产力的公式，即Ｔｈｏｍｔｈｗａｉｔｅ　Ｍｅｍｏｒｉａｌ模型。　ＴｓＰｖ＝３０００×（１一ｅ　・。。。％　‘　。　）　（１）　Ｖ＝１．０５Ｒ／（１＋（１．０５Ｒ／Ｅ　）　）　（２）　Ｅ０＝３００＋２５ｔ＋０．００５ｔ　（３）　式中：Ｔ　是以实际蒸散量计算得到的作物干　物质产量（ｇ．ｍ～．ａ　）；Ｖ为年平均蒸散量　（ｍｍ）；Ｒ为年平均降水量（ｍｍ）；Ｅ。为年平均最　７　青海草业　２０１４年　第２３卷　第４期　大蒸发量（ｍｍ）；ｔ为年平均气温（ｏＣ）。　１．２．２线性趋势分析对天峻地区Ｔ　进行线　性趋势分析。用Ｘｉ表示样本量为ｎ的气候变量，　用ｔｉ表示ｘｊ所对应的时间，利用最小二乘法建立　一元线性回归方程：Ｘｉ＝ａ＋ｂｔ，（ｉ＝１，２，３，…，ｎ），　ｂ为气候变化量的倾向率，ｂ＞０表示直线递增，　ｂ＜０表示直线递减，ｂ×１０表示每１０年的变化　率，表征时间序列的变化趋势。变化趋势的显著　性，采用时间ｔ与序列变量Ｘ之间相关系数即气候　趋势系数进行ｔ检验。　１．２．３　Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ突变检验选用世界气象　组织推荐并广泛使用的Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ检验法进　行气候变量时序分析，ＭＫ　法通过构造正序列　（ｕＦ）和逆序列（ＵＢ）进行计算，根据正逆序列统　计量的曲线判断气象要素的变化趋势及突变特　征。　２结果与分析　２．１　Ｔ　的年际变化　图１　天峻地区ＴｓＰｖ的年际变化和累积距平　天峻地区的Ｔ　从１９６１年以来在波动中呈　现出增加趋势（图１），气候倾向率为１２．８ｇ．ｍ～．　ａ～．（１０ａ）～，气候趋势系数为０．５５，通过０．００１　的显著性检验。特别是１９９０年至今增加趋势更　加明显，Ｔ　的气候倾向率为２０．１ｇ．ｍ－２．ａ～．　（１０ａ）～，气候趋势系数为０．５７，通过０．００１的显　著性检验。５３ａ的平均值是３０５．９ｇ．ｍ～．ａ～。天　峻地区ＴｓＰｖ曲线峰值出现在２０１３年，为３７８．５　ｇ．　ｍ～．ａ～；曲线谷值出现在１９６７年，为１８１．３　ｇ．　ｍ～．ａ。。。高于多年平均值的年份共有２８ａ，其中　大多数出现在１９９０年以后。　２．２　Ｔ　的年代变化　从天峻地区Ｔ　ｗ年代变化（表１和图１ｂ）中可　以看出：天峻地区在２０世纪６０～８０年代，Ｔ　明　显小于平均值，分别偏少２３．０％、８．８％和１５．１％；　而到了９０年代和进入２１世纪以来，Ｔ　值明显要　高于历年平均值，分别是偏多５．５％和３１．５％。从　８　２０世纪的６０年代起至２１世纪初，年代的Ｔ　值　整体呈现增加趋势的。　表１　天峻地区ＴｓＰｖ年代变化（ｇ．ｍ－２．ａ　）　

２．３　ＴｓＰｖ突变检验　ｂ　４　３　２　

０　１　—２　—３　ｌ９６０　ｌ９　ｒ０　ｌ９８０　ｌ９９０　Ｚ０００　０ｌ０　Ｕ　【　正　

图２天峻地区ＴｓＰｖ的突变检验　由图２得知，２０世纪６０年代至８０年代天峻　地区Ｔ　呈波动变化，进入９０年代草地Ｔ　开始　进入上升趋势，２１世纪００年代以后这种趋势大大　超过了显著性水平０．０５临界线，表明天峻地区　Ｔ　增加趋势明显。根据ＵＦ和ＵＢ曲线交点的位　置，确定天峻地区草地Ｔ　突变开始的具体时间　是１９９７年。　２．４　Ｔ　与气候因素间的关系　２．４．１　ＴｓＰｖ与温度和降水的相关通过计算Ｔ　与年均气温、年降水量的相关系数发现，Ｔ　与年　平均气温的相关系数为０．８２，通过了０．００１的显　著性检验；与年降水量的相关系数为一０．４１，通过　了０．０ｌ的显著性检验这表明，平均气温对天峻地　区Ｔ　的影响占主导地位，而年降水量的影响相　对较小但不容忽视。从图３可见，气温与Ｔ　的　变化是呈同向性的，而年降水量与Ｔ　的同向性　或反向性不很明显，在年均气温达谷值（或峰值）　

蟛　１９６１～２０１３年天峻地区草地气候生产力的变化分析　肖莲桂等　的年份，Ｔ　ｗ也相应地达到谷值（或峰值）。　

（｝　０　’０　０　０　０　０　０　图３天峻地区Ｔ　与气候的关系（ａ年均气温ｂ年降水量）　

２．４．２典型气候因子对Ｔ　的影响假设未来　由于ＣＯ　等温室气体的增加导致气候变暖或变　冷，使天峻地区年平均气温升高或降低１ｑＣ或　２￣Ｃ，年降水量增加或减少１０％或２０％，在此气候　变化情景下，Ｔ　的变化又如何？　表２天峻地区年平均气温　和降水量变化下Ｔ　变化的百分率（％）　

温度变化对Ｔ　的影响：假定年降水不变（保　持５３年平均水平），年平均气温变化±１℃、±２℃　对Ｔ　的影响（表２）。通过计算发现：①年平均　气温和１ｒｓ　增减同步；②年平均气温变化±１℃，　Ｔ　变化值为一６．１％～５．４％；③年平均气温变化　±２￣Ｃ，ＴｓＰｖ变化值为一１３．１％～１０．３％。　降水变化对Ｔ　的影响：假定年平均气温不　变即保持５３年平均水平，降水减少对　的影响　（表２）。若降水减少１０％，Ｔ　减少４．０％，若降　水减少２０％，Ｔ　减少８．９％，减幅较大。降水增　加对Ｔ　影响，总趋势是有利的。如降水增加　１０％，Ｔ　增加３．３％，降水增加２０％，Ｔ　增加　５．９％。　温度、降水对Ｔ　的综合影响：前面分析了温　度、降水中有一项不变的特定情况下，一项变化对　Ｔ　的影响，这种特定情况，在实际生产中，出现的　机率太小了，以上分析只是为了说明降水、温度对　Ｔ　直接影响程度，对生产真正有意义的是温度和　降水的综合影响。下面分别讨论当出现“暖湿　型”、“暖干型”、“冷湿型”、“冷干型”气候类型时　对Ｔ　的影响。　“暖湿型”气候对Ｔ　的影响：当年平均气温　升高１　ｏＣ，年降水量增加１０％时，ＴｓＰｖ增加９．２％；　当年平均气温升高２℃，年降水量增加２０％时，　Ｔ　Ｐｖ增幅达１８．３％，这说明“暖湿型”气候有利于　草地植被干物质的积累。　“暖干型”气候对Ｔ　的影响：当年平均气温　升高１ｃＩＣ，年降水量减少１０％时，Ｔ　增加０．８％；　当年平均气温升高１℃，年降水量减少２０％时，　ＴｓＰｖ减少４．７％，“暖干型”气候加剧了草地水分不　足形势，造成草地植被产量下降。　“冷湿型”气候对Ｔ　Ｐｖ的影响：当年平均气温　降低１℃，年降水量增加１０％，Ｔ　增加３．４％，当　年平均气温降低２￣Ｃ，年降水量增加２０％时，Ｔ　减小一９．２％，说明“冷湿型”气候不利于草地植被　干物质的积累。　“冷干型”气候对ＴｓＰｖ的影响：“冷干型”气候　对Ｔ　Ｐｖ不利，为减少趋势。年平均气温降低１～　２ｃ【＝，降水量减少１０％～２０％，Ｔ　减少的百分率　逐步增加，减幅为９．５％一１９．３％之间。　总之，“暖湿型”气候对天然牧草有利，而“冷　干型”气候最不利于天然牧草的生长。根据天峻　地区气候变化特征　和秦大河、丁一　［等气候变　化趋势预测　Ｊ，天峻地区未来易出现“暖湿型”气　候，气温若升高１～２￣Ｃ，降水量若增加１０％～　２０％，天峻地区草地植被气候生产力将增加９．２％　～１８．３％，这有利于天峻地区Ｔ　Ｐｖ的提高和天然　牧草的生长。　３结论与讨论　（１）天峻地区Ｔ　年际变化总体呈现波动性　增加趋势。Ｔ　ｗ的变率为１２．８ｇ．ｍ～．ａ～．　（１０ａ）～。５３ａ的平均值是３０５．９ｇ．ｍ～．ａ～。峰　值出现在２０１３年，为３７８．５ｇ．ｍ－２．ａ～；曲线谷值　出现在１９６７年，为１８１．３　ｇ．ｍ～．ａ～。年代际变　化也呈现增加趋势，２０世纪６０年代最小，９０年代　以来呈现增大趋势。　（２）天峻地区Ｔ　与年平均气温呈现极显著　的正相关，而与年降水量的呈显著负相关。平均　气温对天峻地区ＴｓＰｖ的影响占主导地位，而年降　水量的影响相对较小但不容忽视。　９