1971—2018年西藏羌塘国家级自然保护区地表湿润指数的变化趋势

杜 军1,2， 周刊社3， 袁 雷3

(1.西藏高原大气环境科学研究所，850001，拉萨；

2.西藏高原大气环境研究重点实验室，850001，拉萨；3.西藏自治区气候中心，850001，拉萨)

摘要： 研究地表湿润指数Hi的时空变化特征，是认识区域水文过程及其对气候变化响应的重要途径，可为生态环境变化监测提供依据。根据1971—2018年西藏羌塘国家级自然保护区5个气象站逐日地面观测资料，应用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量和湿润指数，采用线性倾向估计、Mann-Kendall方法分析Hi的年际与年代际变化、突变特征，基于数据处理系统，利用主成分回归方法讨论影响Hi的主导因子。

结果表明：1)1971—2018年自然保护区年平均气温以0.046 ℃/a的速度显著升高，年降水量每年增加1.18 mm，暖湿化气候特征明显，但年Hi却没有表现出明显的增大趋势，仅为0.001/a，不过夏季Hi增幅明显；20世纪70—90年代保护区表现出以低湿为主的年际变化特征，

进入21世纪代后气温持续升高，Hi明显增加，表现出暖湿型的气候特征。2)年Hi在1996年出现由偏干转偏湿的突变，1996—2018年Hi比1971—1995年增加了19.1%。3)主成分回归分析显示，降水量是影响年Hi变化的主导因子(正贡献)，日照时间也起着次要作用(负贡献)；在季节上影响Hi变化的主导因子都是降水量(正贡献)，次要因子有所不同：春、秋2季是日照时间(负贡献)、夏季是气温日较差(负贡献)、冬季是平均气温(负贡献)。1996年转折前后影响年Hi的主导因子都是降水量，不过次要因子存在差异，突变前后分别是气温日较差(负贡献)和日照时间(负贡献)。

关键词： 变化趋势； 湿润指数； 影响因素； 主成分回归； 羌塘国家级自然保护区

气候系统的综合观测和多项指标表明，全球变暖趋势仍在进一步持续。2016年，全球表面平均温度再创新高，成为有气象观测记录以来的最暖年份，比工业化前水平高出约1.1 ℃；亚洲陆地表面年平均气温是1901年以来的第2高值；中国年平均气温亦属明显的偏暖年份[1]。这种全球增暖带来的时空上非均匀的降水强度和分布的变化，必定对气候的干湿状况产生重要影响[2-3]。当前，气候干湿状况及演变规律一直是科学家研究的热点问题之一。

湿润指数(humidity index，Hi)作为热量与水分的综合因子，控制陆地生态系统与大气之间能量和物质交换，可以指示某一地区能量和湿度从地面到大气的转换情况，并直接影响到植被生产及其对水分需求[4]。近年来，学者们基于Hi对中国[3,5-6]及其各区域[7-11]干湿变化的研究取得了大量成果，并就其主导影响因子进行了广泛的讨论[3,7-8,10-11]。青藏高原作为“第三极”和“亚洲水塔”，众多学者从干湿状况的时空分布特征、变化趋势及其影响因子等方面做了大量的研究[4,12-15]。自1990年以来青藏高原正处于加速升温阶段[16-17]，干湿状况发生了明显变化，这种态势在进入21世纪后表现的尤为突出。

羌塘高原约占青藏高原总面积1/5，是世界上海拔最高、气候条件最恶劣的高原。羌塘国家级自然保护区(以下简称自然保护区)就位于羌塘高原，这里气候异常寒冷，属高原寒带季风干旱气候，具有独特的高寒荒漠生态系统，生态环境十分脆弱。作为气候变化的指示因子和植被生态系统的影响因子，研究干湿指数具有重要的科学意义。

目前有关青藏高原地表干湿状况的研究，时段大多截至21世纪初，而近10年最新变化的研究尚未见报道，尤其是针对羌塘自然保护区湿润指数的变化更是鲜有报道。鉴于此，笔者利用自然保护区边缘5个气象站点1971—2018年逐日气象资料，基于Penman-Monteith模型计算潜在蒸散和湿润指数Hi，系统地分析近48年自然保护区干湿状况的时空变化规律，并对干湿变化的成因进行讨论，明确全球气候变暖下羌塘高原的干湿分布和变化趋势，旨为认识生态环境现状与过去的差异，为羌塘国家级自然保护区生态环境保护和恢复提供依据。

1 研究区概况

自然保护区位于西藏自治区西北部，昆仑山、可可西里山以南，冈底斯山和念青唐古拉山以北，地处E 79°59′～90°26′、N 32°12′～36°29′，平均海拔5 000 m以上，被称为“世界屋脊的屋脊”。自然保护区于1993年经西藏自治区人民政府批准成立，2000年4月4日经国务院批准晋升为国家级自然保护区。保护区面积约29万8 000 km2，是我国面积最大的自然保护区，仅次于格陵兰国家公园的世界第2大陆地自然保护区，也是平均海拔最高的自然保护区。行政隶属西藏那曲市西部3县(安多、尼玛、双湖)和阿里地区北部3县(改则、日土、革吉)[18-19]。

自然保护区属于羌塘高原湖盆高寒草原区[20]，羌塘高原是青藏高原的主体，处于昆仑山和冈底斯—念青唐古拉山之间，东自内外流水系的分水岭，西以公珠错—革吉—多玛一线与阿里西部山地为界。整个地势南北高、中间低，高原面较完好，北部海拔4 900 m左右，南部约4 500 m。羌塘高原是世界上海拔最高的内流区，流域集水面积小，多季节性河流。该区是高原湖泊集中分布区域，是著名的高海拔湖泊群区，湖泊大多为咸水湖和盐湖，淡水湖极少。这里气候寒冷，气温的年日变化大。最暖月平均气温6～10 ℃。局地可达12 ℃；最冷月平均气温在-10 ℃以下。年降水量约100～300 mm，自东南向西北递减。冬春多大风。

2 资料与方法

自然保护区内无长时间序列观测资料的气象站，当前只能在其周边选取同属羌塘高原湖盆高寒草原区的狮泉河、改则、申扎、班戈和安多5个气象站(图1)1971—2018年逐日地面气象资料(包括平均气压、平均气温、平均最高气温、平均最低气温、平均相对湿度、平均水汽压、平均风速、日照时间、日照比例和降水量等)。为了保证数据的可靠性，对所有站点的数据均进行了质量控制。

 

图1 羌塘国家级自然保护区周边气象站点分布图
Fig.1 Distribution of meteorological stations around Chang Tang Nature Reserve of Tibet(CTNRT)