锡林郭勒盟及其周边地区年平均气温变化规律研究

锡林郭勒盟及其周边地区年平均气温变化规律研究

近年来，草原区的气候变化引起了越来越多的关注和研究成果。国内的许多学者对草原区气温的年际及年内变化特征进行了研究,多数研究认为,冬季温度升高趋势明显,而夏季气温的变化相对较小,并且对气象站点的增温幅度进行了详细的分析。小波分析方法在气象上的应用越来越普遍,多数用来分析气候变化的周期性,并取得了一系列研究进展。由于地处大陆性干旱半干旱季风气候区,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,气温升高及降水时空格局的变化,直接影响草原植被的生长状况及生态系统服务功能。众多的研究结果表明,在不同的区域范围内,气候变化的具体表现也不尽相同。锡林郭勒盟总面积20.3万km2,是我国最典型的草原分布区,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。因此,在锡林郭勒盟这样的中等尺度区域内,研究气温的年内及年际变化特点,分析区域内部气温的空间差异和气温的周期性变化规律,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锡林郭勒盟周边气象观测资料数据采用内蒙古气象局整编的1960-2007年锡林郭勒盟及其周边17个气象观测站点气温的月统计数据,单位为0.1℃。在数据的处理过程中,采用气象学上常用的方法,即取气温平均值。1.2时间-尺度分析采用小波分析方法,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(WaveletAnalysis)是一种信号的时间-尺度(频率)分析方法,由Morlet于20世纪80年代提出,具有多分辨率分析的特点,可以对信号进行多尺度细化分析,得到各个频率随时间的变化及不同频率之间的关系,是分析非平稳信号的有效工具。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,所以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内蒙古生态分区为了分析锡林郭勒盟不同生态地理区气候变化的异同点,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、草甸草原区和一个农牧交错区四类(图1,表1)。2.2季平均气温变化的影响为了分析季节气温对年气温变化的贡献大小,将锡林郭勒盟每个区的年平均气温与季节平均气温进行了相关分析,结果表明,四个生态地理区的情况各不相同:荒漠草原区和农牧交错区的年平均气温与冬季平均气温的相关性最为显著,相关系数为0.729和0.739,且通过显著性相关检验(在显著度水平0.01下),说明在以上两个生态地理区,冬季平均气温的变化对年平均气温变化的贡献最大;典型草原区和草甸草原区的年平均气温与春季平均气温的相关性最为显著,相关系数为0.693和0.682(表2),且通过显著性相关检验(在显著度水平0.01下),说明在以上两个生态地理区,春季平均气温的变化对年平均气温变化的贡献最大;除了农牧交错区以外,其它生态地理区的年平均气温与夏季平均气温的相关性最差,说明夏季平均气温的变化对年平均气温变化的贡献最小。2.3草原区、农牧民交错区锡林郭勒盟四个生态地理区年平均气温的多年平均值分别为:荒漠草原区4.34℃、典型草原区1.88℃、草甸草原区2.63℃、农牧交错区2.16℃。通过对平均气温距平5年滑动平均值的对比分析可见,自1960年以来,锡林郭勒盟的四个区基本上经历了三个时期:1960-1970年左右的偏暖期、1971-1988年左右的偏冷期和1988年以后的偏暖期,且自1988年以后,四个区气温均呈现波动中明显上升的趋势(图2-5)。2.4第二、三个闭合中心的位置和时间变化由各个生态地理区年平均气温的小波分析图分析可见,1960-2007年,随着时间的推移,四个区年平均气温均呈现明显的周期变化。在年际尺度上,25-32年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。四个区年平均气温均呈现冷暖交替出现的特点,偏暖年份出现在1962-1972年和1997-2003年左右,偏冷年份出现在1982-1987年左右。与降水中心平移的特点不同,第二、三个闭合中心的位置均比第一个闭合中心略有上移,表明年平均气温的振荡周期有变长的趋势。荒漠草原区第一个正的闭合中心强度为40,而1984年左右的负闭合中心和2001年左右的正闭合中心强度均达到-60和60;典型草原区第一个正的闭合中心强度为20,而1984年左右的负闭合中心和2001年左右的正闭合中心强度达到-30和40;草甸草原区第一个正的闭合中心强度为30,1984年左右的负闭合中心和2001年左右的正闭合中心强度达到-40和40;农牧交错区第一个正的闭合中心强度为20,而1984年左右的负闭合中心和2001年左右的正闭合中心强度达到-30和40。表明随着时间的推移,四个区年平均气温的振幅明显加大,出现偏暖期更暖、偏冷期更冷的倾向(图6-9)。在25-30年时间周期尺度上,小波系数零点分别出现在1975年和1995年附近,以此为界,四个区均经历了3个时期显著的交替变化:1960年-1975年左右的偏暖期、1975-1991年左右的偏冷期、1991-2007年左右的偏暖期。上述分析表明,四个区的年平均气温具有准25-32年的年际变化周期,根据周期变化的特点可以推断,2007年以后的15年左右时间,四个区均将出现气温持续偏低的状态,即未来15年左右的时间,整个锡林郭勒盟年平均气温保持较低水平。3主要结论和讨论3.1锡林郭勒盟的基本情况分析表明:季节气温与年气温的相关性存在区域差异,在荒漠草原区和农牧交错区,冬季平均气温的变化对年平均气温变化的贡献最大,而在典型草原区和草甸草原区,春季平均气温的变化对年平均气温变化的贡献最大;自1960年以来,锡林郭勒盟的四个区基本上经历了三个时期:1960-1970年左右的偏暖期、1971-1988年左右的偏冷期和1988年以后的偏暖期,且自1988年以后,四个区气温均呈现波动中明显上升的趋势。1960-2007年,随着时间的推移,锡林郭勒盟四个区年平均气温均呈现明显的周期变化,在年际尺度上,25-32年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,年平均气温均呈现冷暖交替出现的特点,且四个区年平均气温的振幅明显加大,出现偏暖期更暖、偏冷期更冷的倾向。以上的分析结果表明,锡林郭勒盟四个区小波分析与距平分析所得结论一致,在年际尺度上,25-32年周期信号真实可信。3.2气候环境变化在全球气候变化的背景下,锡林郭勒草原区的气候也发生了剧烈变化,尤其是在近20年左右的时间里,气温逐年升高,降水年内和年际分布不均且空间分布格局变化较大。气候的波动变化再加上人类活动的日益加剧,使锡林郭勒草原区的生态环境正面临着自然和社会的双重压力。特别是四个区年平均气温振幅的明显加大,使整个