那曲地区气候特征及对该区湖泊面积的影响
作者： 卓嘎 发布时间： 2007-03-23 10:38:17 来源：
摘要：采用常规气象资料以及中巴地球资源卫星、美国陆地卫星资料，分析了那曲中东部地区湖泊流域近45年气候变化特征以及20世纪80年代以来湖泊面积的动态变化。在此基础上，通过讨论气象要素和湖泊面积的对应关系，建立了湖泊面积的拟合方程。研究表明：湖泊流域的降水量、气温以及地面温度近年来呈上升趋势，而蒸发量、日照时数、最大积雪深度、最大冻土深度逐渐下降。这些要素变化与湖泊面积的增加具有显著的线性关系，根据气象要素建立的回归方程能较好地拟合湖泊面积的变化。
1．引言
湖泊作为一种特殊的自然综合体，与大气、生物、土壤等多种要素密切相关，而且对气候、环境系统的变化反映极为敏感。青藏高原是我国最大的湖泊分布区，分布着地球上海拔最高、数量最多、面积最大，以盐湖和咸水湖集中为特色的高原湖群区，对高原湖泊进行研究，有助于揭示青藏高原乃至全国的环境演变规律。以往的研究[1-3]指出，呼伦湖、塞里木湖以及内蒙古东部、蒙古高原北部的湖泊，水位变化与该地区降水增加有关，气温升高使冻土与地下冰融化，间接地增加了径流产出率，降水增加则导致河川径流增加，湖面水位上升。而位于中亚山区及平原的湖泊均以下降为主要特征，在导致湖泊水位下降的原因中[1]，有的是由于人类活动影响，有的是气候干旱所致，或两者兼而有之。对于青藏高原湖泊变化而言，表现出的明显退缩是一种普遍现象，其原因包括：
（1）近几十年来在全球气候变暖的大背景下，青藏高原地区也出现明显暖干化。高山上冰川退缩，多年冻土季节活动层变厚。（2）青藏高原湖泊绝大多数为封闭湖泊，由于气候变暖，导致蒸发量增加，水量出现负平衡，导致湖泊萎缩[4-5]。比如，青海湖地区近40年来气温、地表蒸发等气象要素向暖干化过渡的趋势是造成青海湖水位下降的主要原因[6]。
但是，近期调查结果表明[7]，那曲地区中东部的四个湖泊水位上涨，淹没了接羔育幼、防抗灾草场，致使住户被迫搬迁，造成了重大的灾害以及经济损失。初步分析指出，年降水量、冰川融雪量、冻土融化水量等的增加以及年平均气温升高是导致湖泊水位上涨的主要原因。为全面地了解湖泊流域的气候环境以及造成湖泊面积变化的原因，本文将从气象条件的角度，围绕着相关气象要素综合分析那曲地区的气候变化特征及其对湖泊面积的影响。
2．资料
由于造成灾害的四个湖泊（懂错、乃日平错、蓬错、夯错）位于那曲地区中东部，即安多、那曲、班戈三县。因此，研究选取那曲、安多、班戈以及当雄四个站作为湖泊流域气候特征代表站，选用了45年的常规气象要素资料以及1980年、1988年、1996年、2000—2005年等9年的中巴地球资源卫星、美国陆地卫星资料。虽然卫星资料的年代非常有限，但总体上可以反映20世纪80年代以来湖泊面积的变化情况。由于缺乏夯错的卫星资料，研究中选取的四个湖泊为：巴木错、懂错、乃日平错和蓬错。
3．湖泊流域的气候变化特征
3．1年平均、年极端最高、年极端最低气温、0cm地温的时间变化特征
研究表明，平均气温的变化与最高、最低气温的变化密切相关，分析最高、最低气温的变化有助于认识气候变化的特征和气候灾害的预测，对防灾减灾具有重要意义。由于距平值能更好地反映气候特征的变化情况，因此，本节分析中采用各气象要素距平值进行讨论。同时，选取湖泊流域每10年气象要素变化（除2000年到2004年为5年）的距平平均值，作为年代际变化的分析数据。
由图1a可见：年平均气温从20世纪60年代初期到60年代中期，气温下降；此后气温逐渐上升，在70年代中期达到一个高值；从70年代中期到80年代中期气温稍有下降，随后气温不断上升；其中，1996年到1997年气温有比较明显降低，1999年气温达到最高，2000年以后气温比较稳定。以往的研究[8]也表明，青藏高原20世纪60年代是一个相对低温时段，70年代温度开始回升，80年代中后期进入另一个相对高时段，90年代升温更加明显。近50年高原总体呈升温趋势，大部分区域的平均气温都是上升的[9]。年极端最高气温随时间的变化特征与年平均气温的变化比较相似，而年极端最低气温除个别年份之外，其变化与年平均温度、极端最高温度总体趋势接近。李栋梁等[10]指出青藏高原地表温度1970年代前期表现为明显的降温趋势，1970年代中期至1990年代总体在波动中呈明显的上升趋势，年平均温度在1998年达到最高。可以看出，湖泊流域0cm地温的分布总体上呈现逐渐上升的趋势，其具体的变化特征不仅与年极端最高气温比较一致，也符合青藏高原地表温度变化的趋势。
从年代际的变化情况来看（表略，下同），湖泊流域年平均气温、年极端最高气温的最冷时段均出现在20世纪60年代，70、80、90年代气温变化比较平稳或稍有增暖，
最暖时期都出现在2000年以后。对年极端最低气温、0cm地温而言，20世纪60、70年代均为比较冷的时段，80年代以后气温逐渐上升，2000年以后增暖最为突出。由此可见，同青藏高原的温度变化[11]特征一样，湖泊流域年平均气温、年极端最高、最低气温在年际波动呈现出明显的上升趋势，并在1986年发生突变，此前呈缓慢降低趋势，而此后呈显著的升高趋势。
3．2年平均降水量、年平均相对湿度的时间变化特征
降水量与相对湿度的变化曲线（图1b）表明：相对于温度的变化而言，降水量的变化比较没有规律。具体来说，降水量从20世纪60年代到70年代初期，呈现逐渐减少的趋势，此后降水量有所增加，在80年代初期达到最高值，80年代中期以后，降水逐渐减少，90年代中期达到一个低值，以后降水呈现急剧增加的趋势。有研究[12]指出，对整个西藏地区的汛期降水而言，20世纪60年代基本偏多，70年代和80年代初偏少，80年代中期到90年代偏多。这表明湖泊流域的年降水量不仅与汛期降水有关，而且可能还受其他因素的影响。相对湿度的变化与降水量的变化趋势基本一致，只是相对湿度先降水量1—2年达到高值或者低值。总体而言，降水量和相对湿度均呈现逐渐增多、增高的趋势，这一趋势在90年代中期以后尤为显著。从降水量和相对湿度的年代际变化来看，20世纪60年代降水量比较少，70年代降水量最少，80年代以后降水量增加，但在90年代不是特别明显，最显著的降水量增加表现在2000年以后。相对湿度从20世纪60年代到80年代均比较小，90年代以后相对湿度开始增加，2000年以后增加突出。
3．3年平均蒸发量、年平均日照时数的时间变化特征
由图1c可见，蒸发量从20世纪60年代到70年代初期逐渐减少；70年代初期到70年代中期有所增加；70年代中期到80年代初期减少；80年代初到80年代中期增加，此后蒸发量急剧减少，1997年达到最低值。日照时数从20世纪60年代初到80年代中期比较稳定，80年代中期以后日照时数急剧下降。蒸发量、日照时数的年代际变化表明，蒸发量在20世纪60年代到80年代显著增加，80年代增加幅度较小，90年代开始减少，2000年以后减少更为明显。日照时数与蒸发量的变化基本类似，不同的是20世纪80年代日照时数增加十分显著。总体来说，蒸发量与日照时数均呈现逐渐减少的趋势。
3．4逐年最大积雪深度、逐年最大冻土深度的时间变化特征
逐年最大积雪深度和冻土深度的时间变化（图1d）表明，最大积雪深度与最大冻土深度都存在着明显的波动现象，但总体上两者均呈现减少的趋势。从年代际变化来看，逐年最大积雪深度在20世纪60、70年代增加，80年代以后逐渐减少；逐年最大冻土深度从20世纪60年代到80年代增加，90年代以后逐渐减少，两者均在2000年后减少最为显著。从冬春积雪日数以及冻土日数[13]来看，西藏地区在20世纪80年代冬春积雪增加，而在20世纪90年代冬春积雪减少，冻结日数从1981年到1999年呈下降
趋势。
4．气候特征与湖泊面积变化的关系
4.1湖泊面积的动态变化
从湖泊面积变化曲线上（图2）可以看出：巴木错从1980年到1988年面积有所减小，1988年以后面积开始平稳增加，2004年达到最大（236.635平方公里）。懂错、乃日平错、蓬错的总体变化趋势与巴木错基本一致。不同的是，乃日平错和蓬错从2002年到2003年湖泊面积稍有减小。因此，在气候特征与湖泊面积变化对应关系分析中，将采用四个湖泊的平均面积代表这一湖泊流域的湖泊面积变化情况。以往的研究[7]指出，内陆湖湖泊水位上涨很大，在内陆湖中有冰川融化水源的湖泊，其湖面水位上涨的程度比无冰川融化水源的湖泊要大，如蓬错的汇水面积大于懂错、乃日平错，水位也较高。此外，由于全球气候变暖趋势是呈渐变趋势，所以那曲地区湖泊水位上涨会有个持
续期，上涨速度总体上会呈现渐减的态势。
4.2气候特征与湖泊面积变化的对应关系
研究[14]和野外调查表明，前一年湖面降水量、蒸发量对当年湖泊水位的影响大于当年湖面降水量、蒸发量的影响。因此，采用气象要素（降水量、平均气温、蒸发量、日照时数以及0cm地温）前一年累积、当年1-10月份累积、前一年与当年1-10月份累积之和代表气候特征的变化情况，分析气候特征与湖泊面积变化的对应关系。为方便起见，下面将前一年累积量、当年1-10月份累积量、前一年与当年1-10月份累积量之和分别简称为A累积量、B累积量以及C累积量，以代表不同时段各气象要素的累积值。
湖泊面积与累积降水量的关系（图3a）表明：A累积量从1979年到2003年增加比较显著，2003年以后降水量有所减少。B累积量从1980年到1996年减少，1996年以后与A累积量的变化接近。C累积量对应1980年、1988年、1996年降水量减少，以后降水量增加，特别是对应2003年到2004年降水量增加最为明显。总体而言，A累积量与C累积量呈现增加的趋势，B累积量呈现减少的趋势。其中，A累积量与湖面面积的正相关关系比较显著，相关系数可以达到0.84。
湖泊面积与累积蒸发量的关系（图3b）表明：A累积量从1979年到1987年有所增加，1987年以后，除2001年蒸发量稍有增加外，整体上蒸发量逐渐减少。B累积量从1980年到1988年增加，随后是逐渐减少的。对于C累积量而言，其变化趋势与B累积量变化基本一致。由此可见，蒸发量与湖泊面积变化呈现较好的反相关关系。其中，
以A累积量与湖泊面积的反相关关系最为明显，相关系数可以达到-0.85
。
湖泊面积与累积温度的关系表明：A累积量除从1999年到2000年温度降低之外，其他时段均表现为逐渐升高的趋势。B累积量的分布与A累积量接近，只是温度下降的时段是从1988年到2000年。C累积量对应1980年到1988年，温度升高，对应1996年以后温度有所下降，但从2001年开始温度逐渐增加。总之，各不同时段累积温度量呈逐渐升高的趋势，其中，C累积量与湖面面积的正相关关系比较显著，相关系数达到0.38。
湖泊面积与累积0cm地温的关系表明：A累积量总体变化平稳，只是1999年温度有所增高。B累积量从1980年到1996年明显增高，1996年以后稍有下降，但2000年开始逐渐增高。C累积量对应地温呈现缓慢增加的趋势。由此可见，地温累积量总体上呈逐渐增高的趋势，与湖面面积的增大接近一致。其中，C累积量与湖泊面积变化的正相关关系较为明显，相关系数达到0.34。
湖泊面积与累积日照时数的关系表明：A累积量从1979年到1987年有所增加，1987年到2001年逐渐减少，2002年以后相对稳定。B累积量比较平稳，只是1988年稍有增加。C累积量与B累积量的变化趋势比较接近。总体来说，日照时数呈现缓慢减少的变化趋势，与湖泊面积增大呈现出弱的反相关关系。其中，A累积量与湖泊面积的反相关关系比较显著，相关系数可以达到-0.83。
5．湖泊面积的拟合
为了将来能预测湖泊面积的变化趋势，下面根据4中分析出的导致湖泊面积变化的主要因素（降水量、温度、蒸发量、日照时数以及地温）以及不同时段的气象资料，建立了各气象要素与湖泊面积之间的多元回归方程，拟合了该地区具有卫星资料年份的湖泊面积。其中，建立回归方程采用的资料包括：[1]前一年各气象要素；[2]当年1-10月各气象要素；[3]前一年与当年1-10月各气象要素；[4]前一年降水量、蒸发量、日照时数，前一年与当年1-10月平均温度、0cm地温。由此建立的湖泊面积拟合方程分别为：
(1)Y=243.0138+0.1175x1+0.3183x2-0.0210x3-0.0249x4-1.0081x5 (2)Y=719.5372-0.3209x1+6.0148x2-0.0763x3-0.0241x4-6.4242x5 (3)Y=1145.4180+0.0506x1+4.5184x2+0.0179x3-0.1279x4-5.1846x5 (4)Y=1086.7740-0.0351x1+3.3323x2+0.0160x3-0.2058x4-4.2472x5
其中，y代表湖泊面积，x1代表降水量，x2代表平均温度，x3代表蒸发量，x4代表日照时数，x5代表0cm地温。x1、x2、x3、x4、x5均采用各时段各要素的累积值。
从湖泊面积的拟合曲线（图4）上可见：利用前面三个不同时段资料拟合的湖面面积，均比湖泊面积实况值偏大或者偏小。其中，偏差最大的是用资料[1]拟合的2004年湖泊面积（171.1027平方公里），比实际湖泊面积（181.8570平方公里）偏小了10.7543平方公里。偏差最小的是用资料[1]拟合的1996年湖泊面积（137.5702平方公里），仅比实际湖泊面积（138.5058平方公里）偏小了0.9356平方公里，其他年份偏差均在1-10平方公里的范围之内。考虑到各种气象要素在不同资料时段中对湖泊面积影响程度不同，选取最佳时段、各种气象要素进行湖面面积的拟合（资料[4]），得到了最优时段各要素的湖泊面积拟合线，即资料4拟合线。结果表明，拟合的湖泊面积除在2001年略微偏小，2003年略微偏大之外，其他年份拟合面积与实际湖泊面积基本一致。采用四种资料得到湖泊面积与实际湖泊面积的相关系数分别0.916,0.892,0.928,0.956。由此
可见，前一年与当年的气象条件对当年湖泊面积的变化都有很重要的影响。在对湖泊面积的拟合与预测工作中，不仅要考虑各种气象要素的影响程度，而且要区分不同时段各气象要素所起的作用。
6．结论和讨论
通过对那曲地区气候特征以及湖泊面积动态变化的分析，我们得到以下初步结论：近年来那曲地区部分湖泊流域的年平均温度、极端最高气温、极端最低气温以及年降水量、相对湿度、年平均地温逐渐增加，而年蒸发量、日照时数、最大积雪深度、最大冻土深度逐渐减少。湖泊面积逐渐增大，在2000年后尤为显著。根据湖泊面积与各气象要素的关系分析表明，湖泊面积与降水量、平均气温、0cm地温具有较好的正相关关系，与蒸发量、日照时数具有较好的反相关关系。由此建立的湖泊面积回归方程能较好地拟合湖泊面积的变化情况。在研究过程中，由于湖泊周围本身没有观测站，采用的是邻近气象台站的气象资料，气象资料时段中没有区分和讨论不同季节降水量对湖泊面积增大的贡献，这必然存在着一些误差。此外，所用卫星资料年份有限，对湖泊面积与气象要素之间回归方程的建立还有待于更长资料序列的验证，对各种气象要素是如何引起湖泊面积变化以及它们之间的相互作用，
文中都没有涉及，这些均需要在资料完善之后进行更细致的研究。
致谢：西藏气候中心提供了研究所需的常规气象台站资料，科研所信息室和遥感应用室同事们完成了相关卫星资料的校正、数字化以及湖泊面积的计算工作，周顺武博士和赵平博士提出了许多宝贵的建议，在此表示深深的谢意！
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