章古台1954—2021年气象因子变化初步研究

韩辉，郎明翰，张亚伟，宋鸽

(1.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000；
2.国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心，黑龙江 大兴安岭 165100)

彰武县章古台因20世纪50年代引种樟子松成功而远近闻名。为了研究气象因子对当地植被及农林业生产的影响，原辽宁省固沙造林研究所一直对气象因子及环境因子进行了监测。总体来说，章古台的气候特点是空气干燥、土壤干旱、风大沙多，由于自然因素和人为因素的双重影响及其叠加作用，当地退化土地表现出土壤贫瘠化、沙化、干旱化[1]。很多专家学者研究了气象因子的变化对农林业的影响，比如气象要素对长白山落叶松毛虫暴发的影响[2]，对小麦产量的影响[3]，对蒸散发的影响[4，5]，对植被盖度的影响[6]，对文冠果物侯期的影响[7]等等。本文拟通过对章古台地区多年的气象因子和环境因子的统计，分析其气候变化情况，以期对当地的植被建设及农林牧业生产经营提供帮助。

彰武县章古台镇地处科尔沁沙地南缘，属科尔沁沙地的一部分，就其起源属于古代冲积沙地，是第四纪冰川后期西辽河及其支流泛滥沉积的沙层，后被西辽河下切及泛滥面缩小而形成的沙质阶地。新中国成立前夕，这里已由原来的“灌丛成林、草层茂密的肥美草原”变成了“一望无际的白花花的沙坨子”。在20世纪50年代初，辽宁省固沙造林研究所在章古台进行了防护林工程和固沙造林试验，成功营造了以樟子松和杨树为主要树种的防风固沙林。

2.1 监测方法

1954—2010年多采用人工监测方法测量气温(℃)、相对湿度(%)、水面蒸发量(mm)、风向、风速(ms-1)、降水量(mm)、地下水位(mm)等，2010年以后采用CAWS600B自动气象站监测，地下水位还是采取人工监测。

2.2 数据处理

采用 Excel 2003 进行数据处理，用SPSS 17.0软件进行差异性分析，用Origin2017软件作图。

3.1 年际间、月际间降水量差异

降水距平百分率反映了某时段降水量相对于同期平均状态的偏离程度。根据国家气象中心以降水距平百分率为主要指标的旱涝等级定义(表1)标准对章古台地区1954—2021年的降水情况进行了分析。

表1 降水距平百分率的旱涝等级

3.1.1 年际间降水量差异 章古台1954—2021年年均降水量为488.3 mm，最大值1 010.7 mm(2021年)，最小值262.3 mm(1967年)，多年观测结果显示，降水量没有明显的上升或者下降趋势，只是在2021年发生的强降水为百年不遇(图1d)。68年间发生重涝、大涝、轻涝、正常和轻旱的比例分别为1.5%、2.9%、13.2%、64.7%和17.9%。同时可以看出，20世纪90年代以后，年际间的降水变率比以前要大得多。

图1 章古台1954—2021年气象因子变化

3.1.2 月际间降水量差异 不同月份间降水的分配具有明显的不均衡性，平均67%的降水集中在6—8月，其中最高月份是7月，其次是8月和6月(图2)。章古台地区大部分植物在4月中下旬开始生长，10月中下旬停止生长，多雨季节正是植株生长旺盛的季节。

图2 月际间降水量差异

对生长季(5—9月)降水量进行统计，发现5、6、7、8和9月在轻旱以上的比例分别为45%、32%、47%、42%和55%(表2)。

表2 章古台生长季降水量旱涝情况

通过多年观测，雨季连续降水日数在减少，连续无降水日数明显增加，干旱发生的概率增大。5—9月作物主要生长季轻涝以上发生概率多年平均为32%，轻旱以上发生概率多年平均为44%，只有6月旱灾发生的概率较低，为32%；
5月、7月、8月和9月旱灾发生的概率均超过40%(表2)。

3.2 气温及风向变化情况

对1954—2021年间的章古台空气温度、相对湿度、风速、降水量、蒸发量进行统计分析，结果显示，空气温度年均值为6.3 ℃，1991—2021年均值(6.7 ℃)比1954—1990年均值(6.0 ℃)上升了0.7 ℃(图1，a) ；
相对湿度年均值为61%，1991—2021年均值(62%)比1954—1990年均值(59%)上升了近3年百分点(图1，b) ；
风速年均值为3.0 ms-1，1991—2021年均值(2.5 ms-1)比1954—1990年均值(3.8 ms-1)下降了1.3 ms-1，下降比例接近为35%(图1，c)；
降水量年均值为488.3 mm，1991—2021年均值(495.8 mm)比1954—1990年均值(482.1 mm)增加了13.7 mm，变异系数由0.22变为0.33；
蒸发量年均值为1 496.6 mm，1991—2021年均值(1 401 mm)比1954—1990年均值(1 576 mm)下降了175 mm(图1，e) 。

经对章古台风向进行统计分析可知，各风向出现频率为西南风31.3%，西北风17.4%，南风14.2%，西风13.0%，北风5.8%，东北风5.2%，其他风向13.1%。春季以西南风和西北风为主，夏季和秋季主要以西北风为主，冬季主要以西北风为主，其次是西南风。全年以春季有风次数最多。

3.3 年际间地下水位变化量与年降水量的响应关系

章古台大一间工区地下水位监测的时间较长，从1999—2021年，统计年地下水位变化量(Gw)与年降水量(Pr)的关系，结果为Gw= 0.186 4Pr- 91.633 (R2= 0.75)，定义一年中每个月地下水位的变化量的均值为年地下水位变化量，大约年降水量超过500 mm时地下水位就会上升(图3)。

图3 地下水位变化量与降水量的响应关系

总体来看，虽然在全球气候变暖的背景下，章古台地区年降水量基本没有变化，但是章古台旱灾却呈现多发状态，5、6、7、8、9月作物主要生长季发生轻旱以上的比例分别为45%、32%、47%、42%和55%，说明即使是在高于或等于年均降水量的年份里，生长季也有可能发生阶段性旱灾。人为把时间周期分为1954—1990年和1991—2021年2个时间段，每个时间段30年左右，最近30年和前30年相比，降水量增加了13.7mm ，蒸发量下降了175 mm，年均空气温度上升了0.7 ℃，风速下降了35%，相对湿度上升了3%。

1954—2021年间，章古台降水量变化幅度不大，可以看作基本没有变化，空气温度在升高，风速在减小，这与当地的一些研究结论相一致[8]。相对湿度稍有增加，蒸发量在减小。地下水位多年来呈现下降趋势[9]，通过研究年地下水位变化量与年降水量的关系，一般来说，年降水量超过500 mm以上时才对地下水有补充。这些研究结论，期望对当地以水定林的生态植被建设和农林牧业生产提供帮助。

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