引言

气候变化既是当今国际社会普遍关注的全球性问题，也是关系到环境保护和社会可持续发展的重大现实问题。青海省作为青藏高原的主体部分是我国乃至东亚气候与环境变化的“敏感区”和“脆弱带”，气候条件及其变化对水资源、生态环境、农牧业生产、交通、能源和重大工程建设等敏感行业具有十分显著的影响。研究表明，1961—2010年青海省年平均气温呈明显升高趋势。年平均气温的阶段性变化极其明显，20世纪60年代至80年代中期为冷期，80年代后期至21世纪10年代为暖期，尤其是20世纪90年代末期至21世纪10年代增温尤为明显。近50年来，青海省年平均气温升温率为0.37℃·(10 a)^-1。明显高于近50年全球和中国每10 a分别增长0.13和0.22℃的水平。其中，东部农业区、三江源区、柴达木盆地及环青海湖区气温变化率分别为0.27、0.36、0.42和0.36℃·(10 a)^-1，柴达木盆地是青海省年平均气温升温率最大的地区(《青海省气候变化评估报告》编写委员会，2012)。

气候变暖使中国经济而临四大挑战，挑战之首是极端气候事件趋强趋多(秦大河，2007)。干热风是一种农业气象灾害。可分两种类型，一种是作物在生长发育期间，因同时受高温、低湿和一定风力影响而减产称为高温低湿型干热风；另一种是由于雨后高温，使小麦青枯称为雨后热枯型干热风。干热风等气象灾害对全球变暖的响应表现更为突出和敏感，已成为气候变化研究中的重点和热点问题之一(邓振镛等, 2009a)。干热风危害的实质是高温、低湿引起农作物生理干旱，风加重了危害的程度(邓振镛等，2009b；2009c；柳芳等，2007；张书余等，2008；北方小麦干热风科研协作组，1988)。青海高原农业区主要分布在西部的柴达木地区及东部地区，是青海高原作物受干热风灾害最严重的地区。随着气候变暖干热风气象灾害逐步增加，其主要发生在7和8月，此时正是小麦抽穗、灌浆和乳熟的关键时期。干热风的发生可强烈破坏小麦的水分平衡和光合作用，使小麦灌浆过程受阻，青枯逼熟，影响小麦灌浆成熟，千粒重明显下降，导致小麦严重减产。本文利用青海省现有的56个气象站1961—2010年50年气象资料，统计分析了干热风气象灾害发生发展的日、月、季动态和空间分布以及频次和强度变化特征，探讨了近年来干热风发生频次和强度变化的主导因子，对趋利避害和防灾减灾具有十分重要意义。

1 资料与统计方法 1.1 资料及处理

青海省地方气象灾害标准(DB63) 规定(青海省质量技术监督局，2001)，作物受害的干热风分轻、中、重三级指标(表 1和表 2)。本文统计了青海省现有的56个气象观测站1961—2010年日极端最高气温、14时相对湿度和14时风速等资料，在资料统计处理时遵循以下原则：(1) 根据《青海省气象灾害标准》(DB63) 规定的干热风日气象指标，即满足日最高气温≥30℃，14时相对湿度≤30%以及14时风速≥3 m·s^-1为一个干热风气象日数；(2) 干热风的统计以一次满足干热风气象条件的日数为一次进行计算(祁贵明等，2007)。

1.2 统计分析方法 1.2.1 气候趋势系数和倾向率

引入气候趋势系数和气候倾向率来研究干热风日的线性倾向趋势和变化幅度(胡玲等，2009)。气候趋势系数表示为：

$ R = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {({x_i} - \bar x)\left({i - \bar t} \right)} }}{{\sqrt {\sum\limits_{i = 1}^n {{{({x_i} - \bar x)}^2}} \sum\limits_{i = 1}^n {{{\left({i - \bar t} \right)}^2}} } }} $

(1)

式中，R为n个时间(单位：a)的气候要素序列与自然数列1，2，3，…，n的相关系数；n为年数；x_i为第i年的气候要素值，x为其平均值，t为气候要素值时间序列号或年份的平均值；R值的符号反映干热风日增多或减少的变化趋势，R < 0表示干热风日在计算时段内呈减少趋势，R>0表示呈增加趋势。其变化趋势的显著程度用相关系数检验法，确定趋势是显著的，还是随机振动(汪青春等，2007；许小峰，2004)。将气候要素的趋势变化用一元线性方程表示为:

$ {w_i} = {a_0} + {a_1}{t_i} $

(2)

式中，w_i为干热风要素，t_i为时间(本文为1961—2010年)，a₁为线性趋势项，a₁×10表示干热风要素的气候倾向率，反映气候要素每10 a的变化率(时兴合等，2008)。

1.2.2 干热风强度指数

引入干热风强度指数来研究干热风日气象指标的强度变化。干热风指数越大表示干热风强度越重；反之，越轻。干热风指数表达式为：

$ ZS = \left({T - 30} \right) + \left({30 - H} \right) + F $

(3)

式中，ZS为干热风指数，T为日最高气温，H为14时相对湿度，F为14时风速。

文中的描述性统计、气候趋势系数、气候倾向率，以及统计检验分析利用EXCEL电子表格的数据分析工具完成(汪青春等，2004)。

2 结果与分析 2.1 干热风日数的空间分布特征

表 3是满足日最高气温≥30℃，14时相对湿度≤30%以及14时风速≥3 m·s^-1的干热风气象条件的各站出现日数。通过对青海省56个台站观测资料的统计分析，1961—2010年50年间全省出现干热风的台站只有25个，共出现干热风1000站次。

图 1是青海高原1961—2010年干热风日空间分布。全省干热风气象灾害日数呈现明显的区域性，主要集中在青海高原西北部(含盖整个柴达木盆地)和青海高原东部农业区。柴达木盆地西部及东部地区的东南部是干热风灾害的易发区, 属于重灾区; 尤其以海东地区的循化、海西地区的小灶火最为严重，50年来循化出现了150次，占所有干热风日的15%，为干热风灾害最多的地区；其次是海西的小灶火、冷湖分别为127和113次，分别占全省所有统计干热风灾害日数的12.7%及11.3%；尖扎、民和、乐都、格尔木、诺木洪和贵德6站出现次数在72~84次，占全省所有统计干热风灾害日数的7.2%~8.4%。盆地东部及海东地区的西北部干热风气象灾害发生的几率最小，在33次以下，占全省所有统计干热风灾害日数的3.3%以下，干热风不易发生；其他地区50年来没有出现过干热风。其中，出现重度干热风的只有小灶火、冷湖、格尔木、诺木洪、循化、乐都、贵德7个台站，共出现29站次，出现次数分别为8、7、2、1、5、1和5次，可见小灶火、冷湖、循化和贵德也是重度干热风的高发地。

图 2是青海高原1971—2000年30年平均气温空间分布。比较图 1和图 2可以看出，干热风出现的分界与年平均气温≥2℃的区域基本吻合。

2.2 干热风日数的年代际变化特征

青海高原干热风具有十分明显的年代际差异，总的变化趋势是干热风气象灾害随年代际变化有所增加。表 4为各站干热风日数年代际分布。青海省50年来年均出现干热风灾害的次数为20站次。20世纪60年代比70年代少5.4站次，70年代比80年代多1.1站次，80年代比90年代少7站次，90年代比2001—2010年少6.2站次。除80年代比70年代减少外，干热风年际变化表现为明显的增加趋势，湟源最为明显：历史上从没出现过干热风日，而2010年就出现了2次。2001—2010年干热风灾害发生日数超出历年平均值9.8站次。

图 3是青海省1961—2010年干热风日的年际变化趋势。年干热风日数总的趋势逐年上升，柴达木盆地1999年达到最高值，其次是2010、2000和1986年；东部农业区2006年达到最高值，其次是2000和2001年。青海省而言(图略)，2000年达到最高值，2001年次之，随后是2006和2010年。统计分析表明，1961—2010年年平均干热风发生次数为20站次，20世纪90年代中期以后出现次数明显增加，1961—1970平均每年为12站次，1971—1980平均为18站次，1981—1990平均为17站次，1991—2000平均为24站次，2001—2010平均达到29站次，增加幅度较大，比年平均值高出9站次。气候倾斜率为：3.9 d·(10 a)^-1，即青海高原干热风平均每10 a增加约4站次；东部农业区比柴达木盆地干热风日增加速度快，气候倾斜率分别为：2.4和1.5 d·(10 a)^-1；柴达木盆地干热风日数的气候趋势系数R通过0.10显著性水平检验，东部农业区及全省干热风日数的气候趋势系数R均通过0.01显著性水平检验(表 5)，说明近50年来干热风日数的增加趋势是显著的。

图 4为青海省1961—2010年重度干热风日的年际变化趋势。年重度干热风日数总的趋势逐年上升，2000年达到最高值，其次是2010、1999和1986年。统计分析表明，1961—2010年年平均重度干热风发生次数为0.58站次，20世纪60年代没有出现过重度干热风日，70年代平均每年为0.3站次，80年代平均为0.4站次，90年代后期出现次数大幅增加，1991—2010平均每年出现1.1站次。气候倾斜率为：0.3 d·(10 a)^-1，即青海高原重度干热风平均每10 a增加约0.3站次。青海省重度干热风日数的气候趋势系数R通过0.01显著性水平检验，说明近50年来重度干热风日数的增加趋势是显著的。

2.3 干热风日数的月变化特征

图 5给出了青海省1961—2010年各月干热风出现日数的频率分布。青海省干热风灾害分布在每年5—9月，主要集中在7—8月，7月是干热风灾害高峰期。具体为：5月出现的频次仅占总次数的0.9%，6月占9.3%，7月占50.1%，8月占38.1%，9月占1.6%。

表 6为青海省1961—2010年出现干热风天数。大多地区干热风出现在7或8月，少数地区5或9月也可出现。最早出现在5月的地区只有格尔木、循化、乐都、同仁、尖扎5站；最晚出现在9月的也只有循化、民和、同仁、尖扎、贵德5站。可见发生时段最长的地区是循化、同仁、尖扎5—9月均有出现。

2.4 干热风强度指数的变化特征

图 6是1961—2010年青海省干热风强度指数变化。干热风强度有逐年增大的趋势，但盆地和东部农业区近50年变化的阶段性特征不尽相同。柴达木盆地1961—2010年年平均干热风强度指数为21，20世纪80年代最高为25.5，60年代最小为12.5。干热风强度指数最大的3年，分别是1986(71.1)、1999(67.5) 和2010年(80.8)。东部农业区1961—2010年年平均干热风强度指数为15.5，21世纪前10年最高为28.8，20世纪80年代最小只有8.6。干热风强度指数最大的3年，分别是2006(71.1)、2001(67.5) 和2000年(47.4)。近50年干热风强度指数逐年增大的趋势东部农业区要大于柴达木盆地。柴达木盆地干热风强度指数的气候趋势系数R＝0.189，未通过0.1的显著性水平检验，东部农业区干热风强度指数的气候趋势系数R＝0.288，通过0.05的显著性水平检验，说明近50年来柴达木盆地干热风强度的变化趋势并不显著，而东部农业区干热风强度的增强是显著的。

2.5 干热风出现日数对气候变化的响应

图 7为1961—2010年青海省6—8月平均最高气温年际变化趋势图。两地均在20世纪90年代中期以后气温明显升高，6—8月平均最高气温柴达木盆地出现的极值, 是在2001年，次高值出现在2006年；而东部农业区极值出现在2006年，次高值出现在2010年。柴达木盆地1961—2010年6—8月平均最高气温变化气候倾向率为0.35 C°·(10 a)^-1，气候趋势系数R为0.592，通过0.001的显著性水平检验。东部农业区气候倾向率为0.31 C°·(10 a)^-1，气候趋势系数R为0.497，通过0.001的显著性水平检验。青海省1961—2010年6—8月平均气温年际变化趋势(图略)，升高也是明显的，柴达木盆地气候倾向率为0.36 C°·(10 a)^-1，气候趋势系数R为0.667，通过0.001的显著性水平检验；东部农业区气候倾向率为0.22 C°·(10 a)^-1，气候趋势系数R为0.415，通过0.01的显著性水平检验。这说明，近50年来柴达木盆地和东部农业区气温的逐年升高是极显著的。

干热风出现日数与平均气温变化具有一致性。即随着平均气温的升高，干热风发生的几率增大。随着气候变暖，日最高气温≥33℃的日数呈增加趋势，重度干热风发生的几率大大增加且强度加重，整个20世纪60年代没有发生重度干热风、70年代发生3次，80年代发生4次，90年代和21世纪10年代均发生了11次重度干热风。

图 8为青海省1961—2010年6—8月降水量年际变化趋势。柴达木盆地近50年来6—8月降水量出现稳定增加的趋势。柴达木盆地6—8月降水与干热风出现日数具有较好的正相关关系。其中20世纪80年代为降水偏多时期，也是干热风发生最为严重时期。统计表明，6—8月降水量每增加10 mm干热风日数增加2~5 d。这似乎与降水形成的空气湿度增加相矛盾，但由于柴达木盆地四周高山，地形闭塞，越山后的气流下沉作用明显，是青海省年降水量最少的地区，其中，中、西部大部在50 mm以下，察尔汗至冷湖间平均年降水量不到25 mm，冷湖只有16.2 mm，是青海省降水量最少的地区，东部地区，西来气流容易受这一带地形的抬升作用，年降水量相对较多，德令哈、茶卡、香日德等地为150 mm左右。统计分析表明，盆地夏季气温越高其降水过程强度越大，降水过程降水量增加，但盆地蒸发量是降水量的约50多倍，降水结束后其过程降水在极短的时间内被蒸发，地表湿度和空气相对湿度常维持在10%~40%之间，使形成干热风的空气相对湿度条件仍然容易满足。而青海省东部农业区6—8月降水量变化不明显或略呈减少的趋势，同时年际变化较大，干热风出现日数与6—8月降水呈负相关关系。

图 9为青海省1961—2010年6—8月空气相对湿度年际变化趋势。柴达木盆地、东部农业区近50年6—8月空气相对湿度无明显变化，只有青海东部农业区20世纪90年代中期以来相对湿度呈较明显的减少趋势，说明东部农业区近年来干热风日数的增加与空气相对湿度的减小有一定的关系。

图 10为青海省1961—2010年6—8月平均风速年际变化趋势。青海柴达木盆地、东部农业区6—8月平均风速呈明显的减小趋势，这与干热风变化形正好相反，即干热风日数明显增加而平均风速明显减小。同时，两地6—8月平均风速绝大多数情况下均为3 m·s^-1，说明风速的变化不是近年来干热风日数增多的原因。但是，这种相反的变化说明，由于风速的明显减小，造成统计的满足干热风的日数比实际发生的干热风灾害的日数少，而由于气温的升高实际发生干热灾害的几率可能更大，因为有时高温、低湿天气出现的时候, 14时处于静风状态, 小麦同样也会受到伤害(孔德胤等，2002)。

3 结论

(1) 青海高原干热风气象灾害的发生具有明显的地域性。西部主要分布在柴达木盆地，小灶火为灾害高发区；东部主要分布在海东地区，循化为灾害高发区。

(2) 近50年青海干热风日数总的趋势逐年上升，特别是20世纪90年代中期以后出现次数明显增加。2001—2010年年平均达到29站次，较20世纪60、70、80和90年代，分别偏多了17、11、12和5站次。全省平均而言，干热风平均每10 a增加约4站次。东部农业区比柴达木盆地干热风日数增加速度更快。

(3) 干热风日数与6—8月平均气温变化具有一致性，近年来平均最高气温的明显升高是干热风日数增加的主要原因，但20世纪90年代中期以来东部农业区干热风日数增加也与相对湿度逐年减小有一定的关系。

(4) 柴达木盆地和海东青海的主要农业区，6—8月干热风高发的时段平均风速多在3 m·s^-1以下，且呈明显的逐年减小趋势，说明风速的变化不是近年来干热风日数增多的原因。本文是根据气象资料统计的满足干热风标准的干热风出现日数，结果可能比实际发生的干热风灾害的日数少，而由于气温的升高实际发生干热灾害的几率可能更大。