Se a 中 国 科学 院 地 理 研 究 所 全 球 变化 研究 系列 文集 第 一 集 Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences. Global Change Study No. 1, Series Publication Climate Change and Its Impact k 气候 变化 及 其 影响 £ h ee Kae kia > * Editors in Chief Zhang Yi Zhang Peiyuan Zhang Houxuan Lin Zhenyao een —— or na ~ 一 一 = > — 一 NS ee il 2 et ee am - 7. - > . an ¢ , = ne 7 -有 二 化 - ) z a 四 = .] 二 e os 7 7 a 7 —— - : 7 , @ eS SS ee ee = wi 中 国 科学 院 地 理 研究 所 全 球 变 化 研究 系列 文集 FoR Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences. Global Change Study No. 1, Series Publication 气 - 候 变化 及 其 影响 Climate Change and Its Impact ik £ te ARI KF 8 AR Editors in Chief Zhang Yi Zhang Peiyuan Zhang Houxuan Lin Zhenyao ( 京 ) 新 登 字 046 号 内 容 简介 本 书 是 中 国 科学 院 地 理 研 究 所 全 球 变化 研究 系列 文集 中 的 第 一 集 , 它 收集 了 地 理 所 参 加 的 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 国际 合作 研究 “co, 导致 的 气候 变化 ?中 的 部 分 研究 成 果 , 收 集 了 地 理 研究 所 承担 的 “ 八 五 ? 攻 关 课 题 85-913-03 中 部 分 研究 成 果 和 在 这 个 领域 与 兄弟 单位 合作 研究 的 部 分 成 果 。 全 书 分 总 论 ` 古 气候 、` 历 史 气候 和 现代 气候 变化 研究 ;气候 变化 对 农业 影响 研究 ;气候 变化 对 自然 带 \ 植 被 带 的 影响 研究 ;气候 变化 对 水 文 ,水 资源 的 影响 研究 ;气候 模拟 与 未 来 中 国 气 候 情 景 等 六 部 分 。 本 书 可 为 从 事 自然 地 理学 气候 学 . 农 ( 林 ) 学 水 文学 \ 植 被 学 的 大 专 院 校 师 生 、 研 究 人 员 人 参考 。 中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 全 球 变 化 研究 系列 文集 iy 气候 变化 及 其 影响 张 R KAD Ke Mie are 责任 编辑 PEP 气象 出 版 社 出 版 (北京 西 郊 白石 桥 路 46 号 ) 中 国 农业 科学 院 作 物品 种 资源 研究 所 计算 机 室 印刷 开本 : 787X1092 毫米 16 开本 18. 75 印张 ”445 FH 1993 年 6 月 第 1 版 1993 年 6 月 第 1 次 印刷 EPR: 1 一 1,000 册 定价; 29.90 元 ISBN 7~5029—1415—3/P + 0608 =| 在 未 来 长 时 期 内 ,人 类 将 被 迫 面临 着 许多 全 球 环境 问题 。 我 们 不 可 能 完全 预见 它们 的 发 展 , 而 问题 又 如 此 紧迫 ,人 类 必须 准备 长 期 不 懈 地 与 之 斗争 。 由 世界 气象 组 织 (WMO) 与 国际 科学 联盟 理事 会 (ICSU) 主 持 的 世界 气候 研究 计划 (WCRP)7 和 国际 科学 联盟 理事 会 主持 的 国 际 地 图 -生物 圈 计 划 (IGBP) 一 起 构成 了 对 全 球 变化 的 科学 研究 进行 国际 性 探索 的 格局 。 WCRP 主要 目标 是 确定 对 气候 的 瞬 态 变化 可 预报 到 什么 程度 ,以 及 为 研究 地 球 气候 对 自然 与 人 类 影响 的 响应 葛 定 科学 基础 ;IGBP 旨 在 盖 明 与 理解 物理 化 学 与 生物 学 之 间 的 相互 作用 过 程 , 这 些 过 程 调节 着 整个 地 球 系统 ,调节 着 维持 生命 活动 的 这 个 唯一 环境 ,调节 着 正在 发 生 着 的 变化 以 及 调节 着 人 类 活动 影响 引起 变化 的 方式 .IGBP 的 一 个 中 心目 标 是 为 定量 地 估 算 地 球 在 生物 地 球 化 学 循环 中 的 变化 葛 定 科学 基础 。 应 该 指出 ,气候 变化 研究 是 全 球 变化 研究 中 一 个 非常 重要 的 方面 ,但 必须 强调 气候 变化 仅仅 是 世界 面临 的 大 范围 环境 问题 中 的 一 个 问题 ,气候 变化 研究 仅仅 是 全 球 变化 研究 中 的 —t+AF. 中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 是 中 国 最 大 的 一 个 地 理学 研究 机 构 , 现 有 职工 651 人 ,其 中 科技 人 员 558. 人。 主要 从 事 地 理 环境 的 结构 ,形成 ` 演 变 及 其 改造 利用 的 研究 。 着 重 探讨 地 理 环 境 中 物质 、 能 量 的 迁移 、 积 累 、 转 化 的 过 程 及 人 类 活动 对 地 理 环境 的 影响 ,寻找 人 类 适应 、 利 用 改造 地 理 环 境 的 途径 。 目 前 地 理 研 究 所 有 14 个 研究 室 , 它 们 是 : 综合 自然 地 理 研 究 室 、 URE KOCH RE SMH RE MRS Pe SHAPMBHRSE ERS 环境 物理 研究 室 、 理 论 地 理 研 究 室 、 农 业 与 乡村 地 理 研 究 室 .工业 与 交通 地 理 研 究 室 、 城 市 与 大 文 地 理 研 究 室 ` 区域 规划 与 开发 研究 室 、 世 界 地 理 研 究 室 .地 图 研究 室 . 有 5 个 研究 室 一 级 的 实验 室 、 实 验 站 和 国家 级 重点 实验 室 ,它们 是 :资源 与 环境 信息 系统 国家 重点 实验 室 、 中 国 科学 院 台 城 综 合 试验 站 北京 农业 生态 系统 试验 站 、 新 技术 研究 室 和 中 心 分 析 室 。 此 外 还 有 一 个 图 书 、 资 料 . 情 报 室 。 综 合 的 和 多 学 科 的 地 理 研 究 所 是 研究 全 球 变化 的 一 支 重要 力量 。 多 年 来 ,地 理 研 究 所 的 科学 工作 者 在 历史 时 期 气候 及 其 变化 (特别 是 历史 文献 资料 、 树 木 年 轮 ) 和 极地 (包括 青藏 高 原 ) 气 候 及 其 变化 方面 作 了 六 量 工 作 。 目 前 ,围绕 着 全 球 变化 正 进行 着 多 学 科 的 综合 研究 。 主要 研究 工作 集中 在 以 下 领域 ， 1. 历史 时 期 气候 及 其 变化 2. 气 候 变 化 (着 重 未 来 气候 ) 影 响 .评价 与 对 策 3. 极地 ( 含 青藏 高 原 ) 气 候 及 其 变化 4. 中国 及 全 球 气候 变化 基础 资料 地 理 信 息 系统 为 了 系统 地 反映 今后 中 国 科 学 院 地 理 所 在 全 球 变化 研究 中 的 工作 ,我 们 计划 出 版 全 球 变化 研究 系列 文集 《气候 变 化 及 其 影响 ;是 系列 文集 中 的 第 一 集 。 它 收集 了 地 理 研 究 所 同 志 参 加 的 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 国际 合作 研究 “Co, 导致 的 气候 变化 ”中 的 部 分 研究 成 果 ; 收 集 了 地 理 所 承 担 的 “ 八 五 > 攻关 课题 85-913-03 中 的 部 分 初步 研究 成 果 以 及 在 这 个 领 域 与 兄弟 单位 合作 研究 的 部 分 成 果 。 这 些 工作 是 相当 初步 的 ,有 的 还 很 不 成 熟 , 仅 起 抛 砖 引 I 玉 的 作用 。 众所周知 ,全 球 变化 ,包括 气候 变化 研究 具有 不 确定 性 。 这 种 不 确定 性 目前 主要 来 自 对 气候 系统 认识 的 不 足 。 急 需 解决 的 关键 问题 是 ， (1) 地 球 系统 对 温室 气体 的 制约 ; (2) 云 对 辐射 作用 的 制约 ; 《3) 降 水 与 蒸发 ; (4) 大 洋 的 热量 输送 与 贮藏 ; (5) 生 态 系统 过 程 。 尽管 如 此 ,最 近 一 些 年 来 ,对 气候 系统 及 其 对 一 些 扰动 响应 的 认识 已 取得 明显 进展 。 一 些 气 候 系 统 中 控制 对 气候 强迫 响应 的 反馈 过 程 已 经 纳入 气候 模式 之 中 ;在 一 些 重要 的 不 确 定 的 领域 的 研究 取得 了 较 好 的 结果 ;从 气候 模式 中 已 经 得 出 一 些 对 未 来 变化 的 形式 和 数量 大 小 的 结论 ,其 中 包括 温室 气体 增加 时 气候 系统 对 其 逐步 变化 的 响应 。 然 而 ;有 必要 强调 ,对 未 来 变化 ,尤其 是 有 关 区 域 的 变化 的 估计 还 是 相当 有 限 的 .科学 发 展 的 历史 是 一 个 从 必然 王 国 到 自由 王国 的 发 展 历史 ,我 们 必须 不 断 地 总 结 经 验 , 继 续 前 进 , 有 所 发 现 ` 有 所 发 明 、 有 所 创造 ` 有 所 前 进 。 翡 观 的 、 消 极 的 和 无 所 作为 的 观点 是 错误 的 。 它 们 之 所 以 是 错误 的 ,因为 这 既 不 符合 迄今 为 止 我 们 知道 的 自然 界 发 展 的 历史 事实 ,这 也 不 符合 科学 发 展 的 历史 事实 。 因 此 正确 地 认识 全 球 变化 的 过 程 是 不 断 认 识 - 实 践 -认识 的 过 程 , 也 是 几 代 人 不 断 努 力 的 过 程 。 Foreword We will be faced with global environmental problems for the future. They will evolve in un- foreseen ways, and they are very likely to grow in urgency. We-sshould prepare to deal with them in long term. The World Climate-Research Programme (WCRP) , sponsored by the World Meteorotogi- cal Organization (WMO) and the International Council for Scientific Unions (ICSU), and the Inter- national Geosphere— Biosphere Programme (IGBP)), sponsored by ICSU; together constitute the in- ternational fraceword of the quest for scientific understanding of climate and global change. The main goals of the WCRP are to determine to what extent transient climent variations are predictable ‘and to lay the scientific foundation for predicting the response of the Earth’s climate to natural or man— made influences. IGBP is an inter—disciplinary research initiative of the ICSU, to describe and understand the interactive physical, chemical and biological processes that regulate the total Earth system, the unique environment that provides for life, the changes are influenced by human- actions. A central objective of the IGBP is to establish the scientific basis for quantitative assess- ments of changes in the Earth’s biogeochemical cycles, including those which control the concentra- tion of carbon dioxide and other chemicals in the atmosphere. It must be indicated that climate change study is an important aspect of global change studies. it must be stress also that climate change is only one problem of global eniistiniientifiréblems we will be faced, and one study of global change studies. The Institute of Geography (IG) is one of the largest unit of geographical study in China. It has stuff member of 651, of the 558 professional staff. IG mainly studies structure, formation, evolution of geographical enviroament and its transformation utilization with emphasis on the explo- ration of nigration, accumulation and transformation process of energy. and substance as well as man—environment interaction. At present, it has 14 departments, Department of physical Geogra- phy, of Climatology, of Hydrology, of Chemical Geography, of Geomorphology, of Palaeogeogra- phy and Historical Geography, of Eco— Environment physics, of Theoretical Geography, of Agri- culture and Rural Geography, of Industrical and Transportation, of Urban and Human Geography , of Planning and Development of Region, of World Geography , and of Cartography. It has four lab- oratories or experimental stations and a key national level laboratory. They are: National Key Open Laboratory of REIS, Yucheng Integrated Experimental Station, Beijing Agroecosystem Experimen- tal Station, and Department of New Technology. It also has the Depart of Library, Information and Documentation. Integrated and multl—disciplinary IG is an important force of studying global change in China. In resent years scientists of IG did a lot of study on Historical climate and its change (especially in the fields of historical ploxy data and tree ring), and on polar region climate and its change (in- cluded Qinghai— XiZang Pleteau climate and its change). Now, it conducts integrated and multi— disciplinary study on global change. The main studies are focused on the fields as follows; |. Historical Climate and its Change 2. Impact and Asessment of Ciimate Change 3. Climate and its Change of Polar Region (including Qinghai— Xizhang Plateau) 4. GIS of Climate Change Basic Data of China For shake of reflecting systematically the study of IG, CAS in the field of global change, we are going to publish “Series Publication on global change”. “Climate Change and its Impact” is the No. 1 of this series. We have collected partial achievement in Programme, “Climate Change In- duced by CO,”, a cooperative study between CAS/DOE. U.S. , and partial preliminary work in Programme 85-913-03 national 85 Key Project of China. We also collect partial studies cooperated between IG and other institute of China. These papers are preliminary and unconsiderable. We hope casting a brick to attract jade. As well known, there are uncertainties in the current study on global change. It mainly comes from little understanding of climate system. The following 5 areas are considered the most critical; 1) control of the greenhouse gases by the Easth system. 2) Control of radiation by clouds. 3) Precipitation and evaporation. 4) Ocean transport and storage of heat 5) Ecosystem processes Our understanding of climate system and its response to such perturbations has advanced ‘consid- erably over recent years. Several of major feedbacks in the climate system which control the re- sponse to perturbations of forcing of climate are now represented in climate models, and there is a much better appreciation of which are the important areas of uncertainty. A number of indications of the form and magnitude of future changes have been obtain from climate model experiments. In some’ of these, the gradual development of the response as greenhoues gases increase is included. However, it is necessary to stress the limitations of estinates of future change, especially with re- spect to regional changes. The history of science development is one of continous development from the realm of necessity to the realm of freedom. We have constantly to sum up experience and go on discovering, invent- ing, creating and advancing. Ideas of stagnation, pessimism, inertia and complacency are wrong. They are wrong because’ they agree neither with the historical facts of nature development, ‘nor of science development over past years, so far known to us. Therefore the process to understand cor- rectly global change is the repetition process leading from practice to knowledge and then back to practice. This is also the process for which several generations do their best. 前 Olt 第 一 部 分 Wit 如 何 对 待 全 球 变 暖 问题 第 二 部 分 ” 古 气候 历史 气候 和 现代 气候 变化 研究 门限 自 回 归 模 型 在 气候 资料 插 补 中 的 应 用 ， 北京 250 年 来 降水 量 的 重新 恢复 ， 80 RRR RITE VE 200 年 西藏 的 气候 变动 ， 中 国 历史 时 期 温度 的 变化 ， oo vee VE 2000 年 来 中 国 温度 变化 与 可 要 化 之 间 的 关系 中 国 农业 对 气候 变化 响应 的 敏感 带 和 敏感 区 全 新 世 中 期 中 国 的 地 面 空 气温 度 场 ， 利用 树木 年 轮 研究 气候 与 Ce 第 三 部 分 “气候 变化 对 农业 的 影响 研究 气候 变 暖 对 我 国 东北 地 区 农业 热量 资源 的 影响 温室 效应 对 我 国 双 季 稻 气候 生产 力 的 影响 气候 变化 对 北京 地 区 玉米 生产 的 影响 Re 一 个 估算 气候 变化 影响 的 简单 作物 - EBL ne Ban 用 SCCM ae ee er 产量 的 影响 - ” KEE 第 四 部 分 “气候 变化 对 自然 带 、 植 被 的 影响 研究 全 球 气候 变化 对 中 国 自 然 地 带 的 影响 气候 变化 对 西北 地 区 植被 分 布 的 可 能 影响 气候 变化 对 东北 地 区 植被 分 布 的 可 能 影响 第 五 部 分 “气候 变化 对 水 文 \, 水 资源 的 影响 研究 气候 变化 对 中 国 水 文 情势 影响 的 若干 分 析 innere Shang 全 球 变 暧 对 中 国 东部 热 、 温带 地 区 水 文 情势 影响 的 典型 分 析 - ee aK … 张 时 煌 oveiPivam SME AS) PRE *> Sultan Hameed bernevavednaceses (OK Ise 降水 日 数 、 降 水 等 级 与 北京 260 年 降水 量 序列 的 重建 “ee ok AY He vee BK JEL BS … SKIRT “— … 编者 … RRC) “FL 杭 (16) ik AS we (28) aK AN We (35) PREZ AK (50) 2 HE (57) Ze YE Sultan Hameed(70) + JERE Sultan Hameed(78) #2 =Weichyung Wang(91) … 吴 祥 定 邵 雪 梅 (108) 张 ” 愤 (120) 孙 玉 平 (131) ee … 程 延 年 (139) ng 20d Sh aK sent ibe jk «8694. (158) + ZR (168) 刘 玲 宁 (178) 宋 俊 果 (194) {8 FE xR (205) x) AA C215) I 用 SCCM 模式 估算 气候 变化 对 黄 淮海 平原 土壤 水 分 平衡 各 分 量 的 影响 ， tenes e° -h BR 许 秀 元 MRR 苏 Re SKIRT (223) APR AE AL AT ZK SCA 7K BE RE Oey AY a ES wwe eee 张 B BK HIC(235) 第 六 部 分 “气候 模拟 与 未 来 中 国 气候 情景 Confit SARE ACT ie ZF 38 FE $y FY Bi] BAB AL,.nnneeenee on eencenennennennccnsnnssy : - 3K 3 Weichyung Wang(248) CO 倍增 全 球 变 暖 条 件 下 中 国 降 水 的 可 能 变化 ”………… Weichyung Wang 5K 32(257) Co; 和 倍增 全 球 变 暖 条 件 下 中 国土 壤 湿度 分 布 的 可 能 变化 eeoaeeiaaosas 本 - 5k 3 Weichyung Wang(266) rer s 气 温度 的 GCM BEE SRA SET ~ aaa sk 34 Weichyung Wang(274) Contents Part I General How to Deal with the Problem of Global Warming “sen cun ees cee cee ces ces cos cee ces Huang Bingwei (1) Part I Study on Change of Paleoclimate, Historical Climate and Current Climate The Application of Threshold Auto-Regression Model in the Interpolation of Climate Data = +*++++ hang Shihuang and Kong Nan (16) Raining Days, Rainy Grades and the Reconstruction of Precipitaion Series for 260 years at Beijing 人 Zhang'Shihuang and Zhang Peiyuan(28) The Reconstruction of Precipitation Series at Beijing since Last 250 years ee 0 Zhang Shihuang and Zhang Peiyuan(35) Abnormal Climate in Tibet and Its Impact in 1980s pp Lin Zhenyao(43) The Climate Change in the Last 200 years in Tibet .………… Lin Zhenyao and Chen Xiaolin(50) Temperature Variation During the Historical Times in Chima s++++rcesceeceeceeceeceeseeces coe cee ces ces sen aeecesceesersescssescensescescsscsssesenssescsssssseseseses Suitan Hameed and Gong Gaofa(57) Relationship between temperature and Moisture in China For the Last Two Thousand Years +++: see cersescreccecescescercescesseecsscessescsssssesseseesseeseee Gong Gaofa and Sultan Hameed(70) Identification of Climatically Sensitive Agricultural i aaah ala er lane leeee eis ey Gong Gaofa and Sultan Hameed(78) Air Temperature Field near the Ground in Mid—Holocene in China srrresrerceeveececcescescevcveces Zhang Yi and Weichyung Wang(91) Advances in Dendrochronological Study as One Approach to Reconstruct Past Climate and Environ- Inent oo Wu Xiangding and Shao Xuemei( 108) Part Il Study on Impact of Climate Change on Agriculture The Impacts of Global Warming on Agricultural Heat Resources in Northeast China …'… SUNN aseend ove cvs edesesvasccevesersceréstencssecsnsteeneereens Zhane Houxuan and chang ¥iC120) The Impact of Greenhouse Effect on Climatical Productivity of Double— Harvest Rice in China 5 Zhang Houxuan and Sun Yuping(131) The Influence of Climate Variation on Maize Production in District Beijing ssrrrr rrr rerrrrsereeeees 5 vee davis wink Vucinen aus nua Oeieena seed UNeipaw cep aux ynanenwed gnu ue’ eek sons ex ded airman na aS A Simple Crop— Climate Model to Estimate the Lmpact of Climate Change (SCCM) ceseessrrserers seeeeeees Su Yan, Zhang Houxuan and Zhang Yi(147) i Estimation of the Impact of Climate Change on Crop Yield in Huang—Huai—Hai Plain by SCCM SSS SHH SHH SEH SHH HSH EHH EHH SHEESH SET EHH OEE SHS EOE Zhang Houxuan, Su Yang and Zhang Yi(158) Part IV Study on Impact of Climate Change on Physical Zone and Vegetation Influence of Global Climate Change on Physical Zone in China “…………… Zhao Mingcha (168) The Potential Effect of Climate Change on the Vegetation Distribution in Northeast China = ++++++ see eeeceecescoseccsecescns cesses sessescescescossessnssessoessssoeoes Zhang Yi and Liu Lingning(178) The Potential Effect of Climate Change on the Vegetation Distribution in Northeast China = +++++ hang Yi and Song Junguo(194) Part V Study on Impact of Climate Change on Hydrology and Water Resources Some Analyses on Climate Change and Chinese Hydrological Regime ”eve iu Changming and Fu Guobin(205) Impact of Global Warming on Hydrological Regime in Tropical and Temperate Zones of East China see cee ses senceecessercescerseserecsscssseesssssseescssseseeessesesees Fu Guobin and Liu Changming(215) Impact of Climate Change on Each Component of Soil Water Balance in Huang — Huai — Hai Plain by CCM pr Zhang Yi, Xu Xiuyuan, Wu Xinmin, Zhang Houxuan and Su Yan(223) Advance and Improvement of Impact of Climate Change on Hydrology and Water Resources seit PTT TTR TTL TTT TTTTe Zhang Nis Deng Hueiping and Sou Xiuyuan (235) Part VI Simulation of Climate and Scenario of Future Climate in China The Potential Change of Ground Surface Air Temperature under the Condition of Global Warming Induced by COz Doubling 《ppp Zhang Yi and Weichyung Wang(248) The Potential Change of Precipitation of China under the Condition of Global Warming Induced by CO, Doubling pp Weichyung Wang and Zhang Yi(257) The Potential Change of Soil Moisture of China under the Condition of Global Warming Induced by COz Doubling pp Zhang Yi and Weichyung Wang(266) Comparison of Surface Air Temperature in China between GCM Model Climate and Observed Cli- MAte 9 Zhang Yi and Weichyung Wang(274) oe «ie 部 份 Fa it 如 何 对 竺 全 球 变 暖 问题 ， -一 在 没有 把 握 的 问题 中 寻求 可 以 把 握 的 东西 t & 4H 中国 科学 院 地 理 研究 所 ) 由 于 大 气 中 CO. 及 其 他 对 红外 辐射 有 吸收 作用 的 气体 浓度 增加 有 可 能 引致 全 球 变 暖 已 成 为 科学 界 、 社 会 公众 .政府 所 关切 的 大 问题 。 联 合 国 大 会 已 决定 于 1992 年 6 月 召开 环境 与 发 展 大 会 ,制定 战略 和 措施 ,通过 开展 国际 合作 保护 环境 ,实现 社会 经 济 的 持续 发 展 。 对 于 这 一 问题 ,现在 可 以 确定 的 ,一 是 大 气 中 CO. 及 其 他 主要 温室 气体 浓度 的 变化 ,二 是 这 些 气 体 吸 收 红外 辐射 的 性 能 ,三 是 地 球 、 金 星 温度 悬殊 及 地 球 表面 温度 变化 大 体 上 与 大 气 中 CO, 及 CH, 含量 相对 应 。 由 于 温度 增高 不 能 不 影响 降水 及 其 他 气候 因素 ,不 能 不 引致 海面 上 升 , 因 此 ,不 敢 不 相信 :继续 增加 排 六 大 气 的 温室 气体 ,会 引起 一 系列 严重 的 问题 , 特 别 是 会 影响 到 下 世纪 末 以 后 相当 长 的 时 间 。 但 是 ,直至 最 近 , 还 存在 许多 未 知 数 ,不 可 能 作出 对 这 些 变化 的 确实 的 预报 .关于 这 点 叶 笃 正 同志 了 解 的 比 我 多 得 多 ,他 的 报告 一 定 会 谈 得 比 我 好 。ICSU 自 1984 年 起 , 便 费 了 很 大 力量 ,规划 如 和 何 研究 全 球 变 暖 问题 ,至 1990 年 才 草 拟 出 9 个 核心 计划 及 建立 数据 信息 系统 计划 与 建立 区 域 研 究 中 心计 划 。 其 中 9 个 计划 于 1990 年 或 1991 年 开始 ,5 个 在 ;1992 至 1995 年 开始 ,1 个 于 1998 年 开始 , 均 于 2001 年 结束 。 叶 笃 正 同志 告诉 我 ,这 些 工作 计划 于 2000 年 完成 后 ,不 大 可 能 于 两 年 内 得 出 定论 ,要 建立 高 分 辩 率 的 模式 也 要 十 年 以 上 。IPCC 第 一 工作 组 的 报告 预计 :1) 较 好 地 了 解 水 分 循环 ,建立 耦合 大 气 一 海洋 的 模式 ,预报 气候 变化 速率 ,要 等 到 2001 年 ; (2) 较 好 地 了 解 海洋 ,建立 分 辩 率 较 高 的 模式 ,包括 水 资源 在 内 的 区 域 差 异 ,要 等 到 2006 年 ; (3) 较 好 地 了 解 云 ` 海 洋 、 冰 原 . 地 球 化 学 .生物 界 ;, 提 高 界定 与 预报 气候 变化 的 可 信和 度 , 要 等 到 2010 年 。 换 名 话说 ,即使 经 费 没 有 问题 ,也 要 等 十 多 年 才能 有 定论 。 明年 6 月 联合 国 环境 与 发 展 大 会 的 时 候 , 对 全 球 变 暖 问题 的 科学 认识 不 见得 会 有 重大 进展 。 中 国 是 筹备 委员 会 主席 团 的 成 员 , 是 人 口 最 多 的 大 国 , 是 发 展 中 国家 中 温室 气体 最 大 策 源 地 , 既 为 众望 所 归 ,也 是 众矢之的 。 赞成 什么 ,反对 什么 ,建议 什么 ,都 有 很 大 影响 。 国 家 * 本 文 是 作者 在 中 国 科学 技术 协会 召开 的 “气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨论 会 ">(1990) 上 的 发 言 。 原 文 刊 于 (地 理 新 论 } 第 6 卷 1 期 (内 部 交流 刊物 ), 记 录 稿 ,未 经 本 大 最 后 审定 有 ele 环境 保护 委员 会 和 国家 科学 技术 委员 会 早已 组 织 力量 作 周到 的 准备 。 全 国 科 协 有 40 万 会 员 ,对 此 一 定 有 许多 真知 灼 见 。 我 今天 就 所 见 所 闻 , 谈 一 些 不 成 熟 的 看 法 ,希望 能 抛砖引玉 ， 向 同志 们 请 教 。 IPCC 去 年 的 报告 认为 ,根据 已 有 气温 记录 ,100 年 来 全 球 表面 气温 约 增高 了 0. 3 至 0.6C 。 记 录 和 资料 处 理 都 存在 着 一 系列 缺点 ,可 信和 度 不 高 ,但 可 以 改进 的 余地 很 少 ,也 没有 充分 理由 和 否定 它 。 如 以 此 作 参 考 , 则 至 少 有 以 下 两 点 是 值得 注意 的 。 第 一 , 按 IPCC 报告 (IPCC 1990, P. 213 ,图 7: 10) 海 面 温 度 与 陆地 气温 全 球 平均 在 1917 至 1944 年 间 上 升 了 近 0. 7'C ,此 后 至 1976 年 下 降 了 0. 4C 。 北 半球 平均 分 别 上 升 了 0.75C 和 下 降 了 0. 5'C 。 北 半球 陆地 气温 由 1917 年 至 1938 年 平均 上 升 了 0.9C 多 ,此 后 至 1974 年 下 降 了 0.6C 。10 年 代 末 至 1940 年 前 后 ,大 气 中 温室 气体 浓度 增加 不 多 ,迅速 增加 是 在 进入 50 年 代 以 后 。1958 年 开始 有 准备 的 CO* 测 值 时 ,也 只 达到 295ppmv, 比 1900 年 高 15ppmv， 却 比 1990 年 低 58ppmv。 温 度 显 著 增 高 出 现 于 温室 气体 显著 增高 以 前 ,考虑 到 增 温 滞后 作 用 ,更 可 以 肯定 这 一 时 期 比较 暖 必然 另 有 原因 。 但 原因 何在 , 尚 不 知道 ( 王 绍 武 1991)。 在 此 以 后 的 气温 较 低 时 期 都 是 大 气 中 Co, 浓度 迅速 增加 时 期 。40 年 代 至 60 年 代 , 曾 有 一 些 科学 家 担心 新 冰期 行将 来 临 , 但 事实 上 温度 下 降 不 太 多 , 便 又 转 暖 . 谁 也 没 说 清楚 这 是 什么 原因 。 气温 在 20 多 年 内 先 上 升 0.7 一 0. 9C ,后 又 下 降 0. 4 一 0.6, 比 之 在 '100 HH EF 0. 3 二 0. 6 ,更 大 得 多 。IPCC 的 结论 说 ,这 后 一 数值 可 以 是 温室 气体 增加 的 结果 ,也 可 以 是 自然 因素 变化 或 自然 因素 与 其 他 人 为 因素 共同 变化 的 结果 。 只 是 原文 写 得 比较 含 著 ,中 文 译 本 初稿 又 更 含糊 ,稍为 大 意 一 点 , 便 会 忽略 了 这 值得 重视 的 关键 。 温 室 气 体 以 外 的 气候 变化 因素 不 搞 清 , 即 使 对 温室 气体 的 作用 搞 清 楚 了 ,预报 也 难免 会 差 之 毫 厘 , 廖 以 千里 。 第 二 ,上 面 说 的 是 二 十 年 、 一 百年 的 变化 。 如 不 说 在 地 史上 时 间 长 得 多 、 变 幅 大 得 多 的 冷 暖 变迁 ,一 万 年 内 几 千 年 几 百 年 的 起 伏 也 不 少 。 这 里 只 拟 提 两 个 特别 值得 重视 的 时 期 。 一 是 六 七 千年 前 至 四 千年 前 的 中 全 新 世 暖 期 ,北半球 中 纬度 气温 约 比 现 在 高 1 一 2C ,高 纬度 高 3 一 4C35 二 是 450 年 前 至 150 年 前 的 小 冰期 ,冰川 末端 气温 普遍 比 现 在 低 得 多 .有 人 认为 最 近 10 年 左右 的 转 暖 可 能 是 小 冰期 消失 以 后 的 回暖 。 如 果 温 室 气 体 浓 度 增加 也 起 了 作用 ,这 作 用 就 只 能 是 很 微小 的 .1989《 新 科学 家 》(New SCIENTIST, 1989 4F 123 期 ,24 页 ) 报 道 了 MI Budyko 对 气候 变化 的 两 点 见解 : 中 他 认为 自 中 全 新 世 暖 期 以 来 自然 趋势 是 不 断 降 温 。 由 于 温室 气体 的 作用 人 类 才 不 至 受 寒冷 之 害 。 外 他 认为 温室 气体 使 大 陆 内 部 降水 增多 国 此 , 温 室 气体 的 作用 形成 了 “温室 天 堂 ”。 报 道 没 有 提 他 的 根据 ,但 他 是 卓越 的 物理 气候 学 家 ,又 长 期 研究 气候 变化 ,贡献 很 多 , 决 不 会 没有 确切 的 论据 , 便 作 出 新 的 推断 ,如 果 接 受 他 的 推断 ， 温室 气体 的 增 温 作用 一 定 比 每 100 年 增 0. 3 一 0. 6C 大 许多 。 于 是 ,对 18 世纪 中 期 以 来 的 温 室 气 体 作 用 至 少 可 以 有 以 下 三 种 不 同 的 估计 。 至 目前 ,没有 足够 的 理由 可 以 否定 其 中 的 去 种 。 一 中国 将 来 的 情景 现在 WPCC 预计 * 如 果 不 采取 措施 ,下 一 世纪 气温 将 以 每 10 年 0. 3C 的 速度 增 如 ,到 2025 年 比 现在 高 1C ,到 下 世纪 末 高 3C 。 降 水 一 般 是 冬季 多 于 夏季 ,陆地 多 于 海洋 ,高 纬 多 ee 于 低 纬 。 随 着 温度 上 升 ,海水 膨胀 ,部 分 陆 上 冰雪 消融 ,海面 将 于 ;2030 及 2100 年 分 别 上 升 20cm 和 65cm ,降水 与 蒸发 亦 略 有 增加 。 这 是 很 粗略 而 县 依据 不 足 的 估计 。 如 果 止 世纪 以 来 的 增 温 ,是 由 于 或 部 分 由 于 小 冰期 的 自然 原因 的 消失 ,今后 增 温 可 能 比 IPCC 预计 的 要 小 。 如 果 中 全 新 世 暖 期 以 来 气候 变化 的 自然 趋势 是 降温 , 则 今后 增 温 可 能 更 小 。 因 此 ,推论 将 来 可 以 IPCC 预计 为 依据 ,也 可 以 假定 基本 上 将 不 发 生变 化 。 在 思考 中 要 有 了 两手 ,但 只 需 按 IPCC 预计 加 以 探讨 。 以 下 依 此 对 中 国 未 来 气候 变化 作 一 些 推测 。 推测 中 国 将 来 的 温度 ,可 参考 中 国 的 自然 区 划 和 和 气候 区 划 。 在 区 划 中 ,青藏 高 原 分 为 3 个 温度 带 , 其 余地 域 分 为 9 个 温度 带 。 AR. CX) aR, CV) PA, CV) HIGH. WAH: CV) LAA CV ) 中 亚热带 ,(CKV ) 北 亚热带 。 fi tH: (区 ) 暖 温带 ,CI) 中 温带 ,(I) 寒 温带 。 青藏 高 原 :(CHI ) 高 原 温带 ,CH I ) 高 原 亚 寒带 ,(HO) 高 原 寒带 。 上 列 12 个 温度 带 可 分 为 三 组 。 第 (1) 组 包括 (VE) 、(CK ) 两 带 , 全 年 温度 都 高 ,植物 生产 可 以 增加 。 第 (2) 组 包括 CR ) CVI) 4 个 带 , 如 果 没 有 常见 或 偶然 发 生 的 冬 半 年 低温 ,温暖 时 期 增长 ,或 温暖 时 期 温度 增高 ,植物 生产 可 以 显著 提高 。 第 (3) 组 包括 (I) 一 (区 ) 及 (CHO) 一 (CHIIU6 个 带 ,温度 增高 ,植物 生长 不 受 低温 的 影响 。 三 组 之 中 ,第 (3) 组 约 占 全 国 面积 74%， 第 (2) 组 约 占 全 国 面积 1/5, 但 农作物 产量 比 第 (1) 组 多 ,林业 发 展 潜力 不 亚 于 第 (3) 组 。 第 (1) 组 只 占 全 国 面积 百 分 之 几 。 如 果 按 IPCC 预计 ,2100 年 温度 平均 增高 3. 0C ,对 植物 生产 无 疑 是 利 大 于 害 的 。 下 面 将 就 此 作 一 些 补充 说 明 。 中 国 气温 的 特点 之 一 是 ,与 世界 同 纬 各 地 相 比 ,夏季 偏 高 ,而 冬季 偏 低 。 这 对 于 植物 生产 利 较 少 而 害 较 多 。 全 球 增 暖 本 来 说 是 冬季 多 于 夏季 ,加 以 内 陆 增 温 多 于 海洋 ,更 可 能 使 寒潮 削弱 ,其 结果 当 有 助 于 减 小 这 一 缺点 。 青藏 高 原 不 但 位 于 内 陆 ,气候 干旱 ,有 不 少 冰 雪 ,而 且 空 气 稀薄 ,长 波 辐射 在 地 表 热 量 平 衡 中 占 较 大 比重 ,将 来 增 温 应 当 较 多 。 寒 温带 (I) 冰 雪 分 布 较 广 ,中 温带 CI ) 东 部 与 西部 雪 亦 不 少 ,中 部 干旱 ,将 来 增 温 效应 亦 不 弱 。 进 入 暖 温 带 ( 亚 ) 积 雪 日 数 明显 减少 ,但 中 \ 西 部 深 处 内 陆 , 地 面 和 干旱 ,东部 在 冬 半 年 不 仅 地 面 干 旱 , 而 且 盛 行 西北 风 , 受 冷 空 气 影响 特别 大 ,将 来 增 温 幅度 当 仅 次 于 带 温 暖 (I)。 亚 热带 CRV ) 北 界 以 南 , 各 温度 带 气候 湿润 ,多 十 多云 ,海洋 对 气候 的 影响 也 较 大 ,将 来 增 温 作用 自 当 较 小 。 但 其 间 亦 有 一 些 差别 。 积 雪 日 数 由 北 而 南 减 少 ,至 南亚 热带 (VE ) 便 告 绝 迹 。 寒 潮 至 此 亦 较 少 出 现 , 越 往 南 越 少 ,不 出 边沿 热带 (W) 的 范 围 。 这 些 简 单 的 叙述 旨 在 说 明 即 使 在 一 国之 内 ,制约 温室 效应 的 因素 地 域 差 异 仍 然 很 大 , 因 而 要 在 综合 的 指导 之 下 分 析 ,然后 在 分 析 基 础 之 上 综合 。 在 当前 ,只 能 作 粗 线条 的 推测 。 IPCC 估计 2100 年 全 球 增 温 3. 0C 。 由 于 中 国 位 于 北半球 增 温 较 多 ,所 以 假定 此 数值 将 出 现 于 纬度 较 低 的 暖 温带 。 由 于 1 月 平均 温度 能 较 好 地 表达 温度 的 作用 ,再 假定 年 平均 温度 上 升 SC 相当 于 1 月 平均 温度 上 升 4C ,又 假定 1 月 平均 温度 上 升值 在 寒 温 带 南 界 增加 至 6'C ,在 赤道 带 北 界 减少 至 1C , 则 (1) 寒 温带 大 部 分 变 为 中 温带 ; (2) 中 温带 大 部 分 变 为 暖 温带 ; (3) 暖 温带 有 一 半 变 为 北 亚热带 ; (4) 北 亚热带 全 部 变 为 中 亚热带 ; 5) 中 亚热带 小 部 分 变 为 南亚 热带 ; (6) 南 亚热带 全 部 变 为 边沿 热带 ; (7) 边 沿 热带 一 部 分 变 为 中 热带 。 中 热带 与 赤道 带 , 除 海南 岛 最 南部 以 外 ,都 是 大 洋 中 的 小 岛 ,温度 增高 很 有 限 ,不 会 产生 多 少 影响 ,可 以 存 而 不 论 。 青藏 高 原 资 料 很 少 , 暂 可 假定 高 原 寒 带 变 为 高 原 亚 寒带 ,高 原 亚 寒带 变 为 高 原 温带 ,高 原 温 带 近 似 于 暖 温带 或 北 亚热带 。 以 上 推测 非常 粗略 。 但 在 目前 还 可 以 更 粗略 一 些 , 作 两 种 假定 :一 是 温度 基本 上 无 变化 ; 二 是 每 一 个 温度 带 都 变 成 相 邻 的 纬度 较 低 ,或 海拔 较 低 的 温度 带 。 第 一 种 假定 是 承认 小 冰期 的 自然 因素 消除 了 ,现在 在 恢复 正常 ,或 承认 中 全 新 世 暖 期 以 后 温度 变化 的 自然 趋势 是 降 ” 温 , 与 温室 效应 互相 抵 销 ,可 否定 温室 效应 能 使 温度 上 升 。 第 二 种 假定 是 承认 温室 作用 ,但 IPCC 预计 可 能 偏 低 。 所 要 特别 研究 对 策 的 只 是 第 二 种 假定 。 在 第 二 种 假定 下 ,在 作物 生产 上 不 会 有 多 大 困难 ,而 好 处 却 不 少 。 以 下 据 此 举 一 些 例子 说 明 。 现在 在 边沿 热带 栽培 热带 作物 还 偶然 会 章 寒 害 。 热 带 作 物 有 许多 是 多 年 生 的 ,在 经 济 上 带 有 固定 资产 的 性 质 , 一 旦 受害 便 损失 很 大 。 如 果 温 度 条 件 改变 为 中 热带 的 温度 条 件 , 便 不 会 再 有 此 等 损失 了 。 现在 在 南亚 热带 中 ,冬季 时 有 短期 低温 ,甘薯 必须 防寒 ,倒春寒 也 常 对 早稻 生产 有 很 大 影响 。 双 季 稻 连作 ,不 能 很 好 利用 7 月 优越 的 光 、 温 .水 条 件 。 冬 季 温 度 较 低 , 冬 作 可 以 选择 的 余地 不 多 。 如 果 这 里 变 成 了 边沿 热带 ,不 但 上 述 一 些 害 行 将 消除 MAKERS RE 生 、 甘 蔗 、 艺 麻 等 随时 都 可 种 植 ,改变 作物 制度 便 有 许多 文章 可 作 。 例 如 :甘蔗 收获 可 以 不 必 限于 比较 短 的 时 期 中 , 间 套 复种 可 以 纳入 固氮 能 力 比较 强 或 有 改善 土壤 物理 性 质 的 植物 ,水 稻 三 熟 不 致 由 于 季节 太 紧 而 无 法 推广 ,有 较 多 热带 作物 可 以 生长 得 比较 好 ,还 可 以 引种 一 些 原来 未 引种 的 热带 作物 。 中 亚热带 面积 广大 ,各 部 分 作物 生产 条 件 不 尽 相 同 ,如 温度 情况 改变 到 与 南亚 热带 相 似 , 一 般 是 比较 有 利 的 ,特别 值得 一 提 的 是 : @ 在 东部 :目前 双 季 稻 连 作 一 年 三 熟 制 虽 也 很 普遍 ,但 季节 比较 紧 , 晚 稻 较 常 于 抽穗 开花 时 受到 低温 危害 ,因而 一 年 两 熟 制 的 面积 也 不 少 ; @ 在 西部 :在 高 原 上 温暖 时 期 温度 较 低 ,作物 发 育 缓慢 ,不 宜 栽 培 双 季 稻 ;将 来 温度 提高 ,这 些 问 题 便 都 可 以 得 到 解决 。 北 亚热带 的 主要 作物 制度 是 一 年 两 熟 , 增 温 以 后 将 为 一 年 三 熟 所 取代 。 暧 温带 农作物 生产 需要 提高 温度 ,现在 冬季 不 能 露地 栽培 蔬菜 , 北 半 部 及 地 势 较 高 地 方 , 小 麦 越冬 地 上 部 分 枯死 ,一 年 两 熟 夏收 、 夏 种 过 度 紧 张 。 增 温 达 到 北 亚热带 的 程度 ,生产 潜力 必 将 大 大 提高 。 中 温带 现在 除 多 雪 地 方 以 外 ,不 能 种 冬小麦 ,每 2 一 4 年 出 现 一 次 低温 ,以 致 喜 温 作物 失 收 。 一 旦 出 现 暖 温 带 的 温度 条 件 ,不 但 对 大 田 作物 生产 很 有 利 ,果树 生产 亦 将 有 很 大 发 展 。 寒 温 带 现在 只 局 部 有 少数 农田 ,将 来 变 暖 ,农业 条 件 自 必 随 之 改善 .但 面积 有 限 ,可 以 开 BALMS. «4. SFRARBEAR FAFRWEM. SBRRHAKAZLS, BRL AERDM 地 点 有 零星 的 产量 很 低 很 不 稳定 的 小 块 农田 ,只 在 高 原 温带 有 值得 一 提 的 农业 ,面积 也 很 有 限 ; 南 部 有 好 些 地 方 ; 小 麦 可 以 越冬 ;但 整个 生长 时 期 温度 过 低 5* 要 - 且 三 13 介 胃 才能 成 熟 , 北 部 则 生长 季节 很 短 。 在 有 灌溉 的 条 件 下 ,南部 的 冬小麦 ,北部 的 春小麦 都 曾 有 过 亩 产 很 高 的 记录 :但 多 年 平均 仍然 很 低 f 这 上 与 光 \ 水 :养分 :病虫害 无 关 , 最 可 能 是 决定 于 温度 的 年 际 变 化 如 温室 效应 使 高 原 寒带 温度 为 高 原 亚 寒带 温度 所 置换 ,农作物 生产 的 前 景 只 不 过 从 无 到 有 二- 点 点 。 高原 亚 寒带 温度 上 升 为 高 原 温 带 的 温度 ,农作物 生产 当然 较 好 ,但 好 处 有 限 。 至 于 高 原 温 带 将 来 如 何 变化 , 却 不 易 预 测 . 拉萨 上 月 气温 一 2:3'C ,可 能 增 至 3 一 4Gi 接 近 北 亚 热带 的 南 界 .7 月 气温 14. 3C ,可 能 增 至 18-19C ,接近 于 中 温带 的 北 界 。 在 这 样 温度 条 件 下 ,冬季 可 以 露地 栽培 蔬菜 ,种 植 多 种 冬 作 ,冬小麦 能 获得 高 产 ; 但 生长 期 比 在 拉萨 短 ,而 比 在 北 亚热带 长 , 却 和 在 中 温带 北部 相似 ,有 些 喜 温 作物 不 能 生长 ,能 生长 的 也 产量 较 低 。 柴 达 未 盆地 1 月 平均 气温 在 一 10C 以 下 ,7 月 约 为 15C5 将 来 变 暖 )ERER ,夏季 气温 仍然 较 低 ?未 必 能 一 年 两 熟 ; 但 现在 生长 季节 太 短 ;又 常 有 低温 的 缺点 当 会 消除 。 综 士 所 述 * 对 农作物 生产 来 说 ,由 于 温室 气体 而 温度 增高 ,其 直接 作用 是 有 利 而 无 害 的 。 中 国 双 季 稻 连作 原来 只 限于 南 岭 以 南 ,后 来 发 现 可 以 向 北 推广 ; 九 年 之 间 遍 及 东部 中 亚热带 LAU. 一 百年 逐渐 适应 有 限 的 变化 ,不 应 有 什么 困难 。 或 担心 温度 上 升 , 病 虫害 将 随 之 发 展 .其 实 气温 、 作 物 制度 病虫害、 田间 管理 .植物 保护 作为 一 个 系统 同时 北 移 ; 即 使 略 有 参 差 ; 也 很 快 就 能 调整 适应 ， 事 先 绸 缪 ,更 可 强 患 于 未 形 。 ;多 年 生 的 自然 和 人 工 生态 系统 适应 温度 增高 ,与 一 般 农 作物 略 有 不 同 .但 也 不 会 是 什么 RET HAG. 第 一 ;在 多 年 生 植物 中 ,草本 比 木 本 好 办 ;在 木 本 之 中 灌木 又 比 乔木 好 杰 。 第 二 , 相 邻 温度 带 之 间 有 不 少 共同 的 植物 种 。 第 三 ,中国 植物 区 系 中 有 许多 是 从 第 三 纪 气温 比 现在 高 得 多 时 期 残存 下 来 的 成 分 ,应 当 具 有 比较 强 的 适应 增 温 的 能 力 。 第 四 , 110 年 增 温 3.0C ,不 能 适应 的 植物 未 必 很 多 。 温 度 带 界线 的 迁移 ,每 年 不 过 几 公里 ,有 些 植物 的 传播 也 有 可 能 与 之 并 驾 齐 驱 。 第 五 ,许多 与 全 球 变 暖 有 关 的 科学 问题 相信 到 2005 年 都 可 得 到 明确 汐 答 案 5 更 可 与 今后 118 年 的 温度 及 其 他 自然 变化 相 印 证 引 届时 再 重 行 审 改 工 作 方 向 和 内 容 也 还 不 晚 。 用 材 林 快 则 三 三 十 年 便 可 成 村 ;需要 好 下 十 年 以 上 的 比较 劣 ; 潜 树 和 经 济 林 好 几 出 年 仍 旺盛 生产 的 亦 不 多 见 * 其 他 未 本 和 草本 生态 系统 的 演 替 自 更 不 成 问题 ， 农田 以 外 的 生态 系统 在 温度 带 为 紫 久 的 较 暖 的 温度 带 取代 过 程 中 的 演变 ,在 湿润 . 亚 混 润 旺 区 内 ?一 般 将 导致 经 济 效用 的 提高 ;在 青藏 高 原 亦 大 体 如 此 7 但 在 半生 日 地 区 内 温度 带 ET 和 下 的 植被 改观 ,经 济 价值 不 会 有 多 大 变化 ; 气温 上 升 ,大 气 与 农田 及 其 他 生态 系统 之 间 的 温室 气体 交换 将 朝 哪 二 方向 变化 ; 疫 化 多 夫 , 芹 可 置 而 不 论 。 冬季 取暖 需要 的 燃料 将 会 减少 。 如 按 现 在 生活 水 平 , 暖 温带 变 为 北 亚 执 带 : 冬 季 可 不 取 暧 ,中 温带 变 暖 温带 ,取暖 天 数 减少 ,全 国 用 于 此 目的 的 攀 料 消费 量 将 减少 3/4 LAE. 年 平均 气温 上 升 3. O°C , it BAG Hh tae AR EY Pe RATER AS AE Beg 并 不 大 ,比较 值得 重视 的 是 降水 变化 和 海平 面 变化 。 IPCC 估计 全 球 降水 和 蒸发 到 2030 HSMN SIL OS PEK SRR IH Iw 多 。 由 于 降水 的 地 域 分 布 \ 时 间 变 化 都 比 气温 复杂 得 多 3? 测 值 又 差 得 多 ,一休 空 证 的 8 全 球 性 sw 9 。 的 推论 ,当然 没有 实际 意义 ,就 是 以 全 中 国 为 对 象 比 较 具体 一 些 的 论断 ,也 没有 多 少 用 处 。 要 人 靠 分 辨 率 高 得 多 的 模拟 得 出 可 以 作为 行动 指导 的 结论 ,至 少 还 要 等 十 多 年 .根据 器 测 降 水 记 录 , 中 国 各 地 年 降水 量 常 在 波动 之 中 ,滑动 平均 值 显 示 出 25 一 40 年 的 周期 ,但 没有 长 期 变 干 或 变 湿 的 趋势 。 有 人 认为 50 年 代 以 来 趋向 干旱 ,但 与 50 年 代 以 前 的 记录 合 在 一 起 ,仍然 只 是 长 期 长 向 波动 的 一 个 波 。500 年 来 关于 干旱 适 记载 与 100 年 来 的 降水 器 测 数值 ;由 于 资料 处 理 方 法 不 同 ,或 得 出 干 暖 相 借 ,或 得 出 于 冷 相 借 的 关系 ,也 有 得 出 好 几 种 关系 的 .国外 的 模 式 引 用 于 中 国 , 结 果 亦 出 入 不 小 。 这 些 探讨 都 需要 进一步 分 析 比 较 。 在 目前 ,和 似 可 假定 由 于 温室 效应 而 产生 的 变化 不 大 。 按 全 球 降水 增加 百 分 之 几 的 预计 ,增加 是 有 限 的 所 但 是 ,这 可 能 不 符合 中 国 的 情况 , 亦 可 假定 略 有 减少 。 换 名 话说 ,到 2030 年 ,温室 效应 可 以 忽略 不 计 。 可 是 ,到 :2100 年 是 否 也 可 忽 备 不 计 呢 ?IPCC 报告 未 提 2100 年 如 何 。 国 内 外 却 有 一 些 大 提出 夏 季 季 风 会 因 温 室 效应 而 增强 ,Budyke 说 内 陆 降 水 将 增加 ,不 知 是 否 就 是 相同 的 见解 ? 关于 这 ” 阿 题 我 有 三 点 意见 : 第 一 ,在 中 全 新 世 暖 期 ,几乎 世界 各 地 都 比较 湿润 ,中 国 自 华北 平原 至 新 疆 亦 如 此 。 这 是 不 是 夏季 季风 增强 的 结果 呢 ? 如 果 是 ,其 原因 是 否 与 温室 效应 相似 呢 ? 第 二 ,中 国 夏 季 季 风 制 约 于 许多 因素 ,比较 复杂 , 仅 是 低压 中 心 因 地 面 温度 上 升 而 气压 降低 未 必 就 会 加 强 ,还 需要 研究 。 第 三 ,夏季 季风 虽然 很 重要 ,但 只 能 与 其 他 气候 变化 因素 一 起 发 生 作用 ,这 些 因素 也 必须 研究 清楚 才能 知道 全 瑶 ,预谋 对 策 , 尤 其 是 要 事先 看 到 在 亚热带 中 可 能 出 现 的 变化 。 适应 2100 年 以 前 的 气候 变化 ,在 中 国 很 可 能 没有 多 大 问题 。 海面 上 升 似 可 以 接受 IPCC 的 预计 ,到 2030 年 上 升 20cm, 到 2100 年 上 升 65cm, 只 要 南极 西 冰 原 不 解体 ,估计 不 会 越过 此 幅度 。 因 为 在 上 新 世 时 ,温度 比 现在 高 得 多 ,南极 西 冰原 也 没有 解体 。 但 是 20cm 和 65cm 仍然 需要 重视 ,南极 西 冰 原 的 解体 的 可 能 性 也 不 可 忽略 。 Ged) 3) 策 根据 上 述 理由 ,中 国 适应 由 温室 气体 浓度 增加 所 引起 的 气候 变化 困难 不 大 ,甚至 还 有 好 处 ;对付 今后 40 年 海面 每 年 上 升 5 毫米 ,规划 .设计 、 施 工 也 还 来 得 及 。 但 是 ,我 们 还 必须 积极 而 认真 地 采取 有 效 的 措施 ,因为 目 我 们 不 能 只 顾 中 国 , 而 不 顾 从 类 的 大 多 数 ; ORME RAB 2100 年 ,以 后 温室 效应 继续 加 强 , 如 果 不 是 处 于 中 全 新 世 暧 期 以 后 自然 降温 阶段 ,又 不 及 早 绸 缪 , 终 将 酿 成 大 祸 ; @@ 虽 然 南 极 西 冰 原 解 体 的 可 能 性 很 小 ,但 不 是 一 定 没 有 此 可 能 性 , 仍 应 注意 遏制 温度 上 升 ,以 策 万 全 。 我 们 应 该 采取 什么 行动 呢 ? 行动 的 作用 ,一 是 消除 温室 气体 在 大 气 中 浓度 增加 的 根源 ,二 是 对 付 温 室 效应 的 结果 。 前 者 是 全 球 性 的 ,后 者 是 区 域 性 的 。 采 取 行 动 要 付出 代价 ,采取 等 待 方针 也 要 付出 等 待 代价 (Waiting cost), 。 依 所 抉择 的 措施 不 同 ,两 种 代价 都 可 能 由 有 零 或 很 小 到 很 大 ,一 般 可 在 很 小 和 很 大 之 间 , 按 现在 的 认识 来 决定 做 什么 ,不 做 什么 ,以 后 认识 提高 了 ,还 可 以 而 且 应 当 作 适当 的 改变 。 以 当前 认识 而 论 ,我 们 的 措施 可 分 为 两 类 。 《 甲 ) 类 :即使 没有 全 球 变 暖 问题 也 是 有 经 济 效益 ,或 迟 或 早 应 当 采 取 的 措施 。 应 当 采 取 *。 6. 的 措施 大 多 数 属于 这 一 类 ,只 需 参考 遏制 全 球 变 暖 的 必要 性 改变 优先 次 序 。 还 应 区 分 为 两 组 ,( 子 ) 资 金 技术 都 无 问题 的 , ( 丑 ) 资 金 . 技 术 有 问题 的 。 后 一 类 如 果 其 效能 是 具有 全 球 性 的 * 有 理由 寻求 国际 协作 。 ( 乙 ) 类 :区 域 或 局 部 问题 ,主要 是 海面 上 升 问题 ,如 不 及 时 采取 措施 ,等 待 成 本 可 能 太 Ke 以 下 就 现在 认为 可 以 就 采取 或 准备 采取 的 措施 , 作 简 单 的 说 明 , 其 中 也 包括 一 些 自 待 试 验 研究 的 问题 。 1. 农林 牧 方面 中 国 农业 和 其 他 生态 系统 的 温室 气体 收 支 只 有 零散 的 点 的 测 值 ,未 见 到 全 面 的 估计 。 由 于 人 类 活动 的 影响 ,生态 系统 在 很 短 距 离 内 就 有 很 大 差别 ,一 个 误差 不 太 大 的 估计 疏 怕 也 要 好 克 年 时 间 ， 细 心 工 作 , 才 能 完成 。 但 可 以 肯定 ,中 国 的 土地 生产 力 还 可 以 大 幅度 地 提高 。 这 是 发 展 的 需要 ,一 旦 实现 ,所 吸收 的 Co，* 亦 必 相应 增多 。 农作物 生产 .农作物 高 产 、 稳 产 是 中 国 头 等 重要 的 事情 .不管 有 无 全 球 变 暧 ,我 们 都 必须 为 此 作 长 斯 的 努力 ,在 这 一 舞台 上 ,存在 着 许多 自然 的 、 技 术 的 和 社会 的 不 肯定 性 ,但 无 疑 还 有 很 大 的 用 武之 地 ,气候 条 件 基 本 上 无 变化 时 如 此 ,全 球 变 暖 而 不 显著 超出 大 多 数 科学 家 的 预计 时 更 如 此 。 经 济 产量 与 生物 产量 增加 ,农田 的 温室 气体 收 支 均 将 随 之 而 变化 ,但 净 收 入 一 定 会 增加 。 至 于 这 将 如 何 影响 温室 气体 还 得 看 产品 和 其 他 生物 量 如 何 使 用 和 处 理 。 在 这 一 步 上 ,应 尽 可 能 地 减少 再 转化 为 温室 气体 的 百分率 。 对 于 上 述 问 题 , 有 一 定 把 握 , 又 有 许多 未 知 数 。 为 了 增产 需要 做 研究 工作 ,为 了 减少 向 大 气 输出 温室 气体 又 要 研究 产品 和 其 他 生物 量 的 去 路 。 15 年 前 ,我 曾 将 与 作物 生长 ,发育 和 产量 形成 的 因素 分 为 人 为 措施 不 能 改变 的 和 可 以 改变 的 .可 以 改变 的 又 按 可 变 的 幅度 、 难 度 …” 等 分 类 ,然后 参考 限制 因素 原理 加 以 综合 .所 得 出 的 粮食 作物 生产 潜力 比 当 时 和 现在 的 单产 都 高 得 多 。 华 北 一 年 两 熟 , 如 可 以 改变 的 因素 都 改变 了 , 按 三 种 方法 估算 , 取 偏 保守 的 数值 得 每 亩 900kg, 并 说 明 有 可 能 低估 200kg。 世 界 记录 单产 ,小 麦 为 750kg,* 玉 米 为 1500kg。 虽 然 这 都 不 是 在 复种 ` 套 种 条 件 下 取得 的 ,自然 条 件 也 不 相同 ,但 由 此 也 可 以 看 到 我 的 估计 不 算 高 。 经 河南 农 科 院 核实 的 1978 年 和 1979 年 农 民 高 产 记录 已 达到 了 上 述 偏 保 守 的 数值 .1989 年 山东 平原 县 出 现 了 小 麦 玉 米 一 年 两 熟 亩 产 1550kgy 更 证 明 所 采取 的 数值 正好 偏 低 了 .200kg。 作 物 生产 潜力 基本 上 是 在 改变 的 因素 的 前 提 下 ,制约 于 温度 的 生长 期 内 ,投射 于 植株 光合 器 官 表面 的 光合 有 效 辐射 。 由 暖 温带 往 南 逐 渐 增 加 ,从 全 国 来 看 ,增产 的 可 能 幅度 很 大 。 如 果 温 度 带 向 北 移动 ,幅度 更 大 。 但 是 ,以 人 为 措施 改变 可 以 改变 的 因素 ,当然 需要 人 力 、 物 力 * 财 力 。 在 经 济 上 不 合算 的 当然 应 排除 在 外 。 养分 不 足 , 在 技术 上 全 都 可 以 人 为 措施 弥补 ,但 必须 收 多 于 支 ,不 能 做 赔本 生意 。 此 外 ,还 有 自然 条 件 的 限制 。 防 止 短期 低温 危害 ,提高 温度 不 能 超过 2C 。 补 充 灌 溉 ,其 规模 决定 于 可 以 取得 的 水 源 。 为 了 发 展 农业 ,为 了 防止 全 球 变 暖 ,都 需要 系统 的 研究 。15 年 来 ,有 不 少 与 此 有 关 的 研究 和 试验 在 分 散 进行 。 希 望 能 系统 地 收集 整理 ,以 期 在 1992 年 环境 与 发 展 大 会 上 能 提出 一 个 初步 的 报告 ,表明 中 国 在 这 一 方向 上 能 增加 吸收 多 少 Co:, 同 时 也 可 供 规划 我 国 农 业 发 展 的 参考 ,以 及 拟订 进一步 试验 研究 计划 的 依据 。B. P. Tinker( 原 ,Rothamstedt 农业 试验 站 主任 ) 主 持 英 国 作物 单产 差异 研究 于 1983 年 发 表 的 文章 中 ,将 作物 生产 因素 分 为 种 质 洪 a7 力 ` 地 方 因 素 和 管理 因素 ,在 方法 上 与 我 以 前 的 工作 近似 ,结果 也 差不多 ,但 他 将 种 质 特 别提 出 来 ,很 有 意义 。 山 东平 原 县 的 高 产 , 很 重要 的 一 点 是 采用 了 优良 品种 。 生 物 工 程 和 育种 工 作 的 进展 将 大 有 助 于 产量 的 提高 。 甚 至 带 来 意 想不到 的 前 景 。 结合 全 球 变 暖 问题 ,还 得 再 做 两 项 工作 。 一 是 农田 生态 系统 的 CO. 净 收 入 ,数据 可 用 比较 简单 的 方法 取得 。 二 是 农田 产物 的 用 途 。 秆 茎 用 以 造纸 或 燃烧 ,产量 为 棉花 或 玉米 ,对 大 气 CO* 浓度 的 作用 很 不 相同 。1992 年 大 会 以 前 ,只 能 了 解 大 概 , 以 后 应 有 较 深 入 的 研究 ,作为 规划 行动 的 依据 。 坡地 的 持续 利用 与 改良 。 中 国 是 山 多 、 丘 陵 多 的 国家 。 根据 中 国 科 学 院 自然 资源 综 考 会 的 数据 ,在 湿润 和 亚 湿润 地 区 中 ,这 约 占 面积 的 2/3。 山 岭 和 丘陵 的 坡地 一 般 生 产 力 都 很 低 ， 而 且 多 受 土壤 侵蚀 的 破坏 或 面临 侵蚀 的 威胁 。 按 其 现状 ,不 但 所 提供 的 能 满足 社会 需要 的 产 品 很 有 限 ,而 且 地 力 日 趋 衰 退 , 还 将 危害 下 坡 和 下 游 , 亚 需 提 高 其 持续 生产 力 , 兴 利 除 害 ， 而 这 是 可 能 的 。 若 可 能 成 为 现实 ,所 吸收 的 CO. 亦 必 显著 增 多 。 提 到 坡地 ,首先 就 会 想到 水 土 保持 和 造林 。 南 方 草 坡 发 展 畜牧 也 在 一 些 地 方 取 得 了 效益 。 这 些 当 然 都 很 重要 ,但 可 用 提 高 坡地 持续 生产 力 ” 这 一 命题 把 它们 贯 串 起 来 ,根据 每 一 个 坡 面 的 特性 ,寻求 适当 的 措施 。 持 续 性 包括 生态 的 和 经 济 的 两 方面 。 在 生态 方面 基本 上 就 是 广义 的 土壤 保持 ,包括 控制 侵蚀 ， 维护 或 改良 土壤 物理 性 质 、 补 充 或 提高 土 中 的 养分 。 这 在 坡地 利用 中 是 必要 的 条 件 。 在 经 济 方面 ,一 要 求 输出 大 于 投入 ,二 要 求 符 合 比较 利益 法 则 ,三 要 求 具备 对 将 来 的 地 方 和 市 场 需 oe 国民 收入 很 低 , 其 中 积累 所 占 的 百分率 也 很 低 , 长 短 结 合 ,以 短 养 长 ,更 应 当 是 可 行 性 研究 中 不 可 忽略 的 因素 。 措 施 的 选择 和 配置 都 应 当 以 每 个 坡 面 为 单位 ， 在 综合 指导 下 分 析 *, 在 分 析 基 础 上 综合 。 水 土 保 持 是 一 个 世界 性 的 问题 。 美 国 为 此 而 支付 的 代价 最 大 。 从 30 年 代 起 ,不 断 试验 研究 推广 ,所 设计 的 措施 控制 侵蚀 的 作用 是 好 的 。W. C. Mauldenhauer 却 认为 问题 没有 解决 ， 在 一 些 方 面 甚至 更 严重 了 。 农 民 看 不 到 利之 所 在 ,不 会 乐于 推广 ,推广 了 ,也 不 会 注意 护养 。 50 年 代 以 来 ,中 国 也 很 重视 水 土 保持 。 报 刊 传 载 成 功 的 经 验 不 可 胜 数 ,其 中 至 少 有 一 部 分 是 翔实 的 。 然 而 能 长 期 保存 下 来 ,发 挥 显著 效益 的 却 极 罕 见 。 不 与 当地 农民 看 得 见 的 利益 相 结 合 ,不 经 常 维修 ,任何 措施 都 只 能 是 县 花 一 现 。. 过 去 也 常 说 水 土 保持 有 利于 生产 ， cope gegen 当 是 为 提高 持续 生产 力 而 设计 、 选 择 土壤 保持 的 措施 。 + 南方 草山 如 何 利用 ,曾经 有 过 争论 .不 同 地 区 ,自然 条 件 与 社会 经 济 情况 不 同 , 从 生态 与 经 济 两 方面 来 衡量 持续 生产 力 的 提高 ,不 会 得 出 全 部 宜 于 造林 或 畜牧 的 结论 。 pede = 内 ,最 有 利 的 部 署 一 般 应 当 是 农 \ 林 、 牧 相 结合 而 不 是 相 排 斥 。 持续 生产 力 决 定 于 许多 因素 ,研究 应 从 一 个 坡 面 开 始 , 因 为 上 坡 与 下 坡 的 自然 过 程 互相 关联 ,上 坡 可 以 影响 下 坡 , 有 时 下 坡 也 可 以 影响 上 坡 , 土 地 使 用 权 也 往往 属于 同一 户主 , 兴 利 除 害 , 统 一 权衡 ,比较 方便 。 按 坡 面 径流 系统 划分 坡 面 ,说 起 来 很 简单 ,做 起 来 ,常常 可 彼 可 此 。 界 线 划 分 带 一 点 任意 性 对 工作 影响 不 大 。 一 个 坡 面 划分 之 先 ,首先 要 估计 80%% 年 份 会 出 现 的 20 一 30 年 一 遇 的 和 历史 土 最 大 的 暴雨 ,观察 从 分 水 线 到 坡 足 的 地 瑶 变 化 和 土壤 物理 性 质 , 然 后 通过 在 暴雨 中 观察 坡 面 径流 的 形成 、 侵 蚀 和 堆积 作用 。 除 极 少数 地 点 以 外 ,这 些 很 难 作 详 细 的 测定 。1954 ER BY 志 去 大 同 大 泉山 。 张 风 林 和 高 进 才 师 徒 二 人 在 坡地 上 造林 ,取得 了 很 好 的 结果 ,主要 措施 之 “8. 一 是 在 坡 上 控 鱼 鳞 坑 。 坑 的 尺寸 和 密度 决定 于 他 们 站 在 暴雨 径流 中 足 部 的 感觉 。 为 了 推广 当然 不 可 能 这 样 做 ,只 能 依靠 示范 和 青年 推广 员 传 授 一 些 知识 ,指出 一 些 可 行 的 办 法 。 对 自 然 界 有 较 长 期 经 验 的 农民 当 能 按 当地 情况 , 作 必 要 的 变通 。 地 面 径流 自分 水 线 以 下 逐渐 增强 ,通常 要 增强 到 一 定 程 度 才 发 生 面 蚀 ,进而 出 现 毛 沟 、 切 沟 侵蚀 沟 。 联 系 土壤 物理 性 质 和 地 狐 的 变化 , 便 可 大 体 了 解 坡 面 径 流 的 产生 、 积 累 、 侵 蚀 和 推 积 。 分 水 线 以 下 ,通常 有 一 个 R. E. Horton 的 无 侵蚀 带 ( 有 些 地 方 不 存在 这 一 带 ) 。 在 无 侵 蚀 带 中 ,可 以 生产 为 主 , 布 置 措施 。 待 坡 面 径 流 往 下 增强 到 有 害 程 度 , 即 布设 以 保护 为 主 的 措 施 。 再 下 又 可 再 以 生产 为 主 。 在 整个 坡 面 , 由 上 而 下 ,以 生产 为 主 与 以 保护 为 主 的 措施 交替 分 布 。 以 生产 为 主 的 措施 要 尽 可 能 便 之 具有 抗 蚀 的 功能 ,以 保护 为 主 的 措施 要 尽 可 能 使 之 提 供 有 用 的 产品 。 ”过 去 对 防止 侵蚀 措施 的 认识 有 一 部 分 带 有 表面 性 。 一 个 例子 是 在 森林 之 下 实际 上 不 发 生 土 壤 侵蚀 ,这 是 事实 ,但 不 知道 理由 何在 。 近 年 才 知道 这 主要 应 归功 于 残 落 物 。 土 面 的 60%% 有 残 落 物 覆盖 ,侵蚀 便 基 本 上 停止 。 林 下 植物 能 起 10% 以 内 的 保护 作用 ,树冠 的 作用 因 其 形态 和 降水 性 质 而 异 ,多 数 有 负面 作用 ,偶然 有 有 限 的 正面 作用 。 这 很 简单 , 却 很 重要 。 自 然 条 件 和 社会 经 济 要 求 都 宜 于 造林 的 地 方 ,成 片 造林 硬 同 时 起 保 土 和 提供 产品 的 作用 。 木 材 生长 量 与 采伐 量 持平 是 绝对 必要 的 ,中 国 不 久 就 可 实现 这 一 要 求 。 但 是 保护 森林 必须 保护 残 落 物 , 否 则 土壤 侵蚀 将 因此 而 加 剧 ,而 且 生态 系统 中 养分 平衡 被 破坏 ,更 新 将 更 困难 。 森 林 采 伐 一 般 难免 引起 侵蚀 ,如 能 尽量 减少 对 残 落 物 的 破坏 , 便 可 以 减低 侵蚀 的 强度 。 和 森林 更 新 , 即 使 用 马尾 松 这 样 生长 较 快 的 树种 ,也 要 不 少年 时 间 。 若 同时 种 了 些 胡 枝子 , 既 有 助 于 松树 的 生长 ,也 有 助 于 控制 侵蚀 ,还 能 提供 一 些 燃 料 和 饲料 中 国 山区 和 丘 陵 区 都 比较 贫困 ,林木 成 材 需 要 时 间 较 长 ,坡地 都 造林 未 必 可 行 . 如 广东 稚 山 县 引种 马 占 相思 ,生长 很 好 ,差不多 到 离 地 20 米 才 分 枝 , 预 计 十 多 年 便 能 成 材 , 获 利 不 小 .但 是 ,整地 、 施 基肥 、 买 种 子 需要 一 笔 费用 ， 等 十 几 年 才 有 收益 ,农民 所 能 积累 的 资金 很 有 限 , 吓 需 能 以 短 养 长 。 目 前 在 那里 薪 柴 供 不 应 求 。 有 一 些 树种 ,种植 一 两 年 便 能 提供 燃料 ,砍伐 后 即 迅速 萌生 ,连年 砍伐 ,至 少 可 持续 二 十 多 年 。 菲律宾 有 这 类 事例 。 在 陡坡 上 等 高 种 两 排 新 银 合欢 作 篇 秃 ,株距 10cm ,每 长 至 lm 高 ， 便 在 30cm 处 砍 作 燃料 ,叶片 落 在 篱 芭 所 在 地 和 王 坡 。 它 削弱 坡 面 径流 而 将 径流 所 挟 带 的 固 体 留 在 篇 秃 后 面 ,逐渐 成 为 梯田 。 梯 田 宽 10m, 由 于 径流 减弱 ,落叶 既 有 控制 侵蚀 作用 ,又 能 供给 一 些 氮 、 磷 、 钾 、 钙 ( 氮 来 自 共 生 固 氨 作用。 根深 10m 以 上 ,有 根 菌 能 吸收 心 土 以 至 岩石 中 的 养分 ), 用 以 栽培 玉米 ,产量 为 对 照 组 的 三 倍 。 新 银 合 欢 在 中 国 最 北 可 生长 至 南 雄 ,不 宜 酸性 土壤 ,但 可 用 杂交 、 施 种 肥 或 接种 能 分 泌 碱 性 物质 的 根瘤 菌 使 之 适应 。 可 作 往 笛 的 植物 不 少 。 近 来 有 些 试 验 表 明 ,株距 25cm 也 能 发 挥 类 似 的 作用 。 A PIRES HR, 不 受 遮 限 的 影响 , 自 可 按 社会 需要 用 于 提供 产品 。 除 等 高 耕作 土 面 覆盖 以 外 ,还 可 采取 间 套 复种 以 至 轮作 ,将 用 地 与 保 地 养 地 结合 起 来 .在 多 年 生 作 物 之 下 ,再 种 适宜 的 覆盖 植物 , 保 地 养 地 的 效果 更 大 .在 技术 上 有 许多 文章 ,但 在 以 生产 为 主 的 地 段 ,必须 输出 大 于 投入 ,符合 这 条 件 的 设计 ,还 须 互 相 比较 , 求 取 最 大 效益 。 最 后 抉择 也 可 能 使 坡 面 径 流 不 再 向 下 增加 到 有 破坏 作用 的 程度 。 如 果 不 能 ,就 应 于 适当 地 形 部 位 采取 以 防 蚀 为 主 的 措施 。 以 上 简单 说 明 以 一 个 坡 面 为 单位 ,设计 措施 .计算 效益 的 理由 ,以 下 再 作 三 点 补充 。 上 面 所 说 措施 全 是 建立 某 些 生态 系统 。 在 大 多 数 条 件 下 这 是 主要 的 ,但 常常 要 辅 以 工程 Qe 措施 ,有 些 地 方 , 工 程 措施 与 建立 生态 系统 同样 重要 。 例 如 黄土 高 原 大 部 分 地 域 25 一 30 年 一 遇 一 日 最 大 暴雨 不 过 100mm, 而 黄土 的 透水 性 很 高 ,对 黄土 施工 又 比较 容易 ,如 能 防 土 面 结 皮 ，, 改 善 犁 底层 的 透水 性 ,修筑 梯田 并 在 外 沿 建立 土 醒 ,降水 可 全 入 渗 土 中 ,并 大 部 留 在 根 层 之 内 ，, 既 消除 侵蚀 破坏 ,还 大 大 提高 植物 生产 .大 寨 过 去 用 修筑 梯田 ,深耕 深 蚀 成功 的 控制 侵 蚀 , 提 高 玉米 产量 ,但 每 年 深耕 深 刨 一 次 不 仅 费 工 太 多 ,而 且 会 破坏 土壤 结构 。 我 1986 年 去 参观 时 ,所 谓 海 绵 田 已 经 蝇 不 动 了 .提高 持续 生产 力 ,应 于 第 一 次 深耕 之 后 ,立即 采取 改良 土 壤 结 构 的 措施 。 改良 土壤 物理 性 质 和 补充 土壤 养分 应 主要 依靠 生物 方法 ,在 某 些 条 件 下 * 也 可 与 机 械 方 法 和 化 学 方法 相 辅 而 行 。 改 良 土壤 结构 便 是 其 中 很 重要 的 一 项 。 各 种 植物 根系 很 不 一 致 密 度 大 的 根 有 助 于 土壤 结构 的 形成 。 有 些 强大 的 根 能 穿 过 坚实 的 犁 底层 。 有些 植 物 容 易 风 倒 ， 削弱 土壤 的 抗 蚀 力 , 而 露出 的 根 更 会 使 局 部 侵蚀 能 力 增强 。 有 些 根 有 共生 固 氢 作用 ,有 些 能 借助 于 根 菌 吸取 土壤 及 岩石 中 可 给 性 很 低 的 矿质 养分 以 构成 其 机 体 。 枯 枝 落叶 和 残 根 除 保 护士 壤 不 受 侵 蚀 防 止 士 面 结 皮 产生 外 ,还 能 增加 土壤 有 机 质 含量 ,改善 土壤 结构 ,提高 土 中 养分 。 选 择 适 当 植 物 ,并 在 某 些 场合 采用 混 、 套 ` 间 轮作 或 施用 取 自 其 他 地 点 的 有 机 物 , 改 良 土壤 物理 性 质 和 提高 土壤 有 机 质 含量 需要 较 长 年 期 。 有 机 物 分 解 能 当年 析出 一 些 养分 ,供给 植物 生长 的 需要 ,但 土 中 养分 含量 的 增加 仍然 是 很 缓慢 的 过 程 , 在 此 类 变化 达到 一 定 程 度 以 后 ,最 有 利 的 措施 就 会 改变 ; 一 块 地 如 此 ,整个 坡 面 的 措施 的 组 合 也 如 此 。 生 态 的 和 经 济 持 续 性 应 当 顾 及 这 种 可 能 性 。 重力 侵蚀 是 坡 面 上 的 一 种 特殊 现象 , 它 的 产生 与 坡 面 径流 关系 不 大 。 例 如 在 陡坡 土 的 裔 岗 , 以 工程 措施 去 固定 它 , 所 费 太 大 ,只 宜 用 于 保护 十 分 宝贵 的 资产 建立 适当 的 植被 可 以 减 少 进入 土 体 中 作为 润滑 剂 的 水 ,并 以 根系 维系 土 体 。 这 对 于 较 小 的 裔 岗 或 能 起 一 定 效果 * 但 不 能 显著 地 削弱 风化 与 重力 的 作用 ,对 较 大 的 裔 岗 未 必 会 有 控制 的 能 力 . 但 有 必要 在 裔 岗 以 下 多 想 办 法 。 较 小 崩 岗 ,围绕 它 的 草 部 种 植物 也 许可 以 防止 或 延缓 块 体 运动 的 发 生 , 或 减少 其 破坏 的 范围 。 对 大 裔 岗 , 则 应 按 地 势 . 崩 滑 土 体 的 大 小 和 组 成 物质 的 自然 角 * 预 计 运 动 发 生 以 后 的 情 状 .从 重力 侵蚀 来 说 ,这 是 由 不 平衡 趋向 准 平 衡 , 从 坡 面 径流 侵蚀 来 说 * 却 是 新 的 破 坏 对 象 。 先 在 其 外 围 建 立 适 当 的 植被 可 以 限制 径流 侵蚀 的 作用 和 范围 。 以 上 简单 地 从 生态 和 经 济 的 持续 性 谈 坡地 利用 。 事 实 上 在 中 国 及 国外 己 有 许多 成 功 的 个 例 措 施 。 在 没有 人 为 破坏 的 前 提 下 ,大片 造 林 而 青 敬 遍野 ,在 经 济 士 亦 输出 大 于 投入 的 ,在 中 国 就 有 不 少 事例 。 黄 土 高 原 在 有 些 侵蚀 沟 中 栽植 刺槐 ,很 快 就 取得 了 封 沟 的 效果 。 建 立 活 往 笛 在 一 些 热带 .亚热带 发 展 中 国家 表现 出 其 显著 的 作用 ,在 中 国 则 正 开 始 试验 。 在 珠海 种 植 一 年 的 象 草 往 芭 经 受 住 了 100mm/ 日 的 暴雨 ,能 随 着 篇 危 后 方 泥 沙 的 堆积 而 不 断 向 土生 长 。 能 在 南方 各 省 用 作 管 秃 的 植物 很 多 。 在 北方 ,具有 此 功能 的 植物 亦 颇 不 少 。 张 家 日 年 降 水 300 多 mm 已 属 半 干旱 地 区 , 荆 条 在 坡 上 就 生长 很 好 ,可 用 于 编织 ,高 仅 一 米 ,* 种 成 活 篇 复 , 当 能 起 控制 侵蚀 的 功能 ,已 准备 于 今年 开始 试验 .至 于 活 息 秃 之 间 的 地 面 及 梯田 , 除 常 见 的 旱 作 以 外 ,可 种 的 植物 还 不 少 。 中 国 农 科 院 引种 籽粒 苋 , 从 海南 至 内 蒙古 布置 的 试验 ,都 取 得 较 好 的 结果 。 这 是 碳 四 植物 , 耐 旱 性 能 远 远 超过 玉米 ,单产 量 蛋 白质 高 于 其 它 植 物 , 赖 氨 酸 含量 为 米 和 小 麦 的 两 倍 、 玉 米 的 三 倍 , 可 作 粮 食 , 亦 可 作 饲 料 。 红 麻 在 美国 东南 部 年 产生 物 量 约 为 南方 松 的 9 倍 。 美 国 农业 部 用 了 30 多 年 时 间 ,寻求 非 木 本 制 浆 植物 ,最 后 选 定 红 麻 ， s。 110 。 1987 4F a AQ AY 20 PRE IR TS HE AS BAN A AY ARK , BAS ARN et AR 25% ,而 且 污染 较 轻 。 植 物 根系 发 达 , 能 改善 土壤 的 物理 性 质 ,但 这 两 种 植物 都 耗 用 大 量 氮 素 ,如 与 固氮 较 多 的 植物 如 太阳 麻 间作 或 轮作 , 当 可 不 用 化 肥 而 得 到 持续 高 产 。 植 物 界 中 存在 着 很 多 潜在 可 能 性 。 较 好 地 掌握 这 些 便 大 有 可 为 。 再 以 坡 面 为 单位 统一 部 署 ,所 期 待 的 目的 是 可 能 达到 的 。 在 人 多 而 耕地 少 的 中 国 , 提 高 坡地 生产 力 具 有 非常 重要 的 作用 ,也 是 江河 中 下 游 防洪 、 航行 、 灌 溉 所 人 迫切 要 求 ,对 于 减少 大 气 中 co; 浓度 的 作用 应 亦 不 小 。 这 决定 于 目前 坡地 的 生 产 力 、 十 年 左右 可 以 达到 的 坡地 生产 力 与 全 部 生物 量 的 用 途 。 详 细 计算 需要 较 长 时 间 ,近似 估计 ,工作 组 织 得 好 ,一 年 左右 也 可 以 完成 。 如 果 效 果 很 大 在 优先 程序 上 就 应 当 更 提前 一 些 。 稻田 改制 ,甲烷 是 仅 次 于 co; 的 温室 气体 。 对 它 的 产生 过 程 目 前 了 解 很 少 , 但 大 家 都 认 为 水 稻田 是 重要 的 来 源 。 中 国 稻田 面积 仅 次 于 印度 ,稻米 产量 更 疾 居 各 国之 前 。IPCC 第 三 工 作 组 估计 , 随 着 人 口 的 增加 ,到 2020 年 世界 稻米 产量 需要 由 458 百 万 吨 增 至 760 百 万 吨 。 至 于 如 何 可 以 减少 稻田 甲烷 的 亩 释 量 ,还 需要 多 年 试验 研究 .我们 的 对 策 一 方面 当然 要 积极 地 众 事 这 一 方向 的 试验 研究 ,同时 也 应 探索 是 否 有 可 能 减少 稻田 面积 与 稻米 需要 量 的 增长 。 我 认为 有 两 点 是 值得 考虑 的 。 第 一 ,过 去 认为 人 的 膳食 习惯 很 难 改变 。 但 东亚 以 食 米 为 主 的 人 ， 在 生活 水 平 提高 以 后 , 米 在 膳食 中 的 比重 有 下 降 的 趋势 。 如 采取 一 些 措施 ,可 以 加 速 这 一 变 et. 第 二 ,中 国 双 季 稻 连 作 地 区 ,7 月 光 最 强 ` 温 度 条 件 优 良 , 水 分 条 件 亦 多 不 错 , 却 由 于 旱稻 叶片 业已 衰老 ,而 晚稻 叶 面 积 指数 很 低 , 不 能 充分 加 以 利用 。 有 时 只 种 一 季 稻 产量 不 比 双 季 稻 低 多 少 ,甚至 反而 较 高 如果 米 的 食用 量 能 减少 一 些 , 改 种 其 他 作物 可 能 更 为 有 利 。 例 如 中 国 是 食糖 进口 国 , 而 甘 上 蔗 在 热带 及 南亚 热带 比 之 双 季 稻 能 更 有 效 地 利用 全 年 光 能 与 温 BEATE. 一般 地 说 ,旱地 比 之 水 田 安 排 间 套 复种 都 较 方便 。 在 这 方面 存在 着 不 少 可 能 性 。 所 有 这 些 都 应 当 及 早 试验 研究 。 赖 此 以 减少 输 向 大 和 气 的 甲烷 ,增加 CO;* 的 吸收 ,是 有 和 希望 的 。 平原 和 高 原 中 生产 量 很 低 的 荒地 。 这 在 中 国 分 布 很 广 ,类 型 很 多 ,不 提供 产品 或 只 提供 很 少 产品 ,对 CO. 吸收 亦 如 此 ,其 中 有 一 些 是 可 以 改变 的 ,也 有 一 些 是 不 能 或 不 值得 改变 的 。 此 处 只 拟 概括 谈 几 点 ,在 干旱 地 区 中 ,降水 稀少 ,只 人 靠 当地 降水 ,本 来 就 不 能 形成 连续 的 植 被 ,地 下 水 采用 只 能 有 限度 地 稍 超过 每 年 补给 量 ,外 来 水 量 不 大 ,也 只 能 集中 于 较 小 面积 中 使 用 ,水 是 主要 限制 因素 ,不 能 超越 这 一 限制 做 文章 。 但 可 以 做 的 文章 还 不 少 。 将 现 有 资料 收集 起 来 ,并 参考 国际 上 的 新 进展 ,应 当 能 作出 一 个 粗略 的 估计 。 在 以 色 列 ,试验 证 明 有 些 植 物 能 于 夜间 吸收 露水 ,通过 体内 输送 到 根 际 土壤 中 。 在 暖 温 带 . 中 温带 ,如 果 也 有 具有 此 种 性 能 的 有 用 植物 则 值得 花 一 些 力 量 去 探索 的 。 在 半 干 旱地 区 中 ,当地 降水 本 来 可 以 维持 连续 的 植被 。 人 为 的 破坏 ,深厚 的 沙砾 , 盐 溃 化 都 会 使 植物 无 法 托 根 生长 。 在 多 数 条 件 下 ,这 是 可 以 而 且 值 得 使 之 改变 的 。 现 有 草场 生产 力 多 不 高 ,提高 持续 生产 力 ,也 就 是 增多 吸收 的 CO* 存 在 着 不 小 的 可 能 性 。 匾 地 或 弃 荒 地 种 植物 ,往往 水 分 支出 大 于 当地 降水 ,最 初生 长 很 好 ,一 年 二 年 三 年 以 后 ,原来 残存 的 土壤 水 分 被 消耗 尽 了 ,植物 也 随 之 枯死 ,选择 休眠 期 较 长 , 耗 水 较 少 的 植物 应 当 受 到 较 多 的 注意 。 在 亚 湿润 地 区 ,有 不 少 地 方 ,土壤 中 沙 多 、 砾 多 ,排水 不 畅 或 含 盐 太 高 ,一般 都 可 以 改良 土壤 或 种 植 能 适应 这 些 环境 的 植物 ,增产 有 用 的 产品 和 增加 对 CO. 的 吸收 。 此 类 一 举 两 得 的 措施 全 国有 很 多 用 得 着 的 地 方 。 但 有 一 点 也 许 会 被 忽略 , 干 旱 . 半 干旱 和 亚 湿润 地 区 水 量 都 供不应求 ,湿润 地 区 也 不 充足 。 在 水 分 不 足 的 地 方 和 时 间 , 采 取 植 物 措 施 , 特 别 是 选用 直接 吸取 潜水 的 植物 和 防止 风沙 的 植物 带 ,不 能 不 顾 到 用 水 量 的 增 elle 多 ,并 于 全 面 衡量 得 失 之 后 再 作 决 定 。 农林 牧 方 面 当 然 不 只 上 面 一 些 。 多 数 人 都 了 解 的 不 必 多 谈 。 我 自己 了 解 太 少 的 也 不 涉 及 ， 2. 能 源 利 用 方面 能 源 利 用 所 产生 的 温室 气体 ,在 80 年 代 的 温室 效应 中 起 了 57%% 的 作用 。 这 S7 KHATER 中 有 70% 是 CO. 的 作用 。CO; 寿命 长 ,而 且 集中 处 理 在 技术 上 虽然 是 可 行 的 ,但 在 经 济 土 也 可 取 的 方法 在 较 近 将 来 未 必 能 达到 可 以 应 用 的 境地 .所 以 ,如 何 减 少 能 源 利 用 中 的 [CoO， 排放 量 ,已 成 为 许多 人 集中 关注 的 问题 。IPCC LFA BK HF 2005 年 燃 煤 量 比 1988 年 煤 产量 9.7 亿 吨 减少 2 亿 吨 ( 引 自 余 国 泰 在 科 协 的 报告 ,可 能 有 误 )。 中 国 1988 年 原煤 产量 979. 9 亿 吨 ,第 一 次 能 源 产量 957. 9 亿 吨 标准 煤 当 量 , 其 中 73. 1%% 为 原煤 ,第 一 次 能 源 消 费 量 920. 0 亿 吨 标准 煤 当量 ,其 中 76. 1% 为 原煤 。 对 于 这 一 要 求 , 中 国 应 当 提出 有 根据 的 见 解 。 首先 ,中国 利用 化 石 燃料 究竟 排放 了 多 少 Coz ,没有 一 个 比较 确切 的 数据 。 美 国 环境 保 护 署 1989 年 的 报告 估计 数 为 占 全 球 总 数 的 7% .1990 年 IPCC 所 采用 的 1987 年 全 球 总 数 为 1987 年 57 士 5 亿 吨 C。7%% 是 3. 99 士 0. 35 亿 吨 C。 去 年 科 协 气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨 RAL , 洪 蔚 的 报告 中 用 的 是 8 亿 吨 C, 未 提 年 份 , 于 涌 年 的 报告 中 为 1988 年 6. 08 亿 吨 C, 杨 文 襄 的 报告 中 为 1988 年 6. 0871 亿 吨 C, 基 本 相同 ,但 列举 燃 煤 产生 4. 8607 {ZOE OC, HH 1. 2208 亿 吨 C, 气 0. 07613 亿 吨 C, 合 计 得 6.1577 亿 吨 C。 在 李 绪 台 的 报告 中 1985 EH 3. 74 亿 吨 C,1988 年 为 4.57 亿 吨 C。 徐 华 浩 在 1990( 中 国 能 源 ; 发 表 的 数值 为 1988 年 6 亿 吨 C， 并 指出 这 是 按 日 本 《能 源 经 济 》 中 所 提 的 系数 估计 的 ,以 中 国 燃 烧 设备 来 看 ,可 能 偏 高 很 多 。 有 人 估计 1988 年 为 4.568 亿 吨 C, 谢 治 雄 1990 年 提 给 IPCC 的 报告 , 则 1985 年 已 达 6.2 亿 吨 C。 虽 然 都 是 估计 ,出 入 未 免 太 大 。 据 此 来 讨论 国际 任务 ,自然 是 谎 雇 的 。 应 当做 一 点 认真 的 工作 。 以 化 石 能 源 消 费 量 作 依 据 , 存 煤 自燃 ,油田 中 的 点 天 灯 想 来 不 包括 在 内 。 太 上 燃料 自用 率 多 很 高 ,大 概 一 般 也 未 计算 .从 矿 口 送 至 到 锅炉 之 间 运 输 、 装 卸 搬运, 损耗 谅 亦 不 小 ， 这 都 算 在 消费 量 中 吗 ? 锅 炉 . 窗 炉 以 至 居民 炊具 ,未 燃 尽 的 酒 灰 很 多 , 漏 气 、 漏 油 也 不 罕见 ,所 含 的 碳 一 起 算 作 Co, 了 ? 收集 已 有 资料 , 作 一 些 选 样 调查 , 便 能 提出 好 得 多 的 数据 ,费力 不 大 , 却 有 重要 意义 。 姑 不 问 IPCC 工作 组 的 要 求 中 国 是 从 1988 年 的 煤 或 化 石 燃料 减少 2 亿 吨 煤 或 化 石 燃 料 ,都 得 考虑 一 下 实际 形势 。 从 1988 年 下 半年 开始 ,中 国 能 源 突 然 出 现 危 机 。 煤 供不应求 ， 油 电 紧缺 加 剧 。 等 煤 发 电 、 停 产 待 电 , 缺 油 停 运 很 普遍 .。 不 但 生活 用 电 不 能 满足 需要 ,许多 企 业 停 三 开 四 ,甚至 停 五 开 二 ,减少 了 数 千 亿 元 产值 .在 “七 五 "期间 ,每 年 煤 的 增产 量 均 纱 于 增 加 的 需求 量 1000 万 吨 以 上 ,五 年 缺口 达 7000 万 吨 。 石 油 及 其 制品 一 直 被 限制 使 用 ,需求 的 压力 正在 增加 。 天 然 气 生产 曾 一 度 下 降 ,现在 才 恢复 到 1980 年 水 平 。1988 年 平均 每 大 第 一 次 能 源 消 费 量 仅 及 世界 平均 的 36.6% . 2000 年 预计 一 次 能 源 消 费 量 14 亿 吨 标准 煤 , 平 均 每 人 消费 量 只 达到 1988 年 世界 平均 的 51.7%。 如 果 建 议 到 中 国 第 一 次 能 源 消 费 量 减少 到 7. 29 亿 吨 标准 煤 当 量 , 那 就 每 人 平均 量 还 不 到 1988 年 世界 平均 的 25% ,即使 同时 要 求 任 何 国家 人 均 第 一 次 能 源 消费 量 都 不 得 超过 1988 年 世界 平均 的 50% ,而 要 求 中国 降 至 125%% 以 下 也 是 很 不 公平 的 ,不 但 很 不 公平 ,而 且 难 度 很 大 .如 果 建 议 只 要 求 减 少 煤 消费 量 2 亿 吨 "而 . 12 . 不 限制 其 他 第 一 次 能 源 消耗 ,难度 也 不 小 。 油 气 资源 带 有 不 肯定 性 ,水 力 发 电 与 核能 也 各 有 不 少 问 题 ,而 且 都 有 其 局 限 性 ,其 他 能 源 在 技术 上 尚 有 待 解决 的 问题 ,进口 能 源 我 们 办 不 到 。 在 15 年 内 ,只 有 煤炭 是 比较 可 靠 的 。 维 护 全 球 环境 ,义务 应 当 是 人 人 均等 的 , 姑 不 问 在 一 个 世纪 中 ,大气 co; 浓度 由 280ppmv 增加 到 354ppmv 是 发 达 国家 的 责任 ,美国 .前 苏联 .欧洲 经 济 共同 体 国 家 和 上 日 本 ,人 口 为 世界 人 口 19. 1% ,使 用 化 石 燃 料 排放 的 CO. 为 世界 总 量 55 中 ,类 均 排 放量 为 世界 人 均 排 放量 的 2. 88 倍 , 美 国 是 4. 38 倍 。 中 国人 均 排 放量 要 增 208%% 才 达到 世界 平均 值 。 中 华 民 族 是 具有 光 风 和 替 月 襟 怀 ,顾全 大 局 的 民族 ,不 能 接受 不 公平 强加 于 我 的 约束 , 承 担 没 有 把 握 可 以 实现 的 任务 , 却 应 当先 天 下 之 忧 而 忧 , 与 其 他 国家 协作 ,尽力 所 能 及 ,做 一 切 是 以 消除 不 利 因素 的 工作 .包括 节能 、 改 变化 石 燃料 组 成 发展 核 能 和 可 再 生 能 源 , 即 使 没有 全 球 变 暖 问题 ,也 都 是 很 重要 ,不 能 不 抓紧 的 工作 。 但 为 了 要 对 付 全 球 变 暖 可 能 带 来 的 问题 ， 优先 程序 就 需要 作 适 当 的 变通 ,国际 合作 的 重要 性 和 现实 性 也 更 大 了 。 我 对 这 些 是 外 行 , 只 :能 简单 地 说 一 点 。 节能 ,这 是 在 较 近 将 来 减少 向 大 气 释 放 CO; 及 其 他 温室 气体 最 有 效 的 途径 .1973 一 1985 年 间 , 由 于 能 源 效 率 提高 ,美国 每 单位 国民 生产 值 的 能 耗 减低 了 2.8% ,而 经 济 增长 了 34%， 现在 每 年 因 能 源 效率 提高 而 节省 的 费用 高 达 1400 亿美 元 。1988 年 ,英国 第 一 次 能 源 消费 量 比 1973 年 少 3% ,而 所 产生 的 商品 和 服务 增加 了 31% 。 日 本 在 1973 一 1985 年 间 ,能 源 消费 降低 6% ,而 人 均 产 品 和 服务 增加 21% ,在 工业 中 能 效 提高 更 多 ,平均 用 能 强度 每 年 下 降 4. 7%». WEFERE FRE YS 3/4。 能 耗 降 低 ,商品 的 竞争 力也 增强 了 。 瑞 典 可 能 是 能 源 效 率 最 高 的 国家 。1989 年 的 方案 打算 提高 能 效 , 辅 以 天 然 气 和 生物 燃料 ,于 20 年 内 ,报废 占 发 电能 力 近 一 半 的 核电 厂 ,而 使 经 济 增长 1M2 ,降低 能源 价 格 ,减少 由 能 源 释 出 的 co* 的 1/3。 美 国 能 源 效率 理事 会 估计 可 以 代价 每 千瓦 明 不 超过 3 美 分 ,节约 35—40% AN HA (Tlavn 1990) 。 加 拿 大 的 研究 亦 表明 可 于 2005 年 以 前 ,节约 1000 亿美 元 而 减少 20%% 输 向 大 气 的 CO:(CAllen and Chvistensen 1990)。 技 术 是 已 经 发 展 的 技术 ,如 能 在 发 展 中 国家 也 曾 普 遍 推广 ,可 每 年 节约 10000 亿美 元 (lovins 1990) ,减少 释 出 的 巨 量 温室 气体 只 是 附带 的 效益 。 可 以 说 :提高 能 效 是 最 迅速 、 最 便宜 、 最 可 靠 ` 最 安全 的 减少 释 出 温室 气体 的 途径 。 这 对 发 展 中 国家 特别 重要 , 因 为 四 发 展 中 国家 资金 不 足 , 而 能 源 工 业 基 建 投资 在 工业 建设 中 往往 占 很 大 比重 .@ 发 展 中 国 家 的 产品 竞争 力 比较 低 , 降 低能 耗 ,有 助 于 降低 成 本 。 提高 能 源 效用 内 容 很 广阔 ,涵盖 一 次 能 源 的 生产 运销 ,二 次 能 源 的 生产 输送 和 终端 能 源 利用 以 至 任何 能 耗 在 成 本 中 占 比 重 较 大 的 产品 的 利用 。 能 源 厂 矿 ,近水楼台 ,自用 率 往 往 很 高 , 易 被 忽视 。 自 来 水 浪费 , 铝 制品 积压 ,很 少 会 被 认为 与 节能 有 关 ,与 全 球 变 暖 有 关 。 中 国 教育 比较 落后 ,追求 效率 的 观念 也 比较 淡薄 ,而 要 宣传 ,也 需要 有 一 些 措 施 和 制度 .二 次 能 源 的 生产 输送 和 终端 能 源 利用 是 节能 的 关键 。 中 国 火 电厂 煤耗 近 几 年 间 为 431 克 / 千 瓦 时 , 比 国外 一 般 多 13%%。 近 几 年 间 , 由 于 对 电 的 需要 迅速 增加 ,各 地 装 设 了 好 些 煤 耗 很 大 的 1.2 万 千瓦 的 发 电机 组 ,效能 很 低 , 如 江苏 的 地 县 级 电厂 和 企业 自 备 发 电 设 备 平均 煤耗 高 到 559 克 /千瓦 时 ,新 增 的 大 机 组 实际 煤耗 亦 比 国外 同类 机 组 高 20% 。 终 端 能 源 利用 效率 也 很 低 。 与 先进 国家 相 比 , 钢 的 能 效 高 50% ,水 泥 高 60% ,合成 氨 高 83%， 纸 高 39% ,能 耗 很 高 的 小 化 工厂 、 农 用 机 械 , 汽 车 和 一 部 分 新 建 的 乡镇 企业 散布 在 全 国 各 地 。 单 位 国民 生产 总 值 的 能 耗 es。 13 。 比 先 进 国 家 多 好 几 倍 , 比 印度 也 多 65% 。 说 中 国 是 能 源 效率 最 低 国家 之 一 ,是 符合 事实 的 。 我 们 落后 那么 远 , 先 进 国家 却 认 为 他 们 还 可 以 电热 联 产 和 改进 燃烧 方式 来 提高 效率 ;提高 电 厂 效 率 与 降低 输电 配 电 损耗 可 增加 送 到 终端 用 户 的 电 1/4, 所 需 费 用 仅 为 增产 的 电 的 IJX7 (Kats,1990) 。 在 终端 能 源 消 费 方 面 , 较 好 调度 .操作 和 技术 设施 都 可 大 幅度 地 节能 ,如 加 十 在 孕育 中 的 雏形 技术 ,前 途 就 更 广阔 。 中 国 在 80 年 代 , 对 此 已 很 重视 ;也 有 不 少 成 果 . BE, 起 点 太 低 ,客观 上 又 存在 着 许多 困难 “ 坐 言 "未必 就 能 “立行 "., 有 人 这 样 形容 :说 起 来 重要 ;做 起 来 次 要 ,人 忙 起 来 不 要 。 为 什么 ? 其 实 , 这 在 先进 国家 也 是 很 不 简单 的 问题 ,在 中 国 更 不 可 能 轻而易举 .首先 ,先进 技术 有 许多 不 给 我 们 ,转让 的 也 往往 要 费 许 多 周折 , 按 中 国 的 条 件 改造 制作 。 其 次 ,在 能 源 紧 缺 , 缺 口 很 大 的 情势 下 ,淘汰 落后 的 东西 非常 困难 ,加 以 能 源 价格 偏 低 , 应 淘汰 的 面 太 广 , 资 金 又 很 有 限 ,更 是 难 上 加 难 。 第 三 ,中 国信 息 传播 条 件 较 差 ,文化 程度 又 低 , 即 使 其 条 件 都 很 有 利 ; 闵 当 受 益 , 有 条 件 收 益 的 人 也 不 易 知 道 . 在 先进 国家 存在 的 问题 更 多 : 例如 照明 可 以 节 电 50% 左右 。 更 换 照明 设备 ,第 一 要 资金 ,有 了 资金 ,可 能 回收 时 间 太 长 不 干 , 太 费事 不 干 ; 打算 更 换 了 ,未 必 有 足够 的 现货 可 卖 ,未 必 知 道 有 现货 可 卖 的 地 方 。 一 处 阻塞 , 便 全 线 难 。 为 了 经 济 效益 要 改 ,为 了 防止 全 球 环境 恶化 更 要 改 , 没 有 一 定 的 条 件 、 周 到 的 部 署 就 不 能 实现 。 改变 化 石 燃料 的 组 成 ,用 煤 出 co;: 比 用 油 多 , 比 用 气 更 多 ,这 里 当然 有 文章 可 做 .但 有 两 点 需要 一 提 , 一 是 我 们 如 何 安排 ,不 能 不 制约 于 资源 。 中 国 化 石 燃 料 储 量 , 煤 占 绝对 优势 ,可 以 使 用 一 二 百年 以 上 ,这 是 可 以 确定 的 。 油 气 蕴藏 可 能 不 小 , 却 不 可 能 在 十 年 内 得 到 确 场 结 论 , 只 能 走 二 步 看 一 步 。 也 不 会 确 知 那里 有 油气 资源 ,而 积极 地 谋求 开采 利用 。 三 是 要 结合 技术 、 经 济 , 全 面 考虑 从 开采 加工、 输送 .配给 每 一 环节 会 释 出 的 CO, 和 其 他 温室 气体 .煤层 气 也 应 加 以 注意 . 采 煤 或 油 都 会 逸 出 一 些 气 。 至 一 个 地 方 将 气 送 给 用 户 ,一 般 会 漆 漏 不 少 气 。 但 如 只 送 给 一 个 大 户 ,或 改 用 较 好 材料 制 送 气管 道 ,泄漏 又 可 能 大 大 减少 :情况 各 地 不 同 地 会 随时 间 变 化 : 有 人 对 此 做 了 分 析 (wWilson ,1990) ,认为 从 温室 作用 来 看 ,用 气 影响 比 用 煤 或 油 小 些 , 这 当然 是 随地 点 .时 间 而 不 同 的 。 对 世界 煤油 、 气 可 采 量 有 好 些 不 同 的 估计 。 资 源 贮存 情况 了 解 程度 很 不 完全 。 可 采 储 量 的 定义 也 因 人 而 异 , 也 必 将 随时 代 条 件 而 变化 。 按 英国 石油 组 织 1989 年 的 估计 ,以 1988 年 产量 为 准 , 世 界 煤 可 用 202 年 , 油 41 年 , 气 58 年 (BP,1989) ,今后 年 产量 当 比 1988 年 高 ， 可 采 量 也 会 有 增加 , 即 很 可 能 在 下 世纪 前 半期 中 , 油气 均 将 转 用 作 化 工 原料 , 煤 的 命运 亦 将 如 此 。 只 不 过 晚 三 五 十 年 而 已 (可 能 有 一 部 分 化 石 能 源 留 供 运输 使 用 ) 。 核能 和 可 更 新 能 源 , 不 出 三 五 十 年 人 类 所 需 的 能 将 逐渐 转向 能 久 用 不 竭 的 自然 资源 取 给 。 从 这 时 开始 ,能 源 利 用 将 不 会 释 出 温室 气体 。 促成 这 一 转变 便 成 为 解决 全 球 变 暖 问题 的 部 分 内 容 。 结 合 中 国情 况 来 看 ,水力 .核电 \ 太 阳 能 .风能 和 生物 能 都 应 当 是 重要 对 象 。 在 开 理 分 布 上 ,水 力 集中 于 青藏 高 原 东 界 附 近 ,主要 在 西南 区 。 太 阳 能 以 青藏 高 原 、 西 北 干 旱 区、 内 蒙 半 千 旱 区 与 华北 区 利用 条 件 最 好 。 生 物 能 在 东部 湿润 地 区 发 展 比 较 适 宜 ,与 核能 三 起 ， 有 可 能 满足 需要 。 宜 于 利用 风能 的 地 区 有 沿海 一 带 , 青 藏 高 原 和 新 疆 、 内 蒙古 。 这 样 的 分 布 格局 说 明 盘 古 氏 是 有 远见 的 。 水 力 资 源 的 利用 不 会 放出 温室 气体 ,这 在 常规 能 源 中 是 唯一 无 二 的 。 中 国 可 开发 的 水 能 ; 单 站 装机 容量 在 500 千瓦 以 上 的 共 3.78 (ZF EL, BT Re 19200 亿 千 瓦 时 /年 ;至 1988 年 °14- 底 已 建成 的 水 力 发 电容 量 为 3270 万 千瓦 ,年 发 电量 1055 亿 千 瓦 时 , 仅 相 当 于 可 开发 水 能 的 5.5% ,在 一 次 能 源 产 量 中 , 占 4.5%:。 中 国 水 能 资源 居 世 界 首位 ,水 电 成 本 亦 较 低 ,而 且 拥有 勘测 .设计 :施工 .安装 .生产 和 科研 队伍 25 万 人 ,开发 程度 却 远 低 于 挪威 (87%)、 日 本 (57%) MAeKO4%) .美国 (46%) ,也 落后 于 印度 (20%)、 前 苏联 (19%)、 巴 西 (17%)。 阻 滞 的 主要 因素 一 是 过 去 偏重 25 万 千瓦 以 上 的 水 电站 ,投资 较 大 ,建设 周期 较 长 ,而 且 位 置 比 较 偏僻 ,二 是 永 库 淹没 损失 较 大 ,安置 移民 困难 不 小 。 今 后 如 @ 从 减少 送 入 大 气 的 温室 气体 着 想 , 设 法 多 筹措 一 些 资金 。 @ 兼 顾 分 布 较 广 ,建设 周期 较 短 的 中 .小 型 场 库 。 @ 在 经 济 发 展 较 快 ,或 提高 坡地 持续 力 较 易 见效 的 地 区 的 场 址 , 则 阻 滞 因 素 多 可 澳 然 冰释 ,加 速 建设 进程 ,使 水 能 在 一 次 能 源 产 量 中 的 百分率 不 断 提高 ,达到 显著 减缓 温室 气体 输入 大 气 的 目的 。 核能 利用 , 除 在 铀 的 加 工 中 会 放出 一 些 温室 气体 外 ,并 不 直接 产生 温室 气体 。 关 于 核能 利用 ,国内 外 都 有 不 同意 见 。 在 中 国 , 不 存在 资源 问题 ,从 东北 至 华南 沿海 一 带 ,也 需 用 核能 来 弥补 能 源 之 不 足 ,第 一 批 核 电厂 即将 投入 运转 ,现在 计划 采取 慎重 态度 ,稳步 前 进 ,似乎 是 适当 的 。 争 论 焦 点 集中 于 : 中 安全 ;@ 建 设 费 ;@ 工 期 ; 旨 成 本 (包括 报废 后 处 置 费 ) 等 问题 .对 于 这 些 ,我 是 门外汉 , 却 相 信 技 术 和 技术 经 济 问题 迟早 都 会 得 到 解决 ,但 核能 在 中 国 要 在 对 付 全 球 变 暖 起 重要 作用 , 恺 怕 要 到 15 年 以 后 。 太阳 能 利用 看 来 很 有 希望 。 太 阳 热 电 近 几 年 才 进 入 商业 市 场 ,代价 仍 较 高 ,而 且 要 有 燃 气 发 电 调节 ,不 能 不 放出 一 些 温 室 气体 。 太 阳光 伏 电 技术 用 半导体 将 太阳 辐射 直接 转化 为 电 , 近 年 成 本 迅速 降低 ,可 望 于 数 年 内 将 发 电 成 本 降 到 与 燃 煤 发 电 不 相 上 下 ,甚至 更 低 。 多 数 地 方 风 速 变化 不 定 , 只 在 少数 地 方 有 较 好 条 件 发 展 风能 利用 。 即 使 在 条 件 较 好 地 方 , 一 般 也 是 分 散 的 、 小 规模 的 。 生 物 能 源 利 用 ,在 最 近 将 来 , 慌 怕 也 是 效能 不 高 的 、 分 散 的 ， 显著 的 发 展 大 约 也 要 等 一 二 十 年 。 所 有 上 述 能 源 的 利用 ,只 要 是 在 技术 上 可 行 ; 经 济 上 可 取 的 ,都 应 当 能 走 一 步 就 走 一 步 。 以 上 三 类 措施 ,都 是 积极 努力 的 方向 。 抓 准 抓紧 一 定 能 减缓 温室 气体 排放 增长 的 趋势 ， 以 至 最 后 稳定 下 来 。 到 2005 年 ,有 可 能 比 由 现在 趋势 推算 的 数量 减少 相当 于 燃 煤 2 亿 吨 放 出 的 Co, 及 其 他 温室 气体 , 甚 超额 完成 这 一 目标 ,但 不 能 接受 煤 的 消费 量 比 1988 年 减少 2 亿 吨 的 任务 。 3. 对 付 海平 面 上 升 ( 缺 ) 4. 国际 协作 ( 缺 ) => 古 气 候 、 历 史 气 候 和 现代 气候 变化 研究 门限 自 回归 模型 在 气候 资料 插 补 中 的 应 用 、 ik AY XE CHB Bal BS Bre Sts BRT FE IT 孔 7H 〈 治 金 部 建筑 研究 院 ) _ 摘 ， 要 :本 文 利用 门限 自 回归 模型 对 1724 年 以 来 所 缺 的 降雨 时 数 资 料 进行 了 揪 补 并 获得 了 比较 好 的 插 补 效果 。 ne 关键 词 : 门 限 自 回归 SETAR 模型 ”预报 函数 ”门限 值 SSF] Dit 根据 气候 资料 特点 的 不 同 , 可 以 设计 出 多 种 多 样 的 插 补 方法 来 对 其 所 缺漏 的 部 分 进行 插 补 .归纳 起 来 有 内 播 法 、 外 插 法 以 及 交叉 对 比 插 补 法 。 考 虑 到 多 个 站 点 气候 状况 的 关联 性 ， 屠 其 瑛 先生 利用 场 的 概念 还 设计 了 一 种 自然 正 交 播 补 法 。 当 然 , 就 具体 方法 而 言 5 我 们 不 能 用 一 种 方法 去 生 搬 硬 套 ,对 于 具有 不 同 特点 的 资料 序列 ,应 该 设计 出 与 其 相 适 应 的 揪 补 方 法 。 本 文 所 介绍 的 是 一 种 利用 门限 自 回归 模型 来 进行 插 补 的 方法 , 它 本 是 利用 长 时 段 内 资料 序列 本 身 所 表现 出 的 内 在 结构 设计 出 的 一 种 适时 预报 方法 。 本 文 将 它 作为 一 种 持 补 方法 就 是 利用 其 短期 预报 值 来 表示 所 需要 的 揪 补 值 ,因为 门限 自 回 归 模 型 的 短期 预报 往往 能 取得 比较 满意 的 效果 。 据 历 史 文 献 记 载 ,有 关 雨 雪 的 测量 , 早 从 汉 期 就 开始 有 了 ,至 明 清 时 期 已 初 具 规模 。 但 由 于 历史 原因 ,保存 下 来 的 气象 记录 并 不 多 ,最 早 和 比较 完整 的 气象 记录 就 要 算 北 京 故宫 博物 ” 院 档 案 馆 珍藏 的 4 晴雨 录 》 了 , 它 是 雍正 二 年 (1724) 到 光绪 三 十 年 (1904) 清 朝 专门 记载 逐日 本文 为 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO* 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 , 亦 受 到 中 国 国 家 自然 科学 基金 委 员 会 资助 。 se。 16 。 天 气 现 象 的 一 种 薄 式 资料 ,其 中 以 北京 的 记录 为 最 长 。 《晴雨 录 )》 中 的 内 容 有 阴 、 晴 两 雪 、 雷 . 电 及 风向 逐日 记载 ,对 每 次 雨 雪 除 用 大 小、 细 、 微 四 个 等 级 表示 量 的 大 小 外 ,还 记录 有 十 . 雪 的 起 旋 时 刻 。 但 《晴雨 录 ;) 中 对 北京 的 记载 只 有 雨 ( 雪 ), 微 雨 ( 微 雪 ) 两 个 级 别 ,本 文 将 分 别 用 “. ”来 表示 。 对 《晴雨 录 》 中 雨 、 雪 的 记载 按 月 整理 后 便 得 到 了 1724 一 1904 年 逐 月 降水 时 数 资料 序 列 , 同 样 也 分 为 雨 ( 雪 )，, 微 雨 ( 微 雪 ) 两 个 级 别 。 参 见 表 1。 但 由 于 当时 各 种 社会 的 以 及 其 它 意 想不到 的 原因 ,有 的 年 份 却 没有 记载 ,这 样 就 使 得 这 份 珍贵 的 资料 显得 残缺 不 全 ,所 缺 年 份 参见 表 2。 表 1 1821-1822 年 逐 月 逐 级 降水 时 数 The monthly rainy hours for every grade at Beijing from 1821-1822 a ae a ar ar at Pee er ero eS Ce | 2 (WR PHRRAHE The numbers of year and month in which there is no record in Sun and Rain Records fot eer | eae | i900 | 1e0r [80a [720 aie eet -由 于 1724 年 处 于 序列 的 头 一 年 ,无 法 用 数学 方法 来 进行 插 补 ,只 能 根据 其 2 一 12 月 份 的 降水 时 数 分 布 状况 与 其 它 相 应 月 份 的 分 布 状况 来 作 比 较 和 估计 .经 比较 后 发 现 1731 年 .814 年 以 及 1835 年 与 1724 年 较 相 似 , 于 是 我 们 将 这 三 年 1 月 份 的 微 雨 时 数 和 十 时 数 分 别 求 平 均 后 所 得 的 值 即 作为 1724 年 1 月 份 降水 时 数 的 估计 值 。 计 算 后 得 微 雨 时 数 为 10 小 时 , 雨 时 数 为 零 小 时 。 为 了 使 这 份 资 料 保持 其 完整 性 ,本文 利用 门限 自 回 归 模 型 对 其 所 缺 年 月 份 进行 了 揪 补 ， 并 取得 了 比较 满意 的 效果 。 a i A eh 门限 自 回 归 模 型 (Threshold Autoregressive Model) 是 一 种 非 线性 模型 , 它 是 1978 年 由 汤 家 豪 首先 提出 来 的 。 近 几 年 ,这 一 模型 的 研究 不 断 深 入 和 日 趋 完善 ,并 且 在 应 用 上 也 颇 见 成 效 。 门 限 自 回归 的 基本 思路 是 利用 门限 值 把 线性 模型 按 状态 空间 取 值 ,并 采用 逐 段 线性 化 手 段 来 处 理 非 线性 系统 ,由 于 门限 的 控制 作用 ,保证 了 系统 的 稳定 性 并 有 效 地 描述 了 具有 周期 ° iz: BLES AY ASE » BAB AS Bz wR LH SS {LL BEBRSE RAY FEE. ACHE SB RE, ATR 自 回 归 模 型 的 一 个 特殊 表示 形式 , 即 自 激 励 门 限 自 回 归 模 型 ,简称 SETAR 模型 。 设 {x) 是 K 维 时 间 序 列 ,对 于 每 一 整数 n, 令 环 是 可 观测 随机 变量 , 它 取 正 整数 1, 2， ae ee ee iba 3 此 即 为 自 激励 门限 自 回归 模 型 的 一 般 表 示 形 式 , 其 中 Jm=j 时 ,A9? 为 KXK 维 非 随机 系 数 矩 阵 ,C9 是 KX1 维 常数 向 量 , fs } 为 相互 独立 , 即 对 任意 nymy,e 与 ef? 是 两 个 相互 独立 的 K 维 随 机 向 量 ,并 且 对 正 整 数 K 有 万 8 CDZ7 二 0 (2) BW lrostisc ti} LAW AFF EB. BP ro< rm <<, =-00,7, = +00, HW (root, 7} Rae SHR 上 的 一 个 分 割 R= R,URU>UR, 其 中 R; == Feit p) si = 1,2,°%,l-1,7m = (mii, + OO) 少 > 了 一 (a5 9Za-19°°° Eee ws a; ag +**ap Pa, AY’ = | Pa 0 2 = (2, ,0,--°,0)*,C® = (a,,0,+-°,0)* RP =RX--*XRXRUXRX-* XR K 8% 表 示 天 维 乘积 空间 的 柱 集 , 底 玉 EEA Pe EM Kl .d 是 某 一 固定 整 数 ,1 36. 6 其 中 Var «9 =254. 64 Var ¢,°” = 66. 84 图 1 表明 了 拟 合 状况 ,一 步 预报 和 最 终 预 报 函 数 (1921-1955 年 ), 且 最 终 预 报 函 数 Eff 《3) 是 一 个 以 31 年 为 周期 的 预报 函数 ,由 三 个 极 大 与 三 个 极 小 组 成 , 即 有 三 个 局 部 循环 。 这 三 个 局 部 循环 的 上 升 和 下 降 的 长 度 是 不 对 称 的 ,可 用 31/3=10. 3 年 作为 太阳 黑子 的 分 周 期 。 可 见 用 SETAR 模型 来 描述 太阳 黑子 的 年 变化 效果 是 令 人 满意 的 : co o or ae ~- = 1750 1800 1850 1900 1950 20 004F 1 “太阳 黑子 数据 (1700 一 1920) 的 SETAR(3,2,4,12) 模 型 The SETAR (3,2,4,12) Model of Sun-Spots data (1700 一 1920) 三 ”模拟 、 揪 补 结果 表 2 中 除 1724 年 1 月 外 ,其 它 所 缺 年 份 在 降水 时 数 资料 序列 中 分 别 是 第 87,108,109， 121,122,128,129,175,176,177,178 和 第 181 个 。 在 具体 建 模 时 ,我 们 共 分 四 步 ,首先 ,分 别 © 19-6 对 每 月 每 个 降水 等 级 前 86 个 样本 共 24 个 序列 进行 建 模 , 并 对 所 得 到 的 模型 进行 预报 ,将 其 相应 的 预报 值 作为 第 87 个 所 缺 样本 的 插 补 值 。 然 后 ,类 似 地 ,分 别 对 各 序列 前 107 个 ,120 个 和 前 174 个 样本 共 分 三 步 进 行 建 模 , 并 进行 预报 ,同时 ,将 相应 的 预报 值 作为 所 缺 年 份 资 料 的 插 补 值 。 为 便于 得 到 预报 效果 更 好 的 模型 ,我们 先 将 数据 进行 开平 方 根 预 处 理 , 然 后 再 对 预 处 理 后 的 数据 进行 建 模 。 第 一 步 : 对 各 月 各 降水 等 级 前 86 个 数据 进行 建 模 , 总 共 可 以 得 到 24 个 模型 ,根据 预报 效果 的 好 坏 , 通 过 调整 门限 值 以 及 选择 后 延 (d) 可 以 判断 得 出 最 佳 模型 。 表 3 是 根据 9 月 份 十 时 数 和 微 十 时 数 前 86 个 数据 所 建立 的 最 佳 模型 。 限 于 篇 幅 , 这 里 没有 将 其 它 月 份 的 模型 列 出 来 。 写成 模型 的 具体 表示 式 即 为 : (1) 微 十 时 数 模型 4. 3538 + 0. 26272. 十 2°) Me 14 Sep 7 05 z,¢ 12. 3994-0. 7695z2,.,-0. 1770z.2 + 0. 0067z,.; + 0. 54832,., + 0. 6205z,5-0. 2796z,.5-0. 43462z,7-0. 3452z,.3 + 2°” 4 tenes ft 05 FE Var ¢,“ = 36. 54 Var c= 1238 R3 9 月 份 雨 时 数 、 微 雨 时 数 前 86 个 数据 所 建立 的 SETAR 模型 The SETAR Models of rainy hours and small rainy hours in September by using in the first 86 records 模型 各 系数 值 Cai) SO 14 i Pe Pe fe fe Pe Pe 12. 3994 a7 a 二 0. 1382-0. 342 Ho. 1171f0. 0897] 0. 3185] 0. 1655] 0. 3899 > | 151957).56. 06 1 ea Be he eal a = 0. 05241-0. 0067] 0. 5202] 0. 1865) 0. 1996-0. 2952] | (2) 雨 时 数 模型 0. 9071 + 0. 1382z,.,-0. 3420z, 二 0.1171z. -0.0897z + 0. 3185z,.; + 0. 16552... + 0. 3899z,, + 2, 4 zg < 1.957 % =~ 0. 7036 + 0. 05242, ,-0. 0067z,-2 + 0. 5202z., + 0. 1865z..4 * 0. 19962,.5-0. 2952%-5 + 2? 4 x9 > 1.957 © 20° derteVar ce, = 16.5 Var «, = 18. 29 表 4 是 根据 9 A AT RL. OT AY ACT 86 个 数据 所 建立 的 最 佳 模型 作出 的 预报 值 以 及 与 其 实 值 的 比较 。 从 表 4 中 可 以 看 出 ,模型 的 预报 值 与 真实 值 之 间 吻 合 得 相当 好 ,因此 ,我 们 完全 有 理由 将 其 预报 值 中 的 6. 61,2. 16 分 别 作为 第 87 个 所 缺 样本 的 插 补 值 ,然后 参与 第 二 步 建 模 。 表 4 前 86 个 数据 9 月 份 雨 ` 微 雨 时 模型 预报 值 The predicted values of the SETAR Models which are carried on in the first 86 records of rainy hours and small rainy hours in September era racaaeseaeaeaeas Heel) AS ip ap ad apo! aber) as 4 ae | ap dg | BO axa [ee larefeoofefanfeol | | | 1 EN sosalralsalse | | | ETEIEIIIEIEOIEOIEOEOE3OEIEE 第 二 步 , 对 各 降水 等 级 前 107 个 数据 进行 建 模 。 同 样 ,根据 预报 效果 的 好 坏 , 也 可 以 判断 得 出 24 个 最 佳 模型 , 表 5 是 5 月 份 十 时 数 , 微 十 时 数 对 前 107 个 数据 所 建立 的 最 佳 模型 。 同 样 ,限于 篇 幅 , 这 里 也 没有 将 其 它 月 份 的 最 佳 模型 都 一 一 写 出 来 。 RS 5 月 份 十 时 数 、 微 雨 时 数 前 107 个 数据 所 建立 的 SETAR 模型 The SETAR Models of rainy hours and small rainy hours in May by using the first 107 records 水 | 门限 | AIC | 后 | 阶 | ac 值 延 下 5 |3. mateny 0. 2722-0. 20361 0. 0. 2520, abe pee a nna 0. 2250/0. 13761 0. 66481- 0. 02090. 15 9. a= a 02791 0. 0688/0. 2698] 0. 81070. 5658/0. odd eae 区 0. 4081 _ oo Cn = ° S a | 一 w on Ww ul “DO "一 — oO oo No o I] < Mo wo 口 一 © ~ o —) Ww oo | S CD w —) Mo “I 了 Cn 2 。 表 6 是 5 月 份 雨 时 数 , 微 雨 时 数 前 107 个 数据 所 建立 的 最 佳 模型 作出 的 预报 值 与 真实 fH WY XT HL 表 6 前 107 个 数据 SA. CAME KE ERR PGR The predicted values of the optimum SETAR Models which are carried on in the first 107 records of rainy hours and small rainy hours in May 真实 值 与 预报 值 表 7 7 月 份 雨 时 数 、 微 雨 时 数 前 120 个 数据 所 建立 的 SETAR 模型 The SETAR Models of rainy hours and small rainy hours in July by using the first 120 records on 一 je o oO a > ~“) o i=) oO ~ oOo o 一 一 o on ~ ag 1. 1474 o i) i) = 一 lor) «29 re o Oo “I re N on N“ NS w o 一 = oOo Co on on “D _ “D Oo ~ 门限 | Arc | 后 | 阶 值 延 模型 各 系数 值 (a0) (r) (d) misery Beat | com -0. 0994] 0. 0619] 0. 2511 3. 3881 ih lca Le ra a 30. 8744 22 1438 [ 1. 0697/0. 1831]-3. 5970 0. 9761}-4. 5840 1. 1239 Pa fa [s [a [s 2| 0. 5002|-0. 2586] 0. se20{0.0564|0.21 2129 上 0. 0720 [tu | de |_| “out 920] 0. 1294] 0. 1853]-0. 3601] 0. 1890] 0. 2997] 第 三 步 `. 四 步 :以 第 二 步 建 立 的 最 佳 模 型 所 得 出 的 各 月 第 108,109 个 预报 值 作为 相应 所 缺 资 料 的 插 补 值 ,然后 对 各 月 各 降水 等 级 前 120 个 数据 进行 建 模 ,得 到 相应 的 最 佳 模型 ,如 7 月 份 , 其 最 佳 模型 见 表 7, 由 最 佳 模型 得 到 的 预报 值 参 见 表 8。 再 以 第 三 步 建 立 的 最 佳 模型 所 得 出 的 各 月 第 121,122 个 以 及 第 128 个 ,129 个 预报 值 作为 相应 的 所 缺 资 料 的 插 补 值 。 最 Fan | ae | as | an | a 0. 4203 -3. 0389-3. 5811 ie 1 ach Sa | 后 ,对 各 月 各 降水 等 级 前 174 个 数据 进行 建 模 , 同 样 , 也 可 得 到 相应 的 最 佳 预报 模型 ,如 11 +226 月 份 , 其 得 出 的 最 佳 模型 见 表 9。 由 11 月 份 最 佳 模型 得 到 的 预报 值 参 见 表 10。 同 时 ,以 这 一 步 建立 的 最 佳 模型 所 得 出 的 各 月 第 175,176,177,178 个 和 第 181 个 预报 值 作 为 相应 的 所 缺 资料 的 插 补 值 。 RS ”前 120 个 数据 7 月 份 雨 . 微 雨 时 数 最 佳 模型 预报 值 The predicted values of the optimum SETAR Models which are carried on in the first 120 records of rainy hours and small rainy hours in July 12} 113} 114 120 个 ale Gea ae ee 8. 49/9. 0) ii teas ane page alah tcaratabed Meera aal tai 4 a HLA 1.75 6. 6810. . 28 : RI 11 月份 雨 时 数 、 微 雨 时 数 前 174 个 数据 所 建立 的 SETAR 模型 The SETAR Models of rainy hours and small rainy hours in July by using the first 174 records 区 jE a 8 & AK KR AB BW (dj| 数 | 值 Ssh its GGie a ew Nee [es | 人 Pac | a Pa [= | ores gris fea 16 is HK ising mai aes airs ete giciiso ies ons aati EE sid Bd 0. 1209] 0. 0630 tes eS 0. 1197 本 1 Tce oe 这 启运 SE Tee a © 236 前 174 个 数据 11 月 份 雨 、. 微 雨 时 数 最 佳 模型 预报 值 The predicted values of the optimum SETAR Models which are carried 表 10 on in the first 174 records of rainy hours and small rainy hours in September 利用 SETAR 模型 进行 插 补 的 结果 表 The results of interpolation by using the SETAR Models 11 Siaml[Vlolalo[rn[alelael[wl/ Si tlol|/m/S[m|/alolalwlo — _ —_ 2 Info ee ESP IllelsFlslls[e[-el-l-)5|=[-[- 一 -一 CN | 一 2 PRP BP lell ll lel=ls[-l-[-[e/-)- 2] |e oo sfebste lat: lelelele lef /2]-[2]>[+]=|e|-[2|—2]- > Fl l\2|=[2]-[2|2/2\2/2]=/5]=/2]2/2]-[2]=|3]8 ~ WOpPOI HIN | Ww tm | SN co | Od | | uO 9 re) CN + Plel|-+lellelsfel-le|2*|a[3]-[2]= [=]8(3]5 > Pel el Ffelst- lls se /2|> 9-2 [38 cdo coco boc ed ed Feet lelelste lle lel- isl fale |= (2]-|*|-[2]- Pers EPI sell lle Sls i5|- |。 天河 2 罗 双 | 本 | ee sa- 关 St > a if 1810 1831 1832 1844 1845 1851 1852 1898 1899 1900 1901 1904 EAH » 7A) FA aT RP) VA ET Ab A EA eR. HPA BARS WK 11. ‘246 Ro Em A we lp 18 x pg 3) 48 N *KIxI|xIx a SK | Xo lo] XK] Men 1s [SI es los o|xX|xX \2 i @ «= = a 5 x< : oe He Rie ee m 2 Se 41 Sm mw 8 Ss eee es Bale bb dtlel biel) leleb spas : Ben eee $3 Be sen lale zu Reese Bat bP eee else eet h yy oe & Bek hehe. «3 ie 二 ss ol = [xb delelelsb(-lepdale le p=e>) a im XS 。 ce Rie tt mR WW A = eae eee AL ob dxlsle)«ldeleleels]- bfx l=le]xbxdele[x)x = eee SMR Lm Deeb elelelladale xf [-lolxpxtalel<[a)xfx[-] fe Som Mi ty 点 KEEK S ie is a PREG SES AHH Peete Pdel 要 eK mT gy 属 ig 3K Be Zl 二 tt xp a Hp & ZS REWER Y cK KR RR “ i Sar Mam RR R ® head An & RR N=] 一 c = to = CN oo a 2 四 = = Nitewoep . , 72|2/2/2|/2/28)/8/2)/2]2)2]8 KX he Oo eM Ke 2. 对 于 一 个 长 序列 ,利用 门限 自 回归 模型 能 对 其 作出 较 好 的 预报 。 3. 门限 自 回归 模型 的 好 坏 及 其 预报 效果 的 优 劣 在 很 大 程度 上 依赖 于 门限 值 的 选择 ,可 以 通过 改变 门限 值 的 大 小 来 使 模型 达到 最 佳 。 | 参考 文献 [1] 项 静 恬 、 杜 金 观 . 史 久 轴 等 ,动态 数据 处 理 一 时 间 序 列 分 析 ,气象 出 版 社 〈1986 半 (2) 么 枕 生 ,气象 统计 学 基础 ,科学 出 版 社 (1984)。 [3] Priestley, J.B. ,Spectral Analysis and Time Series, Academic Press, London. (1981). [4] Tabony, R.C. , “The Estimation of Missing Climatological Data”, Journal of Climatology, 3, 297, (1983). 26° The Application of Threshold Autoregression Model in the Interpolation of Climate Data * Zhang Shihuang (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Kong Nan (Architecture Research Institute, Metallurgical Industry Department’ 1 Abstract In this paper, the threshold autoregression model was carried on in the interpolation of absent rainy hours at Beijing from 1724, and it was shown that the result of interpolation S¥ this model are very Suitable. Key Words: threshold autoregression SETAR model Predictive function ‘Fhreshold value * This work is partial study of (Climate Change Induced by CQ? Doubling) cooprated. by CAS, China/DOE,USA. © 276 Bee A A Be. Ba De SALES 260 年 降水 量 序列 的 重建 KA KAD 中 国 科学 院 地 理 研 究 所 》 摘要 :一 个 月 的 降水 可 以 分 为 两 部 分 :平均 降水 和 强度 降水 。 平 均 降 水 可 以 由 月 降水 日 数 来 反映 ,而 强度 降水 则 由 月 降水 等 级 来 反映 。 月 降水 日 数 可 以 通过 故宫 《晴雨 录 》 中 关于 晴雨 的 记载 整理 得 到 ;月 降水 等 级 则 可 通过 地 方志 以 及 各 种 旱 涝 史 料 的 记载 根据 旱 涝 的 程度 将 月 降水 等 级 划 为 2 一 7 级 ” ,然后 利用 二 元 线性 回归 方程 建立 月 降水 日 数 ,月 降水 等 级 与 月 降水 量 的 关 系 。 从 回归 效果 来 看 ,此 方法 明显 优 于 其 他 方法 ,从 所 恢复 的 北京 260 年 降水 来 看 ,北京 从 1724 年 以 来 经 历 了 4 个 多 雨 期 和 4 个 少雨 期 。 从 整个 趋势 来 看 ,北京 的 少雨 期 越 来 越 长 ,多 十 期 则 相 对 地 越 来 越 短 ,目前 这 个 少雨 期 仍 在 继续 。 关键 词 : 复 相关 系数 ”强度 降水 “平均 降水 all sae. 对 于 某 一 气候 要 素 , 尤 其 是 降水 , 它 具 有 各 种 特征 。 因 此 ,在 我 们 对 它 进行 研究 之 前 , 必 须 弄 清楚 所 可 研究 的 是 哪 一 种 特征 .@@ 如 果 要 恢复 的 是 对 于 多 个 站 降水 所 组 成 的 降水 场 , 则 在 考虑 这 些 趟 的 大 范围 降水 特征 的 同时 ,还 必须 考虑 各 个 站 的 局 地 降水 特征 ,有 时 局 地 降水 特征 比 大 范围 降水 特征 显得 更 重要 。 如 果 从 波动 学 来 考虑 ,那么 ,对 于 某 个 站 的 降水 我 们 应 该 将 这 个 站 降水 的 局 地 波动 特征 琶 加 在 这 个 站 与 周围 各 站 的 大 波动 特征 之 上 ,这 样 恢复 出 来 的 降水 才 是 这 个 站 真实 的 降水 。 比 如 ,有 人 利用 五 百年 旱 涝 记 录 通 过 BOF 兼 交 又 谱 分 析 恢复 了 长 江 中 下 游 五 站 及 北京 的 五 百年 降水 记录 四 ,我 们 认为 这 仅仅 恢复 了 长 江 中 下 游 五 站 及 北京 站 与 其 他 29 站 相 联系 的 大 范围 降水 特征 所 反映 的 那 部 分 降水 ,而 没有 再 考虑 这 七 个 站 的 局 地 降水 特征 。 这 样 恢复 出 的 降水 与 实际 降水 相差 甚 远 , 而 且 降 水 波动 不 大 ,反映 不 出 极端 年 份 的 降水 。 加 如 果 要 恢复 的 是 单 站 降水 , 则 我 们 在 考虑 这 个 站 平均 降水 特征 的 同 时 ,还 必须 考虑 这 个 站 的 强度 降水 特征 ,仅仅 通过 降水 时 数 或 降水 日 数 来 恢复 降水 是 不 够 的 。 基 于 这 种 考虑 ,本 文 将 用 降水 日 数 来 反映 平均 降水 ,用 降水 等 级 来 反映 强度 降水 ,通过 它 们 与 降水 量 的 关系 来 建立 二 元 线性 回归 方程 ,从 而 恢复 过 去 的 降水 序列 。 本文 为 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO* 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 , 亦 受 到 中 国 国家 自然 科学 基金 委 员 会 的 资助 。 sa。 28 。 an BO RY DOW 本 文 所 用 的 月 降水 日 数 资料 是 根据 北京 故宫 《晴雨 录 》 中 关于 晴雨 日 的 记录 按 月 整理 而 得 。 凡 是 故宫 《晴雨 录 》 中 某 一 天 出 现 过 “十 ”或 “ 微 雨 ">“ 雪 ?或 “ 微 蛋 ”的 记载 ,就 将 这 一 天 作 为 一 个 十 日 计算 ,这 样 便 得 到 了 1724- 年 以 来 直到 :1904 年 共 181 年 的 月 降水 日 数 序列 盖 另 外 ,有 几 个 缺 记 录 的 年 份 我 们 参考 清朝 的 雨 雪 分 寸 资料 并 对 它们 进行 了 补充 ,而 这 一 期 间 月 降水 等 级 序列 则 是 根据 另 文 所 介绍 的 方法 整理 得 到 局 。 我 们 的 目的 是 在 恢复 1724 年 以 来 月 降水 量 以 及 年 降水 量 序列 并 对 其 进行 分 析 , 因 此 ,必须 建立 降水 日 数 ,降水 等 级 与 降水 量 的 数值 关系 。 从 1841 年 以 来 ,有 40 年 是 轻 有 降水 日 数 资料 ,降水 等 级 资料 又 有 降水 量 资料 的 年 份 。 jx 40 年 具体 是 : 1840—1843 年 ，1845 一 1850 年 ,1852 一 1855 EF, 1860—1861 4, 1869— 188T 年 ,1890 一 1897 年 以 及 1899 年 。 因 此 ,我 们 将 用 这 些 年 重大 的 资料 作为 样本 来 建立 月 降水 日 数 , 月 降水 等 级 与 月 降水 量 的 二 元 线性 回归 方程 , 即 Y= a + barn + Ore (t=) 1,25 , 12) 其 中 yi 表示 第 i 月 的 降水 量 ,xi 表 示 第 i 月 的 降水 日 数 ,xz 表示 第 i 月 的 降水 等 级 ,回归 结果 参见 表 | 表 上 月 降水 日 数 . 月 降水 等 级 与 月 降水 量 的 加 归结 果 The regression results of monthly raining days，monthly precipitation grades and monthly precipitation. [a] A i 55. 348) : 剩余 方差 s 9.768 | 7. 479 | 9. 633 |47. 441| 166. 256| 288. 2152843. 9493813. 2001 467. 104 41. 388 | 12. 221] 6. 130 由 表 1 可 以 看 出 ,月 降水 日 数 ,月 降水 等 级 与 月 降水 量 的 回归 相当 好 ,12 个 月 中 有 7 个 月 的 复 相 关系 数 均 在 0. 90 以 上 ,最 低 的 是 9 月 ,也 达 0.77。 这 说 明 用 月 降水 日 数 序列 与 月 降水 等 级 序列 来 恢复 月 降水 量 序列 是 完全 可 以 实现 的 ,同时 ,上 述 回 归 方程 的 物理 意义 也 非 常 明 显 。 例 如 ,在 月 降水 等 级 相同 的 情况 下 ,月 降水 日 数 越 多 ,那么 这 个 月 的 降水 量 也 就 越 多 ,在 月 降水 日 数 相同 时 ,月 降水 等 级 越 大 ,这 个 月 的 降水 量 也 同样 越 多 。 大 家 知道 ,月 降水 目 数 反映 的 是 某 一 个 月 的 平均 降水 状况 ,而 月 降 水 等 级 反映 的 却 是 这 个 月 的 降水 强度 ,也 就 是 说 ,一 个 月 的 降水 量 可 以 分 为 两 部 分 :一 是 平均 降水 , 它 由 这 个 月 的 降水 日 数 所 反映 ;另外 一 部 分 则 是 强度 降水 , 它 由 这 个 月 的 降水 等 级 所 反映 。 以 前 ,我 们 曾 试 过 各 种 方法 来 建立 某 2 29 7 个 或 某 几 个 参量 与 降水 量 的 关系 ,结果 发 现 以 现在 建立 的 这 种 关系 为 最 好 。 表 2 是 几 种 主要 方法 的 比较 。 表 2 ” 几 种 方法 复 相 关系 数 的 比较 Comparison with the complex corelation coefficients for some relative methods 降水 时 数 与 降水 归 复 相关 系数 性 竹下 He eel SUR 与 类 降水 目 数 降水 等 级 与 降水 量 回归 的 复 相关 系数 由 表 2 可 以 看 出 ,降水 日 数 ,降水 等 级 与 降水 量 回归 的 结果 明显 优 于 其 他 两 种 方法 去 A 此 ,以 我 们 现在 的 这 种 方法 恢复 的 过 去 年 份 降水 量 序列 更 为 可 信 。 图 1 为 40 年 重复 降水 量 拟 合 图 ,图 中 实 线 为 降水 量 实测 曲线 ,虚线 为 降水 量 拟 合 曲线 。 由 图 可 以 看 出 ,实测 曲线 与 拟 合 曲线 基 本 上 是 一 致 的 。 1200 .00 0.00 10.00 20.00 30.00 40. 00 50. 00 年 | 40 年 重复 降水 量 拟 合 图 The fitting diagram of precipitation for 40 repeated years 30 » =. SMHS mH 根据 我 们 所 得 到 的 回归 方程 ,只 要 将 过 去 年 份 的 降水 日 数 与 降水 等 级 代入 回归 方程 , 便 . 可 以 恢复 过 去 年 份 的 降水 量 序列 .图 2 为 1724 年 以 来 年 降水 量 的 变化 曲线 ,但 1841 年 以 后 的 降水 量 以 实测 的 为 准 , 有 些 年 份 ,比如 1856 一 1859 4E, 1862—1868 4F, 1885— 1889 年 以 及 1901 一 1903 年 由 于 没有 降水 量 实测 记录 , 则 以 恢复 值 代 替 * 还 有 的 年 份 ,比如 1900,1904 两 年 的 降水 量 则 根据 500 年 旱 涝 史 料 经 内 择 订 正 得 到 ;1909,1912 和 1913 这 三 年 的 降水 量 则 用 秦皇岛 站 的 资料 作 基 点 站 ,以 回归 计算 订正 得 到 后 .对 于 1840 年 以 前 的 降水 量 ,我 们 则 用 恢复 值 进行 了 延长 。 从 图 2 中 大 致 可 以 看 出 ,北京 从 1724 年 以 来 经 历 了 4 个 多 雨 期 和 4 个 少雨 期 ,为 看 得 更 清楚 起 见 , 我 们 对 其 进行 了 7 年 滑动 平均 ,图 3 是 经 过 滑动 平均 之 后 的 年 降水 量变 化 曲线 .从 图 3 中 可 以 很 容易 看 出 :第 一 个 多 十 期 大 约 是 至 1734 年 以 前 ,之 后 便 进 入 了 一 个 少雨 期 ,大 约 到 1760 年 以 后 便 进 入 了 又 一 个 多 雨 期 ,这 个 多 雨 期 延续 的 时 间 比 较 长 ,到 19 世纪 40 年 代 进 入 第 二 个 少雨 期 ,60 年 代 又 开始 进入 第 三 个 多 雨 期 ;19 世纪 未 进入 第 三 个 少雨 期 ,大 约 到 20 世纪 40 年 代 又 开始 进入 第 四 个 多 雨 期 ,这 个 多 雨 期 大 约 在 1964 年 左右 结束 ,之 后 便 进 入 了 第 四 个 少雨 期 .从 整个 趋势 来 看 ,北京 的 少雨 期 是 越 来 越 长 ,多雨 期 则 相对 越 来 越 短 。 目 前 这 个 少雨 期 仍 在 继续 ,如 果 照 此 发 展 王 去 ,北京 有 可 能 成 为 枯 水 之 城 , 我 们 希望 以 此 引起 有 关 方 面 的 关注 。 1600.00 1200 .00 0 降水 (mm) 400.00 0.00 1724 1774 1824 1874 1924 1974 年 图 2 1724 年 以 来 年 降水 量变 化 曲线 The variation curve of annual precipitation total since 1724 为 了 验证 被 恢复 的 降水 量 序列 的 可 靠 性 ,我们 绘制 了 1724 年 以 来 北京 站 旱 涝 等 级 变化 曲线 图 以 及 9 次 多 项 式 拟 合 图 (图 4)。 从 图 4 中 的 拟 合 曲线 可 以 很 清楚 地 看 出 四 个 多 雨 期 和 四 个 少雨 期 来 ,而 且 其 开始 和 结 束 的 年 代 和 图 3 是 基本 上 一 致 的 ,这 也 就 从 侧面 证 明了 我 们 所 恢复 的 降水 量 序列 是 完全 可 * 31. 信 的 。 900.00 700.00 | | 600. 00 1 1 I 降水 (mm) 500. 00 400.00 300.00 1724 1774 1824 1884 1924 1974 年 3. 经 7 年 滑动 平均 之 后 的 260 年 降水 量变 化 曲线 The moving averaged variation curve of annual precipitation total for 260 years AMA i | | 中 | 1 0 ft a eS 1724 1754 1784 1814 1844 1874 1904 1934 1964 图 4 1724 年 以 来 北京 站 时 涝 等 级 变化 曲线 及 多 项 式 拟 合 曲线 ( 实 线 为 实测 值 , 虚 线 为 拟 合 值 ) The variation curve of D/F grade and the fitting curve of polynomial at Beijing since 1724 © 32-6 “2 Re a 1. 由 月 降水 旦 数 * 月 降水 等 级 与 月 降水 量 的 关系 来 恢复 过 去 降水 量 序列 的 方法 是 到 目 前 为 止 最 合理 的 一 种 方法 。 2. 从 所 恢复 的 1724 年 以 来 北京 年 降水 量变 化 曲线 可 以 看 出 ,北京 共 经 历 了 4 个 多 雨 期 和 4 个 少雨 期 ,其 中 最 后 一 个 少雨 期 大 约 是 在 1964 年 左右 开始 ,至 今 仍 在 继续 。 参考 文献 Ci] 张 时 煌 、 张 丕 远 ，1990 年 历史 文献 中 降水 等 级 划分 标准 的 客观 描述 ,中 国 气候 与 海面 变化 研究 进展 ， 海洋 出 版 社 ,(1992) 。 (2) 张 先 恭 ， 中 国 五 百年 降水 分 析 , 气象 出 版 社 ,(1989) 。 [条 “中 央 气 象 局 ,北京 250 年 降水 ,中 央 气 象 局 研究 所 内 部 资料 , (1979)。 » 336 Raining days, rainy grades and the reconstruction of precipitation series for last 260 years at Beijing ~ | Zhang Shihuang Zhang Peiyuan (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract It can be considered that the precipitation of one month should be divided into two parts. The power monthly precipitation and the mean monthly precipitation. The mean monthly precipitation can be reflected by monthly rainy days, and the power monthly precipitation can ie defined by monthly precipitation grade. The monthly rainy days can be obtained by sorting out the records of the Sun and Rain Records from the Palace Museum; the monthly precipitation grade can be acquired by analysing the degree of flood and drought from local chronicales and many kinds of historical doc- uments, and this grade can be divided into 2—7. By using bivariate lineal regression equation, the relationship between monthly rainy days (MRD), monthly precipitation grades (MPG) and month- ly precipitation is established. From the effects of regression, it can be seen that this method is obvi- ously more suitable than any other methods. Key Words:complex corelation coefficient power precipitation average precipitation * This work is partial study of (Climate Change Induced by COz Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. © 34. 北京 250 年 来 降水 量 的 重新 恢复 ， 张 时 煌 KAD 《中国 科 学 院 地 理 研究 所 ) 摘 ， 要 ;本文 利 用 模糊 聚 类 回归 方法 ,通过 对 降水 量 ` 雨 时 数 和 微 雨 时 数 三 者 之 间 相 关 关 系 的 分 类 ,得 到 了 三 组 回归 模型 ,并 将 回归 模型 的 总 效果 与 1979 年 的 回归 模型 作 一 比较 ,其 结果 显 然 优 于 1979 年 的 回归 模型 。 关键 词 : 模 糊 聚 类 回归 ”逐步 回归 ” 复 相关 系数 ”样本 状态 f i 引 =] 本 文 所 用 的 代用 资料 是 根据 北京 故宫 《晴雨 录 》i 记 载 而 整理 出 的 1724 一 1904 年 北京 逐 月 逐 级 降水 时 数 资 料 , 对 其 中 所 欠缺 的 年 月 份 已 根据 门限 自 回归 模型 进行 了 插 补 ”。 240 200 ia x 160 rd 120 80 40 620 580 5 404 500 gy 180 = 420 B 380 3 4( 300 260 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 1724 1744 1764 1784 1804 1824 1844 1864 1884 1904 1924 1944 1964 1984 4 1 1724 年 以 来 年 雨 时 数 和 微 十 时 数 总 量 的 多 年 变化 曲线 Secular variation curves of annual rainy hours total and small rainy hours total since 1724 米 “ 本 文 为 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 , 亦 受到 中 国 国家 自然 科学 基金 委 员 会 的 资助 。 二 由 于 1724— 1904 年 期 间 降 水 时 数 资 料 与 降水 量 观测 资料 重复 的 年 份 有 限 , 只 有 36 年 (1841 一 1843 年 ,1846 一 1850 年 ,1853 一 1855 年 ,1860 一 1861 年 ,1869 一 1883 年 和 1890 一 1897 年 ) , 若 用 它们 作 样 本 ,利用 模糊 聚 类 回归 来 建立 降水 时 数 与 降水 量 之 间 的 关系 ,样本 容量 尚 嫌 不 够 ,因此 必须 增加 样本 量 , 但 因 现 代 并 没有 十 时 数 和 微 雨 时 数 的 直接 观测 资料 ， 所 以 根据 气象 观测 记录 来 建立 现代 降水 时 数 资料 就 成 为 必要 。 本 文 所 用 的 气象 观测 记录 为 北京 市 气象 局 的 气 表 -1 和 气 表 -5 中 的 降水 量 自 记 记录 ,对 降水 量 自 记 记录 中 每 小 时 降水 量 大 于 1. Omm 的 算 作 雨 ,每 小 时 降雨 量 在 1. Omm 以 内 的 则 算 作 微 雨 ; 每 小 时 降雪 量 大 于 0. 5mm 的 算 作 雪 *, 每 小 量 降雪 量 在 0. 5nm 以 内 的 则 算 作 微 雪 。 根据 以 上 两 个 标准 建立 了 1916 — 1925 年 和 1946 一 1986 年 共 51 年 的 现代 降水 时 数 资料 ,其 它 年 份 由 于 降水 记录 比较 零乱 而 无 法 整理 图 1 是 1724 年 以 来 的 全 年 雨 时 数 和 微 雨 时 数 总 量 的 多 年 变化 曲线 。 由 图 可 以 看 出 历史 时 段 的 降水 时 数 资料 与 现代 降水 时 数 资料 衔接 得 相当 好 ,这 说 明 用 上 述 两 个 划分 标准 来 划分 十 和 微 雨 级 别 是 恰当 的 ,而 且 这 两 个 时 段 的 降水 时 数 资 料 也 通过 了 显著 性 水 平 0. 05 的 一 致 性 检验 。 接 下 去 我 们 将 通过 模糊 聚 类 回归 来 建立 降水 时 数 与 降水 量 的 关系 ,然后 再 反 演 过 去 ,从 而 恢复 250 年 以 来 的 降水 量 序列 。 ot Te oe 模糊 聚 类 回归 方程 的 基本 思路 是 根据 样本 状态 之 间 相 似 程度 的 大 小 进行 模糊 聚 类 PR 后 再 分 别 对 各 类 进行 回归 分 析 ,这 样 对 每 一 类 就 都 可 以 得 到 一 组 回归 方程 .这 个 方法 的 优点 在 于 它 能 把 相似 程度 好 的 样本 聚 在 一 起 ,这 种 情况 下 建立 起 来 的 回归 方程 其 效果 显然 比 在 一 般 情 况 下 建立 起 来 的 回归 要 好 。 设 T= Cin yin gy Tin y Tg 8 y Lin) WAREAGRA FE CG=1,2-.2), HRI SAMRA 子 , 后 mm 一 ! 个 为 预报 量 ,"” 为 样本 总 数 。 则 模糊 聚 类 分 析 可 分 以 下 三 步 进行 : 第 一 步 ,把 各 代表 点 的 统计 指标 的 数据 标准 化 ,以 便于 分 析 和 比较 ,这 一 步 也 称 为 正规 化 : 式 中 ,为 原始 数据 ,z' 为 原始 数据 的 平均 值 ,e 为 原始 数据 的 标准 差 , 若 把 标准 化 数据 压缩 到 [0,1J] 闭 区 间 , 可 用 极 值 标准 化 公式 当 Li =Zmaz lf , Mi] C= 1 « 36° 4% £;=Zmialhf , I) z,=0 SPS Ae UL A Has aE» YD SH i BK dS RT Hd A EY SC DAT FE HSU Ea AUK A a F al 7 ie" 2 is 731 722" °° T 25 —— 关于 统计 量 必 的 求法 有 很 多 种 ,本文 就 资料 特点 采用 相关 系数 法 来 求 ww** 即 > Ga i)(za Par z;) (ta — 7)? * | >) Ga — 35)? k=1 im Z jk 式 中 : n=— Din ， eae eg 第 三 步 进行 聚 类 分 析 。 在 一 般 情 况 下 ” 必须 是 一 个 模糊 等 价 关 系 才 能 聚 类 。 然 而 ,有 时 7 并 不 是 如 此 。 为 此 ,就 要 对 ”> 进行 改造 ,改造 的 方法 是 将 ARG r+ r=", FARE re 7 一 7 ,然后 再 得 辣 , 上 5 …, 如 此 继续 下 去 ,至 某 一 步 出 现 交 王 一 时 , 则 ” 便 是 一 个 模糊 等 价 关 系 ;* 这 种 将 模糊 相似 矩阵 改造 成 模糊 等 价 和 矩阵 的 方法 就 叫做 “传递 团 包 方法 ”。 然 而 , 利 用 这 种 “传递 闭 包 方 法 ”把 模糊 相似 矩阵 改造 成 模糊 等 价 矩 阵 时 ,工作 量 往往 是 很 大 的 。 因 它 需要 进行 多 次 自 乘 ,为 此 有 不 少 人 都 企图 寻求 由 模糊 相似 矩阵 直接 进行 聚 类 的 方法 。1979 年 吴 望 名 提出 的 最 大 树 方 法 ”和 1980 年 赵 汝 剑 提 出 的 编 网 法 就 是 其 中 两 种 。 我 们 这 里 使 用 的 是 一 种 模糊 聚 类 的 机 器 算法 ,被 称 之 为 " 值 日 生 法 ”。 这 是 直接 算法 的 一 种 , 它 不 必 将 好 改 造成 模糊 等 价 关 系 和 矩阵” ,而 直接 从 ”出 发 ,在 水 平 上 进行 聚 类 。 限 于 篇 幅 , 这 里 就 不 详 加 介绍 ,但 值得 一 提 的 是 这 种 方法 比 其 它 方法 方便 得 多 ,也 省 时 得 多 .这样 ,我 们 将 不 同 2 截 水 平和 的 聚 类 结果 分 别 绘 在 动态 聚 类 图 上 ,然后 根据 具体 要 求 和 实际 情况 将 {z} 分 成 : a) 和 入 入 b)- YQ Sy ‘ 4 00 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 19 894F 2 “拉萨 温度 距 平 、 粮 食 单产 (1954 一 1989 年 ) Lhasa temperature departure and crop yield. (1954— 1989) 从 粮食 单产 变动 状况 可 以 看 出 : 1954 一 1959 年 单产 并 不 低 ,与 气温 较 高 有 关 ; 1959 年 产量 猛 跌 ,这 是 由 于 西藏 上 层 反 动 农奴 主 叛乱 造成 的 ; 此 后 (1960 一 1972) ,农业 生产 始终 维 持 一 个 较 低 的 水 平 , 甚 至 比 1950" 的 单产 还 低 , 显 然 与 这 一 时 段 气 温 较 低 密切 相关 天 1973 年 之 后 ,气温 发 生 明 显 变化 ,是 1959 年 以 来 ,从 未 有 过 的 升温 阶段 ,与 此 同时 ,粮食 单产 也 步 出 低谷 ,产量 增加 ; 进入 1980? 温暖 期 ,粮食 产量 达到 一 个 新 的 高 水 准 。 粮 食 产 量 与 温度 变动 相 对 应 ,表明 粮食 产量 的 长 周期 波动 与 温度 长 周期 波动 是 一 致 的 ,因为 高 原 热量 资源 对 农业 生 产 起 主导 作用 。 除了 这 种 长 周期 的 变动 外 ,在 每 一 个 阶段 中 产量 仍 有 小 波动 ,而 这 种 短 周 期 波动 ,与 降水 特别 是 5.6 月 降水 的 短 周 期 波动 相 一 致 ,1980" 温暖 期 尤为 明显 ,也 就 是 说 , 当 热量 达到 一 定 水 准 ( 如 19807 之 后 ,水 分 条 件 (5.6 月 降水 或 适时 灌溉 就 成 为 提高 粮食 单产 至 关 重 要 的 因素 。 因 此 ,准确 预报 西藏 粮食 产地 的 5.6 月 份 降水 ,或 根据 农田 作物 需 水 量 进 行 适 时 灌溉 显得 非常 重要 (图 3) 。 粮食 产量 (kg) 降水 距 平 (mm) 温度 距 平 (CC) 140 PUR Mh a ee 粮食 产量 60 20 40 从 awe ay AVL, y ie 5 月 份 一 20 一 40 120 80 mA a_|\ ANNI AA 0 V os 6 月 份 3 re \V Lae: — 80 — 120 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 年 图 3 粮食 产量 与 5.6 月 份 降水 距 平 The yields of crop and departure of precipitation in May and June. 二 、1980 异常 干旱 期 1980’ 中 只 有 1980`1985 年 的 降水 量 高 于 正常 值 , 其 余 8 年 全 低 于 多 年 平均 降水 量 ， 1983 年 是 西藏 有 气象 记录 以 来 最 为 严重 的 枯 水 年 ,拉萨 ,日喀则 、 定 日 .隆子 .昌都 等 地 的 年 降水 量 与 累 年 平均 值 相 比 都 是 负 距 平 , 日 喀 则 降水 负 距 平 达 到 59% ,拉萨 、. 定 日 负 距 平分 别 为 49% 、48% 。 据 藏 文 水 旱 历史 资料 分 析 ,1980' 为 近 百 年 来 最 干旱 时 期 ”。 «46 » 藏 南 是 西藏 主要 产 粮 区 , 素 有 “西藏 粮仓 ”之 称 。 藏 南 降 水 多 少 与 粮食 产量 关系 十 分 密 切 ,尤其 是 夏季 的 降水 ,这 一 时 期 少雨 干旱 必 将 引起 粮食 减产 。 以 1980" 中 最 干旱 的 1983 年 为 例 ,1983 年 降水 比 同期 (5 月 下 旬 一 8 月 上 名) 减少 80% 以 上 ( 见 表 1) ,拉萨 6 月 份 仅 降 6mm 的 十 ,致使 旱情 迅速 发 展 , 影 响 早 播 作物 抽穗 、 灌 浆 和 成 熟 , 同 时 还 影响 了 晚 播 作 物 的 播种 和 出 苗 。 藏 南 1983 年 的 干旱 是 自 1981 年 以 来 连续 第 三 年 的 严重 干旱 ;1982 FES 藏 布 江 地 区 的 干旱 亦 是 西藏 近代 史 少 有 的 ,干旱 持续 到 1983 年 ,无 论 在 范围 上 .强度 上 , 持 续 时 间 和 严重 危害 都 远 远 超过 1982 年 ,加 上 这 年 作物 生长 后 期 又 有 异常 高 温 的 出 现 ,造成 粮食 产量 大 幅度 干 降 ( 见 表 2 ) 。 Rl 1983 年 藏 南 地 区 拉萨 日喀则 、 定 日 三 站 降水 量 (mm) The precipitation in Lhasa ，Xigaze，and Dingri in 1983 ata are 2 166.0 REPS RAR 318.5 E# ee Semag peli g alongs a dininen) SATH-OnLaRAR [0 [ow ERA GSA Coa RANG anes ESOT WE Ue DEER S LS 表 2 1980 一 1983 年 西藏 粮食 产量 (单位 :万 ke) The crop yields of Tibet from 1980 to 1983 Cunit;5,000kg) 1981 — 1983 年 的 干旱 期 ,引起 藏 南河 水 流量 急剧 减少 ,一 向 以 日 喀 则 地 区 农业 的 水 利 大 动脉 著称 的 年 楚 河 ,在 作物 生长 极 需 水 的 时 候 , 断 流 15 天 ,当年 粮食 产量 锐 减 。 地 下 水 位 下 降 ,水井 干 枯 , 羊 卓 雍 湖水 位 连续 7 年 (1980 一 1986 年 ) 下 降 , 通 过 藏 文 文史 资料 和 档案 查 阅 、 实 地 考察 以 及 对 周围 地 区 农 牧 民 的 调查 访问 ,1980" 羊 卓 雍 湖 的 湖水 位 已 降 到 近 百 年 的 最 低 值 。 除 藏 南 农 区 ,1983 年 藏 北 牧 区 也 因 干 旱 少 雨 影 响 牧 草 的 生长 ,这 一 年 的 产 草 量 只 相 当 于 往年 的 65% 。 伴 随 干 旱 出 现 而 诱发 的 虫 灾 ,使 藏 北 那 曲 地 区 受害 面积 达 80 余 万 亩 。 1981 一 1983 年 连续 3 年 干旱 , 仅 间 隔 一 年 ,1985 一 1988 年 又 连续 4 年 降水 低 于 平均 值 ， 虽然 这 段 时 期 的 降水 减少 的 幅度 不 如 1981 一 1983 年 ,但 长 时 期 的 干旱 已 严重 地 影响 藏 南 的 农业 生产 。 无 疑 ,1980 "西藏 进入 了 极其 干旱 的 时 期 ,预计 本 世纪 末 降 水 将 有 所 增加 ,可 维持 BP SY BE ZK » 47 。 =. 1980 未 期 罕见 的 特大 雪灾 依据 气象 资料 ,把 藏 北 高 原 发 生 雪灾 的 气候 指标 定 为 ,连续 积 雪 > 之 30 天 ,降雪 量 > som), SHH HE 40 年 藏 北 共 发 生 严重 雪灾 4 次 ,分 别 为: 1956 一 1957 年 ,1961 一 1962 年 ,1967 一 1968 年 及 1979 一 1980 年 ,都 属于 冬 雪 连 着 春 雪 型 ,与 实况 调查 相符 合 。 仅 仅 因 入 雪 或 者 雪 造 成 的 严重 雪灾 并 不 多 见 。 进 入 1980" 初 , 藏 北 发 生 过 大 雪灾 ;到 1980" Hs MEL 一 次 发 生 罕见 的 特大 雪灾 。 这 场 雪灾 的 特点 是 : 灾情 发 生 早 ,1989 年 9 月 底 至 ii0 月 初 ; 开 始 降雪 ;降雪 期 长 达 半年 之 久 ;降雪 量 多 于 历年 , 冬 春 几 个 月 的 降水 正 距 平 的 百分率 为 150% 以 上 ;受灾 面积 广 , 藏 北 高 原 8 个 县 ,113 S KEM 24 km MSR ,平均 积 雪 厚 度 40 一 60cm, 有 的 地 方 厚度 达 1 一 1. 5m, 阴 坡 积 雪 更 厚 可 达 3mj; 牲 畜 死 亡 严重 ,500 万 头 牛 羊 观 食 困难 ,最 为 不 利 的 是 1990 年 3 ARE 4 月 初 大 雪 后 ,又 然 降温 , 雪 面 冻结 成 硬 环 碗 ,性 畜 死 亡 达 百 万 头 ,是 继 藏历 火 免 年 (公元 1927 年 ) 之 后 ,最 为 严重 的 大 雪灾 caa。 这 种 冬 雪 连 着 翌年 者 雪 的 漫长 积 雪 , 竹 畜 体质 弱 ,饲料 已 耗 尽 。 大 雪 覆 盖 待 出 土 的 青草 ,给 软 业 带 来 危 害 ,造成 重大 的 经 济 损失 。 藏 北 那曲 地 区 的 雪灾 ,常常 具有 突 发 性 ,而 这 种 突 发 性 又 建立 在 过 去 一 段 时 间 降 雪 状 况 基础 上 ; 1990 年 的 雪灾 ; 令 大 措手不及 ,为 减少 雪灾 带 来 的 危害 ,应 建立 一 套 完整 的 救援 系 统 , 既 能 快速 解救 灾区 人 民 ; 又 能 最 天 限度 减少 因 灾 而 遭受 的 损失 ,有 利于 西藏 四 业 生 产 的 发 展 和 提高 。 高 原作 为 气候 变化 的 敏感 区 ,具有 上 先兆 性 ,西藏 1980: 出 现 的 异常 高 温和 干旱、 雪灾 , 巴 示 高 原 毗 邻 地 区 的 气候 异常 也 会 随 之 而 来 。 1980? 西藏 气候 异常 对 社会 经 济 的 影响 ,有 利 有 册 。 异 常 高 温 对 粮食 作物 的 产量 增加 无 疑 是 有 益 的 ;但 是 ;气温 上 升 ,蒸发 量 增加 ;土壤 水 分 减少 ;如 果 降 水 量 再 减少 ;农业 用 水 的 供 需 矛 盾 就 会 突出 ,造成 干旱 。1980' 气 候 变 暖 对 畜牧 业 有 利 , 但 1989—1990 FH KBR 藏 北 带 来 巨大 的 经 济 损失 。 参 考 文 献 [1] 王 绍 武 , 近 百年 我 国 及 全 球 气温 变化 趋势 ,气象 ,16(2),(1990) 。 (2) ie. RAE A BAHAI 765— 1980 年 ) 西 藏 水 旱 雪 灾 规 律 的 探讨 ,气象 学 报 ,44(3);(1986) 。 (3) ， 吴 祥 定 \ 林 振 炮 ,青藏 高 原 近 二 千年 来 气候 变迁 的 初步 探讨 ,1978 年 全 国 气 候 变 化 讨论 会 文集 ,科学 出 版 社 ,(1981) 。 [4] 林 振 耀 ,西藏 雪灾 及 其 救援 措施 ,中 国 减轻 自然 灾害 研究 ,中 国 科 学 技术 出 版 社 ,(1990) 。 [5] 西藏 历史 档案 丛书 , 灾 异 志 一 雪灾 篇 ,西藏 人 民 出 版 社 ,(1985) 。 * 48 Abnormal climate in Tibet and Its Impact in 1980s * Lin Zhenyao (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract The principal emphasis of this paper is to discuss the decade of abnormal climate, the eighth decade of the twentieth century, in terms of severe climate variation and various calamities in Ti- betan plateau. Some obvious evidences, natural disasters occurred frequently, represented the plateau to start a specific period. The main points obtained in this study are outlined as follows; 1. In the 1980s, the atypical period of megathermal climate happened in the year of 1985, 1988, and 1989 in Tibetan Plateau. 2. The annual mean amount of precipitation, within the eight years of the decade, was lower than the normals of rainfall in the Lhasa respectively. 3. During the continuance of three-year severe drought from 1981 to 1983, the yields of crop were decreased extremely in the south of Tibet. In Lhasa, the rainfall in 1983 reached to the mini- mum in the last one hundred years. It was only 229 mm. 4. The catastrophe of snow storm intruded into the north part of Tibetan Plateau in the period of the winter of 1989 to the spring of 1990. There was no the situation of this disaster in th past cen- tury. Key words :Abnormal Climate Drought Damage Tibet * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. + 49° 近 200 AF Py HY Ae EB)” PRR HEHE EK CHE Bal BE Bre Sih PE 9 PT 摘 ”要 :在 过 去 200 年 ,西藏 的 自然 灾害 以 雪灾 为 主 。 藏 北 高 原 牧 区 很 少 出现 大 面积 干旱 IL 乎 没有 洪 洲 发生。 但 是 在 藏 南河 谷 农 区 ,干旱 与 洪涝 灾害 交替 出 现 , 并 有 变 干 趋势 。 C1) 8 19 世纪 以 来 ,西藏 大 的 雪灾 发 生 过 16 次 ,其 中 1828 一 1829 年 ,1887 一 1888 年 ,1927 一 1928 年 ,1989 一 1990 年 等 四 次 最 为 严重 。 (2) 在 西藏 南部 地 区 有 三 个 明显 的 多 十 期 和 三 个 干旱 时 期 。 从 最 近 的 第 三 次 于 旱 期 来 看 ,这 种 干旱 期 有 变 长 的 趋势 。 (3) 从 本 世纪 80 年 代 初 开始 ,西藏 气候 进入 一 个 新 的 干旱 时 期 。1983 年 藏 南 农 区 的 降雨 量 下 降 到 近 100 年 来 的 最 低 点 。 该 年 年 降水 量 比 正常 年 份 少 200mm, 仅 相当 于 平年 降水 量 的 50%， 由 此 影响 了 农业 生产 ,导致 农作物 产量 急剧 下 降 。 (4) 拉萨 的 气温 变动 与 极地 气温 变动 有 类 同 之 处 , 即 在 本 世纪 40 年 代为 暖 期 , 60 三 70 年 代 处 于 较 冷 期 ,从 70 年 代 后 期 至 今 又 为 暖 期 ,但 两 者 之 间 有 位 相差 异 ,拉萨 气温 变动 的 位 相 有 提前 的 特征 。 (5) 西藏 气候 有 向 干 暧 的 变化 趋势 。 藏 北 气 温 的 变动 幅度 比 藏 南大 ,尤其 突出 的 是 冬季 温 度 。 而 藏 南 降 水 量变 化 幅度 又 比 藏 北 显著 。 KA: SK VRE FR 西藏 西藏 作为 青藏 高 原 的 腹地 ,对 北半球 环流 起 着 重要 作用 ,特别 是 对 东亚 地 区 环流 的 影响 更 大 。 庞 大 的 高 原 对 西风 急流 有 明显 阻挡 作用 ,不 仅 在 迎风 面 ,而 且 在 背风 面 或 气流 翻越 高 原 时 ,人 迫使 气流 分 支 或 汇合 ,同时 由 于 高 原动力 和 热力 效应 的 作用 ,从 而 使 大 气 环流 受到 干 Kh. Ak ,天气 系 统 途经 高 原 时 ,都 有 可 能 产生 巨大 变化 。 高 原 有 “加 工 ” 作 用 ,有 的 天 气 系统 经 过 高 原 时 得 到 加 强 , 有 的 减弱 或 消失 。 由 于 高 原 的 海拔 高 度 . 地 形 和 下 垫 面 状 况 的 不 同 ,使 得 高 原 的 天 气 气 候 随地 域 的 不 同 而 有 差异 ,这 种 差异 不 仅 对 高 原 而 且 对 我 国 东 部 地 区 都 有 影响 。 正 是 由 于 西藏 高 原 独 特 的 地 理 位 置 及 其 海拔 高 度 的 特点 ,研究 西藏 高 原 天 气 系统 的 形 成 机 制 和 其 影响 ,吸引 了 众多 国内 外 气象 和 气候 学 家 的 关注 。 研 究 指 出 上 青藏 高 原 是 气候 敏 感 区 域 ,一 旦 气候 发 生 了 变化 , 它 的 反应 就 十 分 明显 .因此 ,深入 研究 近代 高 原 气候 变化 的 特 征 及 其 趋势 是 非常 重要 的 。 # 本文 为 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO* 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 50 。 过 去 有 关 西 藏 高 原 长 期 气候 变动 的 研究 很 少 ,主要 原因 是 缺少 长 时 期 的 气象 观测 资料 。 现 用 能 够 反应 气候 变化 的 替代 资料 ,例如 藏 文 历 史 档案 文献 ` 树 木 年 轮 资 料 和 现代 气象 观测 记录 等 ,就 有 可 能 描述 近 200 年 来 高 原 的 气候 变化 。 一 4 200 SEK i RARE CY \ WERE 200 年 来 西藏 气候 的 变化 ,首先 应 了 解 百 年 尺度 的 气候 变化 在 千年 尺度 的 气候 AR UL HDPE Zi AD BT SURE UE 200 年 期 间 的 气候 ,是 处 于 干旱 期 或 潮湿 期 ,还 是 处 于 高 温 期 或 寒冷 期 。 只 有 了 解 较 长 尺度 的 气候 背景 或 长 周期 的 气候 波动 ,研究 近 200 年 的 小 周 期 气候 变化 才 会 有 一 清晰 的 轮 廊 。 依据 过 去 的 研究 叫 , 高 原 两 千年 来 的 温度 变化 曲线 ,如 图 AR. 3 级 为 正常 ,大 于 3 级 表示 偏 暖 , 小 于 3 级 则 表示 偏 冷 。 500 1000 1500 2000 年 1 “青藏 高 原 温 度 等 级 长 期 变化 图 : Variation of the temperature grades for last 2,000 years in the Qinghai— Xizang plateau 一 般 说 来 ,可 将 2000 年 来 的 气候 变化 划分 为 4 个 时 间 段 , 即 新 冰期 温暖 期 .现代 小 冰 期 和 最 近 温暖 期 ( 见 表 -1)。 由 表 工 可 见 * 近 200 年 的 气候 变化 正 处 于 17 世纪 小 冰期 之 后 的 近代 温暖 期 。 aN 表 1 青藏 高 原 历史 时 期 气候 变化 The outline of climate change in the historical time in Tibet Uk 其 较为 严寒 ;有 过 几 次 大 规模 冰 进 温暖 期 | 1500 一 900 | 较 现代 温暖 湿润 现代 小 冰期 偏 冷 ,尤其 17 世 瑟 中 期 ,年 平均 气温 比 现今 低 1C 左 右 最 近 温暖 期 | 一 I40 一 0 | 温度 以 偏 高 为 主 ; 降 水 在 上 世纪 未 :本 世纪 初 偏 多 ;后 偏 时 。 Dll 。 二 、 本 世纪 初 西藏 气候 的 特点 -一 寒冷 自 20 世纪 以 来 ,气候 变 得 较 暖 ,本 世纪 初 比 当 今 要 寒冷 。 清 代 驻 西藏 办 事 大 臣 有 泰 目 记 (1904 年 2 月 9 日 一 1907 年 4 月 17 日) 可 为 研究 本 世纪 初 西藏 的 气候 提供 依据 。 一 般 地 讲 , 在 记述 有 关 当 地 的 天 气 、 物 候 现象 和 气象 灾害 时 ,私人 笔记 日记 是 比较 客观 的 , 它 比 地 方志 、 灾 害 志 等 更 为 真实 可 靠 。 因 为 它 作为 个 人 处 理事 情 的 备忘录 ,无 须 在 每 天 天 气 和 自然 灾害 的 实况 上 弄虚作假 .因此 ,历史 人 物 的 日 记 已 被 公认 为 是 探讨 历史 时 期 气候 的 可 信 依 据 。 尤 其 是 像 西藏 高 原 , 既 缺乏 史料 ,气象 观测 记录 年 代 又 短 的 地 区 ,借用 记载 天 气 气 候 的 日 记 就 显得 十 分 重要 了 。 AR PRE, SER ,监生 。 光 绪 二 十 八 年 为 西藏 办 事 大 臣 ， 内 阁 奉 上 渝 , 有 泰 著 赏 给 付 都 统 衔 作 为 驻 藏 办 事 大 臣 ,照例 驰 台 前 往 , 裕 纲 著作 有 泰 到 任 后 再 行 来 京 * 钦 此 。”( 见 有 泰 日 记 手稿 光绪 二 十 八 年 十 一 月 三 日 )。 有 泰 接 旨 后 ,于 光绪 二 十 轧 年 十 三 月 二 十 四 丰 《1904 年 2 月 9 日 ) 抵 达 拉 萨 ,后 被 革职 ,于 光绪 三 十 三 年 三 月 五 日 (1907 年 4 月 17 日 ) 离 开 拉萨 。 在 拉萨 期 间 与 往日 一 样 ,坚持 记 日 记 , 从 未 间断 ,共计 三 年 零 二 个 月 。 有 泰 在 日 记 中 ,详细 地 记述 了 本 世纪 初 拉 萨 冬季 寒冷 的 情况 。 当 年 10 月 下 旬 结 冰 可 达 2 分 厚 ,11 月 底 房间 内 用 炭火 盆 取 上 暖 ,12 月 末 池 塘 冰 冻 甚 厚 , 可 走行 人 ,到 来 年 3 月 下 旬 不 能 撤 火 盆 ,个 别 年 份 室内 放置 两 只 炭火 盆 还 觉 寒气 袭 人 ,寒冷 程度 非 同一 般 。 到 了 5 月 中 名 Ty“ BE) HAR .大 棉 只 各 一 件 , 套 袜 秸 坎 肩 , 棉 套 裤 、 棉 袜 、 袜 鞋 (1905 年 5 月 16 日 )” 现 今 的 拉萨 5 月 中 旬 ,如 此 厚实 的 穿戴 无 论 何 人 都 实 无 必要 。 当 时 5 ARMAS. ARE 1906 年 5 月 23 日 的 日 记 中 写 到 :“ 早 起见 院 中 桃 ` 杏 、 松 柳树 上 雪 压 枝 皆 倒 ,昨夜 雪 不 断 , 现 已 小 满 后 ,如 在 内 地 必 以 为 奇 侨 .” 在 有 泰 日 记 中 ,也 不 乏 有 积 雪 厚度 的 记载 。 例 如 他 在 描述 1905、1906 年 的 积 雪 厚度 时 记 , 最 厚 者 达 3 寸 ( 约 10cm)。 而 从 1953 年 至 今 , 只 有 1967 年 的 积 雪 厚度 达到 10cm, 表 2“ 近 200 年 藏 北大 雪灾 发 生年 份 Heavy snowstorm in the last 200 years in the north of Tibet 灾 害 年 份 KER 1989-1990" a * BAKER ° 526 在 对 藏 文 历史 档案 文献 思 和 现代 气象 观测 记录 分 析 后 ,发现 藏 北 的 自然 灾害 以 雪灾 特 别 严重 ( 见 表 2)。 自 19 世纪 以 来 ,大 雪灾 共 发 生 16 次 ,严重 的 大 雪灾 有 4 次, 分别 发 生 在 1828— 1829 年 .1887 一 1888 年 .1927 一 1928 年 和 1989 一 1990 4F, 1990 年 罕见 的 雪灾 导致 牲 畜 死 亡 数量 达 百 万 头 ,是 西藏 近代 史上 少 有 的 。 三 、 近 200 年 西藏 的 水 旱灾 害 近 200 年 , 藏 南 农 区 水 旱灾 害 交 蔡 出 现 。 藏 南 有 三 个 明显 的 多 雨 期 和 三 个 干旱 期 。 从 最 近 的 干旱 期 来 看 ,干旱 持续 时 间 有 逐渐 变 长 的 趋势 ,而且 越 来 越 明显 ”( 见 图 2). SJ 一 干 期 细 线 一 文史 资料 干 湿 指 数 粗 体 线 一 5 年 滑动 平均 虚线 一 仪器 观测 指数 1913 1937 1956 1967 72 75 1983 | : 干 湿 指 数 等 级 = = ei: | Y Nh " | | nt | | 1924 1931 1949 1954 1880 1890 1900 1910 1920 .1930 1940 1950 1960 1970 19804F 图 2 青藏 高 原 干 湿 指数 的 变化 Dryness-wetness index in Tibet 分 析 现 有 的 资料 和 文献 表明 , 藏 南 农 区 的 降水 量 即使 高 于 常年 的 一 倍 也 不 易 形 成 洪水 泛滥 和 大 面积 的 内 涝 ,如 1962 年 。 另 一 个 方面 , 若 藏 南 的 年 降水 量 比 常年 少 100mm 以 上 ,就 可 造成 严重 干旱 ,导致 农业 生产 的 产量 大 幅度 下 降 . 引 起 西藏 干旱 的 原因 很 多 ,也 很 复杂 BR 高 原 气 候 近期 有 变 干 暖 的 总 趋势 外 , 近 20 年 来 水 浇 地 和 有 效 灌溉 面积 在 不 断 扩 大 ,加 之 农 作物 的 种 植 比例 不 适当 , 亦 会 造成 干旱 。 从 拉萨 的 年 降水 量 距 平 (1954 一 1990 年 ) 的 变化 也 能 看 出 降水 减少 的 趋势 。 本 世纪 80 年 代 初 ,西藏 进入 一 个 新 的 干旱 时 期 ,特别 是 在 1983 年 , 藏 南 农 区 降水 量 下 降 到 近 100 年 来 的 最 低 点 ,而 且 大 多 数 台 站 降雨 量 均 有 一 致 性 减少 ( 见 图 3 和 表 3) ,严重 影响 了 农作物 的 生 产 ,导致 该 年 作物 产量 急剧 下 降 。 ° 53° BE 7K BBE (mm ) o - 200 1953 1957 1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 19894F 3 ”拉萨 年 降水 量 距 平 的 变动 The variation of annual precipitation anomaly in Lhasa (1953 一 1989) 表 3 不同 台 站 降水 量 (1983 年 ) The annual rainfall of different station in 1983 aN Lane? 多 年 平均 降水 量 (mm) 1983 年 降水 量 (mm) 年 降水 量 距 平 (mmy) 相对 变 率 (%) 428. 0 431. 2 =256.0 四 、 西 藏 气候 变化 趋势 FS Fi BF Yi BE AS ALA ERA A AY i BE 进行 对 比 , 可 见 气温 变动 相近 (上 见 图 4)。 本 世纪 40 年 代为 一 暖 期 ;60 年 代 至 70 年 代 年 平均 气温 下 降 , 处 于 较 冷 期 ,从 70 年 代 后 期 至 今 又 转 为 暖 期 ， 温度 变化 的 位 相 在 西藏 地 区 有 提前 的 从 温度 的 变化 可 看 出 ,最 近 几 十 年 藏 南 、 藏 北 都 有 变 暧 变 干 趋势 . 藏 北 温度 变化 幅度 比较 大 ,其 中 冬季 气温 1940 1950 1960 1970 19804 变化 更 为 突出 。 而 藏 南 降 水 量变 化 幅 a 4 mee i Sut AOE Ey 8 Ayah 度 比 藏 北 明 显 。 将 温度 和 降 水 多 年 变 The variation of the temperature in Lhasa and Arctic 北极 圈 (65 - 90°N) 本 54 . 化 综合 分 析 ( 见 图 5) By DA oe, i. Oe UU A Be 2k A IE ti BEY AE Ae A i 4 A DY fiE 2 4 BEAK ASIN 5 “UiEA Rs Beez >t, Sih er. ABB tat SS D9 7 oF AY Ld) HES, BT 估算 出 未 来 的 温度 和 降水 。 今 后 一 二 十 年 内 高 原 上 的 气候 主要 以 高 温 为 主 , 降 水 近期 偏 少 。 e。 温 度 CIE) oo 降水 5 温度 和 降水 综合 分 析 图 The complex anomaly figure of temperature and rainfall 参 = 文献 [1] ” 吴 祥 定 、 林 振 耀 ,历史 时 期 青藏 高 原 气候 变化 特征 的 初步 分 析 ,气象 学 报 ,39(1),(1981) 。 [2 西藏 历史 档 案 丛 书 , 灾 异 志 一 雪灾 篇 ,西藏 人 民 出 版 社 ,(1985)。 (3) GRE. RHEE A SAT HAC 1765— 1980 年 ) 西 藏 水 旱 雪 灾 规 律 的 探讨 ,气象 学 报 ,44(3),(1986) 。 C4), :县 祥 定 ` 林 振 炮 ,青藏 高 原 近 二 千年 来 气候 变迁 的 初步 探讨 ,全 国 气候 变化 讨论 会 文集 ,科学 出 版 社 ， (1978), ° 556 The Climate Change in the Last 200 Years in Tibet * Lin Zhenyao Chen Xiaolin (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract ~ The primary objective of the paper is to outline the Tibetan climate change in terms of calami- ty, character, and predictability in the last two hundred years. The main natural disaster was the damage of snowstorm in this period. In the northern plateau of the Tibet, the large—scale drought occurred rarely and there was almost no flooding. In the valley —cultivated area of south Tibet, there was an appearance of tending dry although-drought and flood happened alternately. The major points are summarized as follows; , Ser 1. From the 19th century to the present, there were sixteen heavy snowstorms, in which ab- normal catastrophe of snow had four times. They were 1828— 1829, 1887— 1888, 1827— 1828, and 1989— 1990. 2. The floods and droughts appeared alternately, obviously with three rainy periods and three dry periods in the souoth of Tibet. The duration of drought became gradually getting longer from the recent third drought. 3. Starting in the beginning of 1980s, the climate of Tibet was a new dry period. The precipi- tation in 1983 decreased the minimum, less 200 mm than normals and only fifty percent of nor- mals, of the recent century in the agricultural region in the south of Tibet. It caused to extremely lessen the crop yields in this year. 4. The tendency of temperature in Lhasa, a warming aroung 1940s, but cooling inthe 1960 — 1970s, and warming since the beginning of 1980s, was similar to the Arctic. The. phases were different between them, advanced in phases in Lhasa. +t , BR 5. The trend of climate in Tibet was getting dry and warm. The temperature variations in the. north of Tibet were more obvious than the south, particularly in winter. On the contrary, the rain- fall variations in the south were more obvious than the north. Key words:Snowstorm Climate Change Drought’ Tibet * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. s。 56 。 ———R—— 中 国 历史 时 期 温度 的 变化 Sultan Hameed (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N.Y. 11794-5000) ea (中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 ) 摘 ” 要 ;本 文 重建 了 中 国 近 5000 年 冬季 温度 变化 曲线 ,并 与 符 可 桢 的 温度 曲线 作 了 比较 。 新 的 温度 曲线 使 用 了 最 新 的 孢 粉 ,考古 、 物 候 和 农业 的 证 据 。 关键 词 : 气候 变化 ， 气 候 最 适宜 期 “小 适宜 期 伏 可 桢 利用 考古 、 物 候 和 热带 .亚热带 地 区 近海 平面 冬季 冰雪 等 证 据 , 分 析 了 中 国 历史 时 期 冬季 温度 变化 为 中 国 历史 时 期 气候 变迁 的 研究 奠定 了 基础 "]。 近 20 年 来 ,更 多 的 反映 历史 时 期 气候 变化 的 证 据 被 发 现 , 使 我 们 对 中 国 历史 时 期 气候 变化 有 了 更 进一步 的 了 解 。 考 温度 距 平 ( 〇 ) 3000 1000 4000 2000 500 500 eh A.D. 图 1， 中国 东部 地 区 历史 时 期 冬季 温度 变化 (虚线 -重建 的 ; 实 线 -一任 氏 曲线 ) Temperature variation during the historical times in Eastern China Dotted line —— reconstructed; solid line —— Zhu’ line 虑 到 中 国 东部 季风 地 区 气候 长 期 变化 有 明显 的 一 致 性 ;只 是 变化 幅度 略 有 不 同 ” ,本 文 以 中 类 ”本文 为 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO* 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 , 亦 受 到 中 国 国 家 自然 科学 基金 委 员 会 的 资助 。 357» 国 东部 地 区 的 古 气 候 证 据 为 主 来 研究 中 国 历 史 时 期 的 冬季 温度 变化 。 图 1 PRRAS KSA 季 温 度 变 化 曲线 ;虚线 为 我 们 重建 的 冬季 温度 变化 曲线 。 为 了 方便 起 见 , 下 面 按 三 个 时 期 进 行 讨 论 : 1) 商 朝 以 前 气候 ; 2) 西周 至 元 代 的 气候 ; 3) 近 500 年 来 温度 变化 。 一 、 商 朝 以 前 的 气候 像 世 界 其 他 地 区 一 样 , 中 国 的 各 种 古 气候 证 据 表 明 ,在 全 新 世 中 期 出 现 了 明显 比 现代 温 暧 而 湿润 的 气候 ,在 国外 被 称 为 “气候 最 适宜 期 人 Climatic Optimum )” By “AS Hr th KR (Megathermal)”, #2 1 列 出 了 中 国 古 气候 学 者 给 出 的 气候 最 适宜 期 起 迄 时 间 。 Rl 中 国 气 候 最 适宜 期 起 馆 时 间 The times of the beginning and the end of Climatic Optimum 地 点 证 据 名 称 EIS AY |e] 文献 北 京 5500—1000B. C [4] oo oy 北纬 36 一 40" 沿 海 +: oi He 6000—1000B. C [6]. 杭 州 湾 现 瑚 礁 、 海 滩 岩 [2]. ae = ae fl 粉 6500—2000B. C [9] _ 5 0 nara a # oR a 台湾 中 部 Hi 粉 [19] 从 表 1 看 出 ,全 新 世 气 候 最 适宜 期 起 始 时 间 共 给 出 4 个 时 间 , 即 公元 前 7000、6500、 5500 和 5000 ,结束 时 间 共 给 出 五 个 时 间 , 即 公元 前 3500.3000、2000、1000 和 :500。 气 候 最 适 ° 58. ae ah 宜 期 的 起 迄 时 间 之 所 以 产生 如 此 巨大 的 差异 ,除了 证 据 的 断代 误差 和 不 同 地 区 气候 变化 位 相差 异 外 ,最 主要 的 原因 是 气候 最 适宜 期 划分 标准 不 同 引起 的 。 同 样 情 况 也 在 国外 发 生 。 例 如 , 拉 姆 把 欧洲 的 大 西洋 时 期 (公元 前 6000 一 3000 年 ) 定 为 气候 最 适宜 期 9。 而 按 布 持 一 谢 尔 南 德 方案 ,把 冰 后 期 划分 为 五 个 气候 时 期 , 即 前 北方 期 (公元 前 8300 一 7500 年 ) ,北方 期 (公元 前 7500 一 5500)、 大 西洋 期 (公元 前 5500 一 3000 年 )、 亚 北方 期 (公元 前 3000 一 700 年 )、 亚 大 西洋 期 (公元 前 700 年 至 今 ) 他 把 大 西洋 期 和 亚 北 方 期 都 称 为 气候 最 适宜 期 (公元 前 5500 一 700 年 ) ,因为 在 这 期 间 温 度 虽 有 变化 ,但 变 幅 不 大 。 在 划分 气候 最 适宜 期 时 间 界 限时 ,必须 注意 到 它 的 生物 学 意义 。 例 如 ,欧洲 气候 最 适宜 期 , 喜 温 的 橡树 扩展 到 欧洲 大 部 分 地 区 ,所 以 也 有 人 把 这 时 期 称 之 为 “欧洲 的 橡树 混交 林 时 期 52。 之 所 以 把 公元 前 3000— 1000 年 的 亚 北方 期 也 列 入 气候 最 适宜 期 ,同样 也 考虑 了 植 物 的 分 布 。 例 如 ,在 亚 北方 期 喜 温 的 出 毛 梯 在 丹麦 所 占 比 重 增加 了 ,橡树 遍布 德国 等 等 。 | -中 国文 化 起 源 于 黄河 流域 。 在 气候 最 温暖 的 仰 诏 文化 时 期 ,典型 的 热带 和 亚热带 动 植 物 , 如 野 象 . 野 犀 、 竹 鼠 ` 狼 、 竹子 ` 梅 树 都 曾 广泛 出 现 于 黄河 以 北 地 区 ,而 在 扔 代 ( 公 元 前 1400 一 1100 年 ) 这 些 动物 同样 大 量 地 出 现 于 黄河 以 北 地 区 包 宝 。 因 此 我 们 认为 中 国 全 新 世 气候 最 适宜 期 似乎 定 在 公元 前 6000 一 1000 年 较为 合适 。 在 气候 最 适宜 期 温度 同样 具有 明显 的 波动 。 我 们 注意 到 ,利用 孢 花 、 动 物 遗 人 通 .历史 记载 等 气候 代用 资料 推断 温度 的 一 些 文章 中 常常 给 出 不 同 的 温度 值 , 如 冬季 最 冷 月 温度 .冬季 温 度 、 年 平均 温度 等 等 。 这 使 得 推算 的 不 同时 期 的 温度 无 法 相互 比较 ,更 难 建立 历史 时 期 均一 的 温度 变化 曲线 。 一 个 地 区 温度 的 变化 ,大 致 受 纬度 、 离 海岸 远近 和 海拔 高 度 等 因素 的 影响 。 根据 东经 113" 以 东北 纬 30 二 40" 之 间 44 个 气象 站 1951 一 1980 年 温度 资料 ,计算 了 1 月 7 月 、 年 平均 温度 及 春 、 夏 、 秋 、 冬 四 季 温 度 变化 与 纬度 (p)、 经 度 () 及 海拔 高 度 (h) 之 间 的 关 系 。 复 相关 系数 在 0. 80 以 上 , 均 达 到 统计 信和 度 。 计 算 公 式 如 下 : T=a+t+bp+ca+ dh 根据 这 一 公式 ,剔除 了 经 度 和 海拔 高 度 的 影响 ,得 出 上 述 地 区 纬度 变化 1 引起 的 各 种 温度 变化 值 ( 表 2). 表 2 纬度 变化 1 引起 的 温度 变化 Temperature variation by 1° of latitude change 从 表 2 Bik sh SG BEF SG AR Ae 1°, UE A aE tk 0. 5'C ,或 相当 于 冬季 温度 变 (CU. SCHS, BARSOOM RET ABR HARKS URRRNKAN AKI FR 资料 推测 公元 前 5500 一 3000 年 间 每 间隔 -500 年 的 年 平均 温度 293。 我 们 根据 表 2 结果 推算 出 各 个 时 段 冬季 温度 值 ,结果 如 表 3 所 示 。 © 59 。 表 3 公元 前 5500 一 3000 年 长 江 中 下 游 温 度 变化 Temperature variation between 5500 B. C and 3000 B.C in the Middle and Lower Changjiang River Valley 年 平均 温度 (C) 冬季 平均 温度 CC) 公元 前 ”5500 一 5000 +4. 3 5000— 4500 +3. 2 4500— 4000 +4.9 4000— 3500 十 3500 一 3000 表 3 的 结果 得 到 其 他 证 据 的 支持 。 例 如 ,在 天 津 附 近 的 孢 粉 研究 证 明 ,在 公元 前 5000 年 前 (根据 附近 地 层 的 cx 断代 ) 这 里 生长 着 亚热带 水 生 植 物 水 蕨 9 ,并 在 北京 也 有 发 现 中 。 现 今 它们 在 河北 省 境内 绝迹 ,而 生长 在 淮河 流域 (如 洪 泽 湖 ,北纬 33*) ,这 表明 当时 气候 十 分 温暖 。 此 外 , 表 3 中 温度 最 低 值 出 现 于 公元 前 4000 一 3500 年 间 , 其 次 为 公元 前 3500 一 3000 年 。 根 据 北 京 地 区 的 孢 粉 分 析 和 泥炭 堆积 的 变化 ,温度 偏 低 时 期 大 约 发 生 于 公元 前 3600 一 3000 年 。 这 同 北半球 全 新 世 气候 波动 中 公元 前 ,3800 一 2900 年 的 冷 期 完全 一 致 四 。 表 4 动物 遗骸 及 其 所 反映 的 气候 Animal remains and climate indicated by it 蒙古 免 、 乌 达尔 黄 鼠 . 大 仓鼠 .草原 内 吉林 青山 头 6860-5870 B.C i. RIC RU RS. [25] 野猪 等 BE Se 2 i HE 5580 B.C IF 7a RTS BA. IL HR . AR [26] ARAL. Be Se. PR. RB 磁 山 遗址 . KB TEE A BE TE [27] a 4+. Se BE Af Bl. Wt Esl. BRR. 7 FE. BN. RAR [28] 北 首 岭 遗址 野猪 、 马 鹿 . 孢 子 .长 . 廊 、 短 角 水 牛 等 i 70... TE + ees 15 BF, SE Se URIS RH |[29,30] Rie 98 AG KARTE RH 下 王 岗 遗 址 . RW ME BEE KE KT [31] RSE FL 大 汶 口 遗址 . 5%. DIAM TBE 8S. [32] ME. FE. FH. REA A BR £33] Be te 1 KA: TES RR «60° 如 果 把 表 3 的 结果 与 文化 遗址 中 出 土 的 动物 所 反映 的 气候 作 比 较 , 两 者 基本 上 是 吻合 的 。 表 4 表示 文化 遗址 出 土 的 动物 及 其 所 反映 的 气候 。 从 吉林 青山 头 出 土 的 动物 群 看 出 ,在 公元 前 7860 年 至 5870 年 间 , 东 北 地 区 不 存在 晚 更 新 末期 反映 寒冷 气候 的 猛 玛 象 和 披 毛 犀 ,也 没有 对 气候 敏感 的 其 它 动物 ,如 驯鹿 、 驼 鹿 和 狐 获 等 .反映 出 大 体 与 今 相似 内 蒙 半 干旱 草原 景观 ,说 明 该 地 区 从 10000 年 前 已 向 温暖 气候 转 化 。 但 在 磁 山 遗址 ,公元 前 5355 年 动物 群 中 既 有 温带 种 类 ,又 有 南方 种 类 ,显然 气候 已 向 温 暖 转 化 。 公 元 前 :4970 年 前 后 的 北 首 岭 遗址 的 动物 群 同 样 反 映 出 气候 已 转 暖 。 而 到 公元 前 4500 年 半 坡 遗址 出 土 的 动物 群 中 儿 和 人 竹 鼠 的 存在 ,意味 着 当时 气候 较 今 温暖 ,因为 它们 属 于 长 江 以 南 的 种 类 。 而 下 王 岗 遗 址 中 包含 了 大 量 南方 属 种 ,有 的 属 种 仅 在 热带 区 存在 ,说 明 当时 (公元 前 4000 年 前 ) 气 候 很 温暖 ,为 全 新 世 时 期 中 最 温暖 的 气候 ,与 表 3 相 一 致 。 RX A AMWH CATA 2880 年 ) 已 经 与 现代 动物 群 相 似 , 说 明 气 候 已 接近 现在 水 平 。 这 样 ,我 们 从 表 3 和 表 4 看 出 ,在 公元 前 4500 一 4000 温度 达到 最 高 点 之 后 ,就 波浪 式 地 下 降 ， 在 公元 前 3000 年 之 后 ,又 进一步 下 降 ,到 公元 前 2900 前 后 ,下 降 到 现代 水 平 。 再 从 某 些 代表 性 动物 的 变迁 ,也 可 以 看 出 气候 变化 的 趋势 。 例 如 ,四 不 像 鹿 属 亚热带 动 物 ,在 全 新 世 时 期 ,在 中 国境 内 有 两 次 繁盛 期 ,第 一 次 出 现 于 公元 前 5000 前 至 3000 年 ,其 中 以 公元 前 4000 年 前 的 数量 最 多 590, 这 同 表 3 中 公元 前 4500 一 4000 年 最 温暖 期 相 一 致 。 但 在 公元 前 3000 年 以 后 ,四 不 像 鹿 亚 化 石 突 然 减少 ,说 明 气 温 有 下 降 趋 势 ; 直 到 公元 前 1300 年 前 后 , 即 相 当 于 般 代 ,四 中 像 亚 化 石 又 复 增多 05 ,表明 气候 回暖 。 亚洲 象 与 狗 均 属 热带 动物 ,公元 前 4000 年 前 达到 河南 淅川 ,公元 前 3000 年 又 回 到 南 方 , 到 筷 代 (公元 前 1400—1100 年) 又 北上 过 黄河 ,到 安阳 境内 有 公元 前 3000 年 后 的 寒冷 时 间 大 约 持续 到 公元 前 2600 FAA. MIA PF Epi 址 中 的 动物 群 来 看 ,以 第 七 一 第 九 文化 层 , 即 仰韶 文化 层 为 最 多 BRAWA 7 种 , 占 总 数 的 29% ,这 是 挫 仰 韶 到 西周 文化 层 中 喜 暖 动物 占 比例 最 多 的 时 代 。 但 到 第 五 一 六 文化 层 , 即 届 家 怜 文化 层 5 约 公元 前 2750 一 2600 年 ) ,动物 一 共 只 有 .5 种 ,未 见 喜 暖 动物 ,而 且 出 现 磨 子 ， RAVER, 到 第 四 文化 层 , 即 龙山 文化 期 人 约 公 元 前 2300 4E RT). AA SLE RA 物 有 两 种 (水 鹿 和 轴 鹿 )， 现 今 均 分 布 于 南方 , 占 22% , 喜 冷 动物 ,只 有 一 种 ; 占 11% 。 这 表明 气候 比 届 家 岭 文化 期 稍 回暖 。 在 渐 川 下 王 岗 文化 遗址 中 ,发 生 于 公元 前 2000 年 左右 的 降温 期 没有 得 到 反映 。 但 据 上 海 附近 的 良 诸 文化 层 中 上 层 孢 粉 分 析 ,大约 在 公元 前 2000 左右 ,水 生 植 物 花粉 大 量 减少 ;而 早生 菊 科 植物 花粉 急剧 增加 , 木 本 植物 中 嘉 冷 的 松 、 柏 花粉 增多 , 青 刚 栎 等 常 绿 阔 叶 花 粉 已 不 见 , 而 阔 叶 落 叶 的 栎 、 柳 、 榆 等 数量 减少 ,并 出 现 阔 叶 落 叶 机 树 花 粉 , 所 有 这 些 表明 当时 气 候 变 得 干 凉 ,湖泊 面积 缩小 ,附近 山地 为 阔 叶 落 叶 混 交 林 所 覆盖 后 。 这 一 气温 较 低 时 期 得 到 阴山 岩画 中 动物 证 据 的 支持 。 阴 山 岩 画 ( 完 成 于 公元 前 4000 一 2000 年 间 ) 中 动物 的 鉴定 说 明 239 ,公元 前 4000— 3000 年 间 , 岩 画 中 出 现 四 不 像 鹿 和 单 峰 驼 ， 这 是 气温 明显 上 升 的 标志 ,推测 年 平均 气温 比 现在 高 2C 以 上 :5 乌 兰 察 布 岩画 主要 是 公元 前 2000 年 及 以 后 完成 的 * 动 物 中 出 现 大 量 耐寒 种 类 ,如 驯鹿 、 狗 子 ,. 北 山羊 ,. 岩 羊 j 座 .野马 , 野 驴 等 ,也 证 明 当时 气候 明显 转 冷 。 从 殷墟 (公元 前 ;1400 一 1100 42) By RKB ASSERT e 61S 2000 年 前 后 的 低温 期 可 能 持续 到 公元 前 15 世纪 ,其 后 气候 又 回暖 ,并 持续 到 公元 前 12 世 纪 , 因 为 在 般 趟 中 出 土 了 亚热带 和 热带 动物 ,如 狂 、 竹 鼠 \. 水牛 . 象 和 狼 等 , 则 今日 水 牛 已 分 布 于 淮河 以 南 , 象 栖息 在 西双版纳 密林 中 , 狼 更 是 局 限 在 马 来 半 岛 和 苏门答腊 的 沼泽 森林 中 。 二 西周 至 元 代 的 气候 和 亿 可 相 根 据 竹 子 、. 物 候 、` 河 流 结 冰 、 农 作 制 度 . 亚 热带 植物 分 布 等 认为 周 朝 (公元 前 1066 — 249 年 ) 初 期 气候 温暖 ,公元 前 10 世纪 至 9 世纪 气候 寒冷 ,到 春秋 (公元 前 770 三 481 年 ) 和 战国 (公元 前 :480 一 222 年 ) 又 为 温暖 气候 ,并 一 直 持续 到 西汉 (公元 前 206 一 公元 8 年 ) 末 年 。 新 的 证 据 对 上 述 结 论 作 了 重要 补充 和 修改 。 新 的 证 据 进 一 步 证 实 了 竺 氏 关 到 公元 前 500 年 以 前 的 西周 气候 变化 。 例 如 ;河南 淅川 下 王 岗 的 第 一 文化 层 , 即 相当 于 西周 初期 ,与 早期 文化 层 相 比 ,遗址 中 动物 再 度 减 少 ,未 见 喜 温 动物 , 均 为 适应 性 强 、 分 布 面 较 广 的 种 类 ,气温 似乎 有 所 下 降 6]。 反 映 当时 关中 平原 的 《诗经 “小 雅思 有 这 样 一 首 诗 句 : “正月 繁 霜 , 我 心 犹 伤 *>。“ 正 月 , 即 夏 之 四 月 也 ”。 当时 关中 平原 一 年 一 熟 的 情况 下 到 阳历 5 月 还 如 此 担心 频繁 的 霜冻 ,这 在 今天 实 属 罕见 。 筹 氏 关于 春秋 时 期 (公元 前 770 一 476 年 ) 温 暖气 候 的 论述 也 得 到 更 多 新 的 证 据 的 支持 。 《春秋 左 传 》 中 两 次 提 到 5 月 冬小麦 成 熟 , 一 次 是 隐 公 三 年 (公元 前 720 年 ) 郑 公派 人 到 河南 温 县 抢 刘 小 麦 ; 另 一 次 是 郑 功 十 年 (公元 前 581 年 ) 晋 景 公 在 5 月 要 赏 新 麦 ,把 麦子 者 熟 后 没 有 来 得 及 吃 就 死 了 。 现 在 该 地 区 6 月 上 旬 可 以 刘 麦 ,可 见 当 时 农时 比 现在 早 10 天 左右 。 公元 前 6 世纪 气候 继续 温暖 .《 考 工 记 》《 周 礼 } 等 记载 了 公元 前 6 世纪 末期 曼 子 (? 一 公元 前 500 年) 出 使 楚 国 ,在 同 楚 王 对 话 时 有 这 样 一 段 话 :“ 桔 生 于 淮南 则 为 桔 * 生 于 淮北 则 为 机 。 意 思 是 说 , 柑 桔 适合 于 淮河 以 南 地 区 生长 , 若 种 到 淮河 以 北 就 变 成 机 了 。 但 其 后 的 史 书 , 如 《淮南 子 兴 西汉)《 盐 铁 论 兴 公 元 前 81 年 )《 博 物 志 》《 齐 民 要 术 ;等 均 说 “ 桔 生 于 江南 则 为 桔 , 生 于 江北 则 为 枫 .?” 至 于 “ 桔 >? 和 ”可 ” 本 是 两 个 品种 ,前 者 只 忍 一 8C 低 温 , 而 后 者 可 忍 — 20°C 低温 。 古 人 缺乏 生物 学 知识 , 误 认 为 北方 的 可 是 由 南方 的 桔 变 成 的 。 但 从 其 栽培 界限 的 演变 可 以 看 出 春秋 后 期 冬季 温度 比 现 在 高 1C 左 右 , 而 后 接近 于 现代 水 平 。 战国 时 期 (475 一 221 年 ) 气 温 与 现代 相近 ,除了 上 述 柑 桔 的 证 据 外 , 孢 花 证 据 也 可 证 明 。 据 辽 宁 南 部 孢 粉 分 析 和 C: 断 代 ,该 地 区 大 约 在 公元 前 500 年 是 以 喜 温 的 栎 ` 益 叶 林 为 主 , 但 其 后 , 喜 温 品种 减少 ,而 喜 冷 植物 增多 ,目前 该 地 区 则 是 以 针 叶 闪 叶 混交 林 为 主 8]。 说 明 大 约 在 公元 前 500 年 后 ,有 明显 降温 现象 。 二 十 四 节气 节 是 战国 时 代 根 据 当 时 黄河 流域 的 物候 现象 确定 下 来 的 。 那 时 把 霜降 定 在 阳历 10 月 24 日 。 现 在 开封 一 带 秋天 初 霜 在 11 月 3 一 5 日 止 。 可 见 当 时 初 霜 期 并 不 比 现在 早 。 表 明 战 国 时 期 气候 大 致 与 今天 相似 ,或 温度 略为 更 低 些 。 至 于 战国 时 期 山东 一 年 两 熟 制 的 证 据 似 不 足以 证 明 当时 气候 比 现在 温暖 。 中 国 冬小麦 的 试 种 成 功 是 耕作 制度 上 的 一 项 重大 成 果 。 冬 小 麦 的 种 植 成 功 为 北方 推行 一 年 两 熟 成 为 可 能 。 冬 小 麦 种 植 始 于 周 初 , 但 作为 一 年 两 熟 试 行 于 春秋 时 期 的 河南 。 到 孟子 (公元 前 372 一 289 年 ) 和 荀子 ( 约 公 元 前 313 一 238) 时 代 山 东 也 有 实行 一 年 两 熟 的 《荀子 。 BR): “SR 土 之 生 五 谷 也 ,人 善治 之 , 则 亩 数 盆 ,一 岁 而 再 获 之 .” 从 西周 到 春秋 时 期 ,黄河 流域 人 民 种 科 ° 62 ， 和 称 作 为 主要 食物 之 用 co, 但 到 战国 时 代 主 要 是 小 米 和 豆 类 。 我 们 假定 当时 是 以 冬小麦 一 豆 类 为 搭配 实行 一 年 两 部 , 按 现在 气候 条 件 在 山东 南部 可 以 满足 麦 一 豆 一 年 两 熟 对 热量 条 件 的 需要 ,保证 率 达 80%, 公元 前 二 世纪 至 公元 前 一 世纪 的 前 半 世 纪 气 候 略 比 现代 温暖 。 在 汉 武 帝 刘彻 (公元 前 1H0 一 87 年 ) 时 ,司马迁 作 《史记 )》 其 中 《 货 殖 列传 ) 描 写 了 当时 经 济 作物 的 地 理 分 布 :“ 蜀 汉江 陵 千 树 橘 ;…… 陈 夏 千 亩 漆 ; 齐 鲁 千 亩 桑 麻 ; 谓 川 千 亩 竹 。” 一 阅 今日 植物 分 布 图 , 便 可 知 司马 迁 时 植物 分 布 比 现时 推 向 北方 得 与 此 同时 我 国 不 断 遭 受 寒 冷 空 气 的 侵袭 ,如 公元 前 176、 144、131、122、115、114、109、89、43、37、29、28、21 等 。 公 元 前 1 世纪 著名 农学 著作 《 记 胜 之 书 》 记 述 了 西安 :洛阳 二 带 在 9 月 下 旬 可 能 出 现 霜冻 和 防御 办 法 ;而 现在 初 霜 期 平均 在 11 月 初 。 当 时 冬小麦 播种 期 在 9 月 上 名, 现在 为 9 月 底 , 相 差 十 多 天 c。 公元 前 一 世纪 以 后 的 降温 现象 在 北京 的 孢 粉 分 析 中 也 得 到 反映 中。 到 公元 初 气候 进一步 转 冷 , 公 元 二 世纪 出 现 短暂 的 温暖 气候 :张衡 (公元 78 一 139 年 ) 写 的 《南都 赋 》 有 ”入 橙 邓 桔 的 诗句 ,其 后 很 快 被 寒冷 气候 所 替代 并 持续 到 五 世纪 吓 。 新 的 证 据 进一步 证 实 了 这 一 时 期 乞 的 结果 :例如 ;公元 二 世纪 中 叶 崔 实 编写 的 (四 民 月 令 》i 记 载 了 洛阳 地 区 的 农业 状况 。 书 中 提 到 当时 冬小麦 在 秋分 时 节 播种 较 适 宜 ,到 夏至 (6 月 下 旬 ) 才 能 收 HK. 这 同 现今 北京 地 区 相同 ; 寒冷 气候 到 公元 280 一 289 年 达到 项 点 ,当时 阴历 四 月 (相当 于 阳历 ;5 月 ) 还 降 霜 。 辽 宁 省 南部 孢 粉 分 析 也 证 明 在 公元 250 年 前 后 , 喜 凉 的 针叶树 花粉 比例 达到 全 新 世 以 来 的 最 大 值 ,而 喜 温 的 阔叶树 比例 降低 到 气候 适宜 期 以 来 的 最 小 值 ]。 南北 朝 ( 公 元 420 二 589 年 ) 时 期 的 气候 继续 寒冷 BR TEE CATE 467 年 ), 泗水 结 冰 ( 魏 拉 .列传 卷 39); 梁 天 监 十 四 年 (公元 515 年 ) 泗水、 淮河 同时 结 冰 ( 粱 书 。 列传 卷 12) 。 到 第 六 世纪 后 期 ;气候 迅速 回暖 .《 隋 书 。 志 58》 称 “ 陈 后 主 时 (公元 583 年 ) 梦 黄 衣 人 围城 ， SERS SRAM ARES”. 当时 南京 周围 能 普遍 种 柑 桔 ,而 现在 不 能 种 植 : 说 明 公元 - 六 世纪 未 期 气候 相当 温暖 c] 。 笃 认 为 隋唐 (公元 589 一 907 年 ) 时 期 为 气候 温暖 时 期 。 根 据 最 新 证 据 , 从 公元 六 世纪 后 期 至 公元 九 世纪 初 的 气候 明显 比 现代 温暖 .除了 上 面 所 说 的 当时 南京 能 普遍 种 植 柑 桔 外 ,在 成 都 可 以 种 植 荔枝 树 。 唐 代 诗人 张 籍 (公元 765 一 约 830 年 ) 的 《成 都 曲 》 锦江 近 西 烟 水 缘 , 新 雨山 头 荔 枝 熟 。 万 里 桥 边 多 酒家 ,游人 爱 向 谁 家 宿 。 诗 中 锦江 近 西 指 成 都 南部 ,说 明 唐 时 成 都 有 荔枝 树种 植 。 从 张 籍 另 一 首 《 送 蜀 客 ) 诗 ,还 可 以 看 出 唐 时 成 都 还 可 种 植木 棉 。 蜀 客 南 行 祭 眉 鸡 ,木棉 花 发 锦江 西 。 山 桥 日 晚 行人 少 ,时 见 猩 猩 树 上 啼 。 而 现在 荔枝 树 和 木棉 均 不 能 在 成 都 种 植 , 再 从 满 志 敏 (1990) 绘 制 的 唐 代 寒 暖 事件 累积 曲线 看 出 ,寒冷 的 现象 在 八 世 纪 以 前 与 温暖 的 现象 斜率 相 一 致 ,而 此 后 (820 年 ) 寒 的 现象 斜 率 逐 渐 增 大 -和 。 这 刚好 说 明 公 元 七 .人 世纪 唐 代 气 候 相 当 温 暖 .因为 从 历史 记录 我 们 可 以 发 现 ,寒冷 现象 更 易 引 起 人 们 的 关注 而 被 记录 下 来 。 七 ` 八 世纪 被 记录 到 的 寒冷 事件 数 居然 « 63 。 与 温暖 事件 数 相近 ,更 说 明 公 元 820 年 前 气候 相当 温暖 ,此 后 温度 降 至 接近 现在 水 平 。 世界 大 部 分 地 区 在 中 世纪 出 现 持续 几 百 年 的 温暖 气候 , 称 为 "气候 小 适宜 期 ”。 在 北美 的 中 心地 带 , 原 苏联 的 欧洲 部 分 及 格陵兰 ,最 温暖 时 期 可 能 在 公元 950 一 1200 Fz a, RT 在 中 国 第 十 世纪 气候 与 现在 相似 。 从 当时 首都 洛阳 冬小麦 收获 期 可 以 看 出 ， “太平 兴国 …… 三 年 (978 年 )…… 夏 四 月 ……. 庚 辰 (6 AS 日 ) 幸 城南 观 麦 ”“( 宋 史 。 太宗 本 纪 )。 “GE BSE SE (984 年 )……… 五 月 …… FR6A 4A) SRAM, WHA RBs K 宗 本 纪 ) 。 “FE BB FE (985 年 )…… 五 月 …… 甲子 (6 月 12 日 ) , 幸 城南 观 麦 , 田 夫 布 第 2( 宋 史 。 太 宗 本 纪 ) 。 “ 威 平 三 年 (1000 年 )…… 五 月 …… 丁 卯 (6 月 6 日 )…… 幸 玉 津 园 观 刘 麦 ”( 真 宗 本纪 ) 。 从 上 可 见 , 十 世纪 后 期 冬小麦 平均 收 刘 期 为 6 月 7 日 。 比 春秋 时 期 晚 ,而 与 现在 相近 。 到 公元 12 世纪 中 国 气 候 急剧 转 冷 。 十 一 世纪 中 期 蔡 训 编写 4 荔枝 谱 》, 写 稿 于 公元 1059 年 。 书 中 描述 福建 省 福州 地 区 的 荔枝 树 : “荔枝 术 坚 理 难 老 , 至 今 三 百 岁 者 , 生 结 不 息 。?" 不 久 蔡 训 病故 。52 年 后 , 即 公元 1111 年 中 国 发 生 一 次 特 强 寒潮 ,使 福州 地 区 具有 350 多 年 树 令 的 荔枝 树 冻 死 。 所 以 后 人 彭 乘 在 4 墨客 挥 犀 》 中 说 :“ 谱 ( 指 蔡 训 编写 的 荔枝 谱 ) 云 : BRAE 理 难 老 ESHASA ESGAR’. CEPR GED RNLATFR. B=GHATEAK AW” BR BEHB.S 6). PRLA(LW A) PM, BN POS RRA AR 政和 元 年 (公元 1111 PAPERS “AKER. S.C tele EB KH 志 ;) 卷 41)。 这 次 寒潮 也 使 太湖 封冻 ,从 唐 代 建 立 起 来 的 太湖 洞庭 山 的 桔 园 第 一 次 遭 到 毁灭 性 冻害 。 据 《 砚 北 杂 志 》 记 载 :洞庭 以 种 桔 为 业者 ,其 利 与 农 亩 等 。 宋 政和 元 年 (公元 1111 年 ) 冬 大 寒 , 积 雪 尺 余 , 河 水 尽 冰 ,只 桔 皆 死 , 明 年 伐 而 为 薪 , 取 给 短 。?" 按 照 彭 乘 的 说 明 , 公 元 1111 年 以 前 至 少 有 350 年 ( 即 公 元 759 一 1111 年 ) 没 有 遭受 过 严重 冻害 。 公 元 JI 年 的 严 寒 不 是 一 个 偶然 的 事件 。 例 如 ,钱塘 江 被 记录 到 三 次 封冻 ,一 次 发 生 于 1892 一 1893 年 冬 ,一 次 发 生 于 1690 一 1691 年 冬 , 这 两 次 均 出 现 于 小 冰期 寒冷 时 期 , 另 一 次 则 发 生 于 .12 世纪 (1152 一 1153 年 冬 )45 。 据 宋代 《 鸡 助 编 》i 记 载 :绍兴 二 年 冬 ( 公 元 1152 一 1153 FARR, CHEAT) KRM 。 二 浙 ( 相 当 于 现在 浙江 北部 和 江苏 太湖 至 沿海 部 分 ) 旧 少 冰 雪 。 是 冬 大 寒 , 屡 雪 , 冰 厚 数 寸 , 北 人 (从 北方 迁居 杭州 的 人 ) 逐 窖藏 之 …… .其 后 钱塘 ( 江 ) 无 冰 可 收 ”。 1153— 1158 年 苏州 运河 冬天 常常 结 冰 , 船 工 不 得 不 备 铁 锤 破 冰 开 路 (( 中 州 集 ) 卷 1D)。1178 年 福州 荔枝 又 全 部 被 冻 死 。 等 认为 ,十 二 世纪 是 中 国 近 代 历 史上 最 寒冷 的 一 个 时 期 。 但 拉 姆 65 不 同意 这 个 看 法 ,他 说 :这 种 看 法 并 不 恰当 ,因为 我 们 尚未 发 现 北极 区 域 约 在 十 二 世纪 90 年 代 以 前 变 冷 的 证 据 , 况 且 在 日 本 , 象 西 方 一 样 ,十 七 世纪 似乎 是 最 冷 的 ,而 中 国 的 十 七 世纪 也 处 在 最 冷 的 时 段 中 间 ”。 然 而 ,上 述 证 据 至 少 足 可 以 证 明 ,十 二 世纪 与 十 七 及 十 九 世纪 一 样 是 中 国 近 千 年 来 最 寒冷 的 三 个 时 期 。 13 世纪 初 气 候 又 开始 回暖 ,公元 1200.1213、1216、1220 年 杭州 无 任何 冰雪 。 人 成书 于 1214 年 的 4 郑 录 》i 忆 载 :浙江 嵊 县 “ 素 无 柑 , 近 有 种 者 , 撒 实 来 ,风味 不 减 黄岩 .这 表明 不 耐 寒 的 温州 蜜柑 开始 北 移 。 景 定 中 (1260 一 1264) 成 书 的 《 建 康 志 》 记 载 当 时 南京 一 带 的 物产 中 64. Ate AE. FLA” ,说 明 气候 又 恢复 到 七 \ 八 世纪 水 平 。 柑 桔 种 植 也 达到 今 南 阳 盆 地 。《 农 桑 辑 ic TBS RS ARAM. NOD GI BS , 北 地 不 见 此 种 .”13 世纪 温暖 期 结束 于 14 世纪 初 。 萨 都 拉 于 大 德 六 年 (1302 年 ) 在 今 江苏 淮安 及 镇 江 两 地 见 到 毛桃 盛 花期 于 清明 :已 于 现代 相同 。 满 志 敏 等 认为 13 世纪 亚热带 至 少 北 移 1 aR, 14 世纪 初 气候 又 转 冷 。 中 国 东 部 出 现 一 系列 寒冷 事件 。1309 年 江苏 无 锡 地 区 运河 结 冰 ( 郭 天 锡 日 记 志 -了 29 和 1353 年 太湖 结 冰 , 厚 达 数 尺 ,人 可 冰 主 行走 ' 桔 尽头 死 。 元 人 下 天 璋 在 担任 广东 廉 访 使 时 , 见 到 这 一 地 区 出 现 结 冰 现 象 必 元 史 ; 卷 16)。 元 统 二 年 (1334 年 ) 杭 州 桃 树 盛 花 期 推迟 到 清明 .。 成 书 于 1379 年 的 《种 树 书 》 总结 了 当时 树木 栽培 经 验 和 物候 期 , 当 时 桑 棋 成 熟 于 阳历 6 月 , 较 现 代 苏 南平 均 日 期 迟 近 410 天 .。 到 十 五 世纪 气候 继续 寒冷 ,当时 苏 南 冬 小 麦收 期 要 到 阳历 6- 月 (便民 图 说 , 卷 3)* 同 又 横 成 熟 期 一 样 ', 比 现 晚 10 天 。 三 、 明 清 时 期 的 气候 近年 来 关于 近 500 年 来 的 温度 变化 已 作 了 很 多 研究 ,如 竺 (1972)5、 王 (1990)5、 张 (1979)50 5K C1979) 93, HE (1983)7), $1982) eC 1985) PU. 2 表示 近 500 FRR 期 划分 的 比较 。 根 据 严寒 数 、 冬 温 指数 ,物候 , 柑 桔 冻害 等 曲线 绘制 了 近 500 HR RR ot 图 ,由 图 2 看 出 :各 种 指数 所 反映 的 气候 ,其 寒 暖 期 起 始 时 间 有 一 定 差别 。 如 果 考 虑 多 数 意 RL, Wak 500 年 来 寒冷 时 期 为 1501 一 1550、.1651 一 1700、1841 一 1890; 温 瞬时 期 为 1551 一 1600, 1721—1770,1910—1950 年 ,这 种 划分 得 到 了 了 某 些 定性 证 据 的 支持 。 例 如 PE a SAY 《五 杂 粗 沪 @ 载 “ 国 中 无 雪 , 然 间 十 余年 亦 有 之 。 则 稚 子 里 儿 ,奔走 狂喜 ,以 为 未 始 见 也 ”(《 五 Re). 2). HR ARR BERRA EEA RE. 但 从 万 历 三 十 年 (1602 年 ) 为 进 主 来 看 ;引述 记录 大 致 反映 16 世 纪 后 期 的 气候 。 据 1951 一 1980 年 福州 30 年 气象 记录 ,其间 出 现 24 次 降雪 和 天气。 可 见 16 世纪 后 期 至 少 不 比 现代 寒冷 。 又 如 《大 清 圣 祖 仁 皇 帝 实 录 》 人 G 陪 咖 五 十 六 年 ,五 月 , 即 1717 年 6 FEAF AIRS RRA RI: “KAMA A Bo Moa G8 BE B+ EB 1671 年 前 后 ) 墨 龙 江 地 方 冰 冻 有 厚 至 八 太 者 , 今 却 和 上 暖 , 不 似 Sal. 又 闻 福 建 地 方向 来 无 雪 , 自 本 朝 大 兵 到 彼 ( 指 公元 1646 年 ) ,然后 有 要 ”。 由 此 可 见 ,17 世纪 50 年 代 以 后 ,气候 转 冷 ,到 18 世纪 初 以 后 气候 转 暖 ,导致 1715 一 1721 年 在 苏州 试 种 双 季 稻 获得 威 功 , 并 在 十 信 世 纪 中 期 推广 到 苏 南 ` 苏 北 等 地 。 以 后 因 气 侵 转 冷 不 得 不 停止 。 但 到 19 世纪 30 ER ,林则徐 为 “ 摔 吴 使 臣 ”, 按 康 睾 帝 的 方法 ,致力 于 苏州 发 展 双 季 稻 。 由 其 同乡 李 彦 章 编写 4 催 耕 课 稻 编 》。 林 和 李 在 江 南 推广 双 季 稻 的 经 验 得 到 兵部 尚书 并 都 察 院 右 都 御 史 ,总 督 , 江 南 、 江 西 等 处 地 方 军务 管理 等 支持 并 组 织 司 ` 道 . 府 ` 州 县. 厅 及 各 儒学 ( 当 时 的 公办 学 校 ) 实 施 。 实 行 十 九 年 后 , 即 咸丰 二 年 (1852 FORMA “EL BRAM 则 徐 死 后 谥 少 穆 ) 抚 吴 时 ,与 同乡 李 公 兰 巍 ……… 曾 赁 地 雇工 ,种 两 熟 稻 , 著 有 《江南 催 耕 课 稻 编 ? 可 证 。 然 而 ,或 者 疑 犹 未 释 , 终 以 泽 土 阴 寒 , 两 熟 稻 非 江南 所 宜 , 虽 有 一 、 二 成 效 , 尚 谓 偶然 得 之 .” 直 至 1930 年 ,江苏 农 矿 厅 出 版 的 4 农 矿 通讯 % 周 刊 ) 记 有 苏 北 兴 化 部 双 季 稻 的 报导 。 这 同 20 世纪 前 期 气候 回暖 期 一 致 。 ‘ - 656 OO TREE — A= i »di@n=za=ei MPN AES INS WN Shy SS et 2 近 500 年 寒 暖 期 划分 (C 一 表示 寒冷 期 !W 一 表示 温暖 期 ; 1 一 文献 [1J;2 一 文献 L[50];3 一 文献 [53];4 一 文献 [49]; 5 一 为 本 文 提出 的 寒 暖 期 划分 。 The division of warm 一 cold climate during the last 500 years 四 it 论 1. 中 国 气 候 最 适宜 期 起 馆 时 间 ,众说 纷 云 。 中 国 经 济 和 文化 起 源 于 黄河 流域 ,气候 最 适 宜 期 划分 似 应 以 热带 和 亚热带 动物 植物 广泛 生存 于 黄河 流域 的 起 止 时 期 为 准 。 起 迄 时 间 大 约 从 公元 前 6000 年 起 ,到 般 代 后 期 , 即 公 元 前 11 世纪 结束 。 2. 在 欧洲 普遍 存在 10 一 13 世纪 的 中 世纪 小 适宜 期 。 在 中 国有 人 主张 把 隋唐 温暖 期 , 连 同 13 世纪 温暖 期 统称 为 小 适宜 期 。 由 于 中 国 12 世纪 气候 ,类 似 于 17 和 19 世纪 ,是 中 国 近 1000 年 中 三 个 最 寒冷 时 期 ,不宜 把 12 世纪 归 为 气候 小 适宜 期 。 中 国 气 候 小 适宜 期 大 约 从 工 2 世纪 末期 至 13 世纪 末期 结束 。 3. 中 国 小 冰期 (15 一 19 世纪 ) 和 气候 总 体 上 讲 比 20 世纪 寒冷 ,但 在 温暖 时 期 ,如 16 世纪 后 期 ,18 世纪 的 相当 一 段 时 间 ,温度 不 低 于 20 世纪 平均 温度 。 2 =X wm C1) ARR, PAE IRE EE ,考古 学 报 ,(2),15 一 38(1972) 。 [2] 裴 高 法 、 张 丕 远 、 张 瑾 更 ,历史 时 期 我 国 气候 带 的 变迁 及 生物 分 布 界限 的 推移 ,历史 地 理 ,(5),1 一 10 (1987) 。 [3j 和 孔 昭 宕 、 杜 乃 秋 , 内 蒙古 察 哈 尔 右翼 中 旗 白 素 海 全 新 世 植被 和 气候 变化 的 初步 研究 ,中 国 气 候 与 海平 面 变 化 研究 进展 (二 ), 海 洋 出 版 社 ,17 一 18(1992) 。 - 66° [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] C11] [12] (13) [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [ 30] (31) [32] [33] [34] 张 子 斌 、 王 丁丁 嘉 贤 ,北京 地 区 一 万 三 干 年 来 自然 环境 的 演变 ,地 质 科 学 ,(3),261 一 265(1981) 。 VEE. EF UE TIE PLB LTS BK ,海河 流域 全 新 世 气 候 演变 的 初步 认识 ,中 国 气 候 与 海平 面 变 化 研究 进展 (二 ) ,海洋 出 版 社 ,18 一 19(1992) 。 韩 有 松 , 牡 蚌 礁 与 新 河 古 海岸 线 ,海洋 科学 集刊 ,第 16 集 , 科 学 出 版 社 ,59 一 65(1980) 。 王 开发 . 张 玉 兰 ,根据 孢 粉 分 析 推 论 沪 杭 地 区 一 万 多 年 来 的 气候 变迁 ;历史 地 理 创 刊 号 ,126 一 131 (1981), “2 赵 希 涛 ,中 国 全 新 世 珊瑚 礁 的 发 育 及 其 对 海平 面 变化 与 构造 运动 的 反映 ,中 国 科学 (B HH), C11), 1041 —1049(1982), 刘 金 陵 ,我 国 长 白山 西部 地 区 全 新 世 高 温 期 ,中 国 全 新 世 大 暖 期 气候 与 环境 ( 施 雅 风 等 主编 ),25 一 31 (1982), SFIb KHL. LSK, PHB LRAY oo , WF tH At, 201(1991). Pee EK RS EP HAY 4 HMAMAS RAS M Hh, 5(4),75—80(1983), ESIC. KA RE. PS RRR AY on, EH WRAL, 13(1991). 安 芷 生 等 ,季风 与 最 近 13 万 年 黄土 高 原 的 气候 历史 ,黄土 ,第 四 世纪 地 质 ,全 球 变化 , 刘 东 生 主 编 , 科 学 出 版 社 ,108 一 144(1990) 。 李 克 让 、 张 至 远 、 克 高 法 ,中 国 气候 变化 及 其 影响 ,海洋 出 版 社 ,122(1991) 。 李 克 让 、, 张 丕 远 、 赣 高 法 ,中 国 气候 变化 及 其 影响 ,海洋 出 版 社 ,174(1991)。 Huang Ci 一 xuan and Liang Yulian, Based upon palynological study to discuss the natural environment of the central and southern Qing— Zang Plateau of Holocene, Ibid 215—222(1981). Wii TE LS. PS Ph AUR SR BASE. PSK RRA RSE CTE LE Ga 海洋 出 版 社 ,1 一 17(1992)。 许 清 海王 子 惠 ` 许 新 辉 `. 孔 昭 宕 、 杜 乃 秋 ,海河 流域 全 新 世 气 候 演变 的 初步 认识 中 国 气 候 与 海平 面 变 化 研究 进展 (二 ) ,海洋 出 版 社 ;717(1992)。 Tsukada, M. , Late pleistocene vegetation and climate in Taiwan, Anthorpology, 55(3), 543—548(1966). Lamb, H.H. Climate, Present , Past and Future, Vol. 2 Climatic Histroy and the Future, 372(1977). Lamb, H.H. 气候 变迁 与 展望 (中 译本 ) , PEPER WEIS HE EET , RH AL , 217(1987), 杨 钟 健 等 ,安阳 摘 墟 的 哺乳 动物 类 ,中 国 古 生物 志 , 北 京 地 质 调查 所 ,丙种 第 12 号 ,(1),(1936) 。 BOR . 沈 才 明 、 韩 辉 友 . 于 革 , 肖 家 仪 ,长 江 下 游 地 区 7. 5 一 5. Oka BP. 气候 变化 序列 初步 研究 ,中 国 气候 与 海平 面 变化 研究 进展 (一 ) ,海洋 出 版 社 ,9 一 10(1990) 。 华北 地 质 研究 所 第 四 纪 孢 粉 室 ,全 新 世 时 期 天 津 古 地 理 和 气候 ,(1975) 。 金昌 杜 等 ,吉林 青山 头 遗 址 哺乳 动物 群 及 地 质 年 代 , 古 兰 椎 动物 学 报 ,22(4),314 一 323(1984) 。 戴国 华 , 华 南 地 区 新 石器 时 代 早 期 文化 的 动物 考古 学 研究 ,史前 研究 ,(2),95 一 98(1985) 。 周 本 雄 , 河 北 武安 磁 山 遗址 的 动物 骨 通 ,考古 学 报 ,(3),339 一 347(1981) 。 李 克 让 、, 张 丕 远 、 旭 高 法 ,中 国 气 候 变化 及 其 影响 ,海洋 出 版 社 ,185(1991) 。 ARE MC 测定 年 代 与 陕西 地 区 新 石器 时 代 考 古文 化 ,史前 考古 ,(1),29 一 35(1985)。 许 容 祥 , 从 哺乳 动物 化 石 来 探讨 中 国 新 石器 时 代 一 些 遗 址 的 自然 环境 ,史前 研究 ,(2),85 一 89， (1985), 页 兰 玻 . 张 振 标 , 河 南 淅川 县 下 王 岗 遗址 中 的 动物 群 ,文物 ,(6),41 一 49(1977)。 李 有 恒 , 大 汶 口 墓 群 的 曾 骨 及 其 它 动 物 骨 骸 , 大 汶 口 ,文物 出 版 社 ,48(1974) 。 杨 钟 健 等 ,安阳 殷墟 的 哺乳 动物 类 ,中 国 古 生物 志 , 北 京 地 质 调 查 所 ,两 种 第 12 号 ,(1),(1936)。 曹 克 清 ,上 海 附 近 全 新 世 四 不 像 鹿 亚 化 石 的 发 现 以 及 我 国 这 属 动物 的 地 史 、 地 理 分 布 , 古 糊 椎 动物 与 古人 类 ,13(1),53 一 57(1975) 。 267 。 [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] - [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] 黎 兴 国 等 ,从 我 国 四 不 像 鹿 亚 化 石 的 时 空 分布 看 全 新 世 气候 变化 特点 ,第 一 次 全 国 C 学 术 会 议 文 集 ,科学 出 版 社 ,186 一 193(1984) 。 龙 玉 柱 , 阴 山 岩 画 中 的 动物 考古 研究 ,阴山 岩画 ,726(1987)。 贵阳 地 球 化 学 研究 所 ,辽宁 省 南部 一 万 年 来 自然 环境 的 演变 ,中 国 科学 ,(6),603 一 614(1977) 。 MY GL ER THAN BRHF REAR, (2) ,38(1960). 丘 宝 剑 , 黄 淮海 平原 农业 气候 资源 评价 ,科学 出 版 社 ,185 一 186(1987) 。 故 高 法 , 论 生 长 季 气 候 寒 暖 变化 与 农业 ,大 气 科 学 ,4(1),40 一 48(1980)。 件 重 行 , 南 北朝 气候 考 ,浙江 气象 科技 ,8(3),(1988) 。 WS A SKE EE. PE AR BBG 5000 年 来 气候 冷暖 时 期 ,中 国 气候 与 海平 面 变 化 研究 进展 ,海洋 出 版 社 ,25 一 26(1992) 。 满 志 敏 , 唐 代 气 候 冷 暖 时 期 及 各 期 气候 冷暖 特征 ,历史 地 理 ,第 八 辑 ,(1990) 。 Dansgaard, W. et al. , Climatic change, Norsemen and mordern man, Nature, No. 255, 24(1975). FERIA. KALIL. KIS TH, 1892— 1893 年 的 寒冬 及 其 影响 ,地 理 集 刊 ,第 18 号 ,科学 出 版 社 人 (1987) 。 Lamb, H.H. Climate, Present , Past and Future, Vol. 2 Climatic Histroy and the Future, 446(1977). 满 志 敏 、. 张 修 桂 , 中 国 东部 十 三 世纪 温暖 时 期 自然 带 的 推移 ,复旦 学 报 (社会 科学 版 ), 5),(1990) 。 张 德 二 ,我 国 “ 中 世纪 温暖 期 ”气候 的 初步 推断 ,第 四 纪 研 究 , (1)(1993)。 五 绍 武王 日 升 ,1470 年 以 来 我 国 华东 四 季 和 与 年 平均 气温 的 研究 ,气象 学 报 ,48(1),(1990)。 张 德 二 ,中 国 南 部 近 500 年 冬季 温度 变化 的 若干 特征 ,科学 通报 ,(6),(1980)。 张 丕 远 、 赣 高 法 ,十 六 世纪 以 来 中 国 气 候 变 化 的 若干 特征 ,地 理学 报 ,34(3),(1979) 。 北 高 法 ,我 国 历史 上 柑 桔 冻害 考证 分 析 , 江 爱 良 主 编 的 中 国 柑 桔 冻害 研究 ,农业 出 版 社 , 11 一 17 (1983), 王 玉 么 等 ,祁连山 园 柏 年 轮 与 我 国 近 于 年 气候 变化 和 冰川 进退 的 关系 ,科学 通报 ,(21)(1982)。 裴 高 法 , 近 四 百年 来 我 国 物候 之 变迁 , 竺 可 桢 逝世 十 周年 纪念 会 论文 报告 集 , 科 学 出 版 社 ,(1985)。 ° 68° Temperature Variation in China During Historical Times * Sultan Hameed (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N. Y. 11794-5000) Gong Gaofa (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract We have reconstructed the curve of winter temperature in China from 5000 BC to the present and compared it with Zhu’s temperature curve. Recently obtained evidence from pollen and archaeo- logical data as well as agricultural and phenological information from historical documents were used in the new temperature curve. A more detailed reconstruction was possible for the Holocene Climatic Optimum. Documentary evidence suggests that the Little Optimum of the 13th century was warmer than estimated by Zhu. Key Words :Climate Variation Temperature Reconstruction Climate Optimum * This works is partial study of Climate Change Induced by CO2 Doubling Cooprated by CAS, China/DOE, USA, and was performed under the auspices of the COz Research Division, Office of Basic Energy, U.S. Department of Energy through Grant DEFG0285ER60314A007 to the State University of New York at Stony Brook. * 69 UL 2000 年 来 中 国 温 度 变化 与 湿润 状况 变化 之 间 的 关系 - AE (中 国 科学 院 地理 研 究 所 》 Sultan Hameed i bee (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N. Y. 11794-5000) 摘 ， 要 :根据 历史 文献 中 里 ,游记 载 ,重建 了 近 2000 年 中 国 半 干旱 区 HK iE wie 指数 序列 并 与 温度 变化 作 比 较 。 发 现 近 2000 年 来 中 国 温度 变化 与 半 干 旱 区 湿润 状况 变化 有 密切 关系 , 即 在 温暖 时 期 , 半 干 旱 区 降水 增多 ,寒冷 时 期 则 降水 减少 这 一 结果 得 到 了 来 自 于 独立 资料 来 源 的 考古 证 据 、 雨 土 证 据 以 及 农 牧 业界 限 变迁 的 史实 的 支持 。 关键 词 :温度 变化 ”降水 变化 ”湿润 指数 历史 时 期 以 来 全 球 平均 气温 经 历 了 10" 一 10: 年 时 间 尺 度 的 变化 ,变化 振幅 大 约 士 2C 之 多 ,虽然 其 变化 原因 目前 还 众说 纷 云 ,但 这 种 变化 必然 导致 全 球 气压 场 , 大 气 环流 以 及 大 气 活动 中 心 位 置 的 变化 ,从 而 导致 降水 地 理 分 布 的 变化 。 迄 今 ,发 表 的 大 多 数 历史 时 期 气候 变化 论文 ,多 分 别 讨论 两 大 主要 气候 要 素 , 温 度 和 降水 的 变迁 。 然 而 温度 和 降水 时 空 变化 之 间 应 该 存在 着 某 种 必然 的 联系 。 例 如 ,Lamb(1977) 研 究 了 欧洲 北纬 SON 地 带 不 同 经 度 过 去 1000 年 间 夏 季 湿 润 状 况 及 冬季 温度 (寒冷 指数 ) 之 间 关 系 ,发 现 两 者 有 相似 的 长 期 变化 趋 势 上 。 郑 斯 中 (1983) 研 究 了 中 国 近 500 年 冬季 温度 与 旱 适 (10 年 时 间 尺 度 ) 变 化 之 间 关 系 ， 发 现 气 候 温暖 时 期 ,中国 东经 100°E 以 西 的 黄河 .长 江上 游 地 区 可 能 变 湿 ,而 东部 地 区 ,特别 是 黄 淮海 平原 可 能 变 干 ,出 现 大 旱 的 机 会 增 大 2 所 。 郑 (1985) 还 研究 了 冬季 温度 变化 (10 年 时 间 尺 度 ) 与 降水 变 率 之 间 的 关系 ,发 现 温度 与 降水 年 际 变 率 之 间 关 系 分 布 构成 一 种 比较 复杂 的 区 域 分 布 型 式 ,而 且 相 关 关 系 的 符号 不 一 致 ,但 无 论 从 范围 或 大 小 上 看 , 负 相 关 是 主要 的 。 而 负 相 关 最 大 中 心 在 华北 地 区 号 。 张 德 二 (1983) 也 研究 了 中 国 近 500 年 各 区 域 旱 涝 变化 及 其 与 冬季 冷暖 的 关系 的 。 吴 晓 华 (1982) 分 析 了 中 国 近 500 年 梅雨 的 变化 ,并 与 冬季 温度 作 了 对 比 , 发 现 当 长 江 下 游 地 区 转 冷 ,梅雨 期 间 出 现 旱 情 较 多 ,在 气候 回暖 时 期 ,出 现 涝 灾 较 多 后 。 以 上 结果 都 是 利用 近 500 年 旱 适 资料 及 长 江 中 下 游 温度 序列 取得 的 。 米 “ 本 文 为 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO; 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 , 亦 受到 中 国 国 家 自然 科学 基金 委 RNY FEW) . ‘76 wt! =. UE 2000 年 来 湿润 状况 的 变化 贞 手 历 吏 旱 涛 记载 在 时 间 上 分 布 是 不 均一 的 , 即 早 期 水 旱 记 录 少 ,近期 记录 数量 增多 ， 因此 直接 用 水 .旱灾 记录 数量 不 能 客观 地 反映 湿润 状况 的 变化 。 我 们 用 湿润 指数 来 消除 这 种 时 间 不 区 三 性， 这 种 方法 是 代 概 率 统计 观点 出 发 ,把 所 研究 地 区 在 某 个 时 期 内 的 若干 省 、 州 ( 兵 ) 发 生 的 水 旱 次 数 看 作 水 旱 事件 的 总 体 ,而 把 收集 到 的 水 旱 记 录 次 数 看 作 是 总 体 的 样本 。 历 哆 资料 未 身 存 在 的 漏 记 、 断 缺 .散失 等 情况 看 作 是 随机 的 。 现 存 的 水 旱 记载 被 看 作 历史 上 发 检 揭 水 旱灾 中 的 一 个 随机 样本 .因此 ,统计 所 得 的 水 旱灾 害 的 比值 可 以 看 作为 总 体 的 水 旱 Haw Sit”. HARARE: 1=FX2/(F+D) 3X BOF Al D 分 别 表 示 每 5 年 水 灾 或 旱灾 数 。 从 公式 的 定义 可 以 看 出 , 湿 泪 指 数值 介 于 O 3 22 s = 10 20 Be z 1 肚 Be 0.8 0.6 0. 4 0. 2 0 - - ’ 5 . 5 . wi : i 上 1 . ' . 1 . pe . 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 年 3 ”中 国 东部 湿润 状况 与 里 海水 位 的 比较 Comparision of moisture conditions in eastern China with the level of the Caspian sea ©7366 二 、 近 2000 年 温度 与 湿润 状况 的 比较 我 们 在 本 文集 的 《中国 历史 时 期 温度 的 变化 ;一 文中 已 对 历史 时 期 温度 变化 作 了 详细 分 析 , 并 给 出 了 温度 变化 曲线 。 2 年 图 4 近 2000 年 中 国 冬季 温度 (a) 与 半 干 旱 湿 润 指数 (b) 的 比较 Comparison of temperature in winter (a) and moisture index in semi—arid area (b) in China wed Hi 全 温度 (C) 5 VE 2000 年 温度 变化 与 湿润 状况 变化 的 关系 The relationship between temperature variation and variation of moisture index during the last 2000 years 如 果 把 近 2000 AF ik BE AE A wth Be Ss te Ae AF aE dR Ue HE LH Ae PE ELBE BT DA BR ABP s 24's Hh BK Cs aR RE AS LE A BK CR 4). BD. SUR HE Ss $0 Ae, ARE VS Hoh HY), SHE SP ats DS Rt it pL th A HAR OE A KR AA, OS 表示 近 2000 年 温度 和 湿润 指数 关系 。 这 一 结论 ,得 到 考古 证 据 的 支持 ,在 河套 地 区 毛 乌 苏 沙 漠 南 缘 众 多 的 古城 废墟 中 ,有 个 城 川 古城 ,大 致 位 于 37"48'N,108"18' E, H+ KRRASH 不 同年 号 的 铜钱 。 郑 斯 中 根据 各 朝代 铜钱 数量 的 变化 ,同和 侍 可 桢 温度 曲线 作 了 比较 四。 他 发 现 , 随 着 气候 变 冷 ,在 出 土 的 铜钱 中 ,各 该 年 号 铸造 的 铜钱 数量 减少 ,以 致 元 明 两 代 铸 造 的 钢 钱 完 全 告 缺 ,直到 清 代 乾 隆 又 开始 出 现 , 其 间 相 隔 四 百 多 年 .铜钱 数量 的 变化 ,标志 着 这 座 古 城 及 其 周围 地 区 在 一 千 多 年 的 漫长 岁月 中 ,人 类 经 济 活动 所 经 历 的 昌盛 . 训 落 和 荒芜 , 周 而 复 始 的 演变 。 郑 认为 ,这 是 表明 河套 地 区 在 冷 冬 年 代为 干旱 的 证 据 , 因 为 这 个 地 区 农业 赖 以 维持 的 是 水 分 而 不 是 热量 。 所 以 郑 推测 该 地 区 经 济 的 盛衰 应 与 降水 有 直接 联系 。 汉 如 果 把 郑 绘制 的 城 川 古 城 古 钱币 数量 变化 同 我 们 半 王 旱地 区 湿润 指数 变化 作对 比 ( 图 6)5 我 们 将 发 现 ; 古 铜 数 量变 化 同 半 干旱 地 区 ( 披 川 位 于 这 个 地 区 中 部 ) 降 水 变化 有 密切 关 系 皇 两 段 古 铜 钱 出 现 期 与 两 个 湿 渔 时 期 相对 应 ,只 是 古 铜 钱 出 现时 期 的 位 相 落 后 于 湿润 时 期 5 两 个 古 铜 钱 断 缺 时 期 也 同 两 个 干旱 时 期 相对 应 * 但 位 相 也 相应 落后 于 湿润 指数 变化 。 这 种 对 应 是 很 合理 的 . 当 该 地 区 降水 增加 并 持续 一 段 时 期 之 后 ,人 们 发 现 该 地 区 适合 于 农业 发 展 ; 众 多 的 农业 大 日 拥 入 ;但 当 气候 变 得 干燥 之 后 ,大 们 在 迫不得已 的 情况 下 ,不 得 不 离 井 背 乡 地 离开 这 里 。 只 有 当 气 候 干 燥 至 实在 无 法 维持 农业 生产 时 ,农业 生产 才 完 全 停止 。 所 以 人 类 经 济 活动 的 起 始 时 间 总 是 落后 于 气候 变化 。 这 一 结论 得 到 该 地 区 近 2000 年 来 农 牧 业 界限 变迁 的 支持 52 。 MNT 6 SRB IR BK Co) 5 AEF SF Sth HK ae PS HK (a) HEE RR Coin number in acient city (b) and curve of moisture index in semi—arid area (a) 半 干 旱地 区 和 湿润 状况 变化 之 间 的 关系 得 到 雨 土 资料 的 支持 "52050505 。 中 国 东部 地 区 雨 土 的 主要 来 源 于 黄土 高 原 , 即 干旱 和 半 干 旱地 区 。 当 风暴 发 生 时 ,人 尘埃 被 带 高 空 并 随 着 西风 气流 向 东 移 动 。 张 德 二 发 现 , 雨 土 的 数量 与 温度 变化 有 密切 关系 。 在 寒冷 时 期 , 雨 土 频率 高 275.0 在 温暖 时 期 雨 土 频 率 低 。 近 500 年 雨 土 频率 与 温度 ( 冬 温 指数 ) 的 相关 系数 达 一 0. 33 Cn= 王 46) , 信 度 达 95%% 以 上 。 我 们 的 结果 表明 ,促使 雨 土 频 率 增多 的 直接 原因 是 降水 量 减 少 , 而 不 是 低温 .黄土 高 原 气 候 干 燥 时 期 ,降水 量 少 ,植被 减少 ,土壤 湿度 降低 ,土壤 干燥 ,粉尘 容易 被 风 乔 起 .相反 ,该 地 区 湿润 时 期 ,植被 增加 ,土壤 湿度 也 增加 ,风蚀 状况 不 如 干旱 时 期 严重 ,所 以 雨 土 的 频率 可 以 作为 干旱 半 干 旱地 区 气候 干 湿 的 指数 .上 面 所 说 ,温暖 时 期 雨 土 频 率 低 的 现象 ,刚好 说 明 温 暖 时 期 半 干 旱地 区 气候 相对 湿润 ;反之 ,也 一 样 。 = 4 论 近 2000 年 来 中 国 温度 变化 与 各 气候 带 湿润 状况 变化 对 比分 析 表 明 ,温度 变 化 与 半 千 旱 区 的 降水 变化 之 间 存 在 着 很 好 的 一 致 性 ,而 与 其 他 气候 带 的 降水 变化 看 不 出 明显 联系 .当中 国 处 在 温暖 时 期 , 半 干 旱 区 降水 明显 增多 ,而 在 寒冷 时 期 , 半 干 旱 区 降水 明显 减少 ,气候 变 干 。 这 一 结果 得 到 考古 证 据 ,. 农 牧 业 界限 变迁 证 据 及 雨 土 资料 的 佐证 .上述 结 论 可 以 用 季风 盛衰 变化 来 解释 .中国 半 干旱 地 区 降水 主要 受 夏 季 季 风 强 弱 的 支配 ,在 气候 温暖 而 夏季 风 强 BEAT HA, ,季风 北 界 北 移 , 半 干旱 地 区 降水 增多 ,相反 ,在 寒冷 而 夏季 风势 力 减 弱 时 期 ,该 地 区 降水 减少 。 如 果 今 后 大 气 中 温室 气体 增加 而 气温 升 高 的 话 ,预计 中 国 半 干旱 区 降水 将 会 增 多 , 农 牧 业 界限 将 向 北 推移 ,对 该 地 区 农 牧 业 都 是 很 利 的 。 参考 xX 献 [1] Lamb, H.H. ,Climate: present, past and future, (2),35(1977). [2] 郑 斯 中 ,我 国 历史 时 期 冷暖 年 代 的 干旱 型 ,地 理 研 究 ,2(4),32 一 39(1983) 。 [3] 郑 斯 中 , 汉 丽 文 , 我 国 冷 的 时 期 气候 超常 不 稳定 的 历史 证 据 , 中 国 科学 (B 辑 ),(11),1038 一 1044 (1985) 。 [4] 张 德 二 ,我国 近 500 年 各 区 域 旱 涝 变化 及 其 与 冬季 冷暖 的 关系 ,气象 科学 技术 集刊 ， ee (1983), (5] 吴 晓 华 , 近 500 年 我 国 梅雨 的 气候 波动 ,科学 通报 ,(16),998 一 1000(1982)。 (6] FOP. Kee BBR, Be AR HE AE AAR HR LH EL 气候 变迁 和 超 长 期 预报 文集 ， 科学 出 版 社 ,29 一 32(1977) 。 [7] 裴 高 法 、. 张 耕 远 . 吴 祥 定 , 张 瑾 复 , 历 史 时 期 气候 变化 研究 方法 ,科学 出 版 社 ,47(1983) 。 [8] Gaofa Gong and S. Hameed, The variation of moisture conditions in China during the last 2000 years, Interna- tional Journal of Climatology, (11),271—283(1991). (9) 程 纯 枢 , 中 国 的 气候 与 农业 ,气象 出 版 社 ,13(1991) 。 [10] Brooks，C. E. P. Climate Through the .Ages，Benn ，London ,(1949). [il] Ze K,S. Hameed, 中 国 历史 时 期 温度 的 变化 ,本 文集 ,(1993)。 [12] 矿 高 法 `.S. Hameed, 中 国 农业 对 气候 变化 响应 的 敏感 带 和 敏感 区 , 见 本 文集 ,(1993) 。 [13]， 张 德 二 ,历史 时 期 雨 土 现象 剖析 ,科学 通报 ,(5),294 一 297(1982) 。 (14) _ 张 德 二 ,我 国 历史 时 期 以 来 降尘 的 天 气 气候 学 初步 分 析 ,中 国 科学 (B 辑 ),(3),278 一 288(1984) 。 [15] S. Hameed and Gaofa Gong, Influence of atmospheric dust on non—telescopic sunspot observations, Solar Physics, (139), 409—413(1991). ° 76» Relationship Between Temperature And Moisture in China hd For the Last Two Thousand Years * Gong Gaofa (institute of Geography , Chinese Academy of Sciences) Sultan Hameed (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N. Y. 11794-5000) : Abstract On the basis of records of droughts and floods in historical documents of the past two thousand years, time series of a moisture index were derived for three regions in Eastern China characterized as wet, semi-wet and semi-arid. The varjations of the moisture indices were compared with the tem- perature variation in China. The moisture variation in the semi-arid area shows a systematic relation- ship with temperature; this region tends to be wetter in warm epochs and vice versa. This conclu- sion is verified by several independent data sources, such as-atmospheric dust records, data on shift of the agriculture boundary and archaeological records. Key Words;temperature variation Precipitation variation Eastern China * This works is partial study of Climate Change Induced by CO Doubling Cooprated by CAS, China/DOE, USA, and was performed under the auspices of the CO2 Research Division, Office of Basic Energy, U.S. Department of Energy through Grant DEFG0285ER60314A007 to the State University of New York at Stony Brook. * 79.< 中 国 农业 对 气候 变化 啊 应 的 敏感 市 和 敏感 区 (中 国 科 学 院 地 理 研究 所 ) Sultan Hameed (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N. Y. 11794-5000) 摘 要 :我 们 发 现 中 国 农 业 对 气候 变化 特别 敏感 的 五 个 区 域 。 其 中 三 个 是 狭长 的 地 理 带 , 在 这 些 地 带 农 业 生产 随 着 气候 条 件 的 变化 而 推移 。 第 一 条 敏感 带 界 于 高 寒 无 农业 区 与 相 邻 农业 区 之 间 , 这 里 农业 生产 与 生长 季 温 度 有 关 。 第 二 条 敏感 带 介 于 中 国 北部 农业 和 牧 业 区 之 间 , 这 里 作 物 生 长 对 夏季 降水 特别 敏感 。 另 一 条 敏感 带 位 于 中 国 东 部 亚热带 与 温带 之 间 , 这 里 作物 和 果木 对 冬季 低温 和 全 年 积温 有 关 。 此 外 ,还 发 现 两 个 对 气候 变化 影响 十 分 敏感 的 地 区 , 即 中 国 东 北 农业 对 气候 的 敏感 区 和 黄 淮海 敏感 区 .前 者 与 夏季 温度 有 关 , 而 后 者 与 频率 的 旱 . 涝 和 蝗灾 有 关 。 本 文 还 讨论 了 历史 上 气候 变化 对 各 敏感 区 农业 生产 的 影响 。 关键 词 : 气 候 敏 感 区 ”气候 敏感 带 气候 变化 对 于 自然 植被 ,农业 布局 等 有 重大 影响 。 从 自然 植被 来 讲 , 存 在 着 对 气候 变化 影响 最 为 敏感 的 地 带 。 一 种 自然 植被 型 的 出 现代 表 着 环境 要 素 的 一 种 组 合 ,不 同 植被 型 之 间 的 “过 度 带 " 则 反映 了 两 种 环境 状态 的 “临界 点 ”。 当 外 界 环 境 条 件 发 生变 化 时 ,必然 影响 到 临 界 点 的 变化 , 即 表现 为 植被 过 渡 带 位 置 的 推移 。 因 此 ,不 同类 型 植被 带 之 间 的 "过滤 带 " 成 为 对 气候 变化 响应 最 敏感 的 地 带 。 同 样 ,从 农业 角度 来 讲 , 中 国 农业 种 植 区 也 存在 着 对 气候 变 化 响应 最 为 敏感 的 地 带 和 区 域 。. 在 漫长 的 历史 时 期 农业 实践 中 ,中 国 农民 为 了 最 大 限度 地 利 用 农业 气候 资源 ,逐渐 形成 了 一 套种 植 制度 ,如 一 年 一 熟 ,一 年 两 熟 , 二 年 三 熟 、 一 年 三 熟 制 以 及 农 牧 业 区 域 ` 各 种 经 济 林木 种 植 区 域 等 等 。 在 这 些 种 植 制 的 界限 附近 ,由 于 水 热 资 源 得 到 最 充分 地 利用 ,而 使 该 地 区 成 为 对 气候 变化 响应 最 敏感 的 地 区 ,或 者 说 ,最 脆弱 的 地 区 。 其 中 最 敏感 的 地 带 和 区 域 为 高 寒 无 农业 与 农业 区 之 间 的 敏感 带 ()、 农 牧 业 过 湾 带 (E)、 亚 热 带 作 物 过 湾 带 (I)、 东 北 敏感 区 (ID) 和 黄 淮海 敏感 区 (I)。 同 时 由 于 中 国 受 季 风气 候 的 影响 ， 它 对 气候 变化 的 响应 较 全 球 其 他 地 区 更 为 敏感 。 图 1 给 出 了 中 国 不 同 空间 斥 度 的 农业 敏感 带 和 敏感 区 。 # 本文 为 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO: 导致 的 气候 变化 ?中 部 分 工作 , 亦 受到 中 国 国家 自然 科学 基金 委 员 会 的 资助 。 sa。 7T8 。 一 *BUIYD Ul uoneDeA SeWITD ol puodsal ol adnlInor3e JO suoI3ol 3AfISuos PUR sl139 ZATIISUIS XE OS Se CRY Ce 3} EM Le XARA ch =| 水 十 054 005 。79。 — PRTC Rb KA — 2 2A ZT] BB 高 寒 无 农业 区 位 于 中 国 西 南西 藏 高 原 北 缘 , 该 地 区 年 平均 气温 低 , 全 年 日 平均 气温 0C 以 上 积温 入 1500C ,热量 条 件 不 能 满足 作物 生长 的 基本 要 求 , 这 一 地 区 被 称 为 高 寒 无 农业 区 ,以 畜牧 业 为 主 。 高 寒 无 农业 区 与 一 年 一 熟 区 之 间 的 界限 受 暖 季 温 度 变 化 的 影响 ,对 生长 季 长 度 及 温度 变化 极为 敏感 。 在 积温 大 于 1500C 地 区 实行 一 年 一 熟 ( 春 小 麦 、 马 铃 薯 、 油 菜 、 青 称 等 喜 冷 作物 ) 。 这 一 界限 在 垂直 和 水 平方 向 上 变化 剧烈 ,是 农业 对 气候 变化 响应 的 敏感 地 区 之 一 。 但 是 由 于 历史 时 期 以 来 这 一 地 区 远离 中 央 王 朝 ,经 济 和 文化 水 平 低 , 缺 乏 历史 文 献 记 载 , 很 少 有 关于 农业 界限 变迁 的 证 据 可 遵循 .关于 历史 时 期 这 一 敏感 地 带 农业 对 温度 变 化 的 影响 暂 不 讨论 。 二 、 农 牧 业 过 湾 带 目前 的 农 牧 业 过 渡 带 位 于 大 兴安 岭 东 南山 前 平原 ,经 乌兰浩特 、. 泰 来 ` 杜 伯 尔 特 、 通 榆 、 赤峰 、 围 场 ,张家口 坝 上 \ 大 同 、 河 曲 榆林、 环 县 北 \ 固 原 北 、 会 宁 北 .兰州 南 。 这 一 界限 并 不 是 绝对 分 界线 ,而 是 一 条 狭长 的 农 牧 业 过 滤 地 带 。 即 由 东南 向 西北 ,由 农业 区 向 牧区 的 过 渡 地 带 , 如 图 所 示 。 作物 生长 所 必需 的 气候 条 件 是 全 年 日 平均 气温 0C 以 上 积温 大 于 1500C 和 年 降水 量 400 毫米 以 上 。 而 这 一 地 区 温度 和 光照 都 能 满足 作物 生长 所 需 的 基本 条 件 ,这 些 因子 不 是 农 业 北 界 的 限制 因子 ,而 降水 不 足 成 为 划分 农 牧 业 界限 的 决定 性 条 件 。 从 水 份 收 支 考虑 ,用 干 PRE 1. 5 为 界限 ,从 农 牧 业 生 产 的 直接 效果 或 以 对 农作物 生产 的 不 利 程度 来 鉴定 ,用 400 米 年 降水 量 划分 农 牧 业界 限 . 这 也 是 温带 半 干 旱地 区 农业 和 营造 乔木 林 的 基本 水 分 条 件 , 但 由 于 季风 强 弱 引起 的 降水 量 的 区 域 性 过 渡 导 致 种 植 业 向 放牧 业 过 渡 。 农 牧 业 过 渡 带 的 降水 特点 是 ,年 降水 量 已 低 到 旱 作 农业 需 水 量 下 限 ,或 以 下 ,降水 变 率 增 大 , 旱 作 物产 量 低 而 不 稳 ,400 毫米 降水 等 值 线 南北 大 幅度 摆动 ;年 降水 量 相 对 变 率 一 般 在 15-20%, 400 毫米 出 现 频率 约 为 5 一 20% ,10 年 中 有 :8 年 以 上 不 能 满足 旱 作 农业 的 基本 需要 喇 。 这 一 地 带 由 于 处 在 夏季 风 北 缘 , 年 雨量 变 率 非常 剧烈 ,相应 的 农 牧 业 交界 地 区 带 南北 摆 动 不 太 明显 ,要 重建 整个 农 牧 业 过 滤 带 在 不 同 历史 时 期 的 位 置 是 非常 困难 的 。 我 们 以 鄂尔多斯 高 原作 为 二 例 来 讨论 近 2000 年 来 该 地 区 农 牧 业 过 渡 带 南北 位 置 的 变 化 与 降水 量变 化 之 间 的 关系 。 鄂 尔 多 斯 高 原 , 由 于 历史 和 政治 原因 ,历史 记载 较为 系统 中 它 正 处 于 干旱 和 半生 时 交界 地 区 ,年 雨量 平均 在 300 一 400 毫米 之 间 。 鄂 尔 多 斯 高 原 位 于 陕西 榆林 地 区 北部 和 内 蒙古 自治 区 西南 部 ,包括 陕西 省 定 边 、. 靖 边 \ 横 山 ` 榆 林 、 神 木 ` 府 谷 等 县 的 长 城 以 北 和 内 蒙古 伊 克昭 盟 。 它 的 总 面积 为 130,000 平方 公里 ,沙漠 占 总 面积 的 OKRA, 其 中 有 三 个 著名 的 沙漠 , 即 毛 乌 苏 沙漠 、 库 布 其 沙漠 和 乌 兰 布 和 沙漠 。 现 在 鄂尔多斯 高 原 正 处 在 农业 区 转向 牧区 的 过 滤 地 带 。 根 据 历史 资料 记载 ,在 历史 上 ,该 地 区 某 些 时 期 为 牧区 , 某 些 时 期 为 农业 区 。 在 史前 时 期 鄂尔多斯 高 原 曾 是 水 . 草 丰 富 的 地 区 ,在 旧 石 器 时 期 著名 的 “河套 人 " 曾 居住 * 80. 在 这 里 ,到 新 石器 时 期 自然 条 件 仍 然 十 分 优越 。 现 在 有 30 个 新 石器 遗址 已 被 发 掘 出 来 ,这 是 最 好 的 证 明 。 春 秋 ( 公 元 前 770 一 476) 和 战国 时 期 (公元 前 475 一 221) 这 里 盛行 畜牧 业 ,到 处 有 森林 、 牧 草 和 野生 动物 。 公 元 前 三 世纪 以 前 这 里 是 典型 的 牧 业 区 品 。 但 从 秦 代 (公元 前 221 一 207) 以 后 的 2000 多 年 间 , 这 里 曾 发 生 过 多 次 农业 和 牧 业 的 交 替 。 图 2 是 表示 近 2000 EHR RW eH I REF PH Rae, C1) 秦汉 农业 发 展 时 期 (公元 前 226 一 公元 220 4F) 鄂尔多斯 高 原 农业 开始 于 公元 前 4 世纪 ,在 秦汉 时 期 农业 迅速 发 展 。 农 业 人 口 急速 增 加 。 在 西汉 时 期 (公元 前 206 一 公元 8 年) 该 地 人 口 已 达 1,092,070, 但 目前 该 地 区 大 日 为 1， 547,000, 尽 管 中 国 总 人 口 比 西汉 增加 了 22 倍 。1973 年 ,内 蒙古 文物 工作 队 在 伊 克 昭 盟 杭 锦 旗 一 座 汉 朝 遗 址 内 发 现 一 枚 “西河 农 令 ”官印 625。 这 说 明 , 当 时 农业 已 相当 发 达 。 (2) 三 国 至 南北 朝 牧 业 发 展 时 期 (公元 220 一 589 年 ) 到 公元 4 世纪 中 叶 ,畜牧 业 再 次 发 展 起 来 ,原来 的 农田 被 改 为 牧场 ,牲畜 数量 大 量 增加 。 例如 ,公元 391 年 鄂尔多斯 南部 地 区 的 一 次 战斗 中 ,俘获 马 . 牛 . 羊 4,000,000 余 头 ; 据 《 魏 书 > KHMER “HERP RPSARU DARA RRSP) BAAR, RHR 获 马 牛 羊 四 百 万 余 头 .在 公元 391 年 另 一 次 战斗 中 ,俘获 名 马 30 多 万 匹 , 牛 羊 4,000,000 余 头 (《 魏 书 。 太 祖传 》)。 可 见 当 时 鄂尔多斯 高 原 畜牧 业 发 展 之 盛况 。 (3) 隋唐 农业 发 展 时 期 (公元 581 一 907 年 ) 到 隋 代 (公元 581 一 618 年 ) 农 业 又 发 展 起 来 ,但 隋 朝 历年 短促 ,农业 大 量 发 展 仍 在 唐 代 (公元 618 一 907 年 ) ,此 时 鄂尔多斯 地 区 变 成 真正 的 农业 区 .农业 大 日 又 迅速 增加 ; 唐 代 该 地 区 大 唱 为 东汉 时 期 的 两 倍 。 随 着 农业 人 口 增 加 ,新 的 县 治 开 始 设立 。 例 如 ,于 鄂尔多斯 高 原 北部 黄河 岸 边 设 丰 州 ; 东 部 准 格 尔 旗 设 胜 州 ;南部 无 定 河 畔 设 夏 州 ; 鄂 托 克 旗 设 有 州 等 。 同 时 还 兴修 水 利 GIR IE ,进行 大 量 开 明 59%1。 如 夏 州 在 当时 是 良 沃 之 处 ,可 以 发 展 农 业 ; 《新 唐 书 “ 梁 师 都 传 ) 吉 , 梁 师 都 据 夏 州 , 唐 “ 诏 夏 州 长 史 刘 受 .司马 刘 兰 经 略 之 , 获 生 唱 , 纵 以 为 间 、 B be he. PRA RR IM POLE. MEARE) “UPEZWRE BER RRB RARAHK IKE. HSMN. Gra iRM. ” (4) 公元 11-16 世纪 畜牧 业 发 展 时 期 IT 世纪 后 畜牧 业 又 迅速 发 展 起 来 ,而 农业 几乎 停止 。 唐 朝 灭亡 后 ,党 项 族 势力 逐渐 强 大 于 公元 1038 年 党 项 族 首领 元 昊 建国 大 夏 , 占 据 今 甘肃 .宁夏 .内 蒙古 西部 等 地 ,与 辽 3; 北 宋 形 成 了 易 立 局 面 。 鄂 尔 多 斯 高 原 成 了 党 项 族 根据 地 。 套 内 居民 多 是 “ 衣 皮 毛 , 事 畜 牧 ; 蕃 性 Pe ORS > SHS). hil F#AeRTS MET ZREAB DER KARST. 地黄 Dt. RR; 2 > me SE A KK. AR. REPU SH” RHE MBRic).s 5)。 各 部 族 都 拥有 牲畜 千 万 头 , 大 者 万 余 骑 ,小 者 数 笠 骑 ”(《 宋 史 “。 党 项 传 》) 。 到 元 代 (1271 一 1368) 畜 牧 业 发 展 更 迅速 ,只 是 在 鄂尔多斯 边界 地 区 存在 着 少数 农业 区 。 (5) 清 代 农业 发 展 时 期 (1644 一 1911) 到 清 代 农业 又 开始 发 展 。1730 年 代为 防止 饥荒 大 量 荒 地 被 开垦 。 在 哪 尔 多 斯 东部 的 准 格 尔 旋 " 私 垦 地 特 多 ,汉民 在 该 旋 耕 种 者 ,几乎 达到 十 余 万 人 ”( 雇 兆 骏 ,《 绥 远志 略 力 ,在 西南 部 的 查 汉 托 辉 牧 区 并 开辟 了 昌 润 、. 惠 农 等 渠 。 由 同治 六 年 至 光绪 二 十 九 年 , 明 殖 荒地 二 百 七 十 余 项 ,每 年 收 粮 二 十 三 万 余 石 。 到 19 世纪 鄂尔多斯 变 成 了 真正 的 农业 区 。 *8le 如 果 把 鄂尔多斯 农 牧 业 交 替 变化 在 时 间 上 同 该 地 区 干 湿 交替 相 比 (图 2) ,我 们 可 以 看 出 过 去 2000 多 年 中 五 次 农 牧 = 牧 业 =. Be FE CTA EA RA i 计 | 致 。 当 气候 变 干 时 ,鄂尔多斯 地 区 由 农业 区 转变 为 牧 业 区 :; 当 气候 变 湿 时 , 则 由 牧 业 区 变 成 农业 区 。 湿润 指数 尽管 历史 学 家 们 从 军事 、 政治 等 观点 对 该 地 农 牧 业 变迁 作出 种 种 解释 ,但 从 上 面 我 们 可 以 看 出 该 地 区 降水 的 变化 对 于 鄂尔多斯 农 牧 业 界限 的 推移 图 2 近 2000 年 鄂尔多斯 地 区 农 牧 业 变化 (上 ) 及 湿润 状况 的 变迁 (下 ) 起 着 非常 重要 的 作用 The change of agriculture 一 animal husbandry and variation of moisture condition in Eerduos plateau = AIR UR 淮河 .秦岭 一 线 为 中 国 现 代 亚 热带 北 界 。 这 一 地 带 也 是 中 国 东部 季风 区 最 重要 的 农业 分 界线 。 界 限 以 南 基本 农耕 形 式 为 水 田 , 并 发 展 成 为 一 套 水 田 为 主 的 农耕 系统 ,而 界限 以 北 是 以 旱田 为 主 的 农耕 形式 ,并 形成 了 一 套 旱 耕 农业 系统 。 根 据 1957 年 资料 ,当时 全 国 水 田 面积 仅 占 总 耕地 面积 的 24. 7% ,水 稻 产量 占 总 粮食 作物 产量 的 47. 0% 。 而 界限 以 南 水 田 面积 占 93. 3% ,产量 占 95. 0% ,而 且 界 限 以 南 各 省 水 稳 面积 都 占 本 省 总 耕 田 面积 的 40% 以 上 ,产量 都 超过 50% 。 但 界 限 以 北 水 稻 总 面积 仅 占 6.7% 。 此 外 ,界限 南北 之 间 水 稻 单产 的 差异 也 十 分 明显 。 北 亚 热带 也 是 双 季 稻 、 亚 热带 植物 ,如 柑 桔 茶树、 人 竹子 等 典型 亚热带 植物 分 布 北 界 , 虽 然 由 于 它们 对 温度 等 条 件 要 求 略 有 不 同 ,其 分 布 北 界 地 理 位 置 也 略 有 差别 ,但 大 体 上 都 处 于 江淮 之 间 的 北 亚 热带 以 内 。 下 面 以 双 季 稻 和 柑 桔 为 例 说 明 作物 和 多 年 生 经 济 果木 对 气候 变 化 的 响应 。 (1) 气候 变化 对 双 季 稻 北 界 的 影响 中 国 亚热带 地 区 现 广泛 种 植 二 季 和 三 季 稻 。 其 中 南亚 热带 平原 和 丘 陵 , 现 能 种 冬 稻 ,全 年 可 种 三 季 稻 ;亚热带 平原 能 稳定 地 种 植 二 季 稻 ; 北 亚热带 ,特别 是 北部 地 区 正 处 于 双 季 稻 种 植 的 北 缘 , 虽 然 能 种 双 季 稻 ,但 产量 极 不 稳定 ,在 生长 季 较 短 的 寒冷 年 份 ,可 受到 很 大 影 响 。 因 此 历史 上 气候 寒 暖 变化 对 中 国 双 季 稻 种 植 的 北 界 (长 江 下 游 地 区 ) 的 影响 特别 明显 。 长 江 下 游 双 季 稻 种 植 的 可 人 靠 历 史记 载 始 于 唐 代 。《 新 唐 书 。 玄 宗 本 纪 ; 夫 , 开 元 十 九 年 (公元 731 年 ) ,是 “ 岁 扬 州 检 稻 生 ”;《 太 平 御 览 3 新 唐 书 》 说 :“ 开 元 十 九 年 ,扬州 奏 燃 生 稻 二 百 五 十 项 ,再 熟 稻 一 千 八 百 项 ,其 粒 与 常 稻 无 异 ”。 唐 代 扬 州 州治 位 于 今 扬 州 市 南面 。 榴 稻 ， 即 “ 榴 生 稻 ”,“ 禾 不 因 播 种 而 自生 目 检 ”。 说 明 ,公元 731 SE I BA EE 82 。 i Sa ee ee ee ee oe 也 能 正常 成 熟 。 这 同 当时 气候 温暖 ,生长 季 长 相 一 致 。 当 时 扬州 地 区 的 气候 与 今 浙江 金华 和 江西 南昌 相似 。 到 了 宋代 (公元 907 一 1279 年 ) 气 候 开 始 转 冷 ,生长 季 逐 渐 缩短 。 据 《 宋 史 》i 载 ,河南 开 封地 区 冬小麦 到 6 月 中 .下 旬 才 能 收获 , 比 现代 6 月 上 .中旬 收获 期 晚 十 天 。 到 十 二 世纪 气候 继续 转 冷 , 苏 南 冬小麦 成 熟 期 要 到 6 月 中 旬 , 比 现在 晚 半 个 月 c。 因 此 ,到 了 宋代 ,虽然 个 别 地 方 偶 有 “ 稻 再 熟 ”i 记 载 外 ,江南 大 部 地 区 已 无 双 季 稻 了 。 所 以 清 代 李 彦 章 说 :“ 宋 时 江南 ,又 止 一 收 ”。 明代 (公元 1368 一 1644 年 ) 随 着 农业 技术 水 平 的 提高 和 生育 期 较 短 的 水 稻 新 品种 的 培 育成 功 ,江南 广泛 地 种 植 双 季 稻 。 双 季 稻 北 界 达到 泰州 .扬州 .六合 一 线 。 并 持续 到 十 七 世纪 中 叶 。 明代 长 江 下 游 地 区 双 季 稻 大 约 兴 于 十 五 世纪 后 期 , 盛 于 十 六 世纪 ,至 明 清 交替 间 训 。 ， 从 气候 变化 来 看 ,元 末 明 初 ,中 国 的 气候 转向 寒冷 时 期 , 即 欧洲 所 谓 的 “小 冰期 ”"。 其 间 ， 第 一 次 变 冷 是 公元 1470 一 1520 年 ,第 一 次 回暖 在 1550 一 1600 年 ,第 二 次 变 冷 是 公元 1620 一 1710 年 。 而 明 朝 江 苏 双 季 稻 之 起 伏 ,正好 和 当时 气候 寒 暖 变化 大 致 相应 。 值 得 注意 的 是 ， 由 于 技术 进步 ,在 气候 变 冷 的 1620 年 以 后 ,还 维持 了 一 个 相当 长 时 间 。 直 至 1650 年 后 ,气候 转 入 小 冰期 最 寒冷 时 期 (1600 一 1700 年 ) ,长 江 下 游 双 季 稻 种 植 才 每 况 愈 下 。 康 申 五 十 二 年 (1713) ,在 康 申 皇帝 的 关注 下 育成 早熟 籼稻 “ 御 稻 ”, 并 派 农学 家 李 英 贵 到 苏 南 试 种 。1715 年 早稻 试 种 基本 成 功 ,但 后 季 稻 因 迟 栽 ,“ 秧 穗 头 ” 而 失败 。1718 年 又 扩大 试 种 ,早晚 稻 均 成 功 。 同 时 由 苏州 织造 李 购 主持 ,在 苏州 进行 了 双 季 稻 和 单 季 稻 的 对 比试 验证 明 用 “ 御 稻 ”做 双 季 前 作 ,其 亩 产 相 当 于 当地 单 季 稻 的 高 产 水 平 ; 用 于 后 季 稻 , 约 为 前 季 早 稻 产量 的 60% 。1717 年 推广 到 苏 南 全 境 ( 包 括 上 海 市 郊区 ) 以 及 苏 北 扬州 及 里 下 河 地 区 。 李 购 等 奉 旨 试 种 推广 的 八 年 (1715 一 1722 年 ) 中 有 五 年 丰年 ,二 个 平年 ,一 个 歉 年 3 。 江苏 的 双 季 稻 虽 因 十 七 世纪 后 期 小 冰期 气候 影响 而 终止 ,但 到 十 八 世纪 初 经 康 申 皇 帝 亲自 倡导 并 推广 生长 期 短 的 新 品种 而 获得 很 大 发 展 。 特 别 是 到 雍正 时 期 (1723 一 1735 年 )， 双 季 稻 已 对 长 江 下 游 地 区 农业 增产 起 了 很 大 作用 。 雍 正 五 年 (1727 年 ) 上 论 目 :“ 联 闻 江 南 ， 江西 ,湖广 , 粤 东 数 省 有 一 岁 再 熟 之 稻 ,风土 如 此 .” 江 苏 双 季 稻 已 列 于 各 省 盛产 双 季 稻 之 首 ， 可 见 盛 侨 。 史 载 ,当时 一 度 出 现 “ 谷 溅 伤 农 "的 情况 ,雍正 不 得 不 决定 由 固定 收购 来 维持 粮 价 ， 保持 双 季 稻 的 发 展 。 值得 注意 的 是 :十 八 世纪 初期 康 申 试 种 双 季 稻 并 成 功 地 推广 时 , 正 值 中 国 气候 处 于 小 冰 期 寒冷 时 期 结束 并 转 入 温暖 时 期 。 据 十 从 世纪 二 十 至 七 十 年 代 杭州 .苏州 ,南京 三 个 地 方 畏 雨 录 中 终 雪 期 的 记载 69 ,杭州 春季 终 雪 期 比 现在 早 13 天 ,苏州 早 8 天 ,南京 早 7 天。 而 比 南 宋 时 期 提早 18 天 。 可 见 , 十 八 江南 双 季 稻 大 规模 种 植 同 气候 温暖 .生长 季 延 长 有 很 密切 关 长 江 下 游 双 季 稻 因 十 八 世 纪 前 期 和 中 期 温暖 气候 而 得 到 大 发 展 之 后 ,到 十 八 世纪 未 期 又 迅速 减少 , 苏 北 的 双 季 稻 已 经 绝迹 。 林 而 达 于 道光 十 四 年 (1834 EA ILS PT 诸 邑 ,…… 闻 三 十 年 前 , 则 两 种 而 两 刘 也 ”. 李 彦 章 在 (江南 催 耕 课 稻 编 ) 中 说 :“ 有 人 言 江北 下 河 诸 县 ,前 数 十 年 稻 两 熟 。 余 去 秋 ( 道 光 十 三 年 ), 即 (1833 EWA EAB AR. KB 晚稻 之 种 皆 备 ,而 竟 无 两 种 者 ……”。 苏 南 的 情况 如 何 ? 李 彦 章 说 :“ 今 苏州 府 志 所 载 百 日 种 ， * 83+ — ZR. — 4B HAR. RAR. SP RRR ER, SP BAS 种 。 攻 门 外 二 十 四 都 六 ,七 图 (即今 类 某 公 社 境内 ) 闻 尚 有 艺 之 者 , 惜 不 多 耳 。" 说 明道 光 十 四 年 (1834 年 ) ,苏州 地 方 双 季 稻 延绵 一 百 余年 ,而 后 虽 未 绝迹 ,但 已 不 多 了 .。 产生 这 二 现象 , 除 了 社会 ,政治 方面 原因 外 ,主要 是 十 八 世纪 八 十 年 代 起 气候 在 转 冷 ,使 生长 季 明 显 缩短 。 例 如 ;根据 人 吴 兔 床 先生 有 日记; 等 记载 ,杭州 .无 锡 等 春季 物候 期 比 现在 晚 9 天 。.， _-. 至 士 九 世纪 三 十 年 代 * 以 禁 鸦 片 著 名 的 林则徐 ,再 次 提倡 在 江苏 种 植 双 季 稻 。 e+ bitiia ADS MN RACE REE”, RAT AEP MRE SE. “SBE 1833 年 ) “ety 冬 , 呈 中饭, 计 月 雨 至 甲午 (1834 年 ) 正 月 , 连 雪 不 止 。 播 麦 不 及 ,有 播 者 弗 苗 。 大 中 丞 林 ie Fa BRL: MURR OF SE PBR, BOTARAAT AH”, RRR CH RUM RGAE WEB ARE BERNE MER”. 4, RRR ER MRM S FREES 7 RHR) SE MB RST BAIR. A FEILME USBH A BE) RRM it Mee eRe, BE, 江西 等 处 地 方 军 务 管理 等 支持 。 印 发 催 耕 课 稻 编 , 通 饰 各 府 州 厅 率 属 劝 种 早稻, 双 季 稻 ”。 并 组 织 司 \ 道 、 府 、 州 ; 县 . 打 及 各 儒学 (当时 的 公办 学 校 )-- 起 动员 。 结 果 如 何 ?实行 士 九 年 后 \ 即 咸丰 三 年 (1852 RARE CED BRAMAN A SS DERN, FAS ECM EH 工 , 课 种 两 熟 稻 , 著 有 江南 催 耕 课 稻 编 可 证 。 然 而 ,或 者 疑 犹 未 释 , 终 以 泽 目 阴 寒 ,两 熟 稳 非 江 南 所 宜 , 虽 有 一 三 成 效 , 尚 谓 偶然 得 之 ”。 可 见 , 十 九 世纪 林则徐 在 江南 推广 双 季 稳 终 因 和 气候 寒冷 , 泽 土 阴 寒 未 能 成 功 。 至 十 九 世 纪 王 半 世 纪 和 气候 更 趋 寒冷 ,进入 小 冰期 第 三 个 寒冷 时 期 ， 苏 南 双 季 稳 的 种 植 几 乎 停止 .当时 一 些 农 书 中 提出 用 大 麦 ` 磊 麦 、 泥 黄豆 代替 后 季 稻 ,以 适应 小 冰期 第 三 个 寒冷 时 期 的 气候 。 至 民国 , 仅 知 当时 江苏 省 矿 厅 的 《 农 矿 通讯 % 周 刊 ) 记 有 1930 年 苏 北 兴 化 起 培 双 季 福 的 报道 。 值得 注意 的 是 ,解放 以 来 长 江 下 游 成功 地 推广 双 季 稻 时 期 正 值 中 国 气候 处 于 小 冰期 的 第 三 次 温暖 时 期 ,以 上 海 为 例 ,1960 一 1980 年 间 与 1873 年 一 1919 FARAH EMR, > 10C 积 温 多 250C 左 右 , 生 长 期 长 10 天 左右 。 可 见 , 如 果 再 次 出 现象 1873 一 1919 年 那样 的 气候 条 件 ,现行 的 种 植 制度 必 将 遇 到 问题 。 例 如 ,1977 年 江苏 省 之 10C 秋 温 平均 比 1949 一 1978 年 减少 约 500'C , 比 1976 年 减少 约 200°C ,结果 ,1977 年 与 1976 年 相 比 ,早稻 减产 2 亿 斤 , 三 麦 减产 43%D5 。 长 江 下 游 一 千 二 百 多 年 来 双 季 稻 时 断 时 续 , 盛衰 交替 。 其 间 经 历 了 唐 、 明 、 清 (十 八 世 纪 ) 三 个 盛 期 和 宋 元、 清 (十 七 世纪 后 期 ), 十 八 世纪 后 期 至 十 九 世 纪 三 个 衰落 时 期 。 双 季 稻 种 植 随时 间 的 起 伏 波 动 与 中 国 气 候 寒 暖 变化 大 体 上 相 呼应 ,但 同时 也 受到 技术 水 平 , 社 会 条 件 等 非 气候 因素 的 影响 .例如 在 唐 代 气 候 温暖 时 期 , 双 季 稻 栽 培 技术 低下 情况 下 能 大 面积 地 正常 成 熟 。 但 到 宋代 由 于 气候 转 冷 长 江 下 游 双 季 稻 种 植 面积 大 大 减少 ,大 部 地 区 停止 种 植 。 到 明代 虽然 气候 进入 寒冷 期 ,但 通过 培育 生长 期 短 的 新 品种 和 其 他 栽培 技术 ,使 双 季 稻 种 植 再 次 得 到 发 展 ;而 后 当 气 候 进 入 到 小 冰期 最 寒冷 的 十 七 世纪 后 期 ,长 江 下 游 双 季 稻 又 一 次 大 幅度 减少 .到 十 八 世 纪 前 期 ,在 康 申 亲自 创 导 下 ,通过 更 先进 的 栽培 技术 ,加 上 当时 正 值 温 暖 的 气候 ,使 双 季 稻 种 植 达到 新 水 平 ,并 对 解决 当时 人 口 急 剧 增加 所 带 来 的 粮食 供应 起 到 重 ”84， FE. 但 到 十 八 世纪 后 期 , 终 由 于 气候 再 次 转 冷 , 使 双 季 稻 种 植 又 几乎 中 止 。 至 十 九 世纪 三 十 年 代 虽 经 林则徐 等 大 力 提 创 ,长 江 下 游 双 秀 稻 再 次 得 到 发 展 ,但 终 因 气 候 寒冷 很 快 停止 了 了。 本 世纪 五 十 代 以 来 长 江 下 游 双 季 稻 大 面积 的 推广 并 获得 成 功 虽然 是 依靠 一 系列 新 的 栽 HAR ,但 该 时 期 盛行 的 温暖 气候 也 是 重要 原因 之 一 。 因 此 ,从 气候 变化 的 观点 来 看 ,长 江 中 下 游 现 行 的 种 植 制度 能 否 经 得 起 寒冷 气候 的 考验 是 值得 关注 的 一 个 问题 。 另 一 方面 ,如 果 未 来 几 十 年 由 co; 倍增 ,气温 增 暖 ,由 该 地 区 双 季 稻 种 植 是 有 利 的 。 当 由 于 年 平均 气温 增加 1C ,积温 可 增加 300C 左 右 , 相 当 于 生长 季 延 长 5 天 。 双 季 稻 北 界 将 北 移 500 公里 ,达到 黄河 下 游 地 区 。 (2) 历史 时 期 冬季 寒 暖 变化 及 柑 桔 等 亚热带 果木 种 植 界限 推移 历史 上 柑 桔 等 亚热带 植物 种 界限 的 推移 表明 该 地 区 农业 对 气候 敏感 的 另 一 个 证 据 。 中 国 是 世界 上 公认 的 柑 桔 原 产 地 ,迄今 已 有 三 .四 千年 栽培 历史 。 例 如 在 《 禹 贡 》 中 记 BR. RRL RA RT” AE ER ARCO SCRE) ,就 有 桔 柚 进贡 。 近 年 来 在 湖北 随 县 曾 侯 墓 葛 (2450 年 前 ) ,出 土 柑 桔 种 子 , 证 明 古 代 长 江 以 北 已 有 栽培 。 柑 桔 是 典型 的 亚热带 植物 , 当 极端 最 低 气 温 低 于 一 7C 时 即 可 遭 到 冻害 ,在 一 11C 以 下 即 可 章 毁 灭 性 冻害 。 因 此 , 柑 桔 种 植 北 界 主要 受 冬 季 极 端 最 低 气温 的 限制 。 Ril 中国 历 史 时 期 冬季 气候 寒 暖 变化 及 亚热带 作物 界限 推移 Temperature variation and shift of northern boundary of subtropical plants during histroical times in China. AA 气候 时 期 名 称 RETR ee, 作物 界限 推移 《与 现代 相 比 ) HI BE KA 夏 商 温暖 期 公元 前 1000 以 前 +3C#+5C 北 移 4 个 纬度 等 亚热带 和 热带 动 植物 分 布 于 黄河 中 下 游 地 区 。 = me - ., : KILERLENR, 西周 寒冷 期 公元 前 1000 一 800 年 约 南 移 工 个 纬度 物 想 期 推迟 。 一- 竹 、 梅 等 亚热带 在 黄河 .春秋 温暖 期 元 前 800 一 500 年 北 移 2 个 纬度 中 王 游 地 区 广 为 分 布 。 1 黄河 下 游 石榴 保温 三 国 一 南北 朝 寒冷 期 下 ‘ 南 移 1 个 纬度 才 可 越冬 ,淮河 封冻 。 喜 冷 植物 花粉 比例 增多 Wi FL 公元 580 二 950 年 16) it | Te ee ania 梅 树 不 能 在 华北 生长， FRR | 公元 前 950-1200 4 南 移 上 个 多 纬度 .| ， UNRATE Fae ris ces 宋 末 元 初 温暖 期 | 公元 1200 一 1300 年 北 移 约 工 个 纬度 二 长 江 中 下 游 亚热带 作物 明 清 小 冰期 公元 1300 一 1900 年 南 移 1 一 2 个 纬度 冻害 频繁 ,长 江 中 下 洲 三 大 湖泊 经 常 封冻 。 "85 。 我 国 历史 时 期 以 来 冬季 温度 曾 出 现 过 10°42 10° 年 时 间 斥 度 的 起 伏 波 动 。 其 中 于 年 时 间 尺 度 的 波动 ,冬季 最 低温 度 振 幅 约 有 一 2C 至 十 3C ,10: 年 时 间 斥 度 约 有 士 2C 的 变 幅 ,而 10" 时 间 尺 度 有 士 5C 的 变 幅 ,各 种 时 间 尺 度 的 变化 登 加 在 一 起 形成 复杂 的 变化 周期 ?这 足以 影响 到 几 千 年 来 我 国 桔 种 植 北 界 。 表 1 是 根据 历史 文献 中 有 关 亚 热带 动 植物 分 布 及 各 时 期 冻害 状况 估计 得 到 的 柑 桔 北 界 的 变迁 。 可 以 看 出 , 近 三 千 多 年 来 ,中 国 冬 季 温 度 出 现 过 4 次 温暖 时 期 和 4 次 寒冷 时 期 ?温暖 时 期 ,冬季 平均 气温 分 别 比 现代 高 十 1C 至 十 5 ,寒冷 时 期 冬季 平均 气温 分 别 较 现 代 低 二 IC 至 一 2C 。 相应 的 柑 桔 种 植 北 界 较 今 北 移 1 一 4 个 纬度 或 南 移 I 一 2 个 纬度 。 例 如 5 在 夏 商 温暖 时 期 , 柑 桔 种 植 北 界 可 以 达到 黄河 下 游 地 区 ,这 可 以 从 当时 竹 、` 象 .水 狂 ,\ 水 牛 等 亚热带 和 热带 动 植物 广泛 分 布 的 黄河 中 下 游 得 以 证 实 。 西 周 ( 公 元 前 十 一 世纪 至 公元 前 77I 年 ) 寒 冷 时 期 , 柑 桔 北 界 南 移 至 长 江 以 南 ;春秋 时 期 (公元 前 770 一 475 年 ), 柑 桔 北 界 北 移 至 淮河 以 南 , 所 以 有 “ 柑 生 于 淮南 则 为 桔 , 生 于 淮北 则 为 枫 ”, 的 诗句 。 意 思 是 说 柑 桔 宜 于 淮河 以 南 地 区 生长 , 若 种 到 淮河 以 北 就 变 成 机 木 了 。 以 后 到 秦汉 时 期 因 气 候 寒冷 , 柑 桔 北 界 再 次 南 移 。 隋唐 (公元 581 一 907 年 ) 时 期 ,冬季 平均 温度 比 现 在 高 1C 以 土 , 柑 桔 北 界 又 向 北 推移 。 到 12 世纪 ,气候 急剧 转 冷 ,由 于 柑 桔 种 植 界 限 没有 作 相 应 调整 ,使 江南 柑 桂 ,包括 其 它 热带 和 亚热带 果木 章 毁 灭 性 冻害 。 例 如 公元 1111 年 的 严寒 ,太湖 封冻 ,从 唐 代 建 立 起 来 的 太 湖 洞庭 山 的 桔 园 遭 毁 灭 性 冻害 。 据 k 砚 北 和 杂志》 记载 ;洞庭 以 种 桔 为 业者 ,其 利 与 农 亩 等 。 宋 政和 元 年 (公元 1111 年 ) 冬 大 寒 , 积 雪 斥 余 AKRK, Lis SH ERMA RAR”. 13 世纪 中 国 气 候 进 入 小 适宜 期 , 柑 桔 北 界 达到 南阳 地 区 。 但 持续 1 世纪 后 ,到 到 世纪 中 国 气 候 进 入 到 一 个 持续 的 寒冷 时 期 ,特别 是 到 十 七 世纪 末期 达到 顶峰 ,由 于 柑 桔 种 植 北 界 未 作 及 时 调整 , 柑 桔 园 屡 遭 毁灭 性 打击 。 现代 柑 桔 种 植 北 界 已 达到 江苏 南通 ,盐城 .苏州 ,无锡 镇江、 安徽 省 的 安庆 ,湖北 省 武 昌 、 郧 县 ,河南 省 邓 县 ,陕西 省 的 汉中 ,甘肃 省 的 武 都 一 线 。 这 已 接近 或 超过 了 历史 时 期 中 国 柑 桔 种 植 的 最 北 界线 。 公元 1300 一 1900 年 间 是 中 国 历史 时 期 以 来 持续 时 间 最 长 的 寒冷 时 期 。 在 这 一 时 期 内 的 历史 文献 中 有 许多 关于 柑 桔 冻害 的 记载 ,其 中 尤 以 公元 15 世纪 中 叶 以 来 长 江 中 下 游 地 区 的 柑 桔 冻害 和 冬季 寒冷 现象 的 记载 尤为 详细 。 而 这 一 时 期 正 值 全 球 小 冰期 , 即 中 国 称 之 为 明 清 小 冰期 。 把 出 现 柑 桔 冻 死 ,或 比 柑 树 更 耐寒 的 木 本 植物 如 樟树 .竹子 、 梅 树 等 冻 死 ,或 该 地 区 洞庭 湖 、 寻 阳 湖 \ 太 湖 封 冻 及 沿海 结 冰 等 现象 的 年 份 定 为 长 江 中 下 游 地 区 柑 桔 严重 冻害 年 ， 这 样 可 以 统计 出 1450 一 1979 年 间 每 十 年 柑 桔 严 重 冻 害 的 年 数 。 R2 长 江 中 下 游 地 区 柑 桔 严重 冻害 统计 结果 Statistical result of year in which orange were freezed to death in the Middle and Lower Changjiang River Valley ? 一 1490 | 1491 一 1540 | 1541 一 1620 eine 1720 | 1721— at 1831 一 a a iam on = 16 = 2.6 2 3 Wi 冷 时 期 持续 年 数 冻害 年 数 平均 每 十 年 冻害 年 数 气候 特点 * 86° 从 公元 1450— 1979 年 的 529 年 中 共 出 现 79 个 严重 冻害 年 ,平均 每 10 年 中 有 1. 5 年 。 但 是 冻害 年 数 随时 间 分 布 是 不 均匀 的 。 在 寒冷 时 期 :1491 一 1540 年 ,1621 一 1720 年 ,1831 一 1900 年 间 每 10 年 中 发 生 2. 3 一 2.6 年 严重 冻害 年 ,在 温暖 时 期 :1541 一 1620 年 ,1721 一 1830 年 ,1901 一 1979 年 每 10 年 中 出 现 1. 0 一 1.1 个 严重 冻害 年 。 详 细 统 计 结 果 如 表 2 所 示 。 统计 结果 表明 , 明 清 小 冰期 气候 寒 暖 状况 仍 有 波动 的 ,本 世纪 以 来 是 处 于 气候 较为 温暖 时 期 。 过 去 有 大 根据 气象 记录 研究 本 世纪 以 来 柑 桔 冻害 ,认为 长 江 中 下 游 地 区 柑 桔 冻害 大 约 有 10 年 左右 的 周期 。 但 从 气候 长 期 变化 来 看 ,这 一 结论 仅仅 适用 于 该 地 区 近代 气候 时 期 的 平均 状况 。 同 时 严寒 冬季 的 出 现 并 不 遵循 一 定 的 周期 ,而 往往 有 集中 出 现 的 趋势 . 例如 公元 1503 一 1515 年 的 13 年 中 出 现 ?7 次 严重 冻害 ;而 1720 一 1744 年 中 柑 桔 并 未 遭受 过 严重 冻 害 。 和 在 公元 1500— 1900 年 间 , 由 于 章 到 强 寒 湖 的 侵袭 使 柑 桔 种 植 界限 明显 向 南 推移 。 根 据 历史 文献 记载 ,绘制 了 中 国 小 冰期 柑 桔 冻 死 南 界 。 该 界限 的 意义 是 ,在 界限 以 南 在 明 清 小 冰 期 中 未 发 生 过 柑 园 毁灭 性 冻害 ,而 界限 以 北 则 至 少 发 生 过 一 次 以 上 的 毁灭 性 冻害 "，。 柑 桔 冻 死 南 界 东 至 黄岩 , 衢 县 , 南 丰 ,安福 ,到 衡阳 一 线 。 东 部 地 区 大 致 在 北纬 29", 西 段 湖南 省 境 内 大 致 在 北纬 27", 界 限 随 经 度 的 差异 主要 是 地 形 条 件 引起 的 。 由 此 看 来 ,长江 中 下 游 地 区 ， 如 江苏 浙江、 安徽 .江西 ,湖南 ` 湖 北 现代 主要 柑 桔 产地 在 历史 上 大 部 分 都 遭受 过 毁灭 性 冻 害 。 这 是 值得 注意 的 。 当然 ,如 果 未 来 几 十 年 由 于 Co 倍增 而 使 气温 升 高 , 则 可 使 柑 桔 种 植 界限 的 北 移 至 淮河 流域 ,并 使 柑 桔 种 植 区 冻 害 大 为 减少 。 四 气候 敏感 区 除了 了 主 面 所 说 的 三 个 敏感 带 之 外 ,还 存在 二 个 对 气候 变化 响应 敏感 地 区 :, 即 东北 敏感 区 、 黄 淮海 敏感 区 。 但 引起 各 敏感 区 的 主要 气候 因子 是 不 同 的 。 1. 东北 敏感 区 东北 地 区 是 中 国 纬度 最 高 的 地 区 。 该 地 区 夏季 气候 温 凉 湿润 ,冬季 漫长 而 温度 低 。 全 年 无 霜 期 约 100 一 200 天 ,>10C 积 温 在 1300 一 3700C 之 间 。 按 目前 的 气候 状况 ,水 热 条 和 件 基 本 能 满足 大 豆 玉米、 高 梁 、 谷 子 . 春 小 麦 \ 水 稻 及 昔 类 作物 生长 需要 .是 中 国 重 要 的 商品 粮 基 地 之 一 5 短 的 生长 季 和 夏季 低温 是 影响 农业 生产 的 主要 不 利 气象 因素 。 也 是 造成 单产 低 , 产 量 年 际 变化 大 的 主要 原因 有 或 者 说 ,生长 季 热 量 条 件 的 变化 是 造成 该 地 区 农业 对 气候 变化 敏 BYES RA. 例如 ,1969 旨 972,1976 年 因 低 温 冷 害 , 东 北三 省 的 粮食 总 产 分 别 减 少 126 亿 斤 .95 亿 斤 和 83 亿 斤 。 东北 地 区 低温 冷害 年 出 现 有 明显 的 阶段 性 , 据 长 春 地 区 温度 记录 ,从 1909 年 以 来 可 以 分 为 四 个 阶段 * 即 1909—1918,1953—1974 年 为 冷 期 ,1919 一 1952 年 ,1975 年 至 今 为 暖 期 ， 在 两 段 冷 期 中 有 8 个 严重 低温 冷害 年 和 6 MEE. 在 历史 时 期 东北 地 区 曾经 历 过 更 大 幅度 的 温度 变化 并 对 农业 造成 重大 影响 。 例 如 ， ° 87° 在 唐 代 ( 公 元 618—907) (48k tit RY BH. AR ICS BR OK IE a SEE. TET AS + PEE) 记载 :“ 卢 州 之 稻 、 龙 州 之 绸 ”。 并 谓 之 为 两 大 特产 。 据 考证 , 卢 州 在 今 吉 林 省 和 龙 县 以 东 50 公 里 处 * 龙 州 位 于 今 黑 龙 江宁 安县 东京 城 (又 称 渤海 滨 )。 当 时 居住 在 松花 江 下 游 和 黑龙 江 中 下 游 的 黑 水 茜 葛 民族 向 唐 朝 进贡 过 霞 岗 等 。 但 这 一 带 今日 很 少 养 梓 鼻 .十 七 世纪 下 半 世 纪 为 中 国 小 冰期 最 盛 时 期 ,当时 东北 黑龙 江 省 一 些 较 喜 温 作物 不 能 种 植 . 清 朝方 拱 乾 于 顺治 十 八 年 《1661 年 ) 到 宁 古 塔 ( 现 黑龙 江 省 于 安县 境内 ) 附 近 居 住 三 年 。 据 《 绝 域 纪 略 ) 记 载 :四 时 和 皆 入 冬 , 七 月 露 , 露 而 白 , 如 汁 流露 之 MAR BUSS. NAS RH L,-SMR EK 年 三 月 方 释 ,五 .六 月 如 中 华 二 .三 月 "由 于 气候 寒冷 ,作物 不 能 正常 成 熟 。“ 树 畜 开 改 来 ,不 REAM. ARAB ARE FR) ARB 2, DOE PURE. RR WULF RH PKA. ERK KG LESS ED. 4A BALE EET BY D4 So. BA RECS) ARBRE, RFS DRE. ChE ER “BAAD HEB. MBAR: BAZ 1699 PM HHAKE BEAR RE BG oes EA CBB 1709 年 ) 始 种 魔 子 ,而 铃 销 从 墨 而 根来 , 仅 以 饲 马 , 间 取 和 作 马 .” 至 十 八 世 纪 20 年 代 , 气 候 明显 转 上 暖 ,齐齐哈尔 一 带 的 气候 , 据 《 宁 古 塔 纪 略 3B 载 :“ 诸 谷 皆 生 侨 ”.。 唐 申 五 十 六 年 (1718 年 ) 在 ( 清 实录 圣 祖 实录 )》 中 说 :天 时 地 气 , 亦 有 转移 ”“”…… 黑 龙 江 地 方 ,以 前 冰冻 有 厚 八 太 者 , 今 却 和 上 暖 ,不 似 以 前 。 十 九 世 纪 后 期 ,中 国 又 经 历 了 一 次 寒冷 时 期 。 据 李 树 棠 的 《 东 缴 纪行 》 记 载 " 引 四 十 五 里 次 拉 险 戈 ( 今 吉林 省 榆树 屯 南 115 Bh reer AB: 夏季 少雨 ,籽粒 未 实 , 七 月 中 名 ,天 降 黑 霜 RRKERS WMPRSB rr” aE 可 见 , 东 北 地 区 历史 上 生长 季 低 温 一 直 是 影响 农业 的 主要 因子 。 东北 地 区 农作物 受 低温 的 影响 主要 是 延迟 型 冷害 , 即 因 生 长 季 和 低温 度 作 物 生育 期 延迟 ， 光合 呼吸 强度 .叶绿素 含量 根系 氧气 力 等 明显 降低 ,从 而 使 千粒重 减少 .图 王 中 斜 线 表示 的 区 域 是 指 冷害 频率 大 于 40%% 地 区 。 2. 黄 淮海 敏感 区 黄 淮海 地 区 热量 资源 比较 丰富 ,无 霜 期 为 195 一 225 天 ;之 10C 积 温 为 3800 一 4900C ， 热量 条 件 基本 能 满足 两 年 三 熟 和 一 年 两 熟 种植 制 度 和 需要 。 该 地 区 早 涟 灾害 是 影响 农业 主 要 因子 。 例 如 ,1951 一 1980 年 间 受 气候 灾害 影响 损失 共计 857 亿 公斤 , 占 全国 总 损失 的 28% 。 其 中 旱灾 损失 914 亿 公 斤 , 占 华 北 总 损失 的 57% RAK 149 亿 人 公斤, 占 华 北 总 损 失 的 185%% 。 涝 旱 兼 有 的 损失 为 195 亿 公 斤 , 占 华 北 总 损失 的 22% ,冷冻 等 损失 约 22 亿 公 斤 ， 占 总 损失 的 3% 。 根 据 近年 旱 涝 灾 害 对 农业 生产 造成 损失 的 统计 ,可 见 该 地 区 旱 、 BRE Be 造成 农业 低产 及 产量 不 稳定 的 主要 原因 。 黄 淮 地 区 旱 送 频繁 的 根本 原因 ,是 由 于 它 位 于 东亚 季风 区 域 的 北部 ， 每 年 夏季 风 来 和 迟 ,去 得 早 , 降 水 等 中 于 夏季 ,6 一 8 月 降水 仅 占 全 年 55 一 75%% ,而 且 越 往 北 ,集中 温度 越 高 ， 且 常 以 暴雨 形式 下 降 。 总 之 ,降水 量 少 ,年 内 分 配 不 匀 ,年 际 变 率 过 大 ,是 造成 该 地 旱 涝 频 繁 的 主要 气候 原因 。 在 漫长 的 历史 时 期 内 , 随 着 气候 变化 ,季风 强度 及 其 所 达到 北 界 位 置 也 发 生变 化 ,并 影 响 降 水 地 现 分 布 及 季节 分 配 。 郑 斯 中 根据 近 500 年 旱 涝 顺 序列 资料 分 析 了 生产 关系 了 温度 变化 与 降水 变 率 的 关系 后 指出 ,中 国 冬季 温度 长 期 变化 与 降水 变 率 有 明显 的 关系 ,其 中 负 相 关中 心 区 正好 位 于 黄 淮海 地 区 .也 就 是 说 ,在 寒冷 时 期 , 黄 淮海 地 区 降水 变 率 大 ,而 温暖 时 期 "88 。 降水 变 率 减少 9 。 作者 统计 了 中 国 东 部 主要 农业 区 ,小 冰期 典型 温暖 时 期 (1736 一 1770 年 ) 和 典型 寒冷 时 期 (1841 一 1890) 年 两 个 时 期 秋季 收成 的 差异 ,发现 寒冷 时 期 秋 作 物 平 均 收 成 普遍 比 温暖 时 期 减少 10 一 20% ,其 中 , 黄 淮海 地 区 为 全 国 最 大 减产 中 心 , 平 均 减 少 20% 一 25%% 以 上 。 黄 淮海 地 区 在 气候 寒冷 时 期 成 为 减产 中 心地 区 的 部 分 原因 可 以 归 同 于 该 地 区 繁殖 的 蝗 虫 灾害 。 黄 淮海 地 区 是 中 国 历史 上 蝗灾 最 严重 地 区 , 据 1501 一 1950 年 近 450 年 资料 统计 分 析 ,该 地 区 平均 蝗灾 频率 达 30% 以 上 。 频 率 发 生 与 温度 变化 有 密切 关系 ,在 寒冷 时 期 (1501 一 1550,1651 一 1700,1841 一 1890) 蝗 灾 频 率 达 30% 以 土 ,而 温 暧 时 期 (1551 一 1600,1721 一 1770,1916 一 1950) 频 率 为 20% 以 上 。 寒冷 时 期 形成 的 该 地 区 降水 不 稳 是 促使 蝗虫 频繁 发 生 的 重要 原因 ,从 而 进一步 导致 该 地 区 农作物 产量 下 降 。 ste S$ 考 X 献 C1) PSE PR MSRE MA TRH AL ALR, 13€1991), [2] -全球 气候 变化 对 策 研 究 专家 组 ;全球 气 候 变 化 及 其 对 策 , 国 家 科技 发 展 司 "118(1990)。 [3] 史 念 海 * 两 千 三 百年 来 鄂尔多斯 高 愿 和 河套 平原 农林 牧 地 区 的 分 布 及 其 变迁 ,北京 师范 大 学 学 报 ， 〈6)，G1980) 。 [4] 史 念 海 , 黄 土 高 原 及 其 农林 牧 分 布地 区 的 变迁 ,历史 地 理 , 第 四 辑 ,21 一 33(1986) 。 [5] 侯 仁 之 ,从 红柳 河上 的 古城 废墟 看 毛乌素 沙漠 的 变迁 ,文物 ,(1),35 一 41(1973)。 [6] “ 侯 仁 之 、 俞 伟 超 , 乌 兰 布 和 沙漠 的 考古 发 现 和 地 理 环 境 的 变迁 ,考古 ,(3),(1973)。 [7J_ 赵 了 永 复 ,历史 上 毛乌素 沙 地 的 变迁 问题 ,历史 地 理 ,第 四 辑 ,(1986)。 [8] 谭 其 下, 何以 黄河 在 东汉 以 后 会 出 现 一 个 长 期 安 流 的 局 面 , 学 术 月 刊 ,(2),(1962) 。 [9] 王 尚 义 , 历 史 时 期 鄂尔多斯 高 原 农 笋 业 的 交替 及 其 对 自然 环境 的 影响 ,历史 地 理 第 五 辑 ,11 一 24 (1987), [10]， 陈 育 宁 ,鄂尔多斯 地 区 沙漠 化 的 形成 和 发 展 论述 ,中 国 社会 科学 \(2)572(1986)。 [11] Ggofa Gong(# Bik) and S. Hameed, The variation of moisture conditions in China during the last 2000 years, International Journal of Climatology, (1),271—283(1991). (12) FPRBRXML A, BREW KMS HR, BREWS KK, (1980), (13) ZORA EKA RRS RL ,大气 科学 ,4(1),40 一 48(1980) (14) ZEA KA RTS F/R RIL FS ae Ae aE, 2(2) , 20311983). (15) Zee SEM MRR B Se FH? RES ARR, (6),2—4(1977), (16) ZBR RADLPLHARKSSIEOR LERERH PRHBKSAR, RH mtt,1—17 (1983), [17] Tom, RIK RRA EH CRD. RAC ERK MIRC, TR tL, 13—14(1979), [18] SES. Ra AR He HR 3402), 129—138(1979), (19) 郑 斯 中 、 汉 丽 文 ,我 国 冷 的 时 期 气候 超常 不 稳定 的 历史 证 据 , 中 国 科 学 (B #8), (11), 1038 — 1044 (1985), s 89 . Identification of Climatically. Sensitive Agricultural Areas of China * 8 Gong Gaofa 。 (Institute of Geography ，Chinese Academy of Sciences ) Sultan Hameed (State University of New York, Marine Sciences Research Center, at Stony Brook, N. Y. 11794-5000) c Abstract We have identified five areas in China where agriculture is particularly sensitive to climate change. Three of these areas are narrow geographical belts within which agriculture shifts according to the prevalent climatic condition. One sensitive belt separates the non-agricultrual cool highlands of the west from the neighboring agricultural regions. Agricultural productivity here is related to the ambient temperature in the growing season. The narrow belt extending northeastward from the Yel- low River Valley and bordering Ordos Desert and Inner Mongolia separates the regions of animal hus- bandry and agriculture; crop growth in this belt is sensitive to summer rainfall. A belt where agricul- ture is sensitive to low temperatures in winter and to accumulated temperatures extends westward from the lower Yangtze River Valley and divides the subtropical and the temperate regimes. Agricul- ture in the generally cool region of Northeastern China is particularly sensitive to the temperature in the growing season. Agriculture in the region bordering the Pacific Ocean and the Yellow and Huai Rivers is velnerable to frequent droughts and floods as well as to locust epidemics. Historical data on the relationships between agricultural production and climatic factors are presented. Key Words; Agricultural Production Climate Change Agricultural Regions * This works is partial study of Climate Change Induced by CO2 Doubling Cooprated by CAS, China/DOE, USA, and was performed under the auspices of the CO2 Research Division, Office of Basic Energy, U.S. Department of Energy through Grant DEFG0285ER60314A007 to the State University of New York at Stony Brook. * 90+ 全 新 世 中 期 中 国 的 地 面 空 气温 度 场 ik # 中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 》 Wei-Chyung Wang (ASRC,100 Fuller Road, Albany SUNY, NY, 12205 USA. ) 摘 ， 要 :根据 中 国 古 气候 , 古 植物 和 考古 资料 ,我 们 总结 研 究 了 中 国 全 新 世 中 期 年 平均 和 季 节 平 均 的 地 面 空 气温 度 分 布 。 结 果 表 明 ; 全 新 世 中 期 时 ,地 面 空 气温 度 较 现 今 约 高 2 一 3C 。 在 中 BREE ,纬度 越 高 ,全 新 世 中 期 与 现今 的 地 面 空气 温度 差 值 越 大 。 在 中 国 东北 地 区 和 青藏 高 原 南部 出 现 了 全 国 最 大 差 值 , 约 5'C 。 EP MME SMe , 差 值 越 小 ,或 变化 不 大 。 青藏 高 原 的 年 平均 空气 温度 (AMSAT7 比 现今 高 出 4 一 5C 。 全 新 世 中 期 的 季节 平均 空气 温度 (SMSAT) 也 比 现 局 今 高 ,最 大 的 差 值 出 现在 中 国 东北 地 区 的 冬季 ; 约 8 二 9C ,而 最 小 的 差 值 出 现在 中 国 华南 地 区 的 BS ICES. 关键 词 :全 新 世 中 期 “空间 -气候 方程 ”等 值 线 ee a 世界 范围 内 许多 领域 的 科学 家 对 CO, 倍增 引起 的 全 球 气候 变 暖 问题 给 予 很 大 的 重视 。 研究 表明 ,由 于 大 气 中 CO* 浓度 的 不 断 增 加 ,全 球 表面 空气 温度 将 增加 2 一 3C- 93。 笠 可 祯 先生 在 过 去 对 全 新 世 中 期 的 研究 表明 : 那 时 的 中 国 地面 空 气温 度 比 现今 要 高 出 2C 左 右 汪 ， Lamarche,Lamb 的 研究 也 有 对 其 他 地 区 的 类 似 结果 ”"。 这 里 全 新 世 中 期 指 8000 年 到 5000 年 . B.P. 也 即 大 西洋 期 ,在 一 些 文章 中 从 第 四 纪 地 史 角 度 也 记 为 Qi。 历史 常常 是 未 来 的 一 面 镜子 .研究 古 气候 和 古 环境 ,比较 古 气候 与 由 于 CO* 倍增 所 可 能 引起 的 未 来 气候 ,能 够 增加 我 们 对 气候 发 展 变化 的 理解 .许多 古 地 质 \ 古 生物 . 古 气 候 和 考古 专家 对 中 国 不 同 地 点 的 古 气 候 条 件 进 行 了 大 量 研究 ,通过 孢 粉 分 析 和 C"“ 断 代 技 术 收 集 了 大 量 古 植被 的 基础 资料 ,并且 推 断 了 一 些 地 方 的 古 气 候 和 十 环境 状况 .但 是 这 些 研 究 的 重点 在 这 些 单个 地 点 的 古 气候 和 十 环境 的 时 间 系 列 的 变化 。 进 一 步 从 空间 角度 在 中 国 范围 内 进行 系统 的 研究 ,得 出 全 新 世 中 期 的 一 些 气候 因子 如 温度 、 降 水 等 的 空间 分 布 图 是 非常 必要 的 。 为 研究 右 气 候 因子 空间 变化 ,重建 古 气 候 , 为 了 检验 GCM 关于 古 气 候 的 模拟 结果 ,我 们 收 集 ` 整 理 了 中 国 全 新 世 中 期 49 个 点 的 年 平均 温度 的 研究 结果 或 基础 资料 ;根据 中 国 现代 260 个 气象 站 的 资料 和 全 新 世 中 期 的 年 平均 气温 资料 又 进一步 推断 出 全 新 世 中 期 的 季节 平 均 温度 资料 。 在 本 文中 我 们 对 这 些 年 、. 季 平均 地 表 空 气温 度 的 特征 进行 了 研究 ,并 得 到 了 中 国 全 新 世 中 期 年 . 季 平 均 地 面 空 气温 度 分 布 的 5 张 气候 图 。 米 本文 为 中 国 科 学 院 和 美国 能 源 部 合作 研究 项 目 (COs 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 . 91 . 二 、 基 本 资料 “植被 是 环境 的 温度 计 ”] 对 于 现代 植被 和 古代 植被 都 是 正确 的 。 我 们 可 以 从 全 新 世 中 期 的 植被 推断 出 一 些 当时 的 古 环境 因子 状况 。 孢 粉 分 析 和 C"“ 断 代 技 术 是 推断 古 植被 类 型 的 有 用 的 方法 ,从 60 年 代 起 中 国学 者 在 这 方面 进行 了 大 量 的 工作 并 且 积累 了 许多 资料 。 本 工 作 中 使 用 的 大 多 数 的 AMSAT 资料 是 根据 先前 的 作者 从 孢 粉 分 析 和 C"“" 断 代 技 术 中 得 到 的 。 我 们 收集 资料 的 49 个 站 点 位 置 可 以 从 图 1 中 看 出 ,其 中 东北 地 区 7 个 点 ,华北 6 个 点 , 西 北 、 华 东 、 华 南 和 西南 分 别 为 8,10,5 和 14 个 点 。 表 1 列 出 了 这 些 站 点 的 经 度 、 纬 度 、 全 新 世 中 期 的 AMSAT 和 资料 出 处 等 。 需 要 说 明 的 是 大 约 一 半 资 料 给 出 了 c"“ 断 代 的 具体 年 代 结 果 , 而 另 一 半 仅 给 出 时 间 范 围 ,例如 黑龙 江 省 同 江 中 确切 的 年 代 ,属于 全 新 世 中 期 。 而 有 些 点 ,给 出 的 是 时 间 范 围 四 ,如 察 右 中 旗 义 发 泉 。 但 是 不 论 那 种 情况 ,所 有 点 的 年 代 都 是 属于 全 新 世 中 期 之 中 的 。 一 般 来 说 从 孢 粉 分 析 资 料 中 确定 年 平均 温度 时 ,第 一 步 是 确定 植被 类 型 ， 然后 我 们 可 以 从 现代 植被 与 之 赖 以 生存 的 环境 之 间 的 关系 中 去 确定 和 推断 古 气候 的 状 次 。 确定 植被 生存 的 温度 指标 是 一 种 困难 和 复杂 的 事 。 我们 根据 中 国 植被 区 划分 布 图 ”和 中 国 年 平均 气温 分 布 图 分 析 得 出 中 国 不 同 种 类 植被 要 求 的 年 平均 气温 范围 ,这 些 图 是 中 国 植 被 “编辑 委员 会 和 中 国 气候 图 集 ” 编 辑 委 员 会 绘制 或 编辑 的 。 图 1 站 点 位 置 分 布 图 Location of Stations 292. Rl 站 点 状况 表 上 Information of Locations (2830 13.2 | 同上 i218 is 4 | ME 1630 (191967 9 | Huanghua 黄骅 117924! 15.5 | [20] 施 迪 光 等 ,1984 ET [周明 明 ,1986 Tat (20 BF, 1984 i 5 _| BLE 22 ,1988 hick fa [22J 麦 麦 提 ,1 [23J 文 启 忠 等 ,1988 17 | HongWuYue*> Qiao 红 五 月 桥 87°42! [24 FA EL AX, 1983 18. | Qijiaojing 七 角 井 91°24! [26] 施 雅 凤 等 ,1989 19 | Qinghaihu 青海 湖 100°18" 3.5 [25] 施 雅 凤 ,1989 20 | Yifaquam 义 发 泉 112*42/ 41°18! (19 ]38 RH, 1987 (9) Jal ax E1984 21 108°48' | 34°24! 15.0 | [4] ay 27,1973 22 109*16'， | 35°48" 13.9 | [19] 奢 高 法 ,1987 23 121°06" | 31°12! 17.7...| [27] EFF, 1978 z i200 IE 四 1 8.5 | C12 Jor 1087 5 i554 6 | CoE. 1074 rf zi. | La Aa RG i | Regie SW ae | eee | es | F107 2 (eI a 1978 3 | Huacnuan FE ALE (1a AREF 108i 5 7.0_| Calera 1978 6 7 8 82°06’ 44°24! 975 i 124 23.0" | Cs FA TOR c sr ET ZE 辣 上 s 93° ET 368 [Cuogin 搬 则 | 6530 | aro | 了 5 | Coa a 2987 本 (a5 ae 1985 0 [uw SR *d Caron | ase | 10 | Cal emm, 9A si [Steneta AALS farie | srso | 00 [mE 和 EYE 107% 和 fsa), 1085 4 [Xchange Coro | era [0.0 | Came 1988 15 [Zyane HR oes | aoe | 186 | Cio Rm A987 和 00 Ra 198 | Yaama Rd; tors | asa | 18.7 | Ca 1978 16 | Zronasion 中 条 | 6538 |] 2742 | 10.8 | Car REM 1988 19 [Ning FH | tose foro | io [mE AMSAT Desired by Some Vegetations 要 求 年 平均 温度 er | 温带 北部 斜 叶 、 阔 叶 混交 林 中 国 植被 编辑 委员 会 ,1980 温带 南部 斜 叶 、 阔 叶 混交 林 3 一 6 中 国 气候 图 集 委员 会 ,1980 暖 温 带 北部 落叶 阔 叶 林 1p 4 fe 暖 温带 南部 落叶 阔 叶 林 Sos va 同上 亚热带 北部 落叶 * 常 绿 阔 叶 混交 林 | 14-16 Ab a BB AR ITO AK IC FE 同上 亚热带 中 部 常 绿 阔 叶 林 (南部 ) 同上 亚热带 南部 季风 常 绿 阔 叶 林 20 一 22 同上 热带 季风 雨林 >22 同上 上 温带 荒漠 —2-1 同上 一 暧 温带 荒漠 同上 Be 2 是 在 植被 类 型 所 要 求 的 AMSAT 温度 变化 范围 中 纬度 .地 形 和 地 瑶 因 子 影响 AM- SAT 确定 的 精度 ,例如 浙江 省 宁波 和 安徽 省 安庆 的 古 植被 应 属 中 亚热带 南部 地 区 的 常 绿 阔 叶 林 ,确定 年 平均 温度 分 别 为 18. SCAM 18. 4C5959 ,浙江 省 余姚 的 AMSAT 是 没有 文献 确 定 , 因 为 余姚 的 孢 粉 谱 与 安庆 、 宁 波 相 近 , 植 被 类 型 当 属 同 种 ,而 余姚 较 宁 波 偏 北 , 因 此 确定 224° 为 18.0C 一 18.5C 左 右 。 在 表 1 中 给 出 的 一 些 点 的 全 新 世 中 期 年 平均 温度 就 是 根据 上 例 的 方法 在 本 工作 中 确定 的 ,而 过 去 一 般 只 有 孢 粉 分 析 资 料 而 没有 进一步 推断 。 有 个 别 点 的 全 新 世 中 期 年 平均 温度 的 推断 是 根据 植被 中 特征 种 的 生物 气象 学 指标 而 确定 的 。 例 如 为 了 推断 全 新 世 中 期 黄河 流域 的 古 气 候 , 竺 可 祯 先生 根据 当时 该 地 生长 竹子 这 一 事实 和 竹子 至 少 生 长 在 年 平均 温度 14C 这 一 生物 气象 学 指标 ,推断 当时 黄河 流域 的 安阳 ` 历 城西 安 等 地 属于 亚热带 植被 和 亚热带 气候 忆 。 按 照 符 老 的 方法 ,我 们 考虑 在 东莞 和 中 山 的 孢 粉 谱 中 存 有 木 沙 AB ` 海 金边 、 棕 桐 等 热带 植物 ,AMSAT 应 在 22C 之 上 ,根据 具体 纬度 的 差异 分 别 订 在 22*5C 和 23C 左 右 049 。 三 、 中 国 全 新 世 中 期 季节 平均 地 面 空气 温度 推算 方法 为 了 确定 中 国 全 新 世 中 期 的 SMSAT ,我 们 作出 下 面 假定 5 无论 对 于 现在 ,还 是 对 于 全 新 世 中 期 ,中 国 地 面 空气 温度 场 的 要 素 之 间 的 关系 是 相似 的 。 换 名 话说 ,它们 的 物理 基础 和 规 律 在 两 个 时 期 几乎 是 不 变 的 。 这 个 假定 是 根据 以 下 基本 事实 作出 的 。 《1) 太 阳 辐 射 的 基本 状况 在 全 新 世 中 期 与 现今 没有 多 大 差别 扫 。 《2) 从 全 新 世 中 期 以 来 ,海陆 分 布 状况 和 格局 已 经 基本 形成 " 。 《3) 除 青藏 高 原 外 ,全 新 世 以 来 中 国 地 形 、 地 和 角 的 分 布 状况 已 基本 形成 ,没有 多 大 变 1c. 《4) 全 新 世 中 期 以 来 ,中 国 植被 的 基本 类 型 及 其 分 布 已 经 形成 69 。 这 些 研究 结果 表明 ,从 气候 形成 的 角度 来 看 ,全 新 世 中 期 的 气候 形成 条 件 与 现今 气候 形 成 条 件 没 有 多 大 区 别 。 因 此 ,我们 可 以 利用 现代 气候 资料 ,从 温度 场 要 素 之 间 的 关系 出 发 , 推 断 全 新 世 中 期 的 SMSAT。 Ay SS El FP BB] HF Hh SR ES PAA PR EE SK IT SMSAT 经 度 、 纬 度 、 海 拔高 度 与 AMSAT 之 间 的 空间 -气候 方程 。 为 提高 经 验方 法 的 精度 和 得 到 较 好 的 相关 关系 ,我 们 将 中 国 分 成 平原 .内 陆 和 高 原 三 个 区 域 进行 计算 。 我 们 使 用 的 现代 气候 资 料 包 括 全 国 260 个 站 点 的 从 1954 年 到 1983 年 逐 月 的 资料 ,资料 来 源 于 中 国 科学 院 大 气 物 理 所 曾 昭 美 等 人 整理 的 国家 气象 局 公布 的 台 站 气象 资料 。 对 于 平原 区 ,包括 东北 大 平原 .华北 平原 ,长江 中 下 游 平原 .珠江 三 角 州 平原 ,主要 集中 在 中 国 东部 。 在 这 个 区 域 中 有 : T,=— 34. 0725 十 0. 09094+ 0. 0044H+1. 74137, (1) 7, =0. 9939 T,= 16. 4483—0. 11834+0. 82307, (2) 72 一 0. 9932 T;=11. 0696+0. 1710p—0. 0022H+0. . 61757, (3) 73 一 0. 9784 T,=—9. 3636 十 0. 08192 十 1. 07957, 4 ) 7 二 名, 9972 RET, 代表 全 新 世 中 期 年 平均 气温 ,7 代表 全 新 古 中 期 冬季 平均 气温 ,TzZa 和 开 分 别 代表 春 , 夏 ,秋季 平均 气温 。m ,rzy7s 和 74 为 四 个 季节 的 空间 气候 方程 的 复 相 关系 数 。 是 经 度 ,9 是 纬度 , 妃 是 海拔 高 度 。 内 陆地 区 仅 包括 中 国 的 西北 地 区 和 内 蒙古 自治 区 ,对 于 内 陆地 区 ,有 : T,=6. 3304—0. 5662p+ 1. 01677, (5) r,=0. 9573 T,=2. 1998—0. 02984+ 0. 06239+1. 01557, (6) 72 一 0. 9872 T,=— 9. 3129 十 0. 034+ 0. 50589p 十 1 02277, (7) r3=0. 9509 T,=4. 1464—0. 0674p—0. 0005H+ 0. 87887, (8) r,=0. 9926 高 原 地 区 包括 青藏 .云南 高 原 一 带 , 以 即 中 国 西南 地 区 为 主 , 在 高 原 地 区 有 : T= —9. 8048—0. 2345p+ 0. 0018H+ 1. 38327, | (9) 71 =0. 9903 | T,.=—4. 0390+0. 0010H +1. 23427, (10) r2=0. 9963 T;=8. 0981+0. 3152p—0. 0022H +0. 54027, (11) r3=0. 9874 T,=4. 1828—0. 0465p—0. 0005H+0. 87527, (12) r4 一 0. 9982 « 96 。 这 些 空 间 - 气 候 方 程 不 仅 考虑 到 温度 场 中 因子 之 间 的 相关 关系 ,而 且 考 虑 到 经 度 、 纬 度 和 海拔 高 度 对 温度 场 的 影响 ,因此 在 这 些 方程 中 有 较 好 的 复 相 关系 数 。 四 、 全 新 世 中 期 中 国 年 平均 地 面 空 气温 度 的 分 布 2 全 新 世 中 期 年 平均 气温 CC) Annual Mean Air Temperature of Mid-Holocene (‘C ) 2.3 和 14 分 别 是 全 新 世 中 期 、 现 代 年 平均 气温 及 其 之 间 差 值 的 分 布 图 ,从 图 可 以 得 出 以 下 主要 结果 : 第 四 纪 冰 期 以 来 ,中 国 气候 经 常 发 生冷 暖 变化 。 由 于 中 国有 着 许多 高 原 和 山地 ,而 且 山 地 走向 主要 是 从 东北 向 西南 ,因此 ,在 第 四 纪 冰 期 以 来 的 任何 时 期 中 ,等 温 线 的 走向 也 主要 是 从 东北 走向 西南 。 这 点 可 从 图 2 和 图 4 中 清晰 看 出 。 在 全 新 世 中 期 ,年 平均 气温 等 值 线 的 边界 从 南 向 北方 向 移动 .亚热带 气候 区 的 北部 边界 从 华北 平原 的 东南 部 起 经 过 黄 淮海 平原 ` 关 中 平原 进入 四 川 省 ,直到 雅鲁藏布江 河谷 ,但 是 现在 它 仅 在 秦岭 淮河 流域 一 带 。0C 等温 线 现 在 通过 三 江平 原 , 松 嫩 平原 到 呼伦贝尔 大 草原 南部 ,但 是 在 全 新 世 中 期 , 它 向 北 移 到 呼 玛 , 满 归 一 线 , 大 约 向 北 移 了 4 一 6 个 纬度 之 多 。14C 和 22°C 等温 线 常常 是 亚热带 和 热带 地 区 的 北部 分 界线 ,从 图 中 可 以 看 到 ,分 别 向 北 移动 了 3 一 4 和 2 一 3 个 纬度 。 总 之 等 温 线 在 全 新 世 中 期 较 之 现今 都 普遍 北 移 。 ng 六 。 » 06% 3 RAREFHAES tH CC) Annual Mean Air Temperature of Current Climate (‘C ) 4 Set PpMSRKFFTHABANAH CO) Difference of Annual Mean Air Temperature between Current Climate and Mid-Holocene Climate (C ) 我 们 注意 到 不 论 在 中 国 东 半 壁 还 是 在 西 半 壁 ,等 温 线 在 全 新 世 中 期 向 北 移动 是 不 均匀 的 .在 东部 地 区 ;从 图 ,外 中 可 以 看 出 纬度 越 高 ,DAMAT, 即 年 平均 温度 差 值 越 大 。 例 如 在 东北 地 区 DAMAT 为 8 二 5C 华 北 则 为 2 一 3C ,而 在 华南 地 区 则 为 4 一 2C .从 图 4 中 还 可 看 出 在 中 国 西部 ,纬度 越 高 则 二 般 越 小 。 最 大 的 DAMAT 对 于 全 国 范围 来 说 出 现在 黑龙 江 省 和 吉林 省 东部 地 区 ,在 5CG 左 右 ;在 雅鲁藏布江 河谷 地 区 差 值 也 达 5C 左 右 * 而 最 小 的 DAMAT 则 出 现在 塔里木 沙漠 南 缘 。 一 些 讨论 CO. 倍增 引起 的 温暖 气候 的 文章 曾经 得 出 在 中 高 纬 地 区 的 温度 变化 比 在 低 续 要 大 ,而 在 60" 一 90" 地 区 的 温度 变化 几乎 为 全 球 温 度 变化 的 .2. 5 倍 之 多 - 忆 , 年 平均 气温 将 比 现今 高 出 2 一 3C 之 多 习 。 在 我 们 工作 中 ,从 图 2 和 图 4 可 以 清楚 看 出 :在 中 国 全 新 古 中 期 ,大 约 比 现今 高 出 2 一 3C ,而 且 中 纬度 比 起 低 纬 地 区 DAMAT 要 大 。 这 里 必须 说 明 的 是 青藏 高 原 的 海拔 高 度 在 全 新 世 中 期 时 较 之 今天 要 低 500—600m-", RRR AERA RR 定 在 同一 地 点 ,同一 海拔 高 度 上 ,似乎 AMSAT 没有 多 大 变化 。 1 以 上 讨论 出 的 两 个 结果 说 明 在 全 新 世 中 期 的 温度 场 状况 和 CO: 倍增 全 球 气候 变 暖 时 期 的 温度 场 状况 有 相似 之 处 ,这 点 引起 我 们 很 大 兴趣 。 我 们 将 在 另 文中 进一步 讨论 。 五 .中 国 全 新 世 中 期 季节 平均 气温 的 分 布 特征 图 5 全 新 世 中 期 冬季 平均 气温 CO) Mean Air Temperature of DJF in Mid-Holocene (CC ) *i99.< - 100- 图 6 冬季 平均 气温 差 CC ) DSMAT of DJF ('C) 图 7 全 新 世 中 期 春季 平均 气温 (CTC ) Mean Air Temperature of MAM in Mid-Holocene ('C ) CD Gt 2 人 Era \ ty CRS 一 > 一 O3 ? 1 SIC £ ql ¢, 图 8 春季 平均 气温 差 CC) DSMAT of MAM (CC) 图 9 全 新 世 中 期 夏季 平均 气温 CC) Mean Air Temperature of JJA in Mid-Holocene CC ) * 101° 10 夏季 平均 气温 差 CC) DSMAT of JJA CC) 11 全 新 世 中 期 秋季 平均 气温 CC) Mean Air Temperature of SON in Mid-Holocene (CTC ) * 102 - 12) REFHARIBES CC) DSMAT of SON CC ) 从 公式 6G1) 一 (12) ,我 们 计算 了 冬季 (DJF) ,春季 (MAM) ,夏季 (JJA) 和 秋季 (SON) 的 SM- SAT 值 , 这 里 DJF,MAM,JJA,SON 分 别 代表 12 月 、1 月 .2 月 ;3 月 .4 月 ,5 月 6 月 .7 月 8 月 ;9 月 .10 月 .il 月。 并 得 到 四 个 季度 的 DSMAT( 全 新 世 中 期 与 现今 季节 平均 温度 差 )。 5,7,9,11 是 SMSAT 图 ,而 6,8,10,12 是 DSMAT 图 。 从 以 上 这 些 图 中 可 以 总 结 和 发 现 一 些 共同 的 特征 : G1) 所 有 的 等 温 线 ,包括 全 新 世 中 期 或 者 现代 的 等 温 线 ( 图 3) AS He A Hee oe 响 ,等 值 线 方向 主要 从 东北 走向 西南 。 (2) 在 所 有 季节 中 ,全 新 世 中 期 的 季节 平均 温度 都 高 于 现代 的 季节 温度 , 即 DSMAT 总 是 正 值 。 例 如 0C 等 值 线 在 冬季 向 北 移动 。 在 中 国 东 半 部 , 它 从 华北 平原 的 南部 移 到 华北 平 原 北 部 甚至 移 到 内 蒙古 自治 区 南部 和 辽宁 省 沈阳 一 带 。 (3) 在 所 有 季节 中 ,都 存在 两 个 较 高 的 DSMAT 值 区 , 即 中 国 东北 地 区 和 青藏 高 原 的 部 南 地 区 。 《4 在 中 国 东 部 ,在 所 有 季节 中 ,纬度 越 高 ,DSMAT 越 大 。 (5) 在 中 国内 陆地 区 ,所 有 季节 中 的 DSMAT 一 般 变化 不 超过 2C 。 换 名 话说 ,干旱 区 和 半 干 旱 的 DSMAT 变化 不 太 剧烈 。 对 于 两 个 时 期 不 同 季节 的 DSMAT 是 很 不 相同 ,可 以 从 图 中 看 出 : (1) 在 所 有 季节 中 ,冬季 的 DSMAT 最 大 ,夏季 最 小 ,依次 为 秋季 和 春季 。 例 如 对 华北 平 原 , 冬 ` 秋 \ 春 ` 夏 的 DSMAT 分 别 为 4 一 5C,3C,2 一 3C 和 2C 左 右 。 *，103 + (2)—fE Ki, KBHRE DSMAT 的 量 值 比较 接近 ,而 春季 的 与 夏季 稍 接近 。 例 如 在 温 度 变化 最 小 的 华南 地 区 ,分 别 为 2 一 3C ,2 一 3C ,1 一 2C ,1 一 2C 和 1 一 2C。 (3) 在 所 有 的 季节 ,在 中 国 东 北 地 区 出 现 冬 季 最 大 的 DSMAT 值 为 8 一 9C ,最 小 值 出 现 在 夏季 中 国 华 南 地 区 ,为 1C 左 右 。 (4) FP BAR KE. LEN DSMAT 值 平均 分 别 为 fC, 3 一 4C,2C 和 1 一 2C。 通过 以 上 的 讨论 ,可 以 认为 :全 新 世 中 期 ,中 国 陆 面 温度 场 具有 以 下 特征 : (1) 无 论 AMSAT 还 是 SMSAT ,全 新 世 中 期 时 ,在 整个 中 国都 比 现 今 的 AMSAT,SMSAT 为 高 。 一 般 说 来 , 比 现 今 大 约 高 出 2 一 3C 。 (2) 最 大 的 DAMAT 和 最 大 的 DSMAT 出 现在 中 国 的 东北 地 区 和 青藏 高 原 的 南部 。 而 最 小 的 DAMAT 和 DSMAT 则 出 现在 中 国 的 华南 地 区 。 最 大 的 DAMAT 约 5C ,最 小 的 DSMAT 约 为 8 一 9C ,而 最 小 的 DAMAT 和 DSMAT 在 1C 左 右 。 (3) 所 有 的 温度 场 的 等 值 线 ,无 论 在 全 新 世 中 期 ， 还 是 在 现代 都 受 中 国 的 地 形 和 地 考 影 响 ,主要 等 值 线 方向 都 从 东北 走向 西南 。 (4) 中 国 全 新 世 中 期 与 现今 相 比 冬季 的 DSMAT 最 大 ,而 依次 为 秋季 ,春季 和 夏季 。 (5) 在 中 国内 陆 的 干旱 和 半 干 地 区 ,DSMAT 值 在 所 有 季节 中 几乎 均 保持 在 2C 左 右 。 感谢 : KRMAKALCAHR A, RHAMARH KALMAR iF BLMAKHAKRSE 气候 , 古 植物 ,和 现代 气象 资料 工作 中 给 予 的 支持 和 帮助 表示 深 深 谢意 。 部 份 工 作 是 大 者 在 美国 剑桥 市 大 气 与 环境 研究 公司 工作 期 间作 出 。 此 研究 工作 是 在 美国 能 源 部 和 中 国 科学 院 ， 温室 效应 合作 计划 下 次 助 的 。 参考 文 献 [1] Houghton,J.T. ,The Globle Climate, Cambridge Univerty press, (1984). [2] Manabe,S. , and R. T. Wetaerald, The effects of doubling the CO, concentration on the climate of a gener- al circulation model, J. Atmos. Sci. , 32, 3—15,(1975). [3] Mitchell,J.F.B. , The seasonal response of a general circulation model to changes in CO, and sea tempera- ture, Quart, J. Roy. Met. Soc. , 109,113—152,(1983). (4) 竺 可 祯 ,中 国 近 五 千年 来 气候 变迁 的 初步 研究 ,中 国 科 学 ,168 一 189,(1973) 。 [5] Lamarche,V,C,Holocnee climate variations inferred from treeline flaclnation in the White Mountains Cali- fornia, Quaternary Res. 3, 632—660,Feattle, (1973). [6] Lamb, H.H., Climate History and The Future, VI, Metaueu and Co Ltd London (1977). (7) 杨 怀 仁 等 ,中 国 第 四 纪 古 气候 与 古 环境 , 第 四 纪 冰 川 与 第 四 纪 地 质 论 文集 ,(2) ,地 质 出 版 社 ， .104 。 (1985). [8] RAMS, RBA TREE H MEHR ARE Ie AR AL, 7—17, (1978). (9) 周 昆 投 , 中 国 北 方 全 新 统 花 粉 分 析 与 古 环境 ,第 四 纪 孢 粉 分 析 与 古 环境 ,科学 出 版 社 ,25 一 53， (1984). [10] 中 国 气候 图 集 委 员 会 ,中 国 气 候 图 集 ,科学 出 版 社 ,(1980) 。 [11] ; -中国 植被 编辑 委员 会 ,中 国 植被 ,科学 出 版 社 ,(1980)。 (12) 叶 国 梁 等 ,浙江 沿海 平原 第 四 纪 晚 期 沉积 物 的 孢 粉 分 析 及 其 意义 ,第 三 届 全 国 第 四 纪 学 术 会 议 论文 集 , 科 学 出 版 社 ,151 一 155,(1987) 。 [13] 黄 锡 政 ;安庆 古 址 北 孢 粉 分 析 及 其 古 地 理 研 究 ,地理 集刊 13 号 ,科学 出 版 社 ,(1981) 。 (14) 周明 明 , 中 国 东部 晚 更 新 古 晚 期 以 来 的 植被 迁移 与 泻 蔡 ,中国 科学 院 地 理 所 研 究 生 硕士 论文 , 待 发 表 ,(1986) 。 [15] Budeko,M. Y. The Dast and Future of Climate, (in Chinese translated by Wong Duming) Meteor Dress, Beijing , (1986). , 16] 中 国 科学 院 自然 资源 综合 考察 委员 会 ,珠穆朗玛 地 区 科学 考察 报告 ,第 四 纪 地 质 部 分 ,科学 出 版 社 ,(1976) 。 C17] 谢 又 予 ,从 黑龙 江 省 三 江平 原 的 孢 粉 分 析 探 讨 沼泽 地 的 成 因 , 第 三 届 全 国 第 四 纪 学 术 会 议论 文 集 , 科 学 出 版 社 ,(1982) 。 (18) 郭 东 信 等 ,我 国 东北 地 区 晚 更 新 古 以 来 多 年 冻 土 历史 演变 及 形成 时 代 , 冰 川 冻 土 ,3(4),1 一 16 (1981) 。 [19] 旭 高 法 等 ,历史 时 期 我 国 气候 带 的 变迁 及 生物 分 布 界限 的 推移 ,历史 地 理 ,(5),1 一 10(1987) 。 (20) 施 迪 光 等 ,河北 平原 第 四 纪 古 气候 与 海 浸 问 题 的 初步 探讨 ,第 四 纪 冰 川 与 第 四 纪 地 质 论文 集 第 一 集 , 地 质 出 版 社 ,123 一 135(1984) 。 [21] 赵 英 时 ,华北 平原 十 二 万 年 以 来 的 古 气 候 变化 ,地 理 研究 ,6(4),54 一 61(1987) 。 [22] 麦 麦 提 , 依 明 , 艾 比 湖 第 四 纪 以 来 的 环境 变化 ,干旱 区 地 理 ,2(3),20 一 23(1988) 。 [23]j 文 启 忠 等 , 北 疆 地 区 晚 更 新 在 以 来 的 气候 环境 变迁 ,科学 通报 ,(10),771 一 774(1988) 。 [24] 周 昆 权 ,天 山 乌鲁木齐 河流 冰川 冻 土 和 第 四 纪 沉 积 物 的 孢 粉 学 初步 研究 ,冰川 冻 土 ,3 卷 增刊 ,97 —105(1987), (25) PER, MM Se RA FRA RKP, GRR), (1989), (26) PRTER ik. KREWS, PUR, GRR), (1989), (27) EA AK, iE OP rE it LH et 6000 年 来 的 气候 变迁 ,大 气 科 学 ,2(2),139 一 144 (1978) 。 (28) 和 孙 湘 君 ,河姆渡 先 人 生活 时 期 的 古 植被 , 古 气候 ,植物 学 报 ,23(2),146 一 151(1981) 。 [29] 徐 融 ,镇 江 地 区 15000 年 以 来 古 植被 与 古 气候 的 变化 ,地 理学 报 ,39(3),278 一 284(1984) 。 (30) 韩 辉 友 , 江 西南 昌 西 山东 坞 泥炭 的 孢 粉 分 析 , 第 四 纪 冰 川 与 第 四 纪 地 质 论文 集 第 三 集 , 地 质 出 版 社 ,191 一 197(1987) 。 (31) 王 开 发 ,南昌 西山 洗 药 湖 泥 炭 的 孢 粉 分 析 ,植物 学 报 ,16(1),83 一 90(1974) 。 (32) 李 平 日 ,珠江 三 角 州 的 第 四 纪 地 层 , 地 理科 学 ,4(2),133 一 142(1984) 。 [33] 王 富 葆 ,一 万 年 来 青藏 高 原 气 候 变化 及 发 展 趋势 初步 研究 ， eS 2 ee 二 集 , 地 质 出 版 社 ,214 一 221(1985) 。 [34] 刘 泽 纯 等 ,西藏 高 原 环 境 与 古 器 地 点 ,第 四 纪 冰 川 与 第 四 纪 地 质 论 文集 第 三 集 , 地 质 出 版 社 ,287 一 291(1987) 。 C35) 郑 本 出 等 ,中 国 青 藏 高 原 晚 更 新 古 以 来 的 冰川 的 变化 ,中 国 第 四 纪 研 究 , 科 学 出 版 社 ,6(2),110 。105 。 [36] [37] [38] [39] [40] [41] * 106 —114(1985), EB CR PRA aR AG 20 Ok SS SR TAREE HK INS He IDM, 1), HUH 出 版 社 ;C1984) 。 徐 仁 等 ,珠穆朗玛 地 区 第 四 纪 冰 期 探讨 ,珠穆朗玛 峰 地 区 科学 考察 报告 (1966 二 1968) ,第 四 纪 地 质 , 科 学 出 版 社 ,(1976) 。 王 绍 令 , 试 论 青 藏 高 原 清水 河 地 质 脱 更 新 古 以 来 多 年 冰 土 的 变化 ,冰川 冻 填 ,7(1),15 一 26 (1985). ERAS , DO)! 0S Be LS A EE HR 4301), 44—51 (1988), BRITE , HEIN BR Kk Ge Hh FS 28 ok J si ae 49 tek — A AR BY Sd Sd XT SS 2k J) Se PRIDE, C1), HO HH ARAL , 194— 2061984), 汪 佩 芳 , 滨 西北 横断 山区 全 新 古 植 被 与 古 气 候 演 变 , 地 理科 学 ,6(3),254 一 26041986) 。 Air Temperature Field near the Ground in Mid— Holocene in China * Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Wei-Chyung Wang (ASRC,100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) Abstract Based on the materials from paleoclimatology, paleontology, and archeology of China, we study the seasonal mean and annual mean surface air temperature during Mid-Holocene in China. The results indicate that the annual mean surface air temperature during mid-Holocene was warmer than present over the whole China. In eastern China the higher the latitude, the larger the tempera- ture difference. In northeastern China and the southern part of the Qinghai-Xizang plateau the maxi- mum temperature difference is about 5‘C. In western China, usually, the higher the latitude, the smaller the temperature difference. During Mid-Holocene the seasonal mean srface air temperature was also higher than that at present. The maximum difference of 8-9'C occurred during the winter in northeastern China while the minimum difference of 1°‘C was found during the summer in south- ern China. Key Words;:Mid-Holocene Spatial-Climate Equation Isogram * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE, USA. * 107+ Fil FAS AE DEE RE 环境 变化 的 各 干 进展 吴 祥 定 AS 4g (中 国 科学 院 地 理 研究 所 ) 摘 要 : 随 着 对 重建 过 去 气候 与 环境 的 迫切 需要 与 高 分 辨 率 要 求 , 树 木 年 轮 学 研究 受到 愈 来 铺 广 泛 的 重视 ,近年 来 取得 较 大 进展 。 本 文 从 新 的 统计 技术 的 应 用 、 图 象 分 析 、 热 带 树 木 年 轮 分 析 、 模 式 研究 和 对 环境 要 素 变化 的 研究 等 五 个 方面 ,较为 详尽 地 介绍 国际 上 树木 年 轮 学 研究 的 动 态 ,着 重 论 及 一 些 新 的 研究 手段 和 分 析 技 术 。 此 外 ,对 树木 年 轮 分 析 的 未 来 动向 作出 展望 。 关键 词 : 树 木 年 轮 ”气候 变化 作为 重建 过 去 气候 与 环境 变化 重要 途径 之 一 的 树木 年 轮 学 研究 ,近年 来 取得 较 天 进展 。 在 理论 上 ,更 为 深入 地 探讨 了 树木 年 轮 结构 及 其 对 环境 响应 的 机 理 。 在 方法 上 ,除了 引进 更 多 的 新 的 统计 方法 以 外 ,已 开展 具有 生理 学 意义 的 模拟 研究 ;除了 广泛 使 用 年 轮 宽度 指数 外 ,又 较 多 采用 最 大 年 轮 密度 值 , 现 开始 作 年 轮 图 象 分 析 。 在 应 用 上 ,树木 年 轮 变 异 已 被 用 于 气候 变化 和 环境 变迁 研究 的 更 多 领域 内 ,成 为 定年 准确 .分 辩 率 高 的 代用 资料 。 80 年 代 末 以 来 ,已 有 数 百 篇 论文 与 总 结论 及 树木 年 轮 研 究 与 应 用 。 同时 ,还 出 版 了 几 本 专著 ,内 容 全 面 ,水 平 较 高 ,影响 也 较 大 。 它 们 是 : 《Tree Rings》(CSchweingruber F. H. 1988) «Methods of Dendrochronology))(Cook,E. R. and L. A. Kairiukstis. 1990) «Reconstructing Large—Scale Climatic Pattern From Tree— Ring Data) (Fritts, H. C. 1991) 1990 年 8 月 ,在 瑞典 隆 德 召 开 了 一 次 4 树木 年 轮 与 环境 》 的 国际 学 术 讨 论 会 ,文集 不 久 将 正式 出 版 。1992 年 8 月 还 在 俄罗斯 克拉 斯 诺 雅 斯 克 市 召开 了 《树木 年 轮 模拟 研究 》 国 际 学 术 讨 论 会 。 本 文 仅 就 树木 年 轮 学 研究 的 若干 进展 , 子 以 概要 的 论述 。 一 、 新 的 统计 技术 的 应 用 在 本 世纪 70 一 80 年 代 , 树 木 年 轮 学 有 较 快 的 进展 ,很 大 程度 上 是 依赖 于 许多 统计 技术 的 引进 。 近 年 来 ,又 有 不 少 新 的 统计 技术 应 用 于 树木 年 轮 分 析 。 长 期 来 ,对 树木 年 轮 序列 的 标准 化 过 程 ,是 将 各 个 样本 量 测 分 别 进 行 简 单 的 曲线 拟 合 ， 消除 树木 自身 生长 趋势 ,然后 得 到 标准 化 指数 值 . 最 终 将 各 个 序列 指数 值 按 同 一 年 代 平 均 而 成 为 最 终年 表 (STD)。 这 种 方法 虽 仍 被 广泛 使 用 ,但 在 某 些 情况 下 有 一 定 的 不 足 。E. R. Cook 《1985) 在 分 析 美 国 东部 较为 湿润 地 区 森林 内 部 树木 年 轮 序列 时 ,注意 到 生长 在 湿润 地 区 的 .108 + a ee ，- YN A — 4 AY EK BT FEE Hg IR, A YE PP ER 具 较 高 的 序列 相关 系数 。 他 更 进一步 注意 到 生长 在 森林 内 部 的 树木 由 于 树 与 树 之 间距 离 较 小 , 树 之 间 的 相互 影响 和 相互 竞争 很 强 ,这 部 分 不 能 反映 环境 变化 的 分 量 在 常规 的 标准 化 过 程 中 仍 部 分 地 保留 在 标准 年 表 (STD) 里 。 因此 ,他 提出 对 采样 点 的 每 一 样本 序列 先 做 样本 自 回归 模型 处 理 , 后 将 样本 序列 与 样本 自 回 归 模 型 值 的 差 值 或 商 数组 成 一 新 的 年 表 , 称 差 值 年 表 (RES)。 考虑 到 气候 等 环境 要 素 自身 也 可 能 含有 自 回 归 特 征 , 并 这 一 自 回 归 特 征 对 采样 点 每 棵 树 的 影响 都 是 相同 的 ,他 对 此 项 自 回归 模型 也 进行 了 估计 ,然后 将 估计 的 模型 值 加 回 到 差 值 年 表 上 去 ,产生 又 一 新 年 表 称 自 回归 年 表 (ARS)。 比 较 这 三 类 年 表 , 由 于 差 值 年 表 不 含 任何 自 回归 特征 , 它 所 表现 的 变化 全 部 是 高 频 变 化 。 自 回归 年 表 和 标准 年 表 均 含有 自 回归 特 征 ,不 同 之 处 在 于 自 回 归 年 表 只 含 对 采样 点 来 说 的 每 棵 树 都 相同 的 自 回 归 特 征 。 标 准 年 表 不 仅 含 有 这 部 分 自 回归 特征 , 它 还 含有 每 棵 树 自 己 所 特有 的 自 回 归 特 征 。 一 般 来 说 ,标准 年 表 含 低 频 变化 较 自 回归 年 表 大 ,变化 振幅 也 较 自 回 归 年 表 大 。 从 树木 生理 学 和 统计 理论 来 看 ,这 种 被 称 为 ARSTAN 的 树木 年 轮 标 准 化 方法 比 常规 的 标准 化 过 程 在 意义 上 更 为 明确 ,尤其 在 生态 学 方面 。 基 于 树木 生长 内 部 与 外 部 扰动 有 明显 差 异 , 而 且 树木 生长 及 相互 影响 的 内 部 扰动 对 采样 点 的 树木 来 说 是 非 同 步 的 ,将 每 个 样本 序列 的 这 部 分 内 部 扰动 信息 提取 出 来 而 保留 采样 点 树木 所 共有 的 同步 变化 信息 ,这 正 是 AR- STAN 的 目的 。 近 年 来 ,在 实际 运用 中 ,为 进行 相互 比较 ,以 确定 最 合适 的 最 终年 表 , 经 常 是 同时 作出 STD,ARS 和 RES 三 类 年 表 。 这 样 在 分 析 中 有 较 大 的 选择 余地 ,可 更 好 地 重建 过 去 环境 变化 。 已 有 不 少 成 果 , 在 标准 化 处 理 时 建立 三 类 最 终年 表 , 并 论述 选用 ARS 或 RES 年 表 ;, 而 不 是 STD 年 表 进 行 气 候 重 建 的 效果 (Cook ， 等 ，1991; Hughes and Brown, 1992)52]03] 。 在 中 国 , 华 山 和 东 天 山 的 最 新 年 表 的 建立 与 分 析 表 明了 选用 三 类 最 终年 表 的 优越 性 。 在 消除 生长 趋势 的 统计 计算 中 ,除了 使 用 较 普 通 的 “ 负 指 数 函 数 ”“ 样 条 函数 "以 外 , 近 来 有 些 人 提出 一 些 新 的 计算 方法 ,如 ”“S 模式 ”(Van Deusen, 1987)), eve TAT IE. FER 对 数 , 后 取 差 值 , 从 而 消除 树木 生长 随 年 龄 变化 的 影响 。 还 有 的 提出 "复合 的 warren 生长 函 数 ”(Warren and LeBanc,1990), 认 为 根据 树木 年 轮 生 长 型 来 消除 生长 趋势 , 比 起 使 用 单一 的 国 数 拟 合 ,效果 会 更 好 些 。 分 析 树 木 年 轮 生 长 与 环境 变化 关系 时 ,引进 了 更 多 的 统计 方法 ,尤其 是 对 年 轮 序列 的 时 间 序 列 分 析 与 多 元 分 析 。 在 此 仅 列举 几 个 80 年 代 后 期 以 来 较 多 采用 的 统计 方法 。 广泛 用 来 定量 判别 树木 生长 对 逐 月 气候 要 素 响 应 程度 的 响应 函数 分 析 , 仍 有 一 征 的 缺 陷 , 即 这 种 响应 是 分 别 对 气温 和 降水 而 言 , 且 属于 线性 关系 。 为 进一步 表征 树木 年 轮 生长 与 这 两 个 气候 要 素 之 间 的 非 线性 关系 ,已 开始 采用 响应 面 (Response surface) 。 这 样 ,在 三 维 空 间 内 ,可 以 形象 地 表现 出 树木 生长 对 气候 因子 变化 的 依赖 关系 。 树木 年 轮 生长 与 气候 之 间 的 非 线 性 关系 的 另 一 种 表示 方法 则 是 引用 了 卡 曼 滤波 。 卡 曼 滤波 是 一 种 不 同 于 常用 的 用 最 小 二 乘法 来 描述 变量 之 间 关 系 的 方法 。 它 可 在 序列 的 不 同时 段 ,用 不 同 的 参数 来 描述 变量 之 间 的 关系 , 故 弹性 较 大 , 常 应 用 于 由 环境 改变 而 引起 的 树木 年 轮 变 化 的 研究 ,比如 近期 的 环境 污染 问题 。 我 们 知道 ,树木 年 轮 与 气候 要 素 之 间 的 统计 关 系 会 随 着 环境 污染 的 发 生 而 改变 ,这 时 如 果 采 用 卡 曼 滤波 的 方法 ,一 定 程度 上 能 突出 树木 生 长 对 气候 的 不 同 响应 ,从 而 设法 排除 干扰 (Visser and Molenaar,1990)°), 此外;, 原 有 的 年 轮 ， 。109 + 可 分 解 成 三 部 分 :平滑 、 近 期 变化 和 预测 方程 。 这 就 有 可 能 对 单个 树木 年 轮 指数 序列 作出 延 伸 预 测 (Van Deuseny1987b)L9。 Bootstrap 方法 是 当 理论 上 的 假设 检验 不 充分 时 ,可 以 用 来 估价 标准 误差 和 统计 信 度 的 方法 。 通 常 统计 假设 是 基于 某 种 分 布 理论 或 大 样本 采样 。 而 树木 年 轮 学 的 资料 常常 不 满足 这 些 假 设 ,造成 估计 值 的 标准 误差 或 置信 区 间 不 准 。Bootstrap 方法 不 需 理 论 假设 ,而 是 对 原 来 的 资料 进行 多 次 抽取 ,组 成 若干 新 的 序列 ,从 而 给 出 较 符 合 实际 情况 的 结果 (Cook， 1990), 此 外 ,还 有 一 些 新 的 统计 量 和 统计 方法 被 采用 ,如 "次 样本 信号 强度 (sss)2， 群 体 信 号 (EPS)”“ 单 年 分 析 (Single year analysis)”… 。 还 需 指 出 的 是 , 越 来 越 多 的 树木 年 轮 学 家 重视 采用 众多 地 点 年 轮 资 料 探讨 较 大 范 国内 的 气候 变化 特征 。EFritts(1991) 的 新 著 “ 采 用 树木 年 轮 资 料 重建 大 尺度 气候 型 ”专门 论述 了 从 多 地 点 树木 年 轮 资 料 的 标准 .验证 ,以 及 重建 大 尺度 气候 变化 类 型 的 可 能 性 与 主要 途径 。 在 重建 过 程 中 ,基本 方法 为 主要 分 量 分 析 (PCA) 。 前 不 久 , 邵 (1992) 运 用 Krige 方法 ,强调 不 同 地 点 之 间 的 联系 是 非 等 权重 的 ,与 距离 有 关 , 从 而 更 好 地 刻 划 出 大 尺度 树林 年 轮 分 布 型 与 气候 要 素 场 之 间 的 关系 ,标志 着 树木 年 轮空 间 场 研究 的 新 进度 ”” 。 工 \ 图 象 分 析 图 象 分 析 系 统 按 其 扫描 的 基本 原理 ,大体 可 分 三 类 :光源 移动 扫描 `\ 样 本 移动 扫描 和 依 据 摄 象 原 理 进 行 的 图 象 分 析 (Wweibel 等 ,1992)5J。 在 树木 年 轮 研 究 领 域内 ,这 三 类 图 象 分 析 均 被 采用 ,只 是 近年 来 多 侧重 第 三 类 图 象 分 析 技 术 。 早 在 80 年 代 初 ,树木 年 轮 学 家 就 开始 利 用 图 象 分 析 技 术 对 树木 的 木质 部 分 结构 ,包括 细胞 大 小 .导管 厚薄 等 进行 数值 化 处 理 , 从 而 获得 树木 年 轮 结 构 的 定量 化 指标 (McMillan 1982;Telewski 等 ，1983)00565 。 起 初 , 树 木 年 轮 的 图 象 分析 多 限于 对 年 轮 的 解剖 学 特征 的 进一步 理解 ,指出 细胞 的 数 量 ` 形 态 和 结构 上 的 差异 。 后 来 发 现 ,这 些 解剖 学 特征 与 树木 生长 状况 有 紧密 的 联系 ,从 而 为 树木 年 轮 气候 学 研究 开拓 了 新 的 领域 .这 就 意味 着 ,可 以 通过 图 象 分 析 ,获得 年 轮 宽度 、 年 轮 密度 以 外 的 多 种 年 轮 年 表 序 列 ,从 而 能 够 从 更 为 广泛 的 角度 探讨 树木 生长 对 气候 变化 的 响 hy (Yanosky, , 1987)", 对 美国 北部 内 布 拉 斯 加 州 东 南部 生长 的 多 孔 栋 , 曾 成 功 地 进行 过 图 象 分 析 (Woodcock , 1989)534。 该 地 区 较为 湿 渔 ,树木 年 轮 宽度 的 变异 对 气候 变化 ,尤其 对 降水 变化 的 响应 不 够 敏感 。 于 是 ,选用 若干 树木 生长 的 解剖 学 特征 指标 ,其 中 包括 5 个 早 材 的 变量 :导管 直径 \ 导 管 密度 .最 大 导管 直径 、 导 流 区 与 导管 直径 和 的 4 次 方 和 2 个 晚 材 的 变量 (导管 直径 和 导管 密度 ) 。 这 些 都 是 由 图 象 分 析 获 得 的 年 表 序 列 。 通 过 统计 分 析 ,发 现 这 些 解 剖 学 指标 多 数 对 降水 的 年 际 变化 反应 较 敏 感 , 且 不 少 与 树木 年 轮 宽度 有 较 好 的 对 应 关系 。 尤 其 是 ,树木 年 轮 宽度 与 气候 变化 的 关系 不 如 晚 材 导 管 直 径 与 气候 变化 的 关系 好 。 这 样 一 来 ,由 晚 材 导 管 直径 与 其 它 因子 构成 的 回归 方程 ,又 成 功 地 重建 当地 过 去 10 一 6 月 之 间 的 降水 量变 化 。 这 也 表 明 ,在 较为 湿润 的 地 区 ,采用 树木 年 轮 图 象 分 析 ,选用 一 些 有 生理 学 意义 的 解剖 学 指标 ,有 可 能 更 为 有 效 地 重建 过 去 气候 变化 。 * 110° 即使 在 较为 干旱 的 地 区 ,也 有 必要 进行 类 似 的 分 析 。 对 美国 西南 部 亚利桑那 州 针 叶 林 解 剖 学 特征 的 图 象 分 析 ( Park, 1990)°"), RAR 7 个 晚 材 细胞 结构 的 参数 :细胞 射线 方向 直径 (RADD) ,切线 方向 直径 (TAND)、 细 胞 面积 (TRAR)、 细 胞 壁面 积 (CWAR)、 细 胞 腔 面积 CLWAR)、 细 胞 腔 所 占 百分率 CLUM%)、 细 胞 壁 所 占 百分率 (CCW % ) ,并 建立 各 个 变量 20 年 (1911 一 1930) 的 年 表 。 通 过 与 气候 要 素 的 相关 分 析 发 现 ,这 些 晚 材 细胞 结构 年 表 与 气候 变化 的 关系 多 数 较 年 轮 宽度 与 密度 为 好 ,特别 是 TAND 与 LUM% 分 别 反映 了 生长 季 温 度 和 夏季 降水 .这 也 证 实 了 图 象 分 析 是 获得 树木 年 轮 细 胞 结构 的 一 种 可 行 的 途径 ,在 树木 年 轮 气 候 学 研究 中 具有 极 大 的 洪 力 。 同时 应 该 指出 ,树木 年 轮 结 构 的 图 象 分 析 目 前 还 处 于 探索 阶段 ,哪些 解剖 学 特征 对 气候 变化 最 为 敏感 ,仍然 难以 明确 回答 。 此 外 ,用 来 寻求 建立 细胞 结构 的 样本 量 要 求 较 大 ,用 以 克 服 生物 多 样 性 带 来 的 误差 。 如 果 想 要 建立 长 达 数 百年 的 细胞 结构 年 表 , 工 作 量 之 大 有 恐 难以 推 广 。 再 加 上 样本 的 预 处理 十 分 繁杂 ,计算 机 内 存 又 较 大 ,这 类 图 象 分 析 还 仅 限 于 某 些 技术 条 件 很 好 的 树木 年 轮 研 究 单位 。 另 一 类 树木 年 轮 图 象 分 析 着 重 于 年 表 的 建立 。 所 谓 “ 图 象 分 析 ” 在 很 大 程度 上 相当 于 用 亮度 状况 来 表征 密度 大 小 .这 就 使 得 可 以 设法 以 计算 机 软件 处 理 代替 晶 贵 .繁杂 的 密度 计 分 析 ,获取 的 树木 年 轮 亮 度 ( 灰 度 ) 序 列 代替 习惯 上 采用 的 密度 序列 。 在 不 影响 高 质量 的 前 提 下 ,大 大 减轻 劳动 量 、 降 低 成 本 。 最 近 , 由 美国 哥伦比亚 大 学 树木 年 轮 实验 室 研 制 完 成 的 一 套图 象 分 析 系 统 (MAC DRUID) , 可 用 于 年 轮 密 度 和 年 轮 宽 度 年 表 的 建立 CThetford 等 ,1991)65。 它 是 由 Prism 图 象 分 析 系 统 ,Apple Macintosh I 微机 和 自行 设计 的 软件 组 成 。 该 系统 主要 是 依据 早 材 与 晚 材 亮 度 变化 ,确定 年 轮 密度 大 小 和 年 轮 边界 位 置 。 其 主要 优点 在 于 无 须 复杂 的 扫描 和 判读 装置 ， 且 具 有 较 高 的 分 辩 率 (640X 480 象 元 ,256 灰 度 等 级 ) ,可 分 辨 带 罕 轮 和 受 挤 压 的 树木 生长 状 况 。 此 外 , 它 有 较 强 的 资料 处 理 与 图 象 判 别 能 力 , 随 时 对 年 轮 边界 与 各 类 参数 进行 调整 ,最 终 又 获得 早 材 宽 度 与 密度 , 晚 材 宽度 与 密度 ,最 小 .平均 与 最 大 密度 以 及 年 轮 宽度 等 8 个 年 表 序列 。 比 较 由 该 系统 所 获得 的 资料 与 由 常规 年 轮 宽度 .年 轮 密度 分 析 所 获得 的 资料 ,它们 在 质量 上 、 精 度 上 无 明显 差异 ,可 以 满足 树木 年 轮 学 研究 要 求 。 据 称 ,该 图 象 分 析 系 统 还 适用 于 一 些 地 质 样本 分 析 ,如 纹 泥 、 珊 瑚 等 。 MACDRUID 系统 对 样本 的 处 理 要 求 十 分 严格 , 即 只 能 分 析 可 透 光 的 胶片 ,而 不 能 直接 判断 树木 年 轮 钻 芯 样本 。 从 树 木 年 轮 钻 芯 的 分 类 ,净化 ,直至 切片 .和 -射线 拍摄 ,获得 经 过 校 准 的 年 轮 变 异 底 片 , 需 要 较 多 的 设备 与 程序 .当前 ,美国 A.G. Heinze 公司 正 推 出 一 套 新 的 系 统 "Image-1/AT”, 可 直接 采用 树木 年 轮 钻 芯 样 本 进行 图 象 分 析 。 它 的 基本 原理 、 硬 件 配置 和 分 析 软 件 ,都 大 体 与 MACDRUID 系统 相仿 。 同时 ,还 有 一 些 国 家 正在 研制 其 它 树 木 年 轮 图 象 分 析 系 统 ,如 加 拿 大 光学 研究 所 与 魁 北 克 大 学 共同 设计 的 MACDENDRO™ ZK 4 ,德国 汉 堡 大 学 木材 生物 研究 所 等 单位 设计 的 DEN- SITOMAT 系统 ,等 等 。 i a SA OPH AR SE HP SEA. TRA hes hae SUR ORF eS => oe ey GS EADS. DER CA RAS RF REA xs ) TE TCS A CRP RSE PE Ta 32 Bad Sea bib aha fake Ade He a eS, fk ea BC EHS SEITE EU, BB AOR BS IG MH BR SERRA EA HA CES BER er BS EK ES ee PMR AGES RT AS OEE EO RE AR SEALs (RUE ARTE REO AER 2) UE ARSE 30 A ESE BST — eR Jacoby ,1989)09 。 MAAR RA PH =) = DOPE,» ey FAA HK ARBEIT AR > — PBS OE A ER RR) 这 就 使 得 热带 树 杰 很 难 形成 温带 地 区 那样 的 早 材 at » Prices rr 常 有 于 、 温 季 之 分 ,尤其 在 季风 区 "年 之 中 的 气候 存在 着 明显 的 周期 性 变化 -这 和 伴随 产生 树林 周期 性 的 开花 、 结 实 、 发 芽 、 落 时， MAUenT eb e.tua be ARIES BORA BEI ACER 5) BERR GET EB UE; ecm me 可 以 采用 通常 的 树木 年 轮 分 析 方法 ， ARE MALICE HM “CE RZ HS oR AH AERC See Tne eal ey RHE Hee See A PP RDS we eA Ba a Ry 和 有 本 AE REE OTE SES, LE BT at a Pa Be EK HR a eee #2 3E (Worbes, 1989)", 同样 在 巴西 热带 地 区 , 曾 在 22°30'S BREE, RRL TC ee ee ee SR FESS EE EEF FY EE REO BP KE 25°30 SH RES Ea Ba A HEA Ze AD BY IGE Fa BE OE ADS TY I, Se SS ACE Be a ok OE PLC Hh OTE RAEN BET RAY TARE AL Sh Aa ET TAA ERG SDA» PAPATARIE AGE yi HE SESE Mts FE 2 4°26! — 27° OL SAGER As Mh YER 7008 1880m 的 六 个 地 点 > 三 个 下 同 树种 作 了 取样 CYilalba 等 ， 1987)" » BRR CIAL _ 很 好 地 定年 ,而 且 与 气候 要 素 的 关系 十 分 紧密 。 需要 强调 的 是 ,在 分 析 权 本 生长 对 扎 保 要 素 的 响应 时 ,发现 对 逐 月 气候 的 响应 并 不 很 明显 ， :但 对 季节 变化 的 响应 却 寺 分 明 是 显然 RE FAM A RRR RS RG ES. in EH AWHILE. — Ho“ ROE AF HA” CMexican Cypiees) HPO SE PRE cae UC RE SL ENAE— AH a Seth BEDE. EAE BA BA BE A HRD A Yn 198 RA 失 年 轮 ”。 在 印度 热带 地 区 的 柏树 ,大 体 是 能 够 定年 的 ,并 与 中 壮年 10 月 至 当年 了 为 的 降水 重头 系 较 密切 ,表明 树 未 生长 前 期 的 旱季 降水 多 少 ,对 当年 树木 生长 起 决定 性 的 帮 用 中 得 在 个 别 季 节 风 异常 年 份 ; 年 轮 宽度 与 降水 的 关系 不 大 好 。 Ssh. HT ay AE Bt 与 当地 王 季 (5 一 10 月 》 降 水 关系 较为 密切 (CD' Arrigo and Jacoby',1989)) 5 TAIT-3a60U 全 对 澳大利亚 东北 部 昆士兰 附近 的 年 轮 研究 表明 ,年 轮 生 长 与 降水 的 关系 较为 复杂 ,有 时 甚至 出 现 反 相 关 的 关系 。 当 年 湿 期 降水 多 时 ,年 轮 较 罕 ; 反 之 降水 少时 ,年 轮 较 宽 。 这 是 由 于 这 一 带 降 水 充沛 ,过 多 的 降水 有 可 能 反而 有 碍 于 树木 生长 。 这 一 类 问题 尚 待 深入 探讨 。 | 除了 采用 年 轮 宽度 指数 以 外 ,热带 地 区 树木 年 轮 分 析 常 常 需要 密度 与 同位 素 变 化 值 , 否 *，112。 “ego 则 难以 成 为 推断 环境 变化 的 代用 资料 。 以 危地马拉 一 个 取样 地 点 (15 NE 附近 ,3890m ) 为 出 ,这 一 带 树 与 树 之 间 的 轮 宽 值 无 法 交叉 定年 ,但 采用 最 大 密度 值 却 可 以 得 到 准确 的 定年 值 ,构成 最 终年 表 (Eckstein 等 ,1981)-29。 在 运用 同位 素 分 析 时 ,热带 地 区 树木 年 轮 研 究 主要 是 借助 于 ”C 进行 定年 。 一 般 说 来 ,除了 对 老 树 可 以 作 ?”Cc 定年 以 外 ,还 可 以 依据 核 爆 确定 木 质 部 分 含 :C 量 极 大 值 的 树 轮 年 代 ( 例 如 ,1965 年 ), 然 后 可 内 播 或 外 推 树木 年 轮 的 准确 年 伐 , 众 而 进行 交叉 定年 .这 种 方法 在 巴西 亚马逊 河流 域 的 11 个 树种 的 分 析 中 得 到 证 实 (Moze- to 4, 1988)-71), 此 外 ,对 热带 地 区 的 树木 还 采用 取 生 理学 的 方法 ,对 细胞 结构 进行 深入 研究 ,包括 作 图 RAH ,以 确定 年 代 , 从 而 得 到 可 靠 的 最 终年 表 .。 PO. ESL OT FE WHAM AMERD HERAT RRHR. BRRKAL, AER ERA 境 变迁 研究 中 普遍 重视 的 领域 , 故 被 称 为 “一 门人 迫切 的 学 科 江 Kiester , 1990)-), —A ESE, BY 将 模式 划分 成 四 类 尺度 :细胞 尺度 .树木 尺度 ` 地 点 尺度 和 环境 尺度 。 在 现 有 的 众多 模式 中 ， 大 部 分 是 研究 树木 结构 变化 、 新 陈 代谢 变化 的 , 即 细胞 斥 度 模式 。 近 年 来 也 涌现 不 少 环境 尺 度 的 模式 ;探讨 气候 变化 和 森林 植被 之 间 的 相互 作用 .对 于 树木 尺度 与 地 点 尺度 的 模式 研究 还 不 普遍 ,尤其 是 将 树木 年 轮 变 异 与 环境 要 素 紧 密 联 系 起 来 ,表征 其 因果 关系 的 生理 学 模式 并 不 很 多 。 研究 树木 年 轮 变异 与 环境 要 素 变化 之 间 关 系 的 模式 ,大 体 可 分 两 类 :一 是 经 验 模 式 , 即 通常 用 统计 学 方法 进行 计算 ;二 是 机 制 模式 , 即 通过 生理 学 方程 进行 推算 。 在 统计 模式 方面 ， 已 经 引进 ,并 还 在 不 断 采用 许多 新 的 统计 方法 进行 树木 年 轮 分 析 (参见 二 .新 的 统计 技术 的 应 用 )。 同 时 ,正在 建立 一 些 较 完 整 的 响应 图 数 与 转换 函数 模式 ,使 得 树木 年 轮 学 研究 ,尤其 是 利用 树木 年 轮 资料 重建 过 去 气候 的 分 析 ,一 定 程度 上 达到 了 "参数 化 ”>。 例 如 ,美国 亚 利 桑 那天 学 与 其 它 年 轮 实 验 室 共 同 研 制 的 "PROGLIB”(Holmies,1992)-2] ,包含 31 个 相互 关连 的 程序 , 较 完 整地 将 年 轮 数据 与 气候 资料 的 分 析 模 式 化 .最 后 由 选 定 的 统计 模型 ,获取 过 去 气 候 变 化 信息 。 另 一 套 较 完整 的 统计 模式 PRECON , 则 利用 气温 、 降 水 和 帕 莫 干旱 严重 福 指 数 (PDSL) ,对 树木 年 轮 宽 度 或 密度 年 玫 进 行 校准 .了解 他 们 之 间 的 线性 、 非 线性 及 相互 作用 的 关系 ,鉴定 校准 过 程 的 不 同类 型 ,计算 树木 生长 对 气候 要 素 的 响应 ,比较 不 同 的 响应 程度 ,并 判断 气候 变化 引起 的 一 系列 环境 问题 ,甚至 可 以 分 析 环 境 变化 ,如 空气 污染 对 年 轮 生 长 可 能 造成 的 影响 (Fritts 等 ,1991)- 扫 。 这 一 套 程序 适用 于 不 同 地 点 ,不 同 树种 及 不 同 应 用 目的 树木 年 轮 序 列 ,这 就 能 有 选择 地 运用 不 同 的 统计 模式 作 重 建 过 去 气候 的 分 析 。 为 表征 环境 要 素 变化 ,选用 的 环境 变量 又 各 不 相同 。 少 时 可 仅 用 一 个 变量 , 像 推 算 美国 南部 松林 对 气候 状况 响应 时 , 仅 选 用 PDS1, 也 能 得 到 可 靠 的 结果 (Zahner and Grier, 1990)-5 细 。 这 是 因为 可 将 PDSI 视 为 给 定 地 理 区 域内 , 某 休 时 段 森 林 植 被 受 日 .月 的 最 高 : 弛 (Kin ,降水 及 土壤 湿度 的 综合 影响 。 变 量 多 时 , 则 往往 超过 4 一 5 个 ,尤其 是 在 综合 升 价 大 气 污 染 .土壤 污 染 对 树木 生长 的 影响 时 ,需要 考虑 C.H.ON'、S 等 众多 元 素 及 其 化 合 物 (We- instein and Beloin ,19907-26]。 * 113+ 在 广泛 改进 统计 模式 的 基础 上 ,近年 来 注意 到 树木 年 轮 生长 与 环境 变化 关系 的 机 理 研 究 。 以 模式 TRACH 为 例 , 首 先 给 出 生长 机 理 的 方程 式 , 确 认 温 度 、 降 水 和 湿度 变化 与 树木 年 轮 的 细胞 大 小 、 细 胞 壁 厚度 和 木质 部 分 密度 之 间 的 关系 (Vaganov,1990)275 然后 ,依据 气 温 、 和 白天 长 度 和 水 平衡 值 ,可 以 模拟 出 树木 年 轮 生 长 速率 ,包括 细胞 结构 与 木材 密度 ,并 进 一 步 推断 树木 生长 的 限制 条 件 。 利 用 两 个 地 点 的 实测 气象 资料 ,分别 对 西伯 利 亚 南部 的 银 松 和 美国 亚利桑那 南部 的 西 黄 松 进行 模式 计算 ,发 现 模拟 出 的 树木 年 轮 细 胞 大 小 和 细胞 壁 厚 度 都 很 接近 实况 。 对 木质 部 密度 的 模拟 , 虽 尚 无 足够 的 密度 直接 测量 值 可 供 验证 ;但 大 体 与 已 有 的 密度 资料 比较 接近 ,从 而 基本 证 实 了 模式 的 有 效 性 CEFritts 等 ,1991)24 。 随 着 CO, 增加 可 能 造成 * 肥 化 作用 ”受到 广泛 重视 ,以 CO, 为 模式 输 六 量 研究 树 未 生长 的 响应 ,已 有 一 些 成 果 。 例 如 ,针对 美国 田纳西 州 东 部 林 区 “土壤 一 森林 一 落叶 ?系统 建立 的 统一 传输 模式 (CUTM) 和 森林 后 继 模式 (FORET) ,就 可 以 在 给 定 的 度 日 .水 份 和 CO. 条 件 下 ， 模拟 出 树木 的 木质 部 分 增长 量 和 冬季 碳 的 贮存 量 (Luxmoore 等 ,1990)2。 计 算 结 果 表 明 , 当 KA CO. 含量 从 260ppm 增加 到 340ppm, 以 及 从 340ppm 增加 到 600ppm 时 ,田纳西 州 东 部 山 桃 栎 的 树干 木质 产量 会 增加 12%% 左 右 。 当然, 死 树 、 植 苗 ,以 及 森林 的 空间 与 时 间 变 率 ， 都 会 影响 树木 生长 对 大 气 中 Co, 增加 的 响应 程度 .目前 ,正在 考虑 一 种 很 大 程度 上 可 以 消除 这 类 变 率 影响 的 反 向 模拟 过 程 。 显然 ,要 能 够 将 树木 年 轮 的 机 制 模式 进一步 深化 ,还 需要 对 树木 生长 的 光合 作用 、 呼 吸 作用 、 食 物 吸收 与 转化 等 过 程 作 更 为 详尽 的 综合 分 析 。 尽 管 从 树木 生理 学 来 看 MARAE 远 不 够 完善 ,但 随 着 树木 年 轮 与 环境 变化 之 间 关 系 的 深入 分 析 ,机 制 模式 终究 会 成 为 树林 年 轮 学 研究 的 重要 途径 ,并 用 来 对 未 来 环境 变化 趋势 作出 可 靠 的 预测 。 五 、 对 环境 要 素 变 化 的 研究 由 于 树木 生长 受 生态 环境 因子 的 限制 与 影响 ,因而 树木 年 轮 生 长 必定 在 一 定 程度 上 反 映 特 定 的 环境 状况 。 除 了 最 为 普遍 的 气候 因子 以 外 , 随 着 生长 环境 各 蜡 , 可 通过 树木 年 轮 变 异 分 析出 一 些 其 它 环境 要 素 的 变化 史实 。 它 们 包括 :大 气质 量 评价 .森林 生态 ` 地 质 事件 和 水 文 状况 等 等 ， 自 80 年 代 中 期 以 来 ,利用 树木 年 轮 变 异 研究 大 气 污 染 已 较为 普遍 。 许 多 树木 年 轮 学 研 究 基础 较 好 ,资料 积累 较 多 的 地 区 ;如 西欧 .北欧 :北美 等 地 都 陆续 开展 了 这 类 工作 ,取得 了 不 少 成 果 。 它 的 基本 原理 是 考虑 到 一 旦 受 大 气 污染 危害 ,年 轮 生 长 必然 缓慢 地 衰减 。 如 有 果 能 够 从 最 终 树木 年 轮 年 表 中 勾画 出 气候 变化 部 分 ,从 一 些 偏离 正常 生长 的 状态 就 可 以 了 解 到 污染 开始 和 结束 的 年 代 , 以 及 污染 的 范围 与 危害 程度 。 由 于 该 途径 能 获得 逐年 大 气 环境 状 况 , 因 而 又 可 称 为 大 气 环 境 质量 动态 评价 。 近 年 来 的 进展 主要 表现 在 两 方面 :一 是 在 更 广泛 的 地 区 开展 这 项 工作 .例如 ,最 早 美国 仅 在 西南 部 少数 几 个 点 进行 尝试 ,目前 已 在 亚利桑那 、 新 墨西哥 .和 科罗拉多、 加利福尼亚 等 州 和 美国 东北 部 一 些 州 开 展 了 研究 ; 另 一 方面 则 表现 为 计算 的 程序 化 与 更 深入 的 分 析 。 一 些 较 大 的 树木 年 轮 统 计 模 式 已 将 大 气 污染 作为 一 个 基本 部 分 来 考虑 , 像 PRECON 就 是 一 例 CFritts 等 ，1991)240。 在 同样 大 气 污 染 的 条 件 下 ,为 进一步 分 析 树 木 生存 竞争 和 适应 性 问题 ,可 适当 采用 老 树 与 幼 树 结合 的 分 析 。 这 样 比 以 往 单 纯 使 用 。114 。 He ERE SE 19 EE, EEE oh OE EO a BO UK (Graybill and Rose, 1992)°%) © FARA ASE 9 AL A HRS LE ACIS IPR BY HA cH HER 5 AY EE Sa DT EH TK HR PRA TOA AY EA, MT Hill RE A Ac He SE HR, OE SE GE A ER RH (Brown,1991)59。 如 果 有 大 面积 森林 火灾 调查 资料 ,还 可 将 火灾 分 为 下 个 等 级 ,例如 A-=E HP BR GHA ARIE EIA LO. 25 英亩 “到 之 300 英亩 ;进一步 分 析 历史 上 不 同类 型 火灾 危 害 程度 ,甚至 可 以 把 大 面积 森林 火灾 与 南方 涛 动 联系 起 来 。 结 果 表 明 , 强 厄 。 尼 诺 事 件 与 美 国 西南 部 森林 火灾 发 生 频次 有 明显 担 反 相关 ! 这 是 因为 在 厄 : 尼 诺 年 的 春季 和 夏季 ,美国 西 南部 涯 般 降水 较 多 湿度 较 大 ,这 在 二 定 程 度 正 会 减少 森林 火灾 的 发 生 。 对 森林 病虫害 的 研究 中 , 树 未 年 轮 学 方法 是 可 用 来 作 历 史 状 况 调查 的 基本 途径 .在 美国 西南 部 的 科罗拉多 、 新 墨西哥 . 亚 利 柔 那 和 犹他 州 ,都 已 经 对 森林 病虫害 进行 了 树木 年 轮 学 研究 (Kemp,1985;Mattson，1987)13。 在 美国 洛 基 四 南部 ,一 种 “西部 云 杉 芽 虫 "蔓延 ,对 针 计 林 和 危害 较 大 。 通 过 大 量 取样 比较 ,并 经 历史 记载 校准 ,有 些 还 能 在 年 轮 木质 部 分 发 现 虫 害 痕 迹 , 这 就 可 以 判断 出 从 哪 一 年 开始 桂 术 生长 异 澡 缓 慢 , 通 常 在 若干 年 后 才能 恢复 正常 ， 正 是 由 于 芽 虫 草 延 造成 的 危害 ,最 终 能 够 建立 菠 虫 危害 年 表 和 相应 的 危害 程度 (Swetnam and Lynch y 198995) 0 本 世纪 初 ; 洛 基 珊 南部 大 片 针 叶 林 曾 出 现 二 次 持续 性 较 强 的 云 杉 芽 虫 危害 ， 对 这 次 芽 虫 蔓延 的 原因 ,尤其 是 与 气候 之 间 的 关系 , 尚 待 深入 探讨 利用 树 来 年 轮 资 料 对 地 震 ` 滑 坡 ` 泥 石 流 的 研究 ,主要 取决 于 取样 的 地 点 与 质量 。 例 如 ， 在 作 地 震 分 析 时 ,一 旦 能 够 在 多 震 区 的 地 质 断 层 附 近 ,获得 较 多 的 树木 年 轮 样本 ,就 有 可 能 重建 该 他 区 房 虽 卫 的 二 晨 征 表 , 并 估价 地 震 的 强 肯 与 影响 范围 。 对 滑 起 泥石流 的 研究 ,不 少 采用 埋藏 木 进行 定年 ,有 的 还 要 结合 历史 上 的 地 震 事 件 来 判断 。 以 加 拿 大 东南 部 魁北克 省 Riviere Du Gouffre 流域 的 滑坡 事件 为 例 CEilion 等 ,1991)54, 获 得 -37 个 地 点 埋藏 木 ,进行 “C 测定 ,其 中 二 些 地 点 还 建立 了 古木 年 表 ,。 .结果 表明 ,最 近 .1 笠 多 年 来 ,引起 大 量 倒 木 .严重 影 响 树 未 生长 的 滑坡 事件 ,主要 集中 在 最 近 .600 年 ,其 中 两 次 大 滑坡 与 .1663, 年 的 大 地 震 有 关 。 M 在 水 域 附近 的 树木 年 轮 样 本 , 可 以 用 来 断定 过 去 水 位 与 湖岸 侵蚀 的 状况 ,在 加 拿 大 东部 冰川 湖 ( 克 里 瓦特 湖 罗 沿岸 生长 有 大 量 黑 杉 (Blaek spruce 天 在 取样 时 ;依据 湖水 位 对 树木 生 长 的 影响 5 蕉 到了 三 类 年 轮 样 本 :一 是 由 于 季节 性 泛滥 导致 的 死亡 或 垂死 的 树 未 ?一 是 由 于 高 求 位 影响 造成 倾斜 的 无 性 系 树 未 ,三 是 树干 带 有 鳞 痕 的 竺 未 。 树 未 年 轮 分 析 结 果 表 明 , 自 17 世纪 以 来 该 湖水 位 变化 趋势 是 不 断 上 升 的 ,并 可 划分 出 三 个 阶段 ,未 世纪 达 最 高 水 位 。 同 时 , 带 有 较 多 冰 撩 痕 和 倾斜 料 未 的 大 量 死亡 ,也 多 出 现在 末世 纪 。 这 些 结果 与 该 地 区 气候 增 暧 .融雪 量 不 断 增多 是 一 致 的 (Begin and Payette, 1988)! , 2k 41 Jah , ALAR TAH WE AY Hh SIE; AS LA 及 树木 生长 状况 ,曾经 成 功 地 分 析 了 加 拿 大 圣 ， 劳伦斯 河上 游 逐 年 最 大 的 平均 水 位 变化 , 历 中 洪水 的 变化 ,从 而 推断 在 主要 洪水 年 、 湖 岸 侵蚀 量 平 均 可 达 0. 15m*/m? yr 对 过 去 火山 爆发 事件 的 重建 ,最 早 曾 采 用 "“ 霜 轮 ”, 后 常 有 以 大 面积 内 出 现 异 常 窗 轮 为 主 要 依据 进行 推断 * 近 年 来 ,树木 年 轮 学 家 认为 ?火山 爆发 伴 有 大 量 火山 灰 、 造 成 直接 辐射 量 减 少 ,并 可 能 引起 温度 降低 ,这 必然 影响 树木 年 办 的 正常 生长 ;也 就 为 从 树木 年 轮 年 表 中 分 析 * 41 英 再三 40.9 公 市 ° 115° 火山 爆发 事件 提供 可 能 性 。 在 美国 加 利 福 尼 亚 东 部 赛 勒 。 内 瓦 达 地 区 ,从 森林 上 限 附 近 作 了 大 量 取样 。 这 些 最 终年 轮 年 表 最 长 可 推 至 公元 前 1000 年 , 且 都 对 气温 变化 十 分 敏感 。 如 果 将 序列 10 年 平均 值 中 连续 出 现 1 一 2 年 降温 ,后 来 较 快 恢复 正常 的 “变异 点 ”挑选 出 来 ,并 与 历史 记载 和 冰 芯 资料 所 定 火 山 事件 对 照 ,可 以 发 现 这 些 树木 年 轮 变异 点 多 数 与 火山 喷发 事 件 是 吻合 的 (CScuderi,1990)566] 。 此 外 ,一 些 树木 年 轮 研 究 成 果 还 涉及 到 水 坎 设 计 , 土 壤 污 染 监 测 、 森 林 上 限 的 生态 环境 变迁 等 许多 方面 ,表明 了 树木 年 轮 在 环境 变化 方面 研究 有 着 巨大 的 潜力 。 综 上 所 述 , 利 用 树木 年 轮 生长 对 气候 与 环境 变化 进行 分 析 ,无 论 在 深度 、 还 是 广度 上 *, 近 年 来 都 进展 甚 快 , 在 地 学 .生物 学 和 全 球 变化 研究 的 许多 方面 已 成 为 重要 的 途径 ,不 难 预料 ， 树木 年 轮 学 研究 必 将 在 气候 和 环境 变化 研究 中 发 挥 更 大 的 作用 。 [1] [2] (3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] C11] [12] [13] 2 = xX 献 Cook. E. R. A Time Series Analysis Approach to Tree Ring Standardization. Ph. D. Dissertation, University of Arizona. 175pp. (1985). Cook. E. Ret. al. Climatic change in Tasmania inferred from a 1089-year tree-ring chronology of Huon pine. Science 253 ; 1266-1268. (1991). Fritts, H.C. Reconstructing Large-Scale Climatic Pattern from Tree-Ring Data. The University of Arizona Press, Tucson 286pp. (1991). Hughes, M.K. and P.M. Brown. Drought frequency in central California since 101 B. C. recorded in giant se- quoia tree rings. Climate Dynamics 6;161— 167. (1992). Van Deusen. P. C. Some applications of the Kalman filter to tree-ring analysis in Proceedings of the Interna- tional Symposium on Ecological Aspects of Tree-Ring Analysis. eds by G. C. Jacoby et al. 566-578. (1987a). Visser. H. and J. Molenaar. Time-dependent climatic response in tree rings using the Kalman filter, in Meth- ods of Dendrochronology. eds by E. R. Cook and L. A. Kairiukstis. 270— 276. (1990). Van Deusen. P.C. Southern red spruce tree-ring analysis. NCASI Technical Bulletin 523; 45—55. (1987b). Cook, E.R. Bootstrap confidence intervals for red spruce ring-width chronologies and an assessment of age-re- lated bias in recent growth trend. Can. J. For. Res. 20;1326—1331. (1990). Shao Xuemei. Statistical Relationships between Tree Growth and Climate in Western North America. Ph. D. Dissertation. Univ. of Arizona. (1992). Weibel. E.R. , C. Fisher, J. Gahm, and A. Schaeffer. Current capabilities and limitations of available stere- ological techniques. Journal of Microscopy. 95;367— 392. (1982). McMillan, C. W. Application of automatic image analysis to wood science. Wood Science 14;97—105. (1982). Telewski. F. W. , A. H. Wakefield, and M. J. Jaffe. Computer-assisted image analysis of tissues of Ethrel- Treated Pinus taed a seedling. Plant Physiology 72:177— 181. (1983). Yanosky, T. M. , Robinove, C. J. , and Clark, R. G. Progress in the image analysis of tree-rings. In; Pro- ceedings of the International Symposium on Ecological Aspects of Tree-Ring Analysis. Edited by G. C. Jacoby - 116° [14] ba 06 (17] [18] [19] (20} (21] [22] [23] [24] [25] (26 ] (27] [28] [29] (30) “and J. W. Hornbeck» P. 658— 665. (1987). Woodcock, D. W. Climate sensitivity of wood-anatomical features in a ring-Porous Oak. Canadian: Journal of Forest Research: Vol. 19. No. 5. 639—644. (1989). Park, Wonkyn. Development of Anatomical Tree-Ring Chronologies from Southern Arizona Conifers Using Image Analysis: Ph. D. Dissertation. The University of Arizona. 1—234. (1990). Thetford, D. , R. D. Darrigo, and G.C. Jacoby. An image analysis system for determining densitometric and ring-width time series. Canadian Journal of Forest Research. 21:1544—1549. (1991). Jacoby, G. C. Overview of Tree- Ring analysis in tropical regions. IAWA Bulletin. 10(2);99— 108. €1989). Worbes. M. Growth Rings, Increment and Age of Trees in Inundation Forests, Savannas and A Mountain Forest in the Neotropics. IAWA Bulletin. 10(2):109— 122. (1989). Villalba, R. , J. A. Boninsegna and A. Ripalta. Climate, tree growth and site conditions in subtropical North- western Argentina. Canadian Journal of Forestry Research. 7;1527—1539. (1987). D’Arrigo, R. and G.C. Jackby. Java Teak Tree rings, Monsoon Rainfall and El] Nino-Southern Oscillation events. Jcurnal of Climatology. (1989). Eckstein, D. , J. Ogden, G. C. Jacoby and J. Ash. Age and growth rate determination in Tropical trees. In; Age Growth Rate of Tropical Trees. Edited by F.H. Bormann and G. Berlyn. 83—86. (1981). Mozeto,A. A. et al. Growth rates of natural amazonian forest trees based on Radiocarbon measurements. Ra- diocarbon. 30;1—6. (1988). Kiester, A. R. Process Modeling of Tree and Forest Growth; Current Perspectives and Future Needs. In; Pro- cess Modeling of Forest Growth Responses to Environmental Stress. eds by R. K. Dixon et al. Timber Press, Oregon. 416—422. (1990). Holmes. R. L. Dendrochronology Program Library (unpress). Laboratory of Tree Ring Research, University of Arizona, Tucson, USA. 1 一 35. (1992). Fritts, H.C. et al. Climatic Variation and Tree-Ring Structure in Conifers; Empirical and Mechanistic Mod- els of Tree-Ring Width. Number of Cells, Cell Size, Cell- Wall Thickness and Wood Density. Climate Re- search. 1; 97—116. (1991). Zahner, R. and C. E. Grier. Concept for A Model to Assess the Impact of Climate on the Growth of the South- ern Pines. In; Process Modeling of Forest Growth Responses to Environmental Stress. eds by R. X. Dixon et al.. Timber Press, Oregon. 383— 392. (1990). Weinstein, D. A. and R. Belon. Evaluating Effects of Pollutants on Integrated Tree Processes; A Model of Carbon, Water, and Nutrient Balances. In; Process Modeling of Forest Growth Responses to Envirnmental Stress. eds by R. K. Dixon et al. Timer Press, Oregon. 313—323. (1990). Vaganov, E. A. The Tracheidogram Method in Tree-Ring Analysis and Its Application. In; Methods of Den- drchronology : Applications in the Environmental! Sciences. eds by E. Cook and L. Kairiukstis. Reidel Prees. Dordrecht. (1990). Luxmoore, R. J. , M.L. Tharp, and D.C. West. Simulating the Physiological Basis of Tree-Ring Responses to Environmental Changes. In; Process Modeling of Forest Growth Responses to Environmental Stress. eds by R. X. Dixon et al. Timber Press, Oregon. 393—401. (1990). Graybill, D. A. and M. Rose. Coniferous Forests of Arizona and New Mexico. In; Effects of Air Pollution on Coniferous Forests of the Western United States. eds by D. Binkley et al. Springer-Verlag. 403— 431. (1992). * 117° [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] Brown, P. M. Dendrochronology and fire history in a stand of northern California coast redwood. M.S. the- sis, U of A. Tucson. 84pp. (1991). Kemp, W.P., D.O. Everson. and W. G. Wellington. Regional climatic patterns and. western Spruce bud- worm outbreaks. USDA Forest Service, Technical Bulletin. 1693. (1985). Mattson, W.J. and R. A. Haack. The role of drought in outbreak of plant-eating insects. Bioscience. 37: 110—118. (1987). Swetnam, T. W. and A. M. Lynch. A tree-ring reconstruction of western spruce budworm history in the Southern Rocky Mountains. Forest Science. 35:962—986. ; Filion, L. , F. Quinty, and C. Begin. A chronology of landslide activity in the valley of Riviere du Gouf- fre, Charlevoix, Quebec. Canadian Journal of Earth Sciences. 28:250—256. (1991) Begin, Y. and S. Payette, Dendroecological evidence of lake-level changes during the last three centuries in subarctic Quebec. Quaternary Research 30: 210—220. (1988). Scuderi, L. A. Tree-ring evidence for climatically effective volcanic eruption. Quaternary Research. 34;67 — 85. (1990). "118 。 Advances in Dendrochronological Study as One Approach to Reconstruct Past Climate and Environment Wu Xiangding Shao Xuemei (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstarct With specific request and emphasis on reconstructing high-resolution past climate and environ- ment, dendrochronological study has been playing an important role and making distinct advances. In this paper, five major parts; Applications of new statistical methods, Image analysis, Tropical tree-ring analysis, Modeling and Applications in analysis on environmental factors have been de- scribed. The state-of-the-art advances on dendrochronological analysis, especially some new meth- ods and techniques, are reviewed. In addition, some prospects on the future tree-ring analysis are mentioned by authors. ) Key Words; Tree-Ring Analysis Climate Change S * 119° 第 三 部 分 “气候 变化 对 农业 AFLP 气候 变 暖 对 我 国 东北 地 区 农业 热量 资源 的 影响 - ik Fis (PR RABR WAR HE TK 《 申 国 科 学 院 地 理 所 ) 摘 ， 要 :2XCco: 情景 下 全 球 气 候 将 明显 变 暧 ,我 国 东北 地 区 有 效 积温 及 其 持续 日 数 将 明显 ， 增加 。 由 于 气温 增高 后 积温 及 其 持续 日 数 将 同时 增加 ,使 此 类 计算 难度 较 大 .本文 从 积温 变化 原 理 出 发 ,推导 出 一 系列 简单 易 用 的 算式 .可 以 采用 任何 一 种 形式 的 平均 气温 变化 输出 资料 进行 积 温 及 其 持续 日 变化 的 计算 ,并 以 此 计算 了 未 来 2x co 情景 下 我 国 东 北 地 区 积温 及 持续 日 的 变 化 。 这 一 工作 对 农业 布局 等 重大 问题 有 一 定 参考 价值 。 关键 词 :全球 变 暧 AAPG mer: B= 东北 地 区 是 我 国 纬度 最 高 的 地 区 ,夏季 温和 湿润 ,冬季 严寒 漫长 ,无 霜 期 仅 100 一 200 天 左右 。 由 于 热量 资源 不 足 , 本 区 绝 大 部 分 农田 以 一 季 种 植 为 主 , 复 种 指数 最 低 。 未 来 2XCO。， 情景 下 ,我 国 各 地 的 热量 资源 将 普遍 地 有 所 增加 ,这 种 增加 对 于 热量 条 件 不 足 的 东北 地 区 ， 具有 很 实际 的 意义 。 因 此 ,计算 本 区 未 来 有 效 积温 及 其 持续 日 数 的 变化 ,是 一 项 重要 的 工作 ， 它 将 为 今后 东北 地 区 改变 种 植 制度 ,提高 复种 指数 及 农业 布局 等 一 系列 重大 决策 提供 有 意 义 的 依据 .关于 温室 效应 将 导致 下 世纪 中 叶 前 全 球 气候 明显 变 暖 的 问题 ,国内 外 有 关 部 门 及 学 者 已 经 并 正在 进行 大 量 研究 。. 几 种 主要 的 大 气 环流 模式 (GCMs) 的 建立 与 运行 为 预测 未 来 2XCo* 情景 下 全 球 的 气候 变化 提供 了 一 系列 输出 。 但 是 由 于 这 些 模式 的 输出 差异 很 大 ,使 人 无 法 定夺 选用 何 种 模式 输出 更 为 合理 。 另 外 ,模式 本 身 也 正在 不 断 的 改进 中 ,尤其 是 区 域 性 的 模拟 研究 尚未 成 熟 ,使 用 时 更 需 谨 值 行事 。 联合 国 IPCC 工作 组 每 年 都 召开 有 关 专 家 及 政府 部 门 参加 的 工作 会 议 , 讨 论 气 候 变 化 用 类。 本文 为 国家 “ 八 五 ?攻关 课题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 。120 。 其 影响 问题 的 研究 工作 。 根 据 1991 年 IPCC 工作 组 的 报告 所 ,未 来 Co: 浓度 加 倍 时 全 球 年 平 均 气 温 增 高 范围 为 1. 5C 左 右 。 另 外 ,文献 [3] 提 供 了 北半球 各 纬度 带 的 温度 变化 及 降水 变 化 情况 如 下 表 所 示 。 Rl 区 域 气候 变化 的 几 种 情况 Scenarios of Regional Climate Change 温度 变化 (全 球 平均 AT C) CDA L 3S fl; FOE ARCH K ALF 35—S55°N Ze). J PARE. 当 ATI 取 1:5C 时 ,得 出 该 地 区 冬季 增 温 为 1. 8C 左 右 , 夏 季 增 温 为 1. 2C 左 右 ,春秋 季 为 1.5C 左 右 。 二 、 思 路 与 公式 推导 经 模拟 分 析 得 出 ,我 国 东北 地 区 积温 >)Tu、>7Tio 与 相应 的 持续 日 数 Dv. Di 之 间 存 在 良好 的 线性 相关 20: >7Ti 一 一 1881. 992-423. 4914 Do (R=0. 9569** ) >) Tie=—970. 1948-+25. 0743 Dio (R=0.9880"") 图 :1 为 两 种 积温 与 持续 日 数 的 模拟 直线 与 实际 值 对 比 。 ZTo 3000 Ee 180 200 220 240 260Do 120 1 40 160 180 200 Dio 图 ! 我 国 东北 地 区 有 效 积温 与 持续 日 数 关 系 (a; >OCRE, b: >10 CRB) The Relation between Accumulated temperature and lasting Days (a; >0 C Accumulated Temperature, b; > 10°C Accumulated Temperature ) ° 121° 为 了 便于 说 明 问 题 ,首先 以 大 于 0C 积 温 DUT 与 其 持续 日 D, 为 例 进行 讨论 。 假 设 未 来 气候 变 暖 后 大 于 0C 积 温 为 >)Tw ,其 持续 日 数 为 Dv , 则 有 : Do! = Do + ADo ci) Dp2W SID) Te Aa Te (2) 图 2 为 气候 变 暖 对 盖 0C 积 温 影 响 示 意图 。 其 横 坐 标 为 日 序 , 纵 坐标 为 平均 气温 。 曲 线 ft) 为 当前 温度 年 变化 曲线 ,fz(t) 为 未 来 2XCo: 情景 下 的 温度 年 变化 曲线 。 显 然 曲线 Lt) 与 0C 线 围 成 的 面积 为 当前 大 于 0C 积 温 , 曲 线 ha OCA RAY I RA ARK 2X CO, 情 景 下 大 于 0C 的 积温 , 即 : 2 了 2 (3) Dn =| fo a (4) Tit (to—t,) Al (to! —t, 4H He 4A RHA OCHMBRAAR. GOHAPKS,. Do To! 可 由 四 部 分 组 成 ， Sn =|" pow =| poet [tTronoles | GO 十 | 大 CO 人 《5) 但 是 ,温度 年 变化 曲线 乒 (0D 和 fz(tb) 的 图 数 表 达 式 是 很 难 确 定 的 。 图 形 中 四 个 组 成 部 分 的 面积 可 以 近似 地 由 下 式 表 示 : >)2o0 = 2 加 十 Di Am 十 (Ap + AT2)/2 (6) 《6) 式 右 侧 第 一 项 为 当前 的 积温 值 ,第 二 项 为 当前 积温 持续 日 内 因 和 气温 升 高 而 增加 的 积 温 增 量 ,第 三 项 为 增加 的 持续 日 数 引 起 的 积温 增 量 。AT, 为 当前 Do 时 期 内 气温 增值 的 加 权 FEY, AT. AAS DATES A ADs 气温 增值 的 加 权 平 均 。 由 于 积温 与 其 持续 日 之 间 具 有 良好 的 线性 关系 , 即 : DyTo= a+b Do (7) ° 122+ ——— aaa ee ee ee | To =a +b Do! (8) 两 者 相 减 得 Lt = BL De (9) 代入 (4) 式 得 a+ b(Do + ADo) = (a + bDo) + Do ， ATi + ADo . AT2/2 整理 后 得 >0 CRIA 1 AT y* Do APv= FT /2 (10) 同 理 可 得 _ AT, * Dio APw=5— AT, /2—10 (11) (10) 式 表示 :只 要 已 知 了 当前 之 0C 积 温 的 持续 日 数 (Du) ,线性 关系 式 系数 岂 以 及 未 来 气 AAA aie AMAT. ATs BRE RR REM Te PeaTs gat rae 情景 下 持续 日 增 量 Am。 值得 提出 的 是 ,由 于 此 图 2 气候 变 暖 对 >0C 积 温 影响 示意 图 公式 中 页 和 Am 并 没有 任何 格式 上 的 限制 ， nn alae «oo 即 可 以 是 季 加 权 平 均值 ,也 可 以 是 月 加 权 平 均 值 , 旬 加 权 平 均值 … 等 等 ,所 以 适用 于 任何 形式 的 气候 模式 输出 ,从 这 个 角度 出 发 ,此 公式 的 适用 性 是 十 分 明显 的 。 得 出 了 持续 日 增 量 入 Dr 值 后 ,可 以 根据 (8) 式 计算 相应 的 积温 增 量 A 2y7o, 将 求 得 的 ADU To 加 上 当前 的 277e, 则 得 到 未 来 气候 变 暖 情景 下 的 积温 值 2321 。 公式 适用 范围 讨论 气候 变 暖 引起 了 积温 及 持续 日 数 同时 有 所 增加 ,但 持续 日 的 增加 是 有 限 的 : Do + ADo S 365(48 ) PAG ANE TAY a Bh A COSA REA Do. BBA» FE FER LEME SAR A C10) RE TT 计算 呢 ? 假定 某 站 点 在 未 来 气候 变 暖 后 积温 持续 日 增 至 最 大 可 能 值 365( 日 ) ,那么 该 站 点 的 "。123。 当前 持续 日 数 就 是 公式 适用 范围 的 最 大 值 Do max, JA] Do max 代入 (10) 式 有 ， Do maz + AT, ADo = (365 — Do maz) = i Are 整理 得 3655 一 +: * son A\T, Do max = i a (12) 同 理 可 得 365(6— AT, 一 10) Dio max = At, 6 — AT./2— 10 (13) 如 果 某 站 点 当前 大 于 0C 积 温 持 续 日 超 过 计算 所 得 的 Do max 值 , 则 可 以 用 另 一 种 更 简单 的 方法 去 计算 未 来 的 Ap 和 Do's ALTE 表 1 所 确定 的 气温 增 量 得 到 AT 和 人 AT: 以 及 线性 方程 中 的 回归 系数 上 值 ,代入 (12) 式 进行 计算 ,得 出 我 国 北 方 30 一 60"V 地 区 Domaz 约 为 340 天 ,Dio max 为 327 天 左右 。 而 当前 东北 地 区 的 m,Do 远 没有 达到 这 一 数 值 ,所 以 可 以 用 这 个 方法 进行 人 Po 会 Do 以 及 Do! 、Dio 人 ITs! DoT! 的 计算 三 、 计 算 绪 采 分 析 1. >0C 积 温 与 持续 日 数 De 的 变化 计算 结果 表明 ,未 来 因 大 气 中 温室 气体 浓度 升 高 ,气候 变 暖 ,我 国 东北 地 区 > 之 0C 积 温 及 其 持续 日 数 都 有 较 明 显 的 增加 。 下 面 依 图 3 “2XCO: 时 我 国 东北 地 区 之 0G 、 持续 日 数 变 化 分 布 计算 过 程 的 顺序 ,分 析 各 种 计算 结果 The Change of Lasting Days (>0°C) in the (1) Do 的 增 量 ADs Scenario of CO, Doubling in Northeast China 图 3 为 未 来 2X CO. 情景 下 我 国 东北 地 区 >0C 持 续 日 数 的 增 量 人 mo 的 分 布 。 从 图 中 看 出 FRE RACH EK AD 的 范围 为 12 一 19 天 左右 ,并 存在 着 由 北向 南 逐 渐 增 大 的 趋势 ， 本 个 值 约 为 13 天 ,位 于 黑龙 江 省 漠河 ;最 大 值 约 为 19 天 ,位 于 辽宁 省 大 连 市 。 。，124 。 —— so — (2) Do 的 变化 将 各 站 点 的 人 Du 值 代 入 (1) 式 ,得 到 未 来 2Xco, 情景 下 >0C 积 温 的 持续 日 数 Dw .图 4 中 为 当前 东北 地 区 >0C 积 温 持续 日 数 Du,b 为 2XCO:, 情景 下 持续 日 数 Dv 。 对 比 图 4a 与 4b 可 以 看 出 ,我国 东 北 地 区 在 未 来 气候 变 暖 情景 下 >0C 持 续 天 数 分 布 也 发 生 明 显 变化 。 生长 期 为 200 天 的 等 值 线 由 当前 的 克 山 一 海伦 一 稚 岗 一 线 , 向 北 推移 到 孙 吴 以 北 , 北 移 了 将 近 250km 2A. Do 最 小 值 为 183 天 ,位 于 黑龙 江 省 漠河 ,最 大 值 为 279 天 ,位 于 辽宁 省 大 连 i. 4 我 国 东北 地 区 >0C 的 持续 日 数 (a: 当 前 情景 ,b: 未 来 情景 ) Lasting Days (>0'C) in Northeast China 〈a :present scenario，b:future scenario) (3) DUT. 的 变化 气候 变 暖 不 仅 使 全 年 生长 期 延长 ,而 且 有 效 积温 也 同时 明显 增 大 .。 表 2 所 列 数据 为 计算 所 得 我 国 东北 站 点 的 A 2 Te 值 .其 变化 范围 约 为 300 一 450( 度 。 日 ) ,并 有 随 纬度 增 大 而 逐 渐 减少 的 趋势 。 将 计算 得 出 的 A 207. 值 与 当前 的 2.7。 值 相 加 ,得 出 未 来 2Xco, 情景 下 的 之 0C 积 温 i D570! 。 图 5 中 为 当前 的 >Te 分 布 ,为 未 来 2X COn 情景 下 的 Da To! hi. HE LEP AE A 知 ,未 来 气候 变 暖 后 我 国 东北 地 区 各 站 点 之 0C 积 温 明显 增 大 ,各 等 值 线 向 北 推移 2 一 3 个 续 度 , 相 当 于 200—300km, 3000 BE + 日 等 值 线 由 当前 的 虎 林 一 宝 清 一 佳木斯 一 绥化 一 齐 齐 哈 尔 一 线 , 北 移 至 伊 者 一 北 安 一 嫩江 一 线 ;4000 度 .日 等 值 线 由 辽东 半岛 西南 部 位 移 到 丹东 "125。 WAR APE REAR. RHA SOCRBAA 2400-3500 F - HAG. GKE 约 为 3500-3800 度 > HAA. WT AAA 3600-1500 F + HAG. . #2 我 国 东北 地 区 A 2.T, 值 ( 度 * 日 ) Value of 八 > Tyin Northeast China SC KI wie | ae Rinku a. 299 四 平 390 mR 325 吉林 392 齐齐哈尔 黑龙 江 _ 364 通 _ 化 388 _ 哈 尔 滨 黑龙 江 369 390 it 丹 江 372 阜新 te o4u aw 元 a aol gt 57 130 Ca et 433 | 长 春 si), 者 Ae Roa Se Q 4 j sh 5 ORAM RS OCR BD (a, YATE, 0.2 COR) ~ Accumulated Temperature (>0°C) in Noftheast China (C+D) (a: present scenario, b; future scenario) 三 2. Sl10CRBRARA HM Bit Ne C1) Do 的 增 量 =“ 了 T26 。 根据 (8) 式 计算 出 未 来 2XCoO* 情景 下 我 国 东北 地 区 三 10C 积温 持续 目的 增 量 ADi。, 其 分 布 见 图 6。 结 果 表 明 , 人 Di 在 我 国 东北 地 区 的 值 约 为 13 一 24 RAG HE 现 出 自 北 向 南 逐 渐 增 大 的 趋势 ,最 小 值 出 _ 现在 黑龙 江 省 漠河 ,最 大 值 出 现在 辽宁 省 大 连 市 ,人 ApDio 为 18—20 天 的 分 布 范围 最 大 ,包括 吉林 省 全 省 及 黑龙 江 省 南边 .辽宁 省 北部 。 《2) Dio 的 变化 7 WREAK SS 10 CR mA 分 布 , 其 中 a 为 当前 分 布 状 况 ,b 为 未 来 2 Xico; 情景 下 的 分 布 状况 。 对 比分 析 可 知 ， FH 2X CO. 情景 下 各 等 值 线 都 向 北 推移 约 200km 左右 , 比 Do 变化 幅度 小 些 。 未 来 2X CO. HR FS 10CHEA MHA 180K 的 等 值 线 由 当前 的 营口 一 锦州 一 绥 中 一 线 ,向 北 推移 到 桓 仁 一 清 源 一 彰 武 一 线 。 6 2XCO, 情 野 下 我 国 东北 地 区 二 10C 持续 日 数 变化 (人 Dio) 分 布 The Change of lasting Days (210°C) in the scenario of 2x CO, in Northeast of China 7 RBRAMES 10 CRPGRAMDA (a: 4B HR,0:2X CO. 情景 ) Lasting Days (>10°C) in Northeast China in the scenario of 2 CO,(a; present scenario,b; future scenario) © 127+ (3) DIT of BAL HK 2X CO. 气候 情景 下 ,我 国 东 北 地 区 之 10C 的 积温 有 明显 增加 , 表 3 可见 ;各 站 点 A >7Tie 有 自 北 向 南 逐 渐 加 大 的 趋势 。 最 小 值 为 320 度 。 日 ,位 于 黑龙 江 省 漠河 ;最 大 值 为 596 度 。/ 目 了 位 于 辽宁 省 大 过 市 。 表 3 “我 国 东北 地 区 A Thc) Value of 人 DT in Northeast China (‘C + D) a: Se aa 全 FHT 168 ri A «70 AT a le DAE ao 5 @ ke | me [owe | | OA SEE 村 证 6 = 566 Kt i, Ssh oe ge 图 8。 RERAMRS CREDA Ca. 当前 情景 ,b:2XCo; 情景 ) Accumulated Temperature (210°C) in Northeast China (a; present scenario, b; future scenario) ? * 128° 8 为 我 国 当 前 与 未 来 2X Co, 情景 下 之 10C 积 温 的 分 布 状 况 , 其 中 a 为 当前 状况 ,b 为 未 来 状况 。 对 比 图 中 等 值 线 可 以 看 出 ,东北 各 地 2,Tio 有 所 增加 。3000 度 。 日 的 等 值 线 由 当前 的 通 榆 TS AC RATT Ah EA Ft AER KALB 300—500km, : Brid2 to tesodii0oWl mi 290102951 tsoH 四 、 do 到 本 文 从 积温 及 持续 日 数 的 凉 建 出 惨 " 卵 " 守 弄 一 姿 评 算 未 来 2XCo。 情景 下 两 项 农业 热 量 指标 变化 的 公式 ,不 仅 适 用 性 广 , 且 人 简单 易 秤 由 用 这 些 公式 计算 了 我 国 东北 地 区 未 来 2X co, 情景 下 >>0C 积 温 、 Pa 积温 肌 某 相应 的 持续 种 数 变化 3 得 出 了 一 系列 计算 结果 。 分 析 这 些 计 算 结 果 可 以 看 出 ,未 来 2XCO: 情景 下 我 国 东北 地 区 >0C 积 温 约 增加 300 一 450 度 。 日 ,持续 日 数 将 增加 12 一 19 天 ;>10C 积 温 约 增 加 320 一 600 BE > 日 ,持续 日 数 将 增加 13 一 24 和 天。 有 效 积温 及 其 持续 日 数 的 增加 对 东北 地 区 提高 复种 指数 ,改变 种植 制 省 种 下 bum SESH OOH SGA LBL Pe eae RR pen Dek, Meee AME Lr mee ie ica A OL TSP AR EPR OF ee pe aE B32 Ey 主语 22: Isoiiosyq brie siqmie to Joes .19qeq eit al .tluo swinisqms! 116 nsoni to MOU Yo sisb Juqivo iio? VRS sas! aso sW .oiwisisqmses beisiumusos -idD to so1A taseriitoA to G bas TS ; oisiyolso siqmsxe 28 bas eq bas TS sisivolso of egies ist od iw A10W einT .syscttilo OD XS to noitibmos edi 19bay sa 参考 文 献 Omi) S13 siuisioqmsT betslumuooA gdimisW lsdolD; abrow yo2 [1 AoA ARG th SK AY AT RB RE H]AA C3), (1989). [2] IPCC 第 一 工作 组 ,气候 变化 的 科学 评估 (草稿 ) 一 向 “世界 气候 变化 专门 委员 会 ?提交 的 报告 ,(1990)。 (3] FRAP: CO. 的 气候 效应 与 华北 干旱 问题 ,气象 ,(3)，(1989) 。 [4] 气象 科学 研究 院 ,全国 农 业 气候 资料 集 , 中 央 气 象 局 ,(1982) 。 [5] 刘 哄 浩 等 ,中 国 耕 作 制 度 区 划 ,北京 农业 大 学 出 版 社 ,(1987) 。 -ui to noliscols siusiuoiigs of TUOV ° 129 + The Impact of Global Warming on Agricultural Heat Resources in Northeast of China Zhang Houxuan (Institute of Agrometeorology, CAAS) Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Science) Abstract Global climate will be warming in the future scenario of CO, doubling. The accumulated tem- perature oT, and their lasting days D will change. Therefore, calculation of >IT and D is diffi- cult. In this paper, a set of simple and practical fomulas are deduced based on changing principle of accumulated temperature. We can take any form output data of GCM of mean air temperature change to calculate DIT and D, and as example calculate , DT and D of Northeast Area of Chi- na under the condition of 2 X CO, climate. This work will be favour to agriculture alocation of fu- ture time. Key words;Global Warming Accumulated Temperature * 130- 温室 效应 对 我 国 双 季 稻 气候 生产 力 的 影响 ik HB (中 国 农 科 院 农业 气象 所 ) HEF (北京 农业 大 学 ) 摘要: 本文 在 已 有 工作 基础 上 ,建立 了 水 稻 气 候 生产 力 的 模型 ,并 以 此 计算 了 未 来 2XCO。， 情景 下 我 国 南方 中 部 地 区 站 点 双 季 稻 气候 生产 力 的 变化 。 分 别 得 出 了 在 自动 灌溉 下 ,两 育 方式 下 气候 变化 对 现 有 品种 双 季 稻 气候 生产 力 的 影响 普遍 是 负 效应 的 结论 。 造 成 负 效应 的 主要 原因 是 生育 期 缩短 ,呼吸 消耗 加 大 、 光 合作 用 减弱 ,尤其 是 晚稻 受 影 响 更 为 明显 。 如 果 考 虑 CO: 浓度 的 直 接 影 响 , 负 效应 有 所 减缓 。 关键 词 : 温 室 效 应 ” 双 季 稻 气候 生产 力 Dil 一 、 前 水 稻 是 我 国 主要 的 粮食 作物 之 一 ,其 总 产量 占 全 国 粮食 产量 的 44 汶 以 上 。 双 季 稻 种 植 面积 占 水 稻 的 33%% ,而 产量 却 占 水 稻 总 产量 的 66%D。 因 此 ,研究 分 析 未 来 2X CO* 情景 下 双 季 稻 气 候 生产 力 变 化 是 关系 到 国计民生 的 大 事 。 大 气 中 CO. 及 其 它 微 量 气体 如 甲烷 、 一 氧化 氮 、 臭 氧 、 氟 里 昂 等 在 长 波 辐 射 的 波段 有 很 强 的 吸收 带 , 因 此 ,对 地 面 的 气候 起 到 类 似 温 室 的 作用 , 故 称 这 些 气 体 为 温室 气体 .由 于 人 类 活动 使 大 气 中 温室 气体 含量 不 断 增加 ,温室 气体 对 气候 的 影响 问题 已 受到 人 们 的 普遍 重视 ， 目前 有 关 CO 对 气候 的 影响 的 研究 工作 最 多 。 CO. 在 工业 化 之 前 很 长 一 段 时 间 里 浓度 大 致 稳定 在 280 士 10ppm, 目 前 大 气 中 Co, 浓度 约 为 350ppm 左右 , 若 各 种 温室 气体 继续 以 目前 的 速度 上 升 , 则 将 在 下 世纪 中 叶 前 达到 CO, 倍增 的 气候 情景 。 空气 中 温室 气体 浓度 上 升 , 可 能 引起 气候 的 明显 增 暖 。 据 一 些 全 球 大 气 海 洋 环 流 模 式 《GCMS) 模 拟 , 当 COs 倍增 后 ,地 面 气温 可 上 升 3 士 1. 5C 。 如 果 考 虑 海洋 对 温室 效应 的 延 组 作用 温度 上 升 为 预计 的 一 半 所 。 若 各 种 温室 气体 的 释放 不 加 限制 ,地 面 温度 将 以 每 10 年 0. 3C 的 速度 递增 "”…””。 综 上 所 述 ,50 年 后 , 即 2040 年 左右 ,由 于 大 气 中 温室 气体 的 增加 ,将 * “本文 为 国家 “ 八 五 "攻关 课题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 “131 。 导致 地 面 温 度 平均 上 升 1. 5C 左 右 名 。 co, 倍增 后 ,对 降水 量 的 影响 程度 问题 ,由 于 大 气 环流 模式 的 模拟 结果 误差 一 般 和 CO, 倍增 降水 率 变化 的 最 大 幅度 相差 不 多 59; 因 此 ,未 来 降水 状况 暂 环 能 定 * 但 有 一 点 可 以 肯定 ， 气候 变 暖 明显 改变 雨量 的 时 空 分布 , 季 节 之 间 :年 际 之 间 以 及 大 尺度 的 地 堪 之 间 出 现 雨 量 过 多 过 少 现象 将 更 加 频繁 和 剧烈 加 了 | 温室 效应 对 农业 生产 具有 两 方面 的 影响 : 仅 考虑 其 引起 温度 、 降 水 等 要 素 的 变化 对 作物 产量 的 影响 ,而 不 考虑 大 气 中 Co; 的 变化 对 作物 生理 生化 过 程 的 效应 , 称 为 间接 影响 。 同 时 考虑 间接 影响 和 CO. 直接 效应 , 称 为 综合 影响 。 二 、 研 究 方法 和 资料 来 源 本 文 对 已 有 的 水 稻 光 能 利用 的 气候 -生态 模式 进 行 了 修改 .完善 ,同时 加 入 水 分 因子 的 影响 ,利用 1978 一 1985 年 各 站 点 逐 旬 气 象 要 素 资料 ,计算 我 国 南方 中 部 站 点 在 气候 变化 前 后 双 季 稻 气候 生产 力 。 se 1. 模型 的 建立 C1) 模型 的 结构 水 稻 光 能 利用 与 气候 条 件 的 关系 形成 一 个 农业 气候 生理 生态 系统 ,可 用 右 图 表示 : 我 们 的 着 眼 点 主要 在 气候 条 件 与 光 能 利用 的 关 系 上 ,因此 假定 N,P,K 等 养分 都 得 到 充分 满足 , 当 前 的 CO. 浓度 则 在 300ppm 以 上 。 (2) 具体 计算 公式 | ”水稻 气 候 生产 力 模型 结构 框图 学 Frame of M Clim @@ 气 候 变 化 的 间接 影响 \ Brodbeh A -Letags Bt Y= )C-QT M+ 9, C*O7; He oss) ab i=A i=m+) A oA Y= Se-arnmMvety dj CHO MV: als £5) ‘= 1 : i=m+1 其 中 7 :自动 灌溉 下 的 水 稻 生 物 学 气候 生产 力 3 Y' 雨 育 下 的 水 稻 生 物 学 气候 生产 力 , 各 生育 期 的 水 分 满足 率 太一 BRCGDVPBE(CD) RG) :实际 旬 降 水 量 *1978 一 1985 年 旬 平 均值 PE (i) : 桑 斯 维特 法 求 得 的 旬 平 均 蒸 散 :一 1 一 : 前 中 期 (抽穗 前 ) 各 旬 , 一 mm 十 1 一 2: 后 期 各 名 C= 3. 175( 卡 /cm2) 能 量 转 变 为 产量 ( 斤 / 亩 ) 的 系数 @,: 播 种 一 成 熟 各 旬 的 太阳 辐射 量 ( 本 文 用 78 一 85 年 的 旬 平 均值 ) “132。 Hy: AEP AY Oe BE RH =0. 17 五 :: 后 期 的 干 物质 转移 率 ,五 : 一 0. 85 Ty: MIE + T)=0. 470. 940.90 qx aX TEX LEX (1—7t) ON 0. 47: 光 合 有 效 辐 射 占 总 辐射 的 47% 计 全 三 0.943 水 稻 体 对 光合 辐射 的 反射 约 为 6% 0. 90: 非 光合 器 官 约 吸收 10 吧 的 光合 辐射 4: 量 子 效 率 q=0. 149 “叶片 对 光合 辐射 的 吸收 inane am mee a 天 :消光 系数 :各 时 期 适宜 叶 面积 指数 228: 受 白昼 温度 影响 的 相对 光合 率 All AG: TE=— 2. 33+0. 25Ta—4. 63X10°7a? PERG: TE=—1. 85+0. 237a—4. 63 X 10° Ta? Ta. BBE Ta=T+—— TE 。 TV AE ARS x: 受 温度 影响 的 呼吸 消耗 率 _T>20C :rt=(T—20) X 0. 002+0. 2 T<20C :rt=0.01XT | , rig tigen TS 区 多 和 影响 下 的 相对 光合 率 ， 根据 给 定 曲线 加 模拟 出 的 方程 求 得 二 ， 计 算出 水 多 的 年 物 与 气候 生产 力 了 后 乘 以 经 济 素数 0. 45 得 到 水 窘 气候 生产 力 。 加 温室 效 应 的 综合 影响 环境 中 CO. 浓度 增加 ,会 使 农作物 的 光 侣 作用 强度 增加 ， 从 前 使 产量 增加 ， 试 玖 表明 ,C: 植物 对 增加 C9。 的 反应 比 ,ct 植物 大 得 多 90? He BE SA 倍 可 能 使 es Bc eR A Hy 105026, 但 是 CO, Fs WLC BY 95% EDI CTR TSH COs nt He Mt I By JESU BEEBE 525%», ; lies s OSE ABEB EER TRI 《1D- 温 度 下 升 辑 度 随 纬度 :季节 变化 人 和 ne | He e i 表 1 温度 变化 方案 Scheme of Temperature Change ° 133 。 (2) 降水 的 变化 方案 CO, 浓度 上 升 ,气候 变 暖 ,可 能 影响 全 球 的 降雨 分 布 。 从 Roger Revelle 1982 年 总 结 出 的 世界 一 些 水 系 因 全 球 增 暧 而 引起 的 流量 变化 来 看 ,未 来 我 国 的 长 江 属 于 部 分 流量 和 储量 受 损 的 河流 中 ,长 江 的 水 量 主要 来 源 为 降水 ;另外 ,气候 变化 ,海平 面 上 升 ,将 导致 湿润 地 区 的 降雨 强度 加 大 。 另 外 ,文献 的 也 指出 , 低 纬 地 带 (0 一 30"N) 目 前 多 十 地 区 未 来 十 更 多 。 根据 上 BSP AT , 设 定 我 国 南方 地 区 未 来 降水 变化 如 下 表 所 示 : R2 2XCO. 情 有 入 下 我 国 南 方 降水 变化 方案 Scheme of Precipitation Change of South China in 2 CO, Scenario rcs rrr +10% =. BRAD 无 论 是 自动 灌溉 方式 还 是 雨 育 方式 下 ,气候 变化 对 水 稻 气 候 生产 力 的 间接 影响 均 为 负 效应 ,使 双 季 稻 的 生育 期 缩短 ,气候 生产 力 下 降 。 1. 自动 灌溉 方式 下 在 自动 灌溉 方式 下 ,农田 土壤 水 分 能 完全 满足 作物 生长 和 产量 形成 的 要 求 , 所 以 在 其 它 条 件 相同 的 情况 下 ,降水 的 多 寡 对 产量 的 波动 贡献 很 少 。 在 自动 灌溉 方式 下 ,温度 为 影响 水 稻 气 候 生产 力 的 主要 因素 ,温度 升 高 ,水 稻 总 生育 期 提前 且 缩短 ,气候 生产 力 下 降 。 计 算 结果 表明 ,在 自动 灌溉 方式 下 ,南方 双 季 稻 气候 生产 力 降低 范围 为 10 一 17% 左 右 。 由 于 气候 变 暖 对 双 季 稻 影 响 较 复杂 ,因此 ,在 分 析 双 季 稻 气候 生产 力 下 降 的 成 因 时 ,必须 分 别 从 早稻 和 晚 稻 的 计算 结果 着 手 ,进行 详细 的 分 析 。 AK 2X CO. 气候 情景 下 我 国 南方 双 季 稻 早稻 和 晚稻 气候 生产 力 变化 是 不 一 致 的 。 表 3 列 出 了 11 个 站 点 早稻 和 晚稻 生产 力 变 率 及 几 个 主要 因素 (生育 期 .白天 温度 系数 及 呼吸 系 数 ) 的 变 率 。 从 中 看 出 ,早稻 气候 生产 力 减 值 比 晚稻 气候 生产 力 减 值 小 。 主要 原因 有 三 方面 : 中 生育 期 的 变化 :2XCo: 情景 下 气温 上 升 使 播 期 提前 ,但 是 ,早稻 虽然 播 期 提前 10 一 20 天 ， 由 于 生育 前 期 低温 持续 时 间 长 ,不 能 很 快 进 入 下 一 生育 阶段 ,所 以 总 生育 期 天 数 对 于 大 多 数 站 点 来 说 不 仅 没 有 缩短 ,反而 有 所 增加 (平均 增加 1. 27 天 ); 而 晚稻 播 期 提前 后 很 快 进入 下 一 个 生育 阶段 ,气温 增高 使 生育 期 天 数 缩短 明显 (平均 减少 12 天 ), 从 而 减少 了 光合 作用 累 积 干 物质 的 时 间 .。 包 早稻 成 熟 于 7 月 下 旬 以 前 ,气温 增高 对 它 影响 不 如 晚稻 ,况且 2XCco, 情 景 下 生育 期 又 有 所 提前 。 计 算 结 果 表 明 早 稻 温度 影响 系数 平均 变 率 为 -3. 61% ,晚稻 为 4.60%. @ 温度 增高 加 大 了 作物 的 呼吸 消耗 ,不 利于 产量 形成 ,早稻 由 于 生育 期 提前 避 开 了 高 温 影响 ,此 项 变 率 反而 为 正 值 ( 平 均值 为 0. 34%%) ,而 晚稻 却 为 -7. 46%* 两 者 差异 十 分 明显 。 ,134 。 R3 早稻 晚 稻 生 育 期 及 TE、(1 一 ro 变化 Changes of Growing Period, TE, (1—rt) of Early Rice and Late Rice 早 稳 晚 fa 生育 期 | TEE | (1 一 ro | 气候 生产 | 生育 期 | TE | (1 一 ro | 气候 生产 REAL %)) BC %) BERR % AZER(% BBL %)| BC%) BER C% AARC %) |= 3.18 | +013] 一 269 | 一 14 | —2.33] ~7.98] ~1.19 一 3.56| +0.40] —6.11 | 一 10 | —6.97| —7.12 | —16.89 | 9 [= 6.40 | 7.78 | —19. 09 |=3.71[+0.27] —5.42 | 一 3 | —4.46 | —7. 94 | —16. 99 一 2 42| 0.13] 一 9.86 | 一 12 | —0.31 | ~7. 45 | 一 12.67 一 9.55| 十 2.36| 一 14.98 | 一 16 | —5. 26 | 一 0.85 “Bl ee] he) Bh) Be] | | BE] AS | Bt] |] 二 至 OF] A] 44] SE] Ak | S| | SES | Oo SS] Ce | —9.56 | —25. 35 Proia] —18-92 | 12 | 3.12 | 6.41] 15.23 [=i-a7[—o.28[ 8.40 | —10 [3.10] —a. 09 | 15.96 +1 [—1o1] 4013] —ea3 | —9 |—s06]—5.03| —14.25 Tot f= 2.86] 0-40] 10.98 | 16 | 2.92] —6.74| —14.58 Friar [—aeif+osa[ —o14 | —i2 [—«. 60] —7. a6] 16.06 2. 雨 育 方式 下 前 面 讨论 了 自动 灌溉 条 件 下 我 国 南方 双 季 稻 气候 生产 力 的 变化 。 考 虑 到 目前 我 国 许多 稻田 缺乏 完善 的 灌溉 设备 ,特别 是 地 势 较 高 的 山坡 五 陵 地 带 , 未 来 气候 变 暧 情景 下 由 于 降水 量变 化 将 使 这 些 稻 田 的 雨 育 水 稻 受 到 明显 影响 。 因 此 ,很 有 必要 对 雨 育 条 件 下 我 国 南方 双 季 稻 气 候 生产 力 的 变化 进行 模型 计算 与 分 析 讨论 。 表 4 为 根据 计算 结果 列 出 的 我 国 南方 12 个 站 点 雨 育 条 件 下 双 季 稻 未 来 2XCO* 情景 下 气候 生产 力 的 变 率 . 从 表 可 以 看 出 , 雨 育 条 件 下 南方 双 季 稻 气候 生产 力 降 低 程 度 比 自动 灌溉 条 件 下 明显 增 大 。 其 中 ,未 来 降水 较 少 的 方案 工 情景 下 降低 更 高 些 , 其 范围 为 -8. 4 至 -26. 5% ,而 方案 开 降 低 略 小 些 (-4.4 至 -21.5%%)。 从 地 理 分 布 上 看 ,宜昌 ,长 沙 一 带 双 季 稻 气候 生产 力 降 低 最 大 。 表 4 未 来 2XCGO: 情 入 下 双 季 稻 ( 雨 育 方式 下 ) 气 候 生产 力 变 率 (%%) Changing Rate of Climate Productivity of Double 一 Harest Rice in 2X CO, Scenario (%) = 25.4 SS RETOFETREETEEETTEETOIS PT 3. SO; 闷 度 增高 对 水 稻 生 产 力 的 直接 影响 -一 大气 中 的 SO, 气体 是 作物 进行 光合 作用 制造 有 机 物质 的 主要 原料 。CO* 浓度 增高 将 有 利于 加 速 作 物 的 光合 作用 提高 干 物质 积累 的 速度 和 数量 。 据 研究 报道 ,大 气 中 co; 浓度 增加 * 135 + 一 倍 时 ,Cs 作物 光合 速率 将 提高 50% 左 右 , 小 麦 将 提高 36KEH. KH IMAA™. 但 是 ,由 于 温室 效应 中 还 包括 其 他 温室 气体 的 作用 ,Co: 气体 只 占 其 中 的 55%。- 目 前 有 的 研 究 将 水 稻 的 这 一 正 效应 定 为 20% 左 右 。 综 合 以 上 分 析 ,本文 设 定 在 2XCco 情景 下 ,我 国 南 方 水 稻 因 CO, 法 度 提高 而 使 其 生产 力 增加 的 百分比 为 20% 和 5%% 两 种 方案 , 表 5 为 根据 这 两 种 方案 进行 计算 的 结果 。 分 析 表 -5 中 所 列 数据 不 难看 出 , 当 CO, 浓度 增高 对 作物 水 稻 的 直接 正 效应 定 为 20% 时 ,我 国 南方 中 部 除 宜昌 一 长 沙 一带 以 外 ,其 余 各 站 点 的 双 季 稻 生 产 力 在 未 来 2XCO: AR 下 都 有 提高 ,但 提高 幅度 并 不 大 ,自动 灌溉 方式 下 提高 率 为 2. 42 一 7. 75%， 雨 育 方式 二 方案 I 提 高 率 约 为 0. 67—11.92% A UW 4. 75—13. 35% , 当 CO. 浓度 的 正 效应 定 为 5% 时 ， 所 有 站 点 的 双 季 稻 生产 力 均 星 下 降 。 自动 灌溉 方式 下 降低 5. 43 一 11. 52% , 雨 育 方式 下 方案 I 降 低 0..66 一 19.43% , 77S I REM 0. 57—15. 71% 5 考虑 CO: HRENNERAMEBEFPAHNE() Changing Rate of Productivity of Donble— Harvest Rice in South China, Donsiding direct Effect of Increasing CO, Concentration (%) ; 雨 育 方式 NS ee a ae Ca 一 16: 24 武汉 三 83 a 8 i098 Po | 800, | 9.91 | 11.80 | — 22.83 | 5,80 ee 藏 江 | 642 | -687 | ~i96 | 一 1422| 284 [1002 (aoe A a =. BRAD 1. 玉米 对 热量 条 件 的 要 求 在 京 郊 平原 地 区 ,活动 积温 大 于 4600 B+ 日 的 保证 率 为 25 一 35% AF 4500 BE - A 的 保证 率 为 50 一 60% 。 这 样 ,除去 小 麦 适 期 播种 全 生育 期 所 需 的 积温 ,玉米 只 4 能 选用 需 活动 积温 2250 一 2350; 度 .日 范 围 的 品种 ,从 而 限制 了 玉米 生产 潜力 的 发 挥 。 考虑 到 生产 上 玉米 往往 不 能 充分 成 熟 ， ,我 们 在 确定 玉米 全 生育 期 对 热量 条 件 的 要 求 时 ， 用 千粒重 作为 参考 指标 。 只 有 千粒重 达到 或 接近 该 品种 应 有 的 数值 时 , 才 确 定 为 成 熟 期 。 BA 如 ,由 实验 资料 确定 ,活动 积温 达到 ,2300 一 2350 度 。 A, RT SAA ALA, FL TK 250 克 以 止 :活动 积温 达到 ,2350 一 2400 度 。 日, 京 早 7 号 充分 成 熟 ， 在 播 期 适宜 的 情况 下 ， 千粒重 可 以 达到 300 克 以 上 。 这 便 是 京 早 7 号 对 热量 要 求 的 指标 。 不 同 玉米 品种 对 热量 条 件 的 要 求 见 表 1 。 "140 ， Rl 不同 玉米 品种 对 热量 条 件 的 要 求 The Demands of Various Variaties of Maize for Thermal Conditions. 活动 积温 ( 度 。 日 ) 品 “种 2100 一 2200 RE 105 mS 32002300 Re 2S, RR 113 | 2300—2400 SET re ame RIM 403 2500—2600 _ hae | 2600—2700 : | 中 单 2 号 , 郑 单 2 号 Wh Bi Ta tt Sk Me 2700-2800 KROSS, RH105 © 据 研究 ， 积温 增 各 100 BE: A 因 采 用 生育 期 较 长 的 咒 种 ， 次 在 亩 产量 可 增加 60kg 左 在。 因而 ,如 果 适 当 延 长 玉米 的 生育 期 ， 其 增产 潜力 是 很 大 的 。 2. 玉米 生长 是 和 活动 积温 1 据 国 内 外 文献 报道 ,玉米 各 生育 期 的 圩 物 重 变化 是 一 条 S 型 曲线 ， 分 成 三 个 阶段 ， 初期 缓慢 增长 ,中 期 迅速 增长 ,后 期 上 升 又 变 组 而 渐 趋 于 停止 。 人 gc AYA 单 4 号 为 例 说 明 。 第 一 阶段 : 播 后 35 天 左右 ,出 苗 后 和 干 物 重 缓慢 增长 5 其 生长 量 约 右 全 生育 期 的 10% 。 第 三 阶段 : 播 后 35 一 90 天 左右 。 王 物 重 生长 量 加 快 , 到 抽雄 时 已 达 最 大 干 物 重 的 40% 以 上 * 抽 雄 后 1 个 月 为 干 物 重 增长 最 快 的 时 期 ,这 一 阶段 干 物质 生长 量 约 占 全 生育 期 的 80% 以 上 ， (ARE MK. BoM: le 90 一 105 天 , 干 物 质 增 长 不 到 全 生育 期 的 10% ,由 于 干 物 质 迅 速 转移 到 穗 部 , 穗 重 有 较 大 增长 。 由 实验 资料 求 得 ,播种 至 王 物 重 调查 日 期 的 活动 积温 与 干 物 重 的 关系 为 1384. 13 人 1 + eo 979-0. 004152) 其 中 :7 为 干 物 重 ;z 为 自 播种 期 起 的 活动 积温 由 此 估算 ,从 播种 至 干 物质 增 量 最 大 的 生长 期 , 约 需 活动 积温 1600 H+ 日 以 上 .播种 至 成 熟 需要 活动 积温 2500 度 。 日 以 上 。 在 北京 地 区 , 掖 单 4 号 1 类 中 熟 玉 米 全 生育 期 需 103 一 105 天 。 在 6 月 20 日 前 播种 ,一 般 年 景 下 可 达到 正常 成 熟 ; 而 在 6 月 21 日 后 播种 , 因 后 期 热量 条 件 不 足 , 全 生育 期 活动 积温 减少 ,从 而 影响 产量 。 3. 玉米 籽粒 灌浆 成 熟 与 积温 玉米 的 籽粒 灌浆 过 程 也 符合 S 型 曲线 。 在 灌浆 前 期 ,灌浆 速度 逐渐 加 快 ,到 一 定 程度 达 :到 最 大 值 ,之 后 又 逐渐 变 慢 , 最 后 减低 到 比 灌浆 开始 更 低 的 程度 .以 掖 单 4 号 品种 为 例 , 建 立 方程 为 “141。 32. 45 W = Tp eG wero 1am 其 中 :为 粒 重 ;z 为 自 抽雄 受精 期 起 的 灌浆 天 数 。 据 此 可 得 , 掖 单 4 号 品种 在 正常 条 件 下 , 约 在 抽雄 灌浆 后 26 天 达到 最 天 灌浆 速度 值 , 其 千粒重 日 增 重 为 15. 5 克 ,抽雄 受精 后 42 一 45 天 即 可 成 熟 收获 。 试验 表明 ,籽粒 灌浆 动态 和 籽粒 含水 量 下 降 的 动态 有 密切 的 关系 ,可 取 临 界 含水 率 为 30 一 32% ,此 时 已 达 最 大 粒 重 的 95% 以 上 。 鉴于 籽粒 含水 率 与 活动 积温 有 较 好 的 关系 ,可 求 得 自 抽雄 受精 期 起 至 临界 含水 率 的 活动 积温 为 900 一 930 度 .日 。 研究 证 明 ,灌浆 过 程 和 温度 关系 密切 。 只 要 处 在 生物 学 灌浆 时 期 之 内 ,气温 18C 以 上 正 常 灌浆 ;16C 左 右 灌浆 变 慢 , 干 粒 重 日 增 5 一 6 克 ; 当 气温 下 降 到 12C 时 ,灌浆 进行 缓慢 , 干 粒 重 日 增 2 一 4 克 。 从 北京 气象 资料 看 ,9 月 下 旬 到 10 月 上 旬 仍 具备 灌浆 条 件 。 根据 以 上 分 析 , 京 早 7 号 一 类 品种 , 若 在 9 月 20 日 左右 收获 ,将 减产 20%:3 掖 单 4 号 一 类 品种 如 在 9 月 下 名 收获, 产量 也 将 损失 10 一 20% 。 收获 越 早 ,损失 越 大 。 在 正常 年 景 是 如 此 , 若 播 期 推迟 或 遇 低 温 年 ,损失 则 更 重 嘻 。 因此 ,在 当前 气候 格局 下 ,北京 郊区 夏 播 中 熟 玉米 应 在 6 月 20 日 前 播种 ,8 月 20 日 前 抽雄 吐 丝 ,10 月 5 一 10 日 成 熟 收获 。 这 样 ,玉米 可 增产 15 一 20%。 4. 玉米 产量 的 气候 分 析 收集 了 北京 郊区 1951 一 1985 年 的 玉米 社会 产量 资料 ,利用 温度 、 降 水 、 目 照 等 气象 资 料 , 通 过 积分 回归 和 逐步 回归 等 统计 方法 ,进行 了 玉米 产量 的 气候 分 析 中 。 降水 变化 对 玉米 产量 的 影响 见 图 。 £/6 £y/7 £8 E/9 f/A 降水 变化 对 玉米 产量 的 影响 Impact of Precipitation Change on Maize Production 由 于 玉米 在 种 植 制度 中 的 地 位 有 一 个 变化 过 程 , 取 分 析 的 生育 期 时 段 为 5 月 下 旬 至 9 月 下 旬 。 结 果 表 明 ,6 月 份 降水 对 玉米 产量 为 正 效应 ;7 月 上 到 8 月 上 为 负 效 应 ;8 月 中 到 到 9 月 中 为 正 效 应 。 。142 。 逐步 回归 分 析 建 立 的 方程 为 =— 27.6945 — 0. 15622, + 0. 34692, — 0. 1266zs R= 0.59** 其 中 :了 为 产量 波动 项 :zl 为 7 月 中 旬 到 8 月 上 旬 降 水量 ;zz 为 9 月 上 旬 到 9 月 下 旬 晶 照 时 数 yzs 为 5 月 下 旬 温 度 ; * * 表示 通过 0.01 显著 性 水 平 。 其 结果 与 积分 回归 的 分 析 基 本 一 致 。 5., 未 来 温度 变化 对 玉米 生产 的 影响 未 来 温度 变化 后 ,活动 积温 随 之 变化 , 见 表 2。 由 表 可 见 , 在 保持 生育 期 不 变 的 前 提 下 ， 按 现 有 气候 格局 ,如 果 小 麦 适 时 播种 , 则 只 有 热量 条 件 较 好 的 年 份 ,才能 保证 京 早 7 号 一 类 品种 正常 成 熟 ; 而 在 热量 条 件 较 差 的 年 份 ,只 能 种 植 早 熟 品种 。 在 T 二 1 的 情景 下 ,即便 热量 条 件 最 好 的 年 份 ,也 不 能 保证 掖 单 4 号 一 类 品种 的 正常 成 熟 。 在 I++2 的 情景 下 ,也 只 有 热量 条 件 较 好 的 年 份 , 才 能 保证 掖 单 4 号 一 类 品种 的 正常 成 熟 。 但 考虑 到 气候 变 暖 后 小 麦 生 育 期 将 缩短 证 了 +1 的 情况 下 ,适宜 播种 期 为 9 月 28 日? 成熟 期 为 6 月 :10 日 :在 T 十 2 的 情况 下 ,适宜 播种 期 为 10 月 3 目 ,适宜 收获 期 为 6 月 5 月 3 由 于 小 麦 生 育 期 缩短 ,玉米 生长 期 可 FPA. :鉴于 苗 期 高 温 对 玉米 不 利 , 兼 之 小 麦 适 当晚 播 在 实践 中 已 取得 成 功 , 我 们 只 考 虑 生长 期 后 延 的 情况 ,不 同 玉米 生长 期 间 的 活动 积温 见 表 :35 表 2 6 月 下 到 9 月 中 旬 的 活动 积温 比较 The Comperision of Active Accumulated Temperature from the Last Days of June to the Secend Days of September. 表 3 “玉米 不 同 生长 期 间 的 活动 积温 ( 度 … 日 ) 比 较 The Comperision of Active Accumulated Temperature of Various Growth Period of maize 下 十 2 * 143 + 前 已 述 及 ,在 目前 气候 格局 下 ,9 月 下 旬 到 10 月 上 旬 的 温度 仍 适 合 玉米 灌浆 ;气温 变化 后 ,对 灌浆 更 加 有 利 。 据 上 表 估 计 , 如 在 9 月 下 旬 收 获 ,在 T 十 1 的 情景 下 种 植 掖 单 4 号 ,有 50— 60% AY PRUE FY EAA; HET +2 的 情景 下 , 则 有 60-70% RIERA] MARE. 到 10 AE a WE T+1 的 情况 下 ,种 植 掖 单 4 号 已 比较 安全 :在 芽 2 的 情况 下 ,可 种 植 生 育 期 更 长 的 品种 。 未 来 气候 变 暖 玉米 可 利用 的 生育 期 延长 ,是 有 利 的 一 面 , 可 选用 生育 期 长 的 玉米 品种 ， 以 提高 产量 .但 是 ,气温 升 高 也 有 不 利 的 一 面 , 目 前 ,玉米 苗 期 的 温度 已 明显 高 于 其 生物 学 要 求 ,温度 进一步 增高 , 则 更 加 不 利 ,高 温 危害 的 时 间 要 增加 ,从 而 会 在 不 同 程度 上 削弱 全 生育 期 活动 积温 增加 的 效应 。 6. 未 来 降水 变化 对 玉米 生产 的 影响 如 果 把 降水 的 变化 结合 起 来 考虑 , 则 情况 将 有 所 不 同 。 干 湿 的 变化 具有 更 大 的 不 确定 性 ,这 里 只 简单 从 变 干 和 变 湿 两 个 方面 作 些 定性 的 讨论 。 北京 地 区 的 雨季 集中 在 6 一 8 月 ,特别 是 7 一 8 月 。 从 产量 气候 分 析 的 结果 可 见 , 只 有 7 了 月 上 旬 至 8 月 上 旬 的 降水 对 产量 为 负 效应 ,其 余 皆 为 正 效应 ;因而 ,降水 增加 总 体 上 有 利 ,但 雨季 高 峰 如 降雨 过 多 ,将 带 来 不 利 影响 。 总 体 上 看 ,温度 升 高 的 同时 如 降水 增加 ,水 热 条 件 配合 好 ,对 玉米 生产 利多 于 网 .因为 目 前 玉米 在 大 部 分 生育 期 降水 不 足 . 如 果 季 节 分 配合 理 , 其 他 季节 增加 多 ,雨季 高 峰 增 加 少 , 则 效果 更 为 理想 ;反之 ,如 果 雨 季 高 峰 降 水 增加 , 则 对 玉米 生产 不 利 。 若 温度 升 高 同时 降水 减少 ,是 一 种 值得 注意 的 变化 趋势 .虽然 雨季 高 峰 降 水 减少 可 能 有 利 , 但 由 于 玉米 全 生育 期 降水 需要 得 不 到 满足 ,将 造成 产量 下 降 。 如 果 再 加 上 季节 分 配 上 的 不 利 , 则 后 果 更 为 严重 。 四 、 讨 6 1. 北 京 地 区 冬小麦 夏 玉 米 两 菲 平 播 热量 不 足 , 保 证 率 偏 低 。 因 此 ,一 年 两 熟 必 定 要 有 其 中 的 一 熟 付出 代价 ,或 是 玉米 不 能 充分 成 熟 , 或 是 小 麦 不 能 适时 播种 ,长 期 以 来 ,未 能 找到 一 种 两 全 其 美的 解决 途径 。 未 来 气候 可 能 变 暖 ,给 进一步 提高 玉米 产量 带 来 了 希望 。 分 析 表 明 ， 从 热量 条 件 看 ,小麦 可 以 推迟 播种 提前 成 熟 ,玉米 也 可 采用 生育 期 较 长 的 品种 。 但 由 于 未 来 水 分 条 件 变化 的 不 确定 性 ,可 能 限制 热量 资源 的 利用 。 温 度 升 高 对 夏 播 玉 米 苗 期 生长 不 利 。 2. 北京 地 区 水 资源 严重 不 足 , 全 市 人 均 占 有 水 量 为 全 国人 均 占 有 水 量 的 六 分 之 一 。 降 水 的 年 际 和 季节 变化 较 大 。 目前 ,水 资源 在 平水 年 基本 够 用 , 枯 水 年 十 分 紧张 。 因 而 ,未 来 农业 灌溉 的 用 水 量 将 减少 。 这 样 ,降水 如 果 减 少 , 对 玉米 生产 明显 不 利 。 为 了 缓和 水 资源 供求 的 矛盾 ,发展 节 水 农业 是 当务之急 。 3. 对 于 高 温 可 能 给 玉米 生产 带 来 的 危害 ,要 有 所 准备 。 要 培育 耐 高 温 的 新 品种 。 要 研究 高 温 条 件 下 ,玉米 生长 发 育 和 产量 形成 的 特点 和 玉米 作物 高 温 危害 的 机 理 , 采 取 适 当 的 防御 对 策 。 4. 进一步 改善 农业 生产 条 件 ,建设 高 标准 农田 ,做 到 旱 能 浇 、 涝 能 排 , 提 高 农业 机 械 化 水 平 。 积 极 推广 `. 示 范 玉 米 高 产 栽 培 技术 体系 ,在 经 济 效益 .社会 效益 .生态 效益 统一 的 基础 上 ， ° 144° 不 断 提 高 玉米 作物 的 产量 水 平 。 参 考 文 献 - [1] IPPC 第 一 工作 组 ,气候 变化 的 科学 评估 (和 草稿) 一 向 “世界 气候 变化 专门 委员 会 ?提交 的 报告 ,(1990) 。 [2] 张 家 诚 ,二 氧化 碳 的 气候 效应 与 华北 干旱 问题 ,气象 \(3)7 3 二 9(1989) 。 [3] 程 延 年 ,北京 郊区 中 热 玉米 与 晚 播 小 麦 种 植 制度 浅 析 ,农业 科技 通讯 ,(2),7(1991)。 [4] 王 世 者 等 ,作物 产量 与 天 气 气候 ,科学 出 版 社 ,(1991) 。 * 145° The Influence of Climate Variation on the Maize Production in District Beijing Cheng Yannian (Agrometeorological Institute, CAAS) Abstract In this paper, the relationship between the production of maize crop and meteorological condi- tions in District Beijing was studied. The climate situation was deviced based on the study of future climate variation. Then the influence of future climate variation on the maize production in District Beijing was discussed. It shows that the temperature incresing in future would overall! favorable to maize production, but the influence of high temperature of seedling stage on the crop production should paid more attention to. It would unfavorable to maize production when the precipitation has been decreasing further, so the research on the saving water agriculture should be developed. Key words :Climate Variation Maize Production Temperature Precipitation - 146° —E—EeEE—E——E——— ee NATE GE FABRE AE Med BD 简单 作物 -气候 模式 (SCCMD)” Th. ® . REL (中 国 农业 科学 院 农业 气象 所 ) ik, 2 CAP Bd LAF Bre dh BE JF) Mm FR: 本 文 根 据 过 去 的 研究 工作 ,使 用 计算 机 语言 建立 了 黄 淮海 主要 作物 产量 形成 和 土壤 水 分 动力 状况 的 数字 模式 。 通 过 北京 冬小麦 土壤 水 分 观测 资料 ,(1959 一 1963) 和 7 个 站 点 的 1957 一 1986 每 旬 的 气象 观测 资料 ,以 及 单产 和 土壤 肥力 资料 对 模式 进行 检验 。 结 果 表 明 lm 土 层 土壤 水 分 平均 相对 误差 在 10% ,二 季 单 位 面积 产量 相对 误差 在 4. 7%。 当 全 球 气候 变化 时 ,使 用 本 模式 模拟 了 几 种 气候 情景 下 主要 作物 产量 和 土壤 水 分 管理 。 关键 词 : 黄 淮海 平原 “作物 -气候 模式 _ — » Bl a 许多 观测 事实 和 研究 结果 表明 ,无 论 是 在 漫长 的 历史 时 期 ,还 是 在 近 百 年 ,地 球 上 的 气 候 都 发 生 了 显著 的 变化 上 。 特 别 是 在 过 去 的 100 年 间 , 全 球 地 面 平 均 温度 上 升 了 0. 3 一 0.6°C ,北半球 大 陆地 区 上 升 1C 以 上 。 其 中 最 暧 的 6 个 年 份 都 发 生 在 80 ERO, BRE BT 还 不 能 够 完成 肯 定 气 温 的 上 升 趋势 就 是 由 于 人 类 活动 引起 的 ,尤其 是 其 中 coz 浓度 的 增加 引起 的 ,但 越 来 越 多 的 研究 结果 指出 ,温室 气体 浓度 的 增加 对 于 大 气 增 暖 起 着 非常 重要 的 作 用 所 。 根 据 全 球 大 气 环 流 模式 (GCM.) 的 计算 结果 可 知 , 如 果 大 气 中 Co: 浓度 增加 一 倍 , 则 将 使 全 球 平均 气温 升 高 1. 5C 左 右 "。 也 就 是 说 ,到 下 一 个 世纪 中 叶 以 前 ,由 于 大 气 中 温室 气体 浓度 的 提高 ,可 能 使 全 球 气候 系统 经 历 重 大 的 变化 。 相 应 于 这 种 变化 ,农业 生态 系统 以 及 社会 经 济 活动 的 各 个 方面 都 将 受到 严重 的 影响 扩 科 。 这 是 当今 人 类 所 面临 的 重大 的 问题 =i 解放 以 来 ,我国 粮 食 生产 已 取得 了 举世 公认 的 长 足 进 步 与 发 展 , 但 另 一 方面 也 同时 承受 着 来 自 大 口 膨胀 .耕地 锐 减 ,水 资源 不 足 、 环 境 污 染 和 天 气 灾害 频繁 呈 诸多 方面 与 日 俱 增 的 压力 。 现 在 ,我 国 的 粮食 生产 又 面临 着 全 球 气候 变 暖 这 个 新 的 挑战 和 威胁 。 这 就 迫使 我 们 不 得 不 类 现 在 起 对 这 一 重大 的 环境 问题 加 以 认真 的 研究 ,为 我 国 农业 发 展 的 宏观 战略 决策 以 及 减少 气候 变化 所 带 来 的 负 效 应 作 好 应 变 准 备 。 类 ”本文 为 国家 “ 八 五 " 改 关 课 题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 + 147° 黄 淮海 平原 是 我 国 重要 的 商品 粮 基 地 之 一 ,其 中 有 耕地 2. 7 亿 亩 , 占 全 国 总 耕地 面积 的 六 分 之 二 。 人 口 1.68 亿 , 占 全 国 总 人 口 数 的 14. 9% 。 农 业 人 口 1. 46 亿 , 每 个 农业 人 口 占 有 耕地 1. 84 亩 ,高 于 全 国平 均 水 平 25J 粮 将 总 产量 古 全 国 总 产量 的 19. 4% 。 冬小麦 和 夏 玉 米 是 本 区 主要 的 粮食 作物 ,常年 播种 面积 分 别 占 该 区 耕地 面积 的 48% 和 43% ,产量 分 别 占 全 国 同类 作物 总 产量 的 52.7% A 33.5%, 由 此 可 见 , 冬 小 麦 和 夏 玉米 对 黄 淮海 平原 的 农业 经 济 状况 和 我 国 农业 的 发 展 都 有 着 重要 的 影响 。 本 文 在 已 有 工作 的 基础 上 5*'20, 建 立 了 黄 淮海 平原 主要 粮食 作物 (冬小麦 . 夏 玉米 ) 产 量 形成 及 农田 土壤 水 分 动态 模拟 模型 ,并 运用 该 地 区 7 个 站 点 作物 单产 及 1957 一 1986 年 逐 旬 气 象 资 料 和 北京 1959 一 1963 年 冬小麦 田 土壤 水 分 等 资料 对 该 模型 进行 了 检验 。 证 明 该 模 型 具有 较 高 的 精度 和 较 大 的 适用 性 。 在 此 基础 上 ,运用 该 模型 对 全 球 气候 变化 后 可 能 发 生 的 几 种 方案 下 黄 淮海 平原 冬小麦 和 夏 玉 米 的 产量 及 水 分 管理 等 一 系列 生产 问题 做 了 初步 的 模 拟 与 探讨 ,得 到 一 些 有 意义 的 结论 。 二 、 研 究 方法 概述 和 资料 来 源 ttt is wt 温室 效应 对 农业 生产 具有 两 方 面 影响 。 一 是 直接 影响 , 即 大 气 -中 :co* 含量 的 提高 对 作 物 生理 过 程 的 影响 ,如 提高 作物 的 光合 速率 和 水 分 利用 率 等 甸 。 和 研究 指出 ,小 壹 和 玉米 在 CO, 倍增 时 光合 作用 强度 较 之 对 照 (290ppm 左右 ) 分 别提 高 了 17% 和 5%, ARDS E 米 在 CO, 倍增 时 的 光合 作用 系数 分 别 为 1. 17 和 1. 05C2。 二 是 间接 影响 ,主要 是 指 由 于 温 室 效 应 引起 的 气候 变化 导致 农业 气候 资源 如 温度 、 降 水 等 的 改变 ,从 而 影响 农业 生产 所 20。 二 梳 食 作 稳产 全 攻 这 六 让 用 二 表示 过 0 i. 模型 的 建立 CERRAN ELAR HE Dt AE AER EL A STIPE Ie Lo mC B-4+ 复杂 的 研究 课题 .为 此 eR BER R EDORMEE DR A eOKiPAw ABAFREON MAMA, RS fin A. SX YR AAT He fe AEB ne PR APTS a Be AO SP oe fit F, A] FR QUICK BASIC #1 DBASE I FF AMBA ek Sep eagle SS FEE HE DP EE IE A AS BA) SR) ARE REA I ET REE E PR ay Pes ER EE EEC. BTinkeD) HH RAE Se EP HY IR OY AP PB a ie PR ee eR RS 理 因 素 这 三 类 。 作物 因素 是 指 作物 的 遗传 因素 ,如 冬小麦 为 C: 作物 ,玉米 为 C4 作物 ,这 两 者 By a Be AR TR]. RB DS SS Pk} SE PE) GB EQN a ER PRR. Bt Pe RA eS. io 管理 因素 也 在 本 模型 HiE> A, 但 与 以 上 两 类 因素 相 紫 处理 比较 简单 : HS ASE. ARIE CH SR ARREST NTRS FRE BSCS A RT 潜力 的 模拟 模型 设计 为 ii Sb Eh FP AO ioe 2 [Y,( 光 ) + (RGB AR.OK)) + GESh ot F.C F: IRDA 1 > 148% ry . (t= 1,52,°+",36) 其 结构 框图 如 图 1. 式 中 立 为 作物 产量 (Kg/mu)， ee 为 经 济 系数 (冬小麦 取 0. 35; 夏 玉米 取 0. 40) 。 和 人 为 取 小 运算 , 即 A AB=min{A,B);Y.,.G)ABStA - 的 光合 潜力 值 ,Fi( 水 )、F'( 管 理 ) 、R (前 期 ) 分 别 为 第 + 旬 的 温度 ` 水 分 、 养分 :管理 水 平 及 前 期 生长 状况 的 影响 函数 。 其 中 ,前 三 项 国 数 最 大 取 值 为 1 最 小 取 值 为 0。N 为 作物 收 获 期 。 另 外 ,本 模型 所 研究 的 具体 空 间 范 围 是 : 王 自 地 表面 以 下 lm. 土 层 的 厚度 ,上 至 作物 群体 及 作物 冠 层 以 上 10 20m 高 度 的 近 地 面 空 Ue. RMN AAU AAR i. 作物 在 光合 作用 过 程 中 将 接受 的 太阳 辐射 能 转换 成 生物 化 学 能 。 在 计算 作物 光合 潜力 Y( 光 ) 时 , 首 先 需要 求 出 该 时 段 的 太阳 总 辆 射 能 基于 捧 体 公式 为 : Q=Qa* (a+b+ n/N). (2) KHHQAKAERAKE BiH 值 , 依 纬度 .季节 变化 而 变化 。 具 体 为 {1) 辐射 平衡 值 太阳 短波 辐射 量 作物 光 能 利用 率 可 能 蒸发 最 E GHEE & 公式 计算 ) 作物 光合 力 土壤 水 分 平衡 方程 | 1 取 作物 光 温 水 潜力 | 小 me | 作物 实际 | 最 高 产量 Hl 模型 结构 框图 Frame of Model Structure. Qa=To + Io/mC@o * sing + sinD-+ cosy * cosD * sinw) (3) Ts AB AAT TB) HR 1440 分 37 为 太阳 常数 , 取 -8. 200 /(om)? + Fp yo 为 日 出 日 没 时 角 # D AK aR 59 为 纬度 jz 为 实际 是 照 时 数 ,N Ay BY RE BPR 5 a Ay By Se HW Ua) EOS) FE 的 随 季 节 变 化 的 参数 ,具体 取 值 见 表 1。 Rl yw,a 履 各 参数 的 四 季 取 值 C29 m,4,b of Four Seasons * 149+ 其 次 是 根据 由 实际 观测 资料 确定 的 参数 %( 光 子 通 量 密度 与 太阳 总 辐射 通 量 密度 的 比 值 ) 和 作物 不 同 生育 期 光 能 利用 率 参数 )”( 具 体 取 值 详 见 表 2) ,利用 公式 (4) 求 算 了 ( 光 )。 7( 光 ) =n -me@ (4) 2. tHLRKS ES RARAGLH AAS 简化 的 农田 土壤 水 分 含量 公式 为 W, = Wir + (Pi + la +X) — Pe t+ B+ Z) (5) 式 中 Pile XP E.Z SHA t A Ke BRR KARAS BME. RAL HRB BACRE. WAR MNO tRKT ae. X, 与 地 下 水 埋 深 和 土质 有 很 大 的 关系 , 且 在 一 个 不 太 大 的 区 域内 都 会 有 较 大 的 变化 。 在 计算 中 ,将 土质 分 为 砂 士 `. 轻 壤 . 中 坏 、 重 壤 和 砂 姜 黑土 五 类 ;地 下 水 位 分 为 埋 深 大 于 2m 和 埋 深 小 于 2m 两 类 。 当 地 下 水 埋 深 大 于 2m 时 ,X:=0; 当 地 下 水 埋 深 小 于 2m 时 , 按 表 3 所 列 的 四 季 不 同 的 潜水 蒸发 速度 计算 。 农田 地 表 径 流量 缺乏 实测 资料 .计算 中 用 下 式 对 + 时 段 的 农田 地 表 径 流量 F' 作 估算 。 WwW, 一 W.- ‘ a 10, mae F, = (6) EL Wie Wa min ( 10 a 3, = 30 < P, 式 中 F' ARAMRERE WoiA tl RN TRS KEP 为 + 时段 的 降水 量 。 6) 式 的 含义 就 是 : 当 降 水 量 小 于 田间 持 水 w. 与 上 一 时 段 土壤 含水 量 之 差 的 /10 时 ,田间 不 产生 地 表 径 流 ; 当 降水 量 大 于 该 值 时 田间 便 产 生地 表 径 流 。 表 2 人 小麦、 玉米 各 个 生育 期 光 能 利用 率 参 数 m” 和 对 温度 .水 分 的 需要 n° of Different Developping Stages of Wheat and Corn and Requirment of Water and Temperature by Them 最 | 最 适 温 度 | 温 度 极限 高 温 | 需 水 系数 二 TglCC) | TehCC) 35 0.3 1 2 Mi PIE sca a |e | = | ee -aa so me or * 150+ 小 麦 灌 奖 期 小 麦 成 熟 期 玉米 播种 期 天 表 3 各 种 土 距 四 季 的 潜水 蒸发 速度 (Day/mm)7 和 田间 持 水 量 (mm)529 Eraporation Speed of Phreatic Water of Different Soils in Four Seasons and Field Water Capacity (mm) 潜水 蒸发 速率 = 田间 持 水 量 We 90.6 310. 0 农田 实际 菩 散 量 是 土壤 水 分 平衡 方程 中 最 难 确定 的 重要 因素 。 根据 实际 观测 资料 ee 等 ”提出 用 下 列 公 式 来 计算 农田 实际 蒸 散 量 。 Ba a4 Wa = 从 -W, 及 = 4 Eu * (Wa — W.)/(. + W. — W.)*)] 4 n° We. > Wa (7) 0 4 Wa > W, 式 中 EB Wort BA ¢ Ot Zl BY A SC AR. PR AMTRAK. AK AER BR, HW PS E.R 2。 可 能 蒸发 量 LRG SOK. 3. 计算 FG). PORK) PCE) BR 不 同 作物 的 各 个 生育 期 对 温度 和 水 分 的 需求 均 不 相同 ,并 且 相 同 的 温度 与 水 分 在 不 同 151.。 生育 期 对 不 同 作 物 生 长 的 影响 不 相同 。 表 2 所 列 是 按 有 关 小 麦 、 玉 米 研 究 资 料 给 出 的 冬小麦 和 夏 玉米 各 生育 期 的 最 适 温 度 与 极限 温度 的 上 下 限 值 . 需 水 系数 以 及 温度 与 水 分 的 重要 性 指数 。 当 温度 在 极限 温度 区 间 以 外 ( 即 低 于 极限 低温 或 高 于 极限 高 温 ) 时 ,作物 将 死亡 ;温度 偏离 最 适 温度 区 间 越 远 ,作物 生长 受到 温度 的 限制 也 就 越 大 。 因 而 温度 函数 可 规定 为 F (Wa) = Lu Cha) J7* (8) 其 中 ai 0 a4 T%o 1 当 ee ee 全 se C+ sine APY _ 1/2 4 Ta Ta 同 理 ,F( 水 ) 可 规定 为 F@kK) = Luck) J* (9) 其 中 0 4W,.W. AW SW uOK) = uCW )? 当 Wt < Ww, A W.-) > W, uw) HE uW) = (1 一 sin(x(E/o + Ey)? 一 2))/2 养分 对 作物 产量 的 限制 主要 表现 在 三 个 方面 :四 土壤 中 是 否 含 有 充足 的 养分 ;@ 土 壤 中 的 水 分 是 否 能 保证 作物 顺利 地 从 土壤 中 吸收 养分 ;@ 土 壤 中 是 否 存在 妨碍 作物 生长 的 不 利 因素 ,如 砂 姜 层 、 盐 碱 等 。 为 了 简便 起 见 并 限于 收集 到 的 资料 ， at 壤 中 有 机 质 含量 6 反映 土壤 中 含有 养分 的 状况 ,以 水 分 函数 中 的 n( 水 ) 反 映 水 分 状况 ,障碍 因素 先 考 虑 砂 姜 层 的 影响 。 这 样 养 分 函数 具体 写成 0. 6(0/4)°* + wrk)? 风水 )55 砂 姜 黑 土 其 它 及 (养分 ) = | (10) (0/4)°8 “4 4. 计算 F( 管 理 ) 下 (前 期 ) 函 数 生产 管理 包括 田间 管理 ,耕作 技术 与 水 平 , 病 .虫害 防治 等 等 .这 是 一 个 多 方面 的 复杂 因 素 , 也 是 一 个 较 难 确定 的 、 不 太 稳定 的 、 较 易 改 变 的 因素 。 在 本 文 的 计算 过 程 中 , 取 开 (管理 ) y 0. 6241, 作物 生长 是 一 个 连续 的 有 机 过 程 ,每 个 时 期 的 生长 都 要 以 前 期 生长 为 基础 , 受 前 期 生长 。152。 情况 的 制约 。 只 有 在 前 期 生长 达到 最 佳 状 态 时 ,后 期 生长 才 不 受 前 期 生长 的 限制 。 如 果 中 间 有 一 个 时 期 条 件 恶劣 导致 作物 死亡 ,那么 这 种 作物 的 在 该 年 的 以 后 各 生育 期 中 就 都 不 会 有 新 的 于 物质 形成 。 前 期 生长 函数 上 (前 期 ) 定 义 为 (前 期 ) = 6(t —-1)%28 (11) Ht ch 6 (t) = (FG) AF.OK)) + F.GESh) 元 (管理 )。 在 具体 计算 中 假定 种 子 是 优良 的 , 即 冬 小 麦 和 夏 玉 米 播种 的 那 一 名 的 5( 一 1)= 王 1 然后 按 顺 序 计 算 以 后 各 旬 的 OO), BE 作物 收获 。 三 、 模 型 的 实现 1 在 模型 的 软件 设计 中 ,对 农田 灌溉 制度 和 和 古物 生育 期 这 两 项 输入 做 了 两 种 处 理 。 一 种 是 根据 实测 数据 在 模型 开始 运行 时 ,以 人 -机 对 话 的 方式 逐 项 输入 。 另 一 种 是 根据 预先 给 定 的 规则 , 写 在 计算 程序 中 。 当 这 两 项 输入 取 软 件 设计 的 默认 状态 时 , 则 自动 模拟 计算 农田 灌溉 量 及 灌溉 时 间 、 作 物 各 个 生育 期 出 现 的 时 期 。 适宜 的 灌溉 制度 是 根据 各 地 高 产 稳产 栽培 条 件 下 作物 的 农田 需 水 量 和 不 同 水 文 年 份 各 生育 期 中 的 降水 量 : 前 期 土壤 水 分 含量 等 因素 ,通过 试验 和 生产 实践 的 验证 所 确定 的 灌溉 次 数 、 灌 溉 时 间 和 每 次 溉 水 定额 所 组 成 的 灌溉 模式 号 轨 。 在 具体 计算 中 ,假设 两 次 灌溉 的 最 小 时 间 间 隔 为 10 天 , 且 灌 溉 效率 为 100% ,灌溉 条 件 良 好 , 即 需 水 时 水 分 随时 都 能 得 到 充分 满 1 MED RMB OAL PIL. ORE 4 的 分 类 指标 值 , 确 定 冬 小 麦 的 生态 品种 。@@ 根 据 冬小麦 越冬 期 (或 停止 生长 期 ) 和 返青 期 的 温度 指标 ,确定 冬小麦 的 越冬 期 ( 停 止 生长 期 ) 和 返青 期 的 起 始 日 期 。 图 根据 各 生态 品种 各 个 生育 期 0C 的 有 效 积温 指 标 (A, ESE AH. OFF 365 天 (或 366 天 ) 减 去 冬小麦 全 生育 期 长 度 和 农事 活动 消耗 的 时 间 , 即 为 夏 玉 米 全 生育 期 和 天数。 计算 该 时 段 这 10C 的 有 效 积温 值 , 并 具 此 值 确定 夏 玉 米 的 生态 品种 。 他 利用 各 个 生态 品种 各 生育 期 10C 的 有 效 积 温 指标 ,计算 玉米 各 生育 期 。 另外 ,初始 土壤 水 分 量 w,_, 的 算法 是 : 先 设 Wi = (w. 十 we)/2, 按 上 述 各 计算 步骤 将 第 一 年 的 有 关 值 代 入 计算 , 求 出 年 初 , 即 上 一 年 第 36 名句 末 的 土壤 水 分 含量 ,以 这 个 值 为 第 一 个 w-，, 即 为 第 一 年 第 一 旬 旬 初 的 土壤 水 分 。 然后 逐年 逐 旬 计算 , 求 出 各 旬 多 年 平均 值 作 为 以 后 计算 依据 。 模型 的 程序 框图 见 图 2 所 示 。 =。 IT53。 "154 。 给 出 计算 初始 条 件 : 定义 模型 的 框架 参数 得 入 土壤 和 水 文 参数 打开 数据 文件 , 输入 计算 数据 计算 地 表 辐 射 平 衡 各 项 计算 溉 量 吗 ? 调用 土壤 水 分 含量 计算 子 程 忆 + FOG). F( 温 ).F( 水 ).F( 养 分 ).F( 前 期 < 一 | :一 YES < he YES 以 数据 文件 ， 屏 医 显 示 或 打印 机 输出 等 形式 按 用 户 要 求 输出 计算 结果 2 模型 的 程序 框图 Frame of Program of Model C1] (2] [3] ~ [4] 1 rey" [7] [8] [9] Ri NPZARFEBRV BH Index of Climate— Ecology Types of Winter Wheat. 型 指 标 冬 型 0 一 3C , 春 化 阶段 45 A 型 0 一 7C 春 化 阶段 30—45 A 0 一 3C , 春 化 阶段 <45 日 冬 型 0 一 7YC , 春 化 阶段 15—30 A 0 一 12TC , 春 化 阶段 王 15 日 So 5 xX w 竺 可 村 PAE EH ER eh FHC), 1972). BERS, 4RARELH BARRA, ARE, C1), (1987), 杨 怀 仁 , 晚 冰期 以 来 的 气候 快速 变化 及 未 来 全 球 气候 ,气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨论 会 论文 汇编 ,(15),(1990) 。 王 邮 等 , 近 五 千 余 年 来 我 国 中 原 地 区 气候 在 年 降水 量 方面 的 变迁 ,中 国 科 学 (B),(1),104 一 112 (1987), . 张 家 诚 等 ,中 国 气候 ,中 国 科 学 技术 出 版 社 ,(1985) 。 陈 隆 勋 等 ,建国 后 多 国 气候 变化 的 分 析 , 气 候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨论 会 论文 汇编 , (6)， (1990) 。 IPCC 第 一 工作 组 :气候 变化 的 科学 评估 (草稿 ) (1990) 。 王 绍 武 :全 球 气候 变 暖 现状 与 未 来 发 展 趋势 ,气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨论 会 论文 汇编 ， (10),(1990) 。 向 “世界 气候 变化 专门 委员 会 ?提交 的 报告 ， 和 王 明 星 等 ,大 气 微量 成 分 浓度 的 变化 及 其 气候 效应 ， 气候 研究 进展 报告 ,中 国 气候 研究 委员 会 。 [10] 张 厚 院 ,气候 变 暧 对 我 国 农业 生态 环境 的 影响 及 其 对 策 的 研究 ,气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 (11) [12] [13] (14) [15] [16] [17] [18] Wit Sit SIL He. (119), (1990). 崔 读 昌 ,气候 变 暖 对 我 国 农业 生 产 的 可 能 影响 ,气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨 论 会 论文 汇编 ， (104) ,(1990) 。 叶 笃 正 ,人 类 活动 引起 的 全 球 性 气候 变化 及 其 对 我 国 自 然 生 态 : 经 济 和 社会 发 展 的 可 能 影响 ,中 国 科 学 院 院 刊 ,(2),(1986) 。 黄 朝 迎 ,气候 变 化 的 未 来 趋势 及 可 能 影响 ,灾害 学 创刊 号 $(1986) 施 雅 风 ,行将 出 现 的 气候 与 环境 大 变化 及 对 策 建议 ,未 来 与 发 展 , (3);(1986)。 IPCC 第 二 工作 组 ,气候 变化 的 可 能 影响 , (1990) 。 国家 科 委 社 会 发 展 司 , 全 球 气 候 变化 及 其 对 策 一 全 球 气候 变化 对 策 专 家 组 研究 报告 ,(1990) 。 本 一 汇 ,全 球 气候 变化 研究 的 进展 和 对 策 , 国 际 科 联 环境 问题 委员 会 (SCOPE) 中 国 委 员 会 1990 年 年 会 会 议 文集 ,(1990) 。 金 之 庆 等 ,全 球 气候 变 暖 对 我 国 南方 水 稻 生 产 的 影响 , 待 发 表 。 。155 。 [19] 金 之 庆 等 ,利用 大 气 环 流 模型 结合 多 年 气候 资料 生成 我 国 在 Co: 倍增 时 的 气候 情景 , 待 发 表 。 [20] 高 素 华 等 ,大 气 中 CO. 上 升 后 的 温室 效应 对 旬 主 要 粮食 作物 产 基 的 可 能 影响 ,气候 变化 与 环境 问题 全 国学 术 讨论 会 论文 汇编 ,(110),(1990) 。 (21) 汉 佩 芝 等 ,中 国 主要 气象 灾害 分 析 , 气 象 出 版 社 ,(1985) 。 [22] 一 中 国 农业 科学 院 编著 , 黄 淮海 平原 治理 与 农业 开发 ,中 国 农 业 科技 出 版 社 ,(1989) 。 [23] 赵 名 茶 等 , 黄 淮海 平原 作物 潜 王 因 产 量 和 实际 产量 分 析 , 黄 淮海 原平 农业 自然 条 件 和 区 域 环 境 研究 , 黄 淮海 治理 与 开发 研究 文集 ,第 二 集 , 科 学 出 版 社 ,(1987) 。 (24) 李 气 章 等 , 黄 淮海 平原 作物 产量 形成 的 数学 模型 , 同 土 (1987) 。 [25] N.J.Rosenberg;The Increasing CO2 Concentration in the Atmosphere and its Implication on ee Productivity, Climatic Change 3. 265—279(1981) [26] Cure, J.D. : Carbon Dioxide Doubling Responses; a Crop Survey, In; Direct Effects of Increasing Car- bon Dioxide on Vegetation, B. R. Strain and J. D. Crue (eds. ) US DOS/ER— 0238, Washington, U. S. A. 100—116(1985) [27] Cure, J.D. : Crop Responses to Carbon Dioxide Doubling; a literature Survey, Agricultural and Forest Meteorology, 38, 127—145(1986) [28] Cynthia Rosenzweig; Potential CO2—Induced Climate Effects on North American Wheat — Producing Re- gious. Climatic Change 7, 367—389(1985) vee [29] Nurt, J.C. etal. ; A Parametric Crop Water Use Model Water Resources Research, Vol. 17..No. 4, 1095— 1108(1981) [30] W.H. Terjung, et al. : Consumptive water Use Response of Maize to Changes in Environment and Man- agement Practices; Sensitivity Analysis of a Model. Water Resources Research, Vol. 18, No.5. Page 1539—1550. October (1982). [31] W.H. Terjung, et al. ; Actual and Potential YIELD for Rainfed. and Irrigated Maize in China, Znt. J. Biometeor. Vol. 28. nr. Z,PP 115—135 (1984) [32] W.H.Terjung. et al. : Climatic Change and Water Requirements for Grain Corn in the North pyaerican Great Plains, Climatic Change, 6. 193—220 (1984). [33] D.M.Liverman, et al. ; Climatic Change and Grain Corn YIELDS in the North American Great Plains. Climatic Chang 9. P327— 347 (1986) [34] F. Bultot, etal. ; Estimated Annual Regine of Energy—balance Components, Evapotraspiration. and soil Moisture for a Drainage Basin in the case of a CO2 Doubling, Climatic-Change 12 P39— 56 (1988). (35) 张 利 等 ,黑龙 港 潮 土 区 土壤 水 分 物理 性 质 及 动态 的 研究 ,中 BEEBE ERLICH B- 1687, (1986), [36] 李 伯 航 等 , 黄 淮海 玉米 高 产 理论 与 技术 ,学术 书刊 出 版 社 ,(1990) 。 50| (37) 山东 省 农业 科学 院 主 编 , 中 国 玉米 栽培 学 * 上 海 科学 技术 出 版 社 ,(1986)。 et 41 (38) RH ,蒸发 和 蒸 散 的 测定 与 计算 ,气象 出 版 社 (1989) 。 zn (39) BREE. RIA, b RRR RH RAL (1984), e [et [40] (Hy URS ACL De FS A SS A HS Heh, RR RAL C1991), ; * 156 。 A Simple Crop-Climate Dodel to Estimate the Impact of Climate Change Su Yan Zhang Honxuan (institute of Agro-Meteorology, Chinese Academy of Agricultun Sciences) Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract A mathematic model of the formation of mian grain yield and the dynamic status of soil mois- ture in Huang-Huai-Hai plain was established in this paper, based on the previous researcher’s works and using computer languages. This model was then validated through observed data of soil moisture in the winter wheat field in Beijing during 1959— 1963, meteorological factors observed in every ten—day period during 1957— 1986 in the selected 7 stations, and data of per unit area yield as well as the soil fertility. The feasibility of the model became evident by obtaining 10. 0% of the av- erage relative error of soil water at 1m dept and 4.7% of per unit area yield in two seasons. Using this model, the paper preliminarily simulated the grain yield and explored the scheduling of soil mois- ture Management in several possible climate scenarios when global climate had changed. Key Words; Huang-Huai-Hai Plain Crop-Climate Model * 157+ 用 SCCM 模式 估算 气候 变化 对 黄 淮 海平 原 农作物 产量 的 影响 - | Rei RR 《中国 农业 科学 院 农业 气象 所 ) ik & i (中 国 科学 院 地 理 研究 所 ) 摘 ， 要: 作者 使 用 SCCM 模式 ,利用 假设 (Hypothetic) 气 候 情 景 估算 了 我 国 黄 淮海 地 区 主要 农作物 产量 。 结 果 是 : 1. 在 雨 育 方式 下 不 考虑 大 气 So: 浓度 的 提高 对 作物 的 直接 效应 时 ,大 气温 度 升 高 且 年 降水 量 减少 , 则 研究 区 域内 两 季 单 产 平 均 降 低 1. 5% 一 12. 4%%; 若 年 降水 量 不 变 或 增加 , 则 两 季 单 产 平均 上 升 15. 3%% 一 24.0% 。 随 着 温度 的 上 升 , 冬 小 麦 产量 下 降 而 夏 玉米 产量 上 升 , 并 随 着 全 生育 期 降水 量 的 增加 ,冬小麦 减产 的 幅度 降低 而 夏 玉米 增产 的 幅度 上 升 。 这 就 是 说 , 黄 淮海 平原 在 自 然 气 候 条 件 下 ,温度 和 降水 量 这 两 个 因子 的 大 小 直接 影响 着 作物 产量 的 高 低 。 在 自动 灌溉 方式 下 ,不 考虑 大 气 CO 浓度 的 提高 对 作物 的 直接 效应 时 , 黄 淮海 平原 南部 温度 上 升 不 利于 奉 小 麦 生 产 , 致 使 作物 产量 下 降 ; 中 北部 地 区 温度 上 升 有 利于 冬小麦 生产 ,作物 单产 增加 , 且 产 量 增加 幅度 随 着 纬度 的 增 大 而 提高 。 夏 玉米 单产 随 着 温度 的 升 高 而 上 升 。 当 温度 分 别 升 高 LC.2CH RE 海平 原 冬小麦 产量 分 别 平 均 提 高 9. 3% 和 8. 0% , 夏 玉米 产量 分 别 平 均 提高 47. 2% 和 63. 4%， 两 季 单 产 分 别 平 均 提 高 26.4% 和 31. 4% 。 这 说 明 ,未 来 温度 的 升 高 有 利于 黄 淮海 平原 灌溉 地 作物 单产 量 的 提高 。 2. 在 十 育 方式 下 考虑 大 气 CO: 浓度 提高 对 作物 的 直接 效应 时 ,冬小麦 和 夏 玉 米 的 产量 变化 趋势 与 不 考虑 大 气 COr 浓度 提高 对 作物 的 直接 效应 时 的 产量 变化 趋势 一 致 ,但 产量 都 比 仅 考虑 气候 变化 间接 效应 时 的 单产 量 有 不 同 程度 的 提高 。 在 自动 灌溉 方式 下 ,考虑 大 气 COs 浓度 提高 对 作物 的 直接 效应 时 , 黄 淮海 平原 冬小麦 . 夏 玉米 和 年 单产 量 都 呈 增 加 的 趋势 : 当 温 度 分 别 升 高 1C、2C 时 , 黄 淮海 平原 冬小麦 单产 分 别 平均 提高 27. 9% 和 23. 1%%, 夏 玉米 单产 分 别 平 均 提 高 54. 5% 和 71.6% ,两 季 单 产 分 别 平 原 提 高 39.7%% 和 44.7%. 关键 词 :气候 变化 ” 雨 育 方式 ”自动 灌溉 方式 ”作物 产量 Olt = 前 太阳 辐射 是 地 球 获得 能 量 的 主要 来 源 。 由 于 大 气 中 活路 的 痕 量 气体 浓度 的 增加 改变 了 辐射 传输 的 过 程 而 引起 的 气候 变化 将 对 农业 生产 的 基本 环境 条 件 产 生 重 大 影响 ,从 而 影响 * ”本文 为 国家 “ 八 五 ?攻关 课题 85-913-03 中 部 分 工作 。 "158 。 TAMAR AY A. 在 考虑 未 来 气候 变化 对 农业 影响 时 ,首要 任务 是 确定 未 来 气候 情景 。 现 今 科 学 发 展 水 平 有 三 种 方式 确定 未 来 气候 情景 。 叫 是 假设 气候 情景 (CHypothetic Climate Sce- nario);@ 大 气 环 流 模式 (GCM) 气 候 情 景 ;@ 类 推 (Anology) 气 候 情景 。 本 文 将 采用 假设 气候 情景 结合 简单 的 作物 -气候 模式 (SCCM) 对 黄 淮海 地 区 主要 农作物 在 未 来 气候 变化 条 件 下 的 产量 进行 估算 。 二 、 假 设 气候 情景 的 确定 1. 温 度 变 化 的 气候 情景 张 家 诚 根据 现 有 的 知识 对 区 域 温 度 变化 作出 的 估计 见 表 1。 他 指出 :我 国 地 处 中 、 低 纬 度 ,那么 我 国 的 增 温 大 体 上 接近 全 球 平均 增 温 值 .但 是 ,冬季 我 国 在 北 来 的 冬季 风 影 响 下 ,由 于 高 纬度 有 较 大 幅度 的 增 温 ,必然 使 冬季 风 有 所 减弱 。 这 一 情况 使 我 国 冬季 温度 上 升 的 幅度 比 同 纬度 地 区 有 所 增加 。 全球 增 温 的 结果 ,使 夏季 风 有 所 加 强 。 由 于 低 纬度 地 区 增 温 比 中 续 度 小 * 故 夏季 我 国 温度 增加 将 略 小 于 同 纬度 地 区 。 这 一 情况 使 得 我 国 冬 ` 夏 温差 和 气温 年 变 幅 减 小 。 另外 ,根据 现 有 气候 模式 的 预测 ,下 一 个 世纪 全 球 平均 温度 的 增加 速率 约 为 每 10 年 0.3C( 变 化 范围 为 每 10 年 0.2 一 0-5C)。 到 2050 年 全 球 平均 温度 将 比 现 在 高 1LC ,到 下 一 世纪 末 将 比 目 前 高 3C 。 根据 上 述 研 究 成 果 , 本 文 对 黄 淮海 平原 未 来 温度 变化 的 气候 情景 设 计 为 :温度 的 变化 量 为 0, 即 气温 不 变 ?* 了 .温度 年 平均 值 增 加 1C ,温度 变化 的 季节 分 配 为 : 冬季 增 温 1. 3C , 春 ` 夏 、 秋 三 季 平 均 增 温 0.9C 。IHIL. 温度 年 平均 值 增 加 2C ,温度 变化 的 季 节 分 配 为 :冬季 增 温 2.6'C , 春 、 夏 . 秋 三 季 增 温 1. 8YC 。 Rl 区域 气 候 变化 的 几 种 情况 Scenarios of Regional Climate Change 温度 变化 (全 球 平均 AT OC) 区 域 全 4 (60—90°N) 0.5—0.7 2.0—2.4 4145 (30—60°N) 0. 8—1. 0 w 1p Ae—dy 4 低 纬 ( 0 一 30"N) 0.9—0.7 0/9—0: 7 2. 降水 量变 化 的 气候 情景 目前 大 气 环流 模式 对 降水 量变 化 的 估计 远 不 及 温度 显著 。 在 美国 能 源 部 材料 中 所 列举 的 三 个 模式 对 当代 气候 模拟 的 结果 ,就 降水 率 而 论 , 误 差 一 般 同 对 CO, 倍增 时 降水 变化 的 最 大 幅度 相差 不 多 ( 表 2) 。 因 此 ,其 结果 是 不 足 为 信 的 。 我 国学 者 利用 丰富 的 考古 资料 ,对 我 国 北方 ,特别 是 黄 淮海 平原 地 区 冷暖 、. 干 湿 变 化 规 律 做 了 大 量 的 研究 。 杨 怀 仁 , 张 家 诚 等 研究 指出 ,到 下 一 世纪 中 叶 前 ,由 于 温度 的 升 高 , 必 将 引起 黄 淮海 平原 地 区 ,特别 是 华北 平原 干旱 状况 将 会 趋向 缓解 ,并 有 可 能 向 现在 淮河 、 长 江 一 带 的 气候 转变 。 郑 斯 中 根据 自己 的 研究 工作 得 到 了 完全 相反 的 结论 。 他 指出 ,未 来 气候 变 * 159° 暖 时 ,黄河 流域 的 陕西 东部 .山西 ` 河 北西 部 ` 河 南 和 山东 等 地 可 能 变 干 ， 干 明 显 。 表 2 全 球 平均 降水 量 (mmyd) 当 代 气 候 模拟 误差 和 二 氧化 破 倍增 时 的 变化 Current Climate Simulation Error and Change of Globe Mean Pricipitation in CO, 2X COz 时 变化 最 大 幅度 | 鉴于 以 上 的 研究 结论 ,本文 在 编制 黄 淮海 平原 降水 变化 的 气候 情景 时 ,对 变 千 和 变 湿 这 两 种 趋势 都 给 予 考虑 。 气 候 情景 具体 设计 为 :A. 年 降水 量 比 当前 多 年 平均 年 降水 量 减少 20% +B. 年 降水 量 比 当前 多 年 平均 年 降水 量 减少 10%;C. 年 降水 量 不 变 ;D. 年 降水 量 比 当前 多 年 平均 降水 量 增加 10%;E. 年 降水 量 比 当前 多 年 平均 年 降水 量 增 加 Ah hak sapere 人 情景 都 假设 降水 量 年 内 季节 分 布 不 变 。 党 目前 由 于 对 其 它 因素 ,如 太阳 辐射 , 云 量 ` 风 速 、 2536, BY ERE VE ES, 所 以 在 本 文中 不 考虑 以 上 四 个 要 素 值 的 变化 对 粮食 作物 生产 的 影响 。 同 时 ,在 模拟 温度 、 降水 量 对 粮食 作物 产量 的 影响 时 ,假设 土壤 肥力 和 农业 生产 管理 技术 水 平 保持 不 变 。 二 三 将 以 气候 情景 设计 中 的 温度 变化 量 ATi 和 降水 量 的 变化 ARi 分 别 代 六 公式 (1 (2) 中 , 便 可 得 到 下 一 世纪 中 叶 前 黄 淮 海平 原 各 站 点 温度 和 降水 量 的 数据 文件 ，s Ti RE) = 妈 ( 当 前 气候 ) + ATi (2 (1) Ri URE) = Ri 4a AR) + AR (i = 1,2+++36) a7) TEAR CHO TT Ty Be RA LL 用 符号 TN,T 十 1,T 于 2 4h BUR EK 气候 情景 A.B`\C`D、E 分 别 用 符号 R 一 20% .R—-10%.RN,R+10% R+20% RR. = SCCM 模式 的 验证 sl 我 们 工作 中 采用 的 作物 -气候 模型 是 一 个 简单 的 动态 模拟 模型 .之 所 以 称 之 为 动态 模拟 模型 而 不 称 之 为 动力 模拟 模型 ,是 因为 它 对 目标 变量 不 具备 预报 能 力 , 或 者 实际 上 对 完 别 牛 间 变 量 仅 具备 一 步 预报 能 力 。 按 照 这 种 概念 ,严格 地 说 我 国 公开 发 表 的 作物 (或 产量 关 气 象 (或 气候 ) 模 式 中 ,尚未 见 到 动力 模拟 模型 。 大 家 熟知 的 中 尺度 气象 模式 MM, 是 动力 数值 模 拟 模型 , 它 目 前 可 具有 48 小 时 预报 能 力 , 而 它 的 一 步 时 间 步 长 是 4 分 钟 。 当 给 定 初 始 ` 边 界 条 件 后 , 它 能 够 自动 地 预报 出 每 间隔 1 分 钟 ,一 直到 48 小 时 的 区 域 气象 状况 。 而 不 必 每 隔 1 * 160+ RRA EC— AMG. WRAR. Rib TRPAKAAA AY CERES 模式 也 是 不 内 备 预报 能 力 的 ,每 计算 三 步 , 必 须 给 出 一 组 环境 条 件 , 因 此 也 仅 可 称 之 为 动态 模拟 模型 ,而 不 是 动 恩 模 式 ,每 一 步 的 状态 目标 函数 (例如 产量 ), 必须 给 定 一 组 状态 条 件 才 能 算出 ,因此 不 具备 预报 文献 [中 介绍 了 SCCM 模式 。 在 使 用 它 研 究 气候 变化 对 未 来 黄 淮海 地 区 主要 农作物 产 量 时 ,还 需 对 模式 模拟 能 力 进 行 检验 。 .为 了 检验 该 模型 作物 产量 的 计算 精度 ,在 分 析 黄 淮海 平原 了 个 县 (市 )1957 一 1986 年 小 麦 ` 玉 米 单 产 资 料 的 基础 上 ,分 别 挑选 出 各 县 (市 ) 历 年 中 小 麦 和 玉米 的 单产 最 高 值 , 并 将 两 值 相 加 得 到 各 县 (市 ) 的 最 高 两 季 单 产 。 此 值 即 视 为 近期 的 单产 最 大 值 , 并 且 是 近年 已 达到 过 的 并 经 短期 努力 可 以 稳定 达到 的 产量 值 ,在 表 3 中 称 为 实际 产量 .同时 计算 各 点 雨 育 方式 下 和 自动 灌溉 方式 下 的 作物 产量 。 取 两 种 方式 下 模拟 产量 的 算术 平均 值 作为 模型 对 实际 产量 的 狼 合 产量 值 L 1 人 人 表 3 黄 淮 海平 原 七 个 点 冬小麦 和 夏 玉 米 产量 与 拟 合 量 比较 表 Comparison bwtween Actual Yield and Fitted Yield of Winter Wheat and Summer Corn in Seven Places of Huang-Huai-Hai plain 地 点 相对 误差 (%%) | 5 x : x ef size | m0 | omeo | amr | veo | ome | ae i x WR 3 PUA WAP RA FARIRARRAKA 10.2% ,最 小 为 1.5% 。 七 个 点 平均 误 差 为 4.7%% ,可 见 本 模型 基本 上 是 可 用 的 。 当 然 ,粮食 作物 产量 的 模拟 计算 很 复杂 ,牵涉 到 几 十 种 因素 ,而 且 有 些 因 素 要 准确 定量 是 不 容易 的 。 因 此 ,要 提高 模型 的 精确 度 还 有 待 于 今后 不 断 的 研究 和 修改 。 四 、 气 候 变 化 对 粮食 作物 产量 的 影响 .气候 变化 的 间接 影响 在 模型 运行 时 , 仅 考虑 温度 、 降 水 量 这 两 个 要 素 对 作物 产量 的 影响 (间接 影响 ) ,而 不 考 虑 大 气 CO* 浓度 的 变化 对 作物 生理 生化 过 程 的 效应 , 称 为 间接 影响 或 大 气 影 响 。 (1) 雨 育 方式 下 各 不 同 气候 情景 下 ,研究 区 域内 7 个 点 的 冬小麦 和 夏 玉 米 模拟 产量 与 当前 气候 背景 的 * 161° BaP BP 4. AS, BORE RK A 20% Pe 之 增加 24. 0% se AREER AK 20% , EB RD 12.4% Re ER AY 3D . WU We BEE), HF BB SEY A TT re PO BE. ROKR LC. 降水 量 减少 20% Tet PR A PES He ey A HE 0 BB 的 升 高 .降水 量 的 增加 而 提高 。 两 季 单 产 冬小麦 单产 ” 夏 玉 米 单产 两 季 单产 冬小麦 单产 ， 夏 玉米 单产 ey eee Te Fae es asoes Utes wo Bot 25 工 ah ack ee % 2.00 200 pe iE 150 150 (%) 1.00 100 50 50 0 012345 WE 12345 eR 250 : 250 200 200 产 150 150 0 satis T 100 50 50 012345 12345 北京 石家庄 Hl 雨 育 方式 下 不 考虑 CO. 浓度 的 提高 对 作物 产量 的 直接 效应 时 ， 黄 淮海 平原 各 气候 情景 的 产量 与 当前 产量 的 比值 (HAP: 1=R—20%; 2=R—10%; 3=RN; 4=R+10%; 5=R+20%) Ratio between Yield in Different Scenario and Current Yield, not Considering Direct Impact of Increasing CO, on Crop Yield under Rainfed Condition in Huang-Huai-Hai Plain. 另外 , 黄 淮海 平原 南北 部 各 气候 情景 的 产量 变化 略 有 不 同 ( 图 1) 。 EC 例 ) 当 温度 升 高 1C 、 降 水 量 增 加 时 ,冬小麦 产量 略 有 增加 ,而 同样 的 气候 情景 下 北部 却 为 减 产 (以 北京 ,石家庄 为 例 )。 这 说 明 南 部 降水 量 增加 对 产量 的 正 效 应 大 于 由 于 温度 升 高 所 造成 的 负 效 应 ;而 北部 却 因 水 分 不 足 , 不 能 完全 补偿 因 高 温 少雨 带 来 的 负 效 应 ,南部 夏 玉米 产量 随 着 年 降水 量 的 减少 而 降低 , 随 着 年 降水 量 的 增加 而 上 升 ;而 北部 夏 玉 米 产 量 在 各 气候 情景 下 都 为 上 升 趋势 ,北部 两 季 单 产 在 各 种 气候 情景 下 都 为 上 升 趋势 ,上 且 产 量 增加 的 幅度 随 着 温 度 的 升 高 和 降水 量 的 增加 而 提高 ,南部 两 季 单 产 却 不 是 这 样 。 南 部 当 降 水 量 减少 时 ,两 季 单 产 下 降 ; 当 降水 量 增 加 时 ,两 季 单 产 上 升 ,但 上 升 的 幅度 比 起 同 气候 情景 下 北部 各 点 为 小 。 。162 。 Ss #41 ，” 雨 育 方式 下 , 黄 淮 海平 原 各 气候 情景 下 作物 单产 的 变化 率 (%) Changing Rate of Crop Yield of Huang 一 Huai 一 Hai Plain in Different Scenario under Rainfed Condition (%) T+1 T+2 r--1 T+2 T+1 T+2 mw [ee [ee | ms [ome | me | mo 六 * — BR C%) = (Yamin —Y ance) /Yawrn X 100. (DA ABBRARE 在 自动 灌溉 方式 下 ,农田 土壤 水 分 能 完全 满足 作物 生长 和 产量 形成 的 要 求 , 所 以 在 相同 的 温度 气候 情景 下 ,降水 量 的 多 塞 对 产量 波动 的 贡献 量 很 少 。 为 了 讨论 问题 方便 起 见 , 本 文 将 相同 温度 气候 情景 下 的 五 个 不 同 降水 量 处 理 求 得 的 产量 值 求 其 平均 。 以 这 个 平均 值 作为 温度 气候 情景 下 的 产量 值 。 故 此 ,下 面 仅 讨论 不 同 气候 情景 下 的 产量 变化 。 随 着 温度 上 升 ,冬小麦 的 模拟 产量 除 乍 阳 、 宿 县 外 ,其 余 各 点 均 呈 上 升 趋势 , 且 增 产 幅 度 从 南 到 北 依 次 提高 ( 见 表 4)。 当 温度 上 升 1C .2C 时 ,全 区 冬小麦 产量 分 别 上 升 9. 3% 5.2% 。 宿 县 温度 上 升 1C 时 ,产量 提高 2. 5% ,而 当 温 度 上 升 2C 时 ,产量 减少 1. 4% 。 店 阳 点 温度 分 别 升 高 IC 、2C 时 ,产量 分 别 下 降 ,1.7% 和 10.1%。 这 说 明 , 黄 淮海 平原 南部 未 来 温度 的 升 高 不 利于 冬小麦 的 生长 ,而 北部 增 温 却 有 利于 冬小麦 生长 。 温度 上 升 对 黄 淮海 平原 夏 玉 米 的 增产 起 着 决定 性 的 作用 。 当 温 度 升 高 IC .2C 时 ,产量 SAEF 47.2% 63. 4% ,并 且 以 目前 的 高 产 区 产量 增加 的 幅度 最 大 。 这 是 因为 未 来 温度 上 升 ,使 全 生育 期 这 10C 的 有 效 积 温 值 增 加 , 夏 玉 米 品 种 从 早熟 改 为 中 熟 和 中 晚熟 品种 ,从 而 使 夏 玉 米 全 生育 期 的 天 数 增 加 了 10 一 20 天 左右 。 两 季 单 产 随 着 年 平均 气温 的 升 高 而 上 升 。 当 温度 升 高 1C、2C 时 ,全 地 区 分 别 平 均 增长 了 26.4% 和 31.4% .这 说 明 ,在 保证 水 分 供应 前 提 下 ,未 来 温度 的 升 高 有 利于 两 季 单 产 的 提 高 。 2. 气 候 变 化 和 CO, 直接 效应 的 综合 影响 《1) 雨 育 方式 下 RAP Co, 浓度 的 提高 使 作物 的 光合 速率 增 大 ,从 而 提高 了 作物 干 物质 的 积累 和 籽粒 产量 。 从 图 6 中 可 以 看 出 ,在 气候 变化 和 CO. 直接 效应 的 综合 影响 下 ,冬小麦 和 夏 玉 米 的 单 产量 比 仅 考虑 气候 变化 的 间接 效应 下 的 单产 量 都 有 不 同 程度 的 提高 。 但 提高 幅度 并 不 大 。 * 163+ 表 5 自动 灌溉 方式 下 不 考虑 大 气 CO 浓度 提高 对 作物 的 直接 效应 时 黄 淮 海平 原 各 温度 气候 情 鞭 下 作物 单产 的 变化 率 (%%) Changing Rate of Crop Yield in Different Scenario of Huang 一 Huai 一 Hai Plain, not Considering the Direct impact of Increasing CO, on Crop Yield under Fully Irrigation Condition (%) R |e [| wo | we |e [mee] 088 TRE ee ac a | za | ae | iu | ago | 济南 1 商丘 6.0 is 80 am ii? (2) 自 动 灌溉 方式 下 冬小麦 单产 ” ， 夏 玉米 单产 两 季 单 产 冬小麦 单产 BIBT 250 > FT Tay TES 2 2507 yp 4p OT +2) oR SE | Te?) Pa Tr2 单 200 200 产 比 值 150 150 (%) 100 100 50 50 0 0 -23 12345 商丘 sha 阜阳 250 250 200 200 和 te 150 (%)1 00 100 50 50 012345 0 12345 北京 石家庄 2 PRANK CO. 浓度 的 提高 对 作物 产量 的 直接 效应 时 , 黄 淮海 平原 各 气候 情 夭 的 产量 与 当前 产量 的 比值 (图 中 : 1=R—20%, 2=R—10%, 3=RN; 4=R+10%; 5 一 R 十 20%) Rasio between Yield in Different Scenario and Curreat Yield, Considering Direct Impact of Increasing CO, on Crop Yield under Rainfed Condition in Huang—Huai— Hai Plain. 164 。 黄 淮海 平原 各 气候 情景 下 作物 产量 的 变化 率 见 表 5。 可 以 看 出 , 当 考 虑 COn 对 作物 的 直 接 影 响 时 ,研究 区 域内 冬小麦 夏 玉 米 的 单产 量 都 呈 增 加 的 趋势 .与 表 6 结果 相 比 较 可 知 ,CO， 直接 效应 能 使 冬小麦 产量 增加 18%% 左 右 , 夏 玉米 产量 增加 7 一 8%，, 两 季 单 产 增加 13%% 左 在 。 但 是 ,值得 重视 的 是 ,只 有 在 水 肥 等 各 种 外 界 条 件 得 到 充分 满足 的 状态 下 ,CO* 的 直接 效 应 才能 得 以 发 挥 。 也 就 是 说 ,这 是 一 种 理想 状态 下 的 最 佳 结果 。 R6 BSRCO. 的 直接 影响 时 自动 灌溉 方式 下 作物 单产 量 的 变化 (% ) Changing Rate of Crop Yield, Considering Direct Impact of CO, under Fully Irrigation Condition (%) 两 季 单 产 夏 王 米 单产 tom | seo | one | v0 | a76 | eno | aire Whig 5 26.1 5 i248 68. 2 mca = Or an 南 z | m2 ze | oar | 74s ce 全 oo iP ar eel doe 75 hve AES : : C10 | a2] aes | ans [ger ast | 7188 了 iv Bhinorth aXe 分 析 和 评价 气候 变化 对 粮食 生产 的 影响 ,目前 国内 外 研究 手段 尚 显 不 足 , 有 许多 学 术 问 题 和 技术 性 问题 有 待 于 进一步 深入 地 研究 。 本 文 在 已 有 的 工作 基础 上 建立 的 黄 淮海 平原 主 要 粮食 作物 产量 形成 及 农田 土壤 水 分 动态 模拟 模型 ,在 研究 气候 变化 对 粮食 生产 的 影响 研 究 中 还 有 很 多 明显 的 不 足 ,需要 做 许多 改进 工作 。 1. 该 模型 的 时 间 标 定 依据 作物 的 生育 周期 , 即 自 冬 小 麦 播 种 起 至 次 年 夏 玉米 成 熟 期 止 。 时 间 步 长 以 名 为 单位 。 在 计算 温度 升 高 对 作物 生育 期 的 影响 时 ,对 小 于 10 天 的 生育 期 变化 在 模型 中 无 法 表达 。 这 样 势必 对 作物 产量 模拟 和 士 壤 水 分 的 动态 模拟 造成 一 系列 误差 。 另 外 ,在 生育 期 模拟 过 程 中 使 用 的 有 效 积温 指标 值 也 有 待 于 大 量 的 田间 实验 资料 进一步 修改 确定 。 2. 在 模拟 分 析 气 候 变 化 对 粮食 作物 产量 的 影响 时 ,假设 农业 生产 技术 和 管理 水 平 没 有 提高 。 这 与 生产 实际 情况 不 符 。 3. 目前 由 于 对 气候 变化 的 科学 评价 存在 着 许多 不 确定 性 ,因此 在 气候 变化 情景 设计 中 仅 考虑 了 温度 和 降水 量 的 变化 。 对 于 其 它 因子 ,如 风速 .空气 湿度 . 云 量 ,太阳 辐射 等 一 系列 * 165 + 因子 的 变化 没有 给 予 考虑 。 鉴于 该 模型 的 种 种 不 足 之 处 ,因此 ,本 文中 模型 的 定量 结果 仅 供 参 考 , 尚 不 能 据 此 对 黄 淮海 平原 农业 生产 的 影响 做 出 相应 的 定性 结论 ,同时 也 不 应 将 本 文 结果 理解 成 一 种 预测 * 它 只 是 对 黄 淮海 地 区 粮食 生产 可 能 发 生 的 巨大 变化 作 趋势 性 估计 。 = = xX m PAG TREES KER — AM RR EH oe we BB PE UR ARK (SCCM) , WLR * 166 > Estimation the Impact of Climate Change on Crop Yield in Huang-Huai-Hai Plain by SCCM Zhang Houxuan and Su Yan (institute of Agrometeorology, Chinese Academy of Agriculture Sciences) Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract ' Using the SCCM, we estimate the Impact of Chimate Change on Crop Yield in Huang—Huai— Hai Plain, we get: 1. Under reainfed conditions without considering the direct impact of CO, con- centrasions increasing on crop production and when atmospheric temperature increasing and annual precipitation decreasing, the per unit area yield in two seasons in the selected area decreased by an average of 1.5% —12. 4%, If annual precipitation remained constant or increasing, the per unit area yield in two seasons increased by an average of 15.3% —24.0%. With increasing tempera- ture, the yield of winter wheat reduced whereas that of summer corn raised, and if the precipitation during whole growing season increased, the winter wheat yield decreased more slighyly and summer corn yield increased more greatly. These results demonstrated that the variation of temperature and precipitation in natural climatic conditions directly influenced the grain yield. Under the fully irrigat- ed conditions, raising temperature in the south of Huang — Huai— Hai plain was unfavorable to win- ter wheat yield and such reduced the grain yield without taking account of the influence of the CO, concentrations on crop yield. However in the midnorth area, it was favorable to winter wheat yield and such increased the grain yield. The increasing rate became greater with increasing latitude. Sum- mer corn yield raised with increasing temperature. When temperature increased by 1°C and 2C, the winter wheat yield increased by an average of 9. 3% and 8. 0% respectively, summer corn yield incréased 47. 2°% and 63.4%, per unit area yield in two seasons increasing averaged 26. 4% and 31.4%. This manifested that the temperature increasing in future was favorable to grain yield in the irrigated field in Huang—Wuai— Hai plain. 2. Under rainfed conditions with considering the direct impact of CQ, concentration increasing on crop production, the variation trend of winter wheat and summer corn yield remained the same direction with that in case of no considering the im- pact. However the grain yield increased in varying degree compared with that when only consider- ing the indirect impact of climatic variation. Under fully irrigated conditions, the yield of winter wheat and summer corn behaved increasing trend. In cases of raising temperature by 1°C and 2C, winter wheat yield increased by an average of 27.9% and 23. 1% in per unit area yield respective- ly, summer corn yield increased 54.5% and 71.6%, the per unit area yield in two seasons increas- ing averaged by 39.7% and 44.7%. Key, words; Climatic Change Rainfed Conditions Fully Lrrigated Conditions Crop Yield * 167+ 第 四 部 分 .气候 变化 对 目 然 市 FRA ao 影响 研究 © 全 球 气候 变化 对 中 国 自 然 地 带 的 影 啊 RAK 中国 科学 院 地 理 研究 所 》 摘 要 :全 球 变 暧 对 自然 环境 影响 的 研究 已 成 为 举世 瞩目 的 重大 课题 ,IPCC ,对 此 进行 预测 。 本 文 在 IPCC 预告 的 基础 上 分 析 了 气候 变化 对 我 国 自然 地 带 的 影响 ;作者 用 674i 个 站 点 资料 分 析 了 我 国 温度 带 及 各 自然 地 区 的 数量 指标 ,并 将 气候 变 暖 增 温 , 温 度 带 北 移 的 界线 及 降水 区 向 西 迁 移 后 干 湿地 区 界线 的 变化 绘制 成 图 。 全 部 工作 均 用 数学 模型 方法 在 计算 机 上 上 完成。 结果 表明 ;全 球 变 暖 使 我 国 温暖 地 区 面积 增加 ; 半 干 旱地 区 及 干旱 区 水 分 条 件 改善 * 有 利于 植物 生产 关键 词 :自然 区 划 MR BRK “干燥 度 指标 ”数学 模型 全 球 变 暖 问题 已 是 全 世界 关注 的 焦点 ;不仅 各 国 科学 家 们 进行 了 大 量 的 研究 ,各 国政 府 也 耗费 巨 资 组 成 了 政府 闻 专 家 组 (CIPCC, 即 Intergovernmental panel on Climate Change) 研 究 气 候 变 化 的 影响 。IPCC 包括 3 个 工作 组 ,I. 科学 分 析 工 作 组 (Working Groups on Scientific analy- sis ) , II. 影响 研究 组 (Impacts) 和 III 战略 反应 组 (Response strategies) 。3 个 组 于 1988 4F 11 月 建 立 * 并 在 IPCC 指导 下 平行 地 进行 工作 。 第 工 工作 组 中 的 各 个 小 组 各 自 使 用 不 同 的 研究 方法 ,独立 进行 工作 ,在 广泛 参考 现 有 文献 的 基础 上 ,运用 了 几 种 方案 估价 气候 变化 的 潜在 影响 。 工 作 组 提出 了 几 点 预测 兰 : 1. 从 现在 到 2025 或 2050 年 之 间 , 大 气 中 的 CO, 浓度 含量 将 加 倍 。 2. 全 球 平均 温度 增加 1.5C 一 4.5C 。 3. 全 球 增 温 分 布 不 均匀 ,热带 增加 的 少 ,是 全 球 增 温 的 1/2, 在 极地 则 增 温 为 全 球 平 均 的 两 倍 。 4. 至 2025 年 海平 面 将 随 着 海洋 表层 增 温 0. 2C ,至 2050 年 上 升 0. 3 一 0. 5m ,2100 年 则 上 升 lm, 第 工 工作 组 的 这 些 观测 与 第 工 工作 组 的 研究 方案 A 的 估计 相 一 致 ,组 估算 2030 年 海 米 ， 本 文 为 国家 “ 八 五 ?攻关 课题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 ** intergovernmental Panel on Climate Change, Potential Impacts of Climate Change Report from Working Group II to IPCC: * 168 。 a 平面 将 上 升 20cm ,至 下 世纪 末 大 约 上 升 65cm, 并 预告 全 球 温 度 在 2025 年 平均 增加 1C， 在 下 世纪 末 之 前 增加 3C 。 CO; 倍增 导致 全 球 变 暖 后 引起 地 球 环境 农业 生 产 、` 林 业 、 陆 地 生态 系统 .水 资源 .海洋 及 海岸 带 等 方面 的 变化 ,国外 已 有 很 多 研究 文章 ,各 家 观点 不 一 , 互 有 争论 及 探讨 ,我 国 也 开 始 了 一 些 研 究 。Sherwood B. Idso 在 Global environmental Change Humun and police Dimensions 止 发 表 的 文章 代表 了 一 种 观点 ,同时 也 引起 了 激烈 的 争论 。Iqdse 认为 ,如 Co: 浓度 含量 从 300ppm 增 至 600ppm ,大 气 的 温度 将 上 升 4Cy 如 CO: 浓度 上 升 至 900ppm, 全 球 温度 将 上 升 6. 5C; 当 CO. 含量 从 1500ppm 增 至 2100ppm , 则 全 球 温度 将 上 升 9. 5 一 11. 0C Idso 引证 一 些 科 学 家 的 见解 :生物 地 球 化 学 的 反馈 作用 使 全 球 CO;* 浓度 成 倍增 长 ,将 使 平均 温度 上 升 12.5C 一 14. 5C ,而 在 地 球 两 极 ,CO;, 的 增长 使 极地 温度 3 倍 或 2 倍 于 全 球 平均 温度 ,增长 到 25C 一 43. 5C 。 用 地 球 邻 近 的 星球 火星 .金星 中 大 气 层 CO. 含量 说 明 上 述 地 球 CO* RE 增长 的 可 能 性 ,火星 、 金 星 大 气 层 由 纯 CO, 组 成 ,宇宙 飞船 探测 到 金星 表面 温度 是 500C , 火 星 表 面 温度 为 5 一 6C ,这 是 其 CO, 的 花房 效应 。 但 是 GCM 模型 还 远 不 足以 对 付 自 然 界 的 复 杂 性 * 气 候 变化 引起 的 植被 .土壤 变化 将 是 更 难以 用 数量 预测 的 ,因为 生物 体内 的 变化 远 比 物理 .化 学 过 程 复 杂 的 多 。 况 且 全 球 变 暧 还 只 是 未 能 充分 证 明 的 估计 ,即使 Co: 在 大 气 中 富 集 和 使 气温 变 暖 ,很 多 反 CO，, 富 集 的 因素 也 将 逐渐 起 作用 ,植物 在 其 发 展 变化 的 历史 中 曾经 经 历 过 高 CO. 含量 的 环境 , 因 之 ,期 待 着 植物 将 更 好 的 适应 大 气 中 Co; 的 高 含量 , 比 现在 更 有 效 地 利用 :Co 产生 更 高 的 产量 。 从 几 百 个 实验 室 及 很 多 野外 试验 站 研究 的 结果 看 ,CO, 浓 度 从 330ppm 上 升 到 600ppm 时 ,植物 生产 力 将 提高 1/3, 而 植株 的 蒸发 损失 将 减少 约 1/3， 这 样 由 于 单位 蒸发 减少 ,单位 有 机 质 含量 增长 , 带 来 的 是 植物 水 分 利用 有 效 性 将 增加 一 倍 。 生物 圈 中 各 种 植物 的 生长 情况 会 得 到 较 大 的 改善 M. 1. Budyko AY WS) Idso 有 共同 之 处 ,Budyko 认为 温室 气体 使 大 陆 内 部 降水 增多 ， 因而 温室 气体 的 作用 形成 了 “温室 天 堂 迪 当 然 也 有 很 多 科学 家 认为 全 球 变 暖 将 造成 地 球 毁 RH ma, FR ES Fe EE AT IK — Ta TGR EO T PEAS TA * 。 本 文 作 者 在 黄 秉 维 先生 指导 下 ,对 全 球 变 暖 对 我 国 自然 地 带 的 影响 问题 进行 了 计算 机 模拟 ,并 进行 了 一 些 粗 浅 的 分 析 。 一 全 完 方法 及 数学 模型 的 建立 本 文 分 析 气 候 变 暖 条 件 下 我 国 自 然 地 带 的 相应 变化 。 关 于 全 球 变 暖 的 理论 依据 及 数字 资料 以 IPCC 报告 为 依据 ,尽管 有 很 多 不 定论 的 东西 ,但 目前 我 们 还 只 能 以 其 为 最 有 权威 性 的 资料 ,并 以 此 做 为 进一步 研究 的 基础 。 对 我 国 自 然 地 带 的 研究 ,是 以 黄 乘 维 先生 1986 年 发 表 的 中 国 自然 区 划 为 兰 本 呆 , 研 究 我 国 变 暖 后 的 自然 地 理 环 境 条 件 的 变化 。 研究 以 DBASEIHII 建立 数学 模型 数据 库 ,使 用 我 国 671 个 台 站 的 气候 \ 水 文 ` 土 壤 ` 植 被 # ” 黄 乘 维 , 如 何 对 待 全 球 变 暖 的 问题 ( 见 本 书 ) 。 "169 > 资料 ,划分 出 12 个 温度 带 ,45 个 自然 地 区 。 REPU R A OPae BRA 平均 温度 ,>10C 积 温 、 无 霜 期 等 为 定量 指标 。 自 然 地 区 是 分 析 各 地 区 的 笠 燥 i 汲 酒 状况 的 ， 干 湿地 区 划分 指标 以 干燥 度 表 征 , 干 燥 度 为 潜在 蒸发 对 降水 的 比值 .各 温度 带 共 划分 也 个 地 区 ,湿润 地 区 干燥 度 小 于 1: 0, 半 湿润 地 区 干燥 度 为 1. 0 一 1. 5; 半 干旱 地 区 为 :15 二 3.5, 千 旱地 区 为 之 3. 50, 我 国 的 青藏 地 区 是 世界 最 高 的 屋 关 ,自然 环境 条 件 与 东部 地 区 差异 极 大 , 故 单独 划分 出 高 原 寒带 、 高 原 亚 寒带 .高原 温带 : 表 1 为 高 原 温度 带 的 划分 指标 。 | Rl BRR Index of Plateau Temperature Zone AS 100A HR 最 暖 月 平均 气 退 CC) |- 不 连续 出 现 <6 A 4) ii 5 °C Hy AK <50 K 6,0— 11.9 50—180K 12. O— 18.0 将 671 个 站 点 按 指标 条 件 分 别 列 入 自然 区 划 中 。 各 温度 带 及 自然 地 区 所 属 各 站 点 总 数 列 于 表 2。 表 2 还 给 出 了 各 自然 带 占 我 国 面 积 的 百分数 。 高 原 亚 寒带 120— 250 R2 我 国 自 然 带 、 自 然 地 带 的 划分 Physical Geographical Division of China 占 全 国 面积 百分数 模型 中 参加 统计 分 析 mit 50 22 Ts 0 T eae TCO ee. Teal 29 57 paren ee i 73 PSP aE Pa eT OT eR BEIT | AP i CARMEN MCE eked WA 28 saa 7 中 热带 赤道 热带 ae 青藏 高 原 寒带 4.03 0 * 170° 半 干 旱地 区 EG Hg Hh XK TRE RAW 半 干 旱地 区 26 eek CSR 2 at 7.96 10 数学 模型 的 建立 以 站 点 为 基本 单元 , 输 六 温度 、 降 水 实测 数据 ,用 1950 一 1980 年 30 年 平均 资料 ; 王 燥 指数 中 燕 发 力 采用 茧 曼 公式 又 经 以 作者 实测 资料 检验 后 ,对 公式 参数 作 了 修 ee | 占 全 国 面积 百分数 模型 中 参加 统计 分 析 wy 的 em 区 | 297 a csioaiaaisd 7 LS See ee feat Lees Leo 7961 Gm 关于 数学 模型 中 参数 的 校 验 : 计算 太阳 总 辐射 能 量 的 公式 ,用 大 气 上 界 太阳 辐射 公式 ~~ Wile ie Ln © (wo * sing + smD + cosD + cosp * coswy) 式 中 Te 为 一 日 的 时 间 ,等 于 1440 分 ;l AKAM L=59, HARB wo 为 日 出 日 没 时 间 的 角度 表示 法 ;D 为 太阳 赤 纬 ;mp 为 地 方 纬度 。 由 'Qx 采 用 经 验 公 式 计 算出 总 辐射 值 Q Q = Qs(a + bX n/N) AH a.bHARM. FREAK AAR AS. dG. eat ROS PNAS. SRR 高 原 八 个 区 , 取 1958 至 1959 年 ” 两 年 逐 旬 实 测 值 , 共 30 个 站 ,及 作者 于 北京 ` 石 家 庄 的 实 测 资 料 计 10 年 数据 ,又 采用 我 们 建立 的 全 国 太 阳 辐 射 观 测 网 络 的 数据 , 计 8 个 站 ,两 年 资 料 , 各 年 .各 名、 各 站 资料 分 别 与 实测 是 照 百 分 率 建 立 关系 , 共 几 千 个 旬 的 数据 ,计算 误差 小 FH10% , 依 求 出 的 ab 系数 计算 了 671 站 30 年 平均 总 辐射 值 ， 干燥 指数 中 兼 发 力 计算 中 的 各 项 参数 均 取 自 于 作者 的 实测 资料 。 蒸 发 力 值 为 60 FRE 1983、1984、1986 年 华北 \` 西 北 农田 中 实测 值 ,所 取 资 料 均 限 于 田地 中 土壤 水 分 条 件 处 于 充 分 湿 泪 的 大 面积 灌溉 地 中 ,用 田间 小 气候 观测 资料 .土壤 湿润 状态 下 的 水 分 平衡 法 及 热量 平 衡 法 所 得 资料 对 比 榨 验 得 出 。 平 均 相对 误差 为 12% 3 五 天 平均 值 相关 系数 为 0.95。 用 上 述 方法 求 出 了 我 国 各 温度 带 、 各 自然 地 区 中 站 点 的 蒸发 力 及 干燥 指数 。 将 各 站 资料 平均 ,就 得 出 我 国 自 然 区 划 中 各 区 的 平均 指标 ,使 用 此 种 方法 将 点 上 的 资料 扩展 到 面 上 .这 就 是 我 们 得 出 的 气候 变化 前 的 自然 地 带 的 指标 值 。 分 析 全 球 气候 变 暖 后 2100 年 我 国 自然 带 的 景观 变化 ,以 IPCC 估计 值 为 依据 ,2100 年 * 1958, 1959 年 为 国际 地 球 物 理 年 ,观测 值 精度 高 。 * 171+ 全 球 增 温 3.0C ,北半球 增 温 较 多 ,假定 此 数值 出 现在 暖 温带 。 黄 秉 维 先生 提出 ,1I 月 平均 温 度 能 较 好 地 表达 温度 的 作用 ,他 还 假定 年 平均 温度 上 升 3SC 相 当 于 1 月 平均 温度 上 升 4C， 又 假定 1 月 平均 温度 上 升值 在 寒 温 带 南 界 增加 6C ,在 赤道 带 北 界 减少 至 升温 1C。 降水 的 变化 依据 IPCC 估 测 ,在 有 些 地 区 气温 上 升 工 2C 时 * 增 温 将 使 降水 减少 且 0% ， 而 在 干旱 地 区 ,气候 变化 将 导致 降水 增多 , 随 之 土壤 水 分 ` 土 壤 湿 度 及 土壤 水 分 储量 都 会 产 生变 化 ,因而 出 现 新 的 农业 生产 格局 ; IPCC 分 析 了 中 国 北部 自 1981 年 起 开始 处 于 暖 期 的 后 250 年 中 ,1981 一 1987 年 平均 温度 上 升 了 0.5C ,同期 降水 减少 约 为 4% ,本 世纪 气温 将 连续 上 升 。 使 用 Hinargchgang 模型 分 析 ,在 中 国 的 半 干 旱地 区 降水 将 增加 10% ,蒸发 将 减少 AK; 对 北美 的 分 析 ,提出 当 温 度 上 升 1 一 2C 时 ,减少 降水 10% .用 GCM 模拟 ,当月 平均 温度 升 高 6C 时 ,12 月 至 .5 月 月 降水 量 将 减少 4 一 23%，, 在 6 至 11 月 ,降水 将 增加 江 0 一 15%% te aR IPCC 的 分 析 , 又 参照 美国 水 分 变化 的 资料 (因为 中 美 两 国 在 两 大 洲 中 所 处 的 地 理 位 置 有 可 比 性 , 故 参照 美国 的 分 析 ) 。 对 我 国 各 温度 带 中 的 湿润 地 区 降水 处 理 时 ,每 增 温 比 原 来 高 2C 时 ,降水 值 减少 109% , 暧 温带 地 区 不 处 于 沿海 的 ,降水 值 仍 保持 原来 水 平 , 在 半 于 旱地 区 降 水 量 假设 增加 10% ,而 蒸发 值 下 降 4%% ,在 干旱 地 区 ,降水 增加 20% ,蒸发 值 减少 6.5%。 把 上 述 温度 、 降 水、 蒸发 值 的 变化 代入 数学 模型 中 ,进行 计算 。 二 、 气 候 变 暖 对 我 国 自然 地 带 环境 条 件 的 影响 分 析 用 数学 模型 计算 的 结果 示 于 图 1( 图 中 气候 变 暖 后 我 国 温度 带 的 界线 是 依 各 站 温度 指 标 计算 值 重新 划 定 的 。 由 图 1 可 见 , 寒 温带 (D 的 大 部 分 地 区 变 为 了 中 温带 (至 ;; 中 温带 面积 的 1/2 变 成 为 暖 温 带 (IID) , 暖 温带 的 绝 大 部 分 变 成 为 北 亚热带 CIV) ,而 北 亚热带 的 全 部 帮 笠 全 变 成 为 中 亚热带 (V) ,中 亚热带 的 全 部 也 变 成 为 南亚 热带 (VI)， 南亚 热带 全 部 变 为 道 沿 扫 AF (VIL) ,边沿 热带 的 大 部 分 变 成 中 热带 CVIID ,中 热带 的 海南 岛 南端 变 为 赤道 带 ,六 访 等 蓄 岛 部 分 变化 不 大 。 至 于 青藏 高 原 , 各 温度 带 的 变化 与 东部 地 区 不 同 ,大 体 是 各 温度 带 星 瑶 趟 变 ,寒带 变 为 亚 寒带 , 亚 寒带 变 高 原 温带 ,高原 温 带 近似 于 暖 温 带 或 北 亚热带 。 对 温度 带 的 统计 分 析 结果 列 于 表 3, 为 便于 说 明 问题 , 仍 以 原 温 度 带 所 属 站 点 进行 分 析 ; 分 别 说 明 全 球 增 温 后 的 温度 及 干 湿 指 数 等 的 变动 情况 。 为 便于 比较 ,各 温度 带 的 站 点 数目 不 变 , 按 原 属 各 带 统计 。 蒜 发 力 的 变化 不 大 ， 中 温带 至 中 亚热带 蒸发 力 值 有 减少 ,但 减少 的 不 多 ;青藏 高 原 蒸发 力 减少 的 较 多 ,是 因 增 温 后 降水 在 内 陆 部 分 增 大 ,蒸发 力 减 少 所 致 ;干燥 指数 的 变化 不 大 , 仅 有 湿润 地 区 的 各 带 干燥 指数 因 降 水 减少 而 增 大 。 中 温带 . 暧 温带 因 有 大 面积 半 干 旱 . 干 旱地 区 ,降水 移 往 内 陆 增强 , 薰 发 力 减 低 造成 干燥 指数 减少 : 各 带 温度 不 同 程度 地 增加 。 我 国 干旱 地 区 的 划分 指标 已 如 前 述 .图 2 将 全 国 4 个 干 湿地 区 分 别 用 ABC.D BARA 代表 湿润 地 区 ,B 代表 半 湿 润 地 区 ,C 代表 半 干 旱地 区 ,D 代表 干旱 地 区 ,4 类 地 区 的 分 界 用 实 线 表 示 。 全 球 变 暖 后 ,我 国 干 湿地 区 的 划分 用 1,2,3;4 来 表示 ,湿润 至 干旱 4 种 区 域 ,新 的 分 界 用 虚线 表示 。 新 的 界线 是 由 全 国 671 个 站 干燥 度 指数 划 定 的 , 凡 <1 的 则 为 1 地 区 ,1 一 1.5 的 则 划 入 2 地 区 ,3 地 区 为 1.5 至 3.5,>3.5 者 划 入 4 地 区 。 由 于 降水 在 沿海 地 区 减少 ,季风 环流 的 加 强 使 内 陆 降 水 增加 ,而 蒜 发 碱 少 ,这 种 变化 造 * 172° 成 了 干 湿地 区 分 布 的 新 格局 。 东 北 地 区 沿海 增 温 高 ,将 原 寒 温 带 . 中 温带 湿润 地 区 演变 为 半 湿润 地 区 ; 蛛 中 温带 半 干 旱地 区 降水 的 增加 使 晋 中 、 陕 北 ` 甘 东 高 原 丘 陵 区 演变 成 为 半 湿 润 地 区 ; 原 属 干旱 地 区 的 兰州 与 河西 东部 丘陵 平原 地 区 向 半 干 旱 类 型 转化 。 Bl ”全 球 变 暖 带 给 中 国 温度 带 界线 的 变化 (图 中 -一 为 原 温度 带 界 线 …” 为 变化 后 的 温度 带 界 线 ; 各 区 标记 的 数字 为 变化 后 温度 带 代号 ;其 中 1 寒 温带 ,I 中 温带 ,II De HATH VV 北 亚热带 ,V 中 亚热带 ,VI 南 亚热带 ,VII 边沿 热带 ,VII 中 热带 ,IX 赤道 热带 ,HI 高 原 亚 寒带 ,HII 高 原 温 带 ,HIII 高 原 暖 温带 ) Influence Boundary Line Change of Temperature Zone By Clobal Warming —( Original Boundary Line of Temperature zone;---- - After Change Boundary Line of Temperature zone; 1. Cold Tem- perate, 11. Middle Temperate, 111. Warm Temperate, IV. Northern Subtropical, V. Middle Subtropical, V1. Southern Subtropical, Vil. Peripheral Tropical, VIII. Middle Tropical, 1X. Eguatopical Tropical, HI. Plateau Alpine, HII. Plateau Sub-alpine, HIII. Plateau Temperate. ) 总 体 看 , 干 湿地 区 分 布 较 原 气候 变 暖 前 的 分 布 差异 减少 ,分 布 驱 于 平缓 ,更 较 前 接近 于 纬 向 分 布 , 从 而 缓和 了 自 东 向 西 水 分 急剧 减少 的 趋势 。 将 各 干 湿地 区 指标 变动 情况 列 于 表 4。 。173。 表 3 全 球 变 暖 前 .后 中 国 各 温度 带 指标 变化 Index Change of 让 Zone by Clobal Warming 2100 FAR is (Eo) 指数 | 二 (Eo) 指 数 a (mm) MECC) l. HA | 481.93 | 93 1.072 315.8 | — 28.4 weiner [ovc [eon [new [so | me [oer HII. 高 原 温带 814,71 4.558 | 790.24 3. 875 435.1 \—10.4 Ri 我 国 各 自然 地 区 气候 变 暖 前 后 对 比 Index of Physical Geographic Region of China By Global Warming 2100 年 气候 变 暖 后 一 蒸发 力 有 ie 由 表 可 见 , 半 湿润 至 干旱 地 区 的 蒸发 力 值 都 有 所 下 降 , 湿 润 地 区 的 干燥 指数 上 升 ,而 半 干旱 地 区 及 干旱 地 区 的 干燥 指数 明显 变 小 很 多 ;说 明 在 这 两 区 ;水 分 增多 ,干旱 程度 得 到 很 大 缓和 ,无 疑 ,对 于 植被 生长 及 作物 产量 都 有 利 。 参加 统计 的 wo 市 本 半 干 旱地 区 80 。174 。 — a Pap fe fAl 2 “全球 变 暖 前 后 我 国 自然 地 区 分 布 的 变化 (图 中 一 代表 现在 干 湿地 区 界线 ;… 代表 变 暖 后 干 湿 地 区 界线 !A 及 1 分 别 代表 变 暖 前 后 湿润 地 区 ;B 及 2 分 别 代表 变 暖 前 后 半 湿 润 地 区 ;C 及 3 分 别 代表 变 暖 前 后 半 干 时 地 区 ;D 及 4 分 别 代表 变 暖 前 后 干旱 地 区 .。) Changing of Reginal Distribution by Global Warming (— Boundary Line of Arid and Humid Region at Present;A. Humid;B. Sub-Humid;C. Semi-Arid;D. Arid;---- Fu- ture Boundory Line of Region After Global Warming; 1. Humid ; 2. Sub-Humid, 3. Semi- Arid; 4. Arid, ) Seat “ete 从 全 球 变 暖 导致 我 国 自然 带 . 自 然 地 区 分 布 的 变化 看 ,如 按 IPCC 预计 ,2100 年 温度 增 高 3. 0C ,对 植物 生产 是 有 利 的 。 植被 和 土壤 变化 后 随 之 而 来 的 变化 是 绥 慢 的 温度 带 的 北 移 使 植物 品种 分 布 产 生变 化 和 演 蔡 ,一般 地 说 ,植物 将 能 逐渐 适应 环境 的 变化 。 除 了 植物 区 系 中 许多 从 第 三 纪 气温 比 现 在 高 很 多 的 时 期 残留 下 来 的 成 分 外 , 相 邻 温度 带 之 间 有 不 少 共 同 的 植物 种 , 据 粗 略 统计 ,温带 与 暖 温 带 共 有 的 植物 种 约 21 种 ,而 暖 温带 与 北 亚热带 共有 的 植物 就 达 44 种 之 多 。 即 使 是 新 的 品种 ,在 每 年 温度 带 界线 迁移 不 过 几 kg 时 ,多 年 后 ,新 的 品种 将 逐渐 适应 温度 的 微小 变化 (每 年 平均 0. 3C ) 。 。 175 。 这 项 工作 是 很 粗略 的 ,限于 时 间 和 精力 尚未 能 进行 深入 细致 的 探讨 及 模型 运算 ,参数 的 选择 也 需 化 费 很 多 时 间 考 虑 , 致 于 自然 带 的 变化 对 于 植物 生产 力 、 作 物产 量 的 影响 , 则 是 我 们 在 “ 八 五 ?期间 努力 探索 的 范畴 之 一 。 参考 文 献 [1] Sherwocd B. Idso，Carbon dioxide and the face of Earth, Global environmental Change Human and police Di- mensions, vol. 1, No. 3, P178—182, (1991) [2] Michael C. MacCracken, Comment on Carbon dioxide and the face of Earth by Sherwood B. Idso, Global envi- : ronmental Change Human and police Dimensions, vol. 1, No. 4, P266—267, (1991). [3] ™M. I. Budyko et al Edited, prospects for Future climate, Lewis publishess, INC. (1990). (4] 黄 秉 维 , 中 国 综合 自然 区 划 纲 要 (1986 年 ), 赵 名 茶 编 辑 , 自然 区 划 方 法 论 , 地 理 集刊 ,(21), 科 学 出 版 社 ,(1990 年 )。 [5] 黄 秉 维 , 赵 名 茶 , 中 国 综合 自然 区 划 图 说 明 , 中 国 中 草药 图 集 ,西安 科技 出 版 社 ,(1991 年 ) 。 。176 。 Impact of Climate Change on Physical Zones of China Zhao Mingcha (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract Influence of the warming of global climate on natural environment has become an object of the focus of world attention. IPCC has made a forecast. On the foundation of it the paper has analysed the influence of climate on the natural zonation of China. Using the data of 671 meteorological sta- tions author has analysed the index of temperature zones and natural regions of China and has drawn up maps of northward moving of temperature zones, westward moving of the precipitation regions and change of the boundries between dry and wet regions after the warming of the climate and in- creasing of the temperature. All of these works had been completed by mathematical modeling and coputers. The result says that the warming of the global climate will increase the areas of warm re- gions and will improve the water condition and consequence-a favourable condition for plant grow- ing. Key words; Physical regions Temperature zone Physical * 177° SABE AE Te AG Hale DB a i HY EG” Rg (中 国 科学 院 地 理 研 究 所 》 刘 玲 宁 (北京 农业 大 学 ) 摘 要 :近年 来 ,由 于 温室 效应 等 原因 使 全 球 气候 呈 变 暖 趋势 。 气候 变化 同时 影响 了 降水 、 HR 发 .辐射 等 其 它 环境 因子 的 变化 ,最 终 导致 对 生态 环境 的 影响 。 本 文 在 西北 地 区 现 有 植被 分 布 的 基础 上 ,直接 考虑 对 植被 分 布 起 根本 作用 的 因子 ,用 假设 的 气候 变化 , 即 温度 升 高 1C .2C、3C 与 两 种 降水 变化 士 10%% 的 组 合 输入 植被 判别 程序 来 预测 未 来 各 种 气候 条 件 下 西北 地 区 的 植被 分 “ 布 。 结 果 表 明 , 影 响 西北 地 区 植被 分 布 的 关键 因子 是 降水 , 当 温 讶 升 高 、 降 水 增加 时 ,西北 地 区 的 ! 草原 和 稀 树 灌木 草原 . 草 甸 和 草本 沼泽 的 面积 将 有 所 增 大 ,部 分 沙漠 被 荒漠 植被 代替 ,农业 植被 面积 也 将 扩大 :而 当 温度 升 高 :降水 减少 时 ,西北 地 区 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 、 sani in ) 积 缩小 ,荒漠 植被 取而代之 ,沙漠 化 严重 ,农业 植被 受到 威胁 。 291 oT .219tuqe 关键 词 : 西 北 地 区 植被 气候 变化 了 20 世纪 初 以 来 ,全 球 气候 确 有 变 暖 趋势 . 北半球 80 年 代 的 平均 气温 较 以 往 几 十 年 提高 了 0. 2 一 0. 3C ,与 工业 化 时 代 前 (19 世纪 末 ) 比 较 已 提高 了 0. 5 一 0.6C5 ,而 且 在 未 来 的 50 年 中 ,气温 将 继续 升 高 0. 3 一 5. 0CO。 全 球 变 暖 的 原因 ,究竟 是 温室 效应 作用 的 结果 ,还 是 属于 气候 本 身 的 波动 ,或 是 两 者 共同 作用 的 结果 ,仍然 存在 着 不 确定 性 。 全 球 气 候 变化 将 带 来 各 种 潜在 的 影响 。 有 人 认为 ,全 球 变 暧 是 一 种 大 范围 的 环境 灾难 ， 海平 面 上 升 ,沿海 地 区 受到 威胁 ,气象 灾害 频繁 593 但 也 有 人 认为 ,全 球 气候 变 暖 ,降水 增 多 ,减弱 土地 沙化 过 程 , 增 加 植被 覆盖 率 ,使 作物 受益 ,农业 会 增产 忆 。 当 全 球 作 为 一 个 整体 变 暖 时 ,温度 的 升 高 必然 会 使 降水 .辐射 等 其 它 环 境 因子 发 生变 化 ,最 终 导致 对 生态 环境 的 影响 。 植 被 生态 学 的 观点 认为 ,主要 的 植被 类 型 表现 为 植物 界 对 气候 类 型 的 反应 。 因 此 ,气候 变化 了 ,植被 的 地 理 分 布 也 将 随 之 发 生变 化 。 位 于 欧 亚 大 陆 腹地 的 我 国 西北 地 区 ,也 不 可 避免 地 受气 候 变化 的 影响 ,其 影 啊 之 一 就 是 自然 植被 .农业 植被 的 地 理 分 布 的 变化 。 西 北 地 区 位 于 74 一 110"N,、35 一 49"N 之 间 , 包 括 新 疆 和 宁夏 的 全 部 ,青海 .甘肃 和 陕西 的 大 部 以 及 内 蒙古 的 西部 地 区 。 西 北 地 区 主要 的 自然 特色 是 气候 极其 干旱 ,降水 稀少 ,辐射 充足 ,景观 以 各 种 类 型 的 温带 和 暖 温 带 荒漠 为 主 , 特 别 是 沙 漠 和 戈壁 分 布 广泛 ,在 河西 走廊 东南 部 以 及 准噶尔 盆地 四 周 的 山 前 地 带 , 也 分 布 着 一 些 温带 # ”本文 为 国家 “ 八 五 "攻关 课题 85-913-03 中 部 分 工作 ， 。178 。 荒漠 草原 ,天 山 及 阿尔 泰山 地 又 形成 显著 混 生 草本 植物 组 成 的 草本 沼泽 。 在 绿洲 中 也 芬 布 着 一 些 农业 植被 ,主要 以 一 年 一 N BEC TE WA it Ek HE. — SE Hw sa WE = AGE ERA DNA EW HE. 本 文 是 在 西北 地 区 现 有 植被 的 基础 上 ,直接 考虑 对 植被 分 布 起 源 根本 作用 的 - 环境 因子 ,对 气候 变化 后 植被 分 布 的 未 来 状况 作出 预测 ,从 而 对 植被 的 管理 .利用 、 HAGE I, 化 改造 和 保护 提供 参考 意见 N 一 、 资 料 来 源 和 工作 方法 - 的 山地 垂直 带 回 。 西 北 地 区 植被 以 荒漠 杆 被 为 主 ,其 结构 简单 ;区 系 贫乏 ,覆盖 稀 琉 ， BME MRM 20—30% ,许多 地 方 仅 AL 办 和 ccd) 062) _f 15%, 植物 种 类 以 葵 科 、 菊 科 为 主 ,其 KARR. GH EM. SH RRA, ee CELLET ee elt ok PEWS MASE WK BRI SE a A Yb EEE phate Hep ten A 77" 及 盐 生 荒漠 ,同时 也 存在 一 些 非 地 带 性 的 植被 ,如 以 胡杨 林 为 主 的 荒漠 河岸 朴 林 、 以 树 柳 为 主 的 盐 生 灌木 丛 、 由 多 年 生 早生 或 中 生 草 本 植物 组 成 的 草 甸 以 及 由 多 年 生 1. 资料 来 源 植被 类 型 图 . 士 壤 类 型 图 .地 角 类 型 N 图 、 年 平均 温度 图 取 自 地 图 出 版 社 的 《中华 ED 人 民 共 和 国 自然 地 图 集 》,1979 年 版 。 年 降水 量 图 和 年 总 辐射 图 取 自 气象 出 版 社 的 《农业 气候 资源 图 集 》,1987 年 版 。 图 1 ”程序 框图 海拔 高 度 取 =I 4 ERE By a Frame of Program 的 1:100 万 地 形 图 。 2, LH CL) 建立 数据 库 选取 年 平均 温度 tc) 年 降水 量 rCmm) 年 总 蒸发 量 et(mm) :年 总 辐射 量 g(Kka/cm2?)、 干旱 指数 k 地貌 dm、 土 壤 类 型 SO 这 八 个 因素 作为 决定 植被 类 型 P 的 基本 因子 。 从 植被 类 型 图 ` 年 平均 温度 图 、 年 降水 量 图 、 年 总 蒸发 量 图 、 年 总 辐射 图 \ 干旱 指数 图 .地 形 图 .地 狐 类 型 图 和 土壤 类 型 图 上 按 经 纬度 格 点 读 取 上 述 数 值 ,输入 计算 机 建立 一 个 数据 库 ,这 个 数据 库 “179° 的 每 一 个 记录 包括 11 个 数据 :纬度 N、 经 度 W、 植 被 P 及 决定 植被 的 八 个 因子 tr、\et\gNkShs dm 和 SO, (2) 对 现 有 植被 类 型 ,确定 各 类 植被 的 各 个 因子 所 处 的 界限 值 和 范围 ， 把 现 有 的 植被 相同 的 各 点 的 tr\et\gk\h\dm、So 汇 总, 找 出 各 因素 的 目下 限 , 参 考 人 中 国 自然 地 理 。 eNReiede | he Ee: Hin (El » DAE ERS SR A PR OI CE 1) = (3)) Sahil FH IR EF 程序 编制 使 用 FORTRAN 77 语言 。 根 据 上 步 确定 的 各 类 植被 各 因子 的 界限 值 及 范围 用 逻辑 判断 语句 来 判别 每 个 点 的 变化 了 的 气候 因素 处 在 什么 pipiens 变化 。 Al ee PER. ye Ri 西北 地 区 决定 植被 类 型 的 因素 分 级 Factors Levels of Vegetation Types in the Northwest ne - g(Kka - 17 200.0 | 260.0 | 120.0 | 25.0 } 1500.0 ~5.0 |~370. 0} ~300. 0| ~130. 0] ~27..0 / 2000. 0 500.0 | 300.0 | 135.0 1.0 | 2500.0 re 0 |~600. 0] ~350. 0| ~137. 0} ~2.0 / 2800. 0 7.5 50. 0 a i 0 910.0 323, 280, 6.2 330. 0 - |}. 320.0 | 140.0 1180. 0 t % eet 肖 0 ee 0 | 157.0 2.2 | 4850.0 | 340,341, \)° 410,390, eet 肖 0 ee 0|~175. 0} ~11.0/~5240.0 238,5 370,401 24,9,340,.| 220,230, 1.2 | 20.0 | 45.0 | 130.0 | 4.0 | 350.0 | 326,23,6, | 240,260, 400,410} ~12. 0 |~250: 0] ~180. 0| ~156. 0] ~110. 中 -3250. 227,235, | °270,380, 328 OA eel oe A 9.5 | 100.0 | 45.0 | 137.0 | 25.0 | 1050.0 24,23,8,9, | 230,250, Ft 5.1 20. 0 45. 0 139.0 4.0 PG, 01 fo) Le Lone 260,270, ~12.5 |~220.0| ~70.0 |~170. 0|~110. 0/3220. 235,238, | 280,50, 漠 5,21 342 4.0 | 45.0 | 40.0 | 128.0 | 3.0 irre 230,250, ~8.5 |~180.0|~180. 0| ~152. 0} ~50. 0 vag pag | 2604280 —g.5 | 45.0 | 45.0 | 151.0 | 2.9 | 2700.0 Fyapigat iby ~5.5 |~140.0|~160. 0] ~177. 0) ~25. 0 }-5600. 9 “4537178 3 人 * 180+ Ys 1 a a ee ee. \thaeaas ) , ee 3.1 | 20.0 LO eo | on. 0| ~ 410 0a7 4. D t r et g(Kka so re LB /em*) aka 7.2 370.0 | 380.0.] 120.0 1.7 800. 0 sab 12 ~10. 8 |~570. 0] ~520. 0] ~132.0} ~5.0 | 一 156.0 % 570 5.5 270.0 | 260.0 1330. 0 220,100,30, ~10.5 |~600. 0| ~ 480. 0 2180. 0 12,240 24,135,40, 227,228, 251.682 —0.9 | 180.0 129. 0 0.8 270.0 | 240,9,3, so ae F ~10. 0 | ~450. 0| ~310. 0| ~172. 0| ~30. 0 3850.0 340,323, HO F 草原 235,328, 和 23，,1287135，| 220,230, 228,340, 210,270, ~ 3000 235,236,8 | 260,250 360,370, §22,631,| —7. 50.0 | 129.01 1.5 | 1800.0 a 380,390, | 682 | ~6.0 |~350. 0|~300. 0/ ~171.0| ~50. 0 B28 1210523, ， 260,342 —8.5\} 70.0 | 110.0 6.0 | 4920.0 1.2 70.0 | 45.0-1°139.0 | 3.0°°) 960.0] 5,34,35, |50,260,270, ~10. 5 |~280. 0! ~320. 0/~164. 0] ~50. 0 ; 9,8,3 280,323 672,673 党 oo 草 旬 360,370, 328,41, ek <6-0 fasao. q 24119405 | 359/90, ‘ “1 g,228,13 a! 沼泽 一 100 9.0 | 60.0 143.0 | 15.0 | 700.0 3.2 133.0 | 23 | 1030.0 50,230, ~300. 0| ~300. 0} ~150.0| ~5.0 Qt 59288 220 农业 本 0 450.0 | 1i8&.0| 4,0 -| 540.0 | 226,228, | |, 96 yoo mie 二 16.0 | 一 680. 0|~540. 0/~127:0| ~3.0 1400.0 26,18 30, 20.0 | 45.0.| 147.0 | 20.0 | 1290.0 mao: [10:5] 282, ~50. 0 |~150. 0| ~100: 0}~ 1480. ja 280,270,50 _ w uo 心 Cn =) oo © > 己 ° = r—) S S —) 一 2 = S V 4.5 148. 0 780. 0 ao,aa0| A <50.0 二 184 0/109 | org, f21279235+23] 420,270, 260 146.0 | 40.0 | 840.0 280,270, 农业 —8.5 | 25.0 | 50.0 | 150.0 | 2.5 | 3410.0 410,390, —4.0 | 310.0 | 140.0 | 131-0 | 1.0 | 3750.0 486 训 一 5.0 | 一 680. 0} ~180. 0|~138. 0} 一 3.0 一 4.0 | 120.0 | 100.0 | 142.0 | 3.0 | 1150.0 注 : 表 中 P.dm.SO 的 数字 含义 见 附录 二 类 型 说 明 on w oO oO >. " fo o P— > oo o * 181° (4) 将 程序 运行 结果 点 绘 成 气候 变化 后 的 植被 分 布 图 本 文采 用 假设 的 气候 变化 , 即 温 度 升 高 1LC、2C、3C 和 降水 变化 士 10% 的 六 种 组 合 分 别 输入 运算 程序 而 得 出 结果 。 由 于 篇 幅 关系 ,本 文 附 一 份 温度 升 高 2. 0C 和 降水 减少 10%% 的 运行 结果 。 将 六 种 运行 结果 分 别 逐 一 经 度 、. 逐 一 纬度 地 点 在 空白 地 图 上 ,再 用 铅笔 把 类 型 相 同 的 植被 连 成 片 , 即 得 气候 变化 后 西北 地 区 的 植被 可 能 分 布 图 ( 见 图 3`\ 图 4 图 5 图 6 图 7 和 图 8)。 图 例 见 附录 一 。 二 、 结 果 分 析 将 所 绘 好 的 六 张 气候 变化 后 西北 地 区 植被 的 可 能 分 布 图 与 气候 未 变化 时 的 植被 分 布 图 (图 2) 对 照 分 析 ,可 以 看 出 ,不 论 气候 变化 的 程度 如 何 , 都 将 对 植被 分 布 产 生 重 大 影响 。 1. 温度 升 高 1C ,降水 增加 10% 2 目前 西北 地 区 植被 分 布 图 The Map of Current Vegetation Distribution over Northwest China 从 图 2 和 图 3 中 可 见 , 气 候 变化 后 ,天 山 以 北 的 草原 和 稀 灌 木 草 原 的 面积 将 增 大 ,其 中 喀什 河和 巩 乃 斯 河流 域 的 草 甸 和 草本 沼泽 的 面积 也 将 扩大 ;塔克拉玛干 沙漠 面积 将 减少 , 边 缘 荒 漠 植 被 面积 增 大 :而 塔克拉玛干 沙漠 内 和 田 河 畔 的 匾 漠 河岸 胡杨 琉 林 将 消失 ,塔里木 河 旦 的 胡杨 林 面 积 稍 有 缩小 ,部 分 胡杨 林地 发 展 为 草 甸 和 草本 沼泽 ; 柴 达 木 盆地 的 大 片 戈壁 、 盐 壳 及 风蚀 沙 地 将 有 50%% 发 展 为 荒漠 植被 ;青海 湖 周围 的 草 甸 和 草本 沼泽 向 北 延 伸 到 祁 连 山下 ,向 西 延 伸 到 柴 达 木 盆 地 边缘 ;昆仑 山 的 高 山 山 顶 碎 石 部 分 被 垫 状 驼 绕 蔡 和 藏 亚 菊 沙 砾 漠 代替 。 农 业 植被 在 原 有 基础 上 将 有 所 扩大 ,但 其 种 植 制度 及 熟 制 不 会 改变 。 * 182° 3 SRE SAR aR BD The Map of Vegetation Distribution over Northwest China in Future Climate(1I) 2. 温度 升 高 2C ,降水 增加 10 和 图 4 气候 变化 后 西北 地 区 植被 分 布 图 (ID The Map of Vegetaion Distribution over Northwest China in Future Climate CII). * 183 。 SAPS 4 BY WL. RAE A Fea» FLL A HR Ae Bol 7S HE LLY Ly wa Hs EK A a Aa AAS 增 大 ,塔克拉玛干 沙漠 的 面积 将 减少 ,但 沙漠 西部 边缘 叶 尔 盖 河中 下 游 和 内 部 和 田 河畔 的 胡 杨 林 将 消失 ,北部 塔里木 河畔 的 胡杨 林 面 积 将 缩小 ,部 分 胡杨 地 为 荒漠 所 代替 。 昆 仑 山系 的 雪线 将 上 升 ,高 山 山顶 碎 石 大 部 分 被 垫 状 驼 绒 奉 ;: 藏 亚 菊 沙 砾 漠 取 代 , 昆 仑 出 脉 90 开 附近 的 温带 亚热带 高 寒 草 原 , 例 如 羽 柱 针 茅 、 垫 状 驼 绒 蓝 草 原 将 稍 有 扩大 .。 柴 达 木 盆地 的 戈壁 、 盐 壳 大 多 发 展 为 荒漠 ,河西 走廊 张掖 至 酒泉 一 线 由 原来 的 草原 和 稀 树 漠 木 草原 发 展 为 草 甸 和 草 本 沼泽 ,而 内 蒙古 阴山 北面 的 草原 和 黎 树 灌木 草原 将 大 面积 退缩 。 农 业 植 被 中 冬 人 春 ) 小 麦 、 玉米 、 棉 花 、 哈 宣 瓜 、 葡 萄 等 在 喀什 ` 落 车 一 带 将 扩大 种 植 , 而 冬小麦 、 玉 米 ` 谷 子 、. 甘 萝 、 棉 花 . 束 板栗、 核桃 等 的 种 植 将 向 西 扩展 到 陕西 与 甘肃 的 交界 处 。 | 3. 温度 升 高 3C ,降水 增加 10% 由 图 5 可 见 ,气候 变化 后 ,天 山南 北 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 将 进一步 扩大, 戈 比 湖 和 玛 纳 斯 河流 域 将 以 草原 取代 荒漠 ,吐鲁番 盆地 和 哈密 盆地 以 北 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 将 向 东 北方 向 移动 并 扩大 ;塔克拉玛干 沙漠 的 面积 将 扩大 ,并 向 南 移动 近 一 个 纬度 ,胡杨 林 仅 在 塔 里 木 河畔 存在 , 且 面积 比 以 前 缩小 许多 ;青海 湖西 北部 .祁连山 下 的 草 甸 和 草本 沼泽 面积 减 少 ,被 草原 和 黎 树 草原 所 代 蔡 ? 柴 达 木 盆地 的 戈壁 ` 盐 壳 大 部 分 为 荒漠 代替 ?昆仑 山 的 雪线 上 升 , 多 数 高 山 山 顶 碎 石 被 垫 状 驼 绒 蔡 、 藏 亚 菊 沙 砾 漠 取 代 。 农 业 植被 的 变化 与 温度 升 高 2C、 降水 增加 10% 时 的 相同 。 5 气候 变化 后 西北 地 区 植被 分 布 图 (IID The Map of Vegetaion Distribution over Northwest China in Future Climate (III) 4. 温度 升 高 1C ,降水 减少 10% 从 图 6 可 见 , 气 候 变 化 后 ,天 山南 北 的 草原 和 稀 灌 木 草原 将 扩大 ,但 其 中 的 草 甸 和 草本 "184。 沼泽 面积 稍 有 缩小 , 博 斯 腾 湖 周围 部 分 草 旬 变 为 荒漠 ;塔克拉玛干 沙漠 面积 扩大 ,向 西 侵 移 了 两 个 经 度 , 和 田 河和 叶 尔 羔 河 流域 的 胡杨 林 将 毁灭 ,北部 塔里木 河畔 还 存在 少许 胡杨 林 ， 柴 达 木 盆地 的 戈壁 和 盐 壳 约 有 50%% 被 荒漠 取代 ;昆仑 山 雪 线 上 升 , 状 驼 绒 蔡 、 藏 亚 菊 沙 砾 漠 大 量 取代 高 山 出 顶 碎 石和 入 级 ` 点 地 梅 等 高 山 垫 状 植被 ;祁连山 南 坡 山地 草 甸 和 草本 沼泽 面 积 扩大 ;内 蒙古 的 库 布 齐 沙漠 和 毛乌素 沙漠 将 稍 向 东南 侵 移 ,取代 阴山 南北 的 草原 。 农 业 檀 被 中 除 陕 西关 中 盆地 以 北 的 一 年 两 熟 或 两 年 三 熟 连作 粮食 作物 和 经 济 作物 稍 向 西 扩展 外 ， 其 余 的 农业 植被 基本 未 变 或 稍 有 减少 ;塔克拉玛干 沙漠 南 缘 的 克 里 雅 河和 安 迪 尔 河畔 的 农 业 植 被 将 消失 ,喀什 、 荡 车 一 带 的 农业 植被 面积 将 减少 。 图 6 气候 变化 后 西北 地 区 植被 分 布 图 CN ) The Map of Vegetaion Distribution over Northwest China in Future Climate CV) 5. 温度 升 高 2C bem 10% 从 图 7 可 见 , 气 候 变化 后 ,阿尔 泰山 山 前 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 向 北 移动 ,最 北面 的 窜 温带 ` 温 带 山地 常 绿 针 叶 林 消失 :天山 南北 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 总 面积 稍 有 缩小 , 塔 克 拉 玛 干 沙漠 向 南侵 移 了 一 个 纬度 ,胡杨 林 面 积 进一步 缩小 , 仅 在 塔里木 河畔 存在 ,沙漠 南 缘 的 农业 植被 消失 ; 柴 达 木 盆 地 的 戈壁 和 盐 壳 缩小 近 70% ,其 北部 为 草原 和 稀 树 草原 代替 , 南 部 为 荒漠 所 代替 ;青海 湖北 部 、 祁 连 山下 的 草原 和 草本 沼泽 面积 稍 有 扩大 ,昆仑 山 雪线 上 升 ， 垫 状 驼 绒 蔡 . 藏 亚 菊 沙 砾 漠 代 替 高 山 山 顶 碎 石和 蚤 级 \ 点 地 梅 等 高 山 垫 状 植被 ;毛乌素 沙漠 向 东南 移动 ,银川 附近 的 农业 植被 被 草原 和 稀 树 灌木 草原 取代 ,阴山 北面 和 草原 面积 将 减 yD. * 185 。 7 气候 变化 后 西北 地 区 植被 分 布 图 CV-) The Map of Vegetaion Distribution over Northwest China in Future Climate ( v) 6. BRAS 3C. bez ma 10% 8 气候 变化 后 西北 地 区 植被 分 布 图 C(V) The Map of Vegetaion Distribution over Northwest China in Future Climate ( VI ) * 186+ ~ ‘ | : ' 由 图 8 可 见 阿尔 泰山 山 前 的 草原 和 稀 树 草原 进一步 减少 ,只 在 山坡 沿线 存在 ;天 山南 北 的 草原 变化 不 大 ,准噶尔 盆地 的 荒漠 向 西北 侵 移 直 至 国境 ;塔克拉玛干 沙漠 扩大 ,向 南侵 袭 1.5 个 纬度 ,向 西 侵 袭 2 个 经 度 ,沙漠 东部 的 罗布 泊 附 近 戈 壁 和 盐 壳 面积 扩大 ,此 达 木 盆地 RAE EMA 60% 被 荒漠 代替 ;昆仑 山 雪 线 上 升 , 垫 状 驼 绒 蔡 、 藏 亚 菊 沙砾 漠 取 代 大 部 分 高 山 山顶 碎 石 和 秀 点 地 梅 等 高 山 垫 状 植被 ;祁连山 下 的 草 旬 面积 将 减少 ,草原 向 南 移 动 约 0.5 个 纬度 ,荒漠 面积 扩大 ,阴山 南北 的 沙漠 、 荒 漠 扩 展 , 草 原 和 稀 树 灌木 草原 退缩 , 呼 和 浩特 附近 的 农业 植被 面积 减少 ,塔克拉玛干 沙漠 南 缘 克 里 雅 河和 安 迪 尔 河畔 的 农业 植被 消失 ;胡杨 吾 林 大 面 积 消失 , 仅 在 塔里木 河畔 存 有 小 片 ,内 蒙古 嘎 顺 塔 尔 和 苏 吉 诺尔 处 的 胡 杨 林 也 将 消失 ,而 其 附近 的 戈壁 将 扩展 。 关 中 盆地 以 北 的 一 年 两 熟 或 两 年 三 部 连 作 粮 食 作物 和 经 济 作 物 的 面积 将 扩大 。 =. BRITE ea ESR 44 BY De a ,在 西北 这 样 的 干旱 ` 半 干旱 地 区 ,决定 植被 分 布 的 首要 因素 是 降 水 ,其 次 才 受 温度 影响 。 当 降水 增加 10%% 时 ,无 论 温度 是 升 高 1C :2C 还 是 3C ,区 内 植被 分 布 的 变化 方向 大 致 是 相同 的 :草原 和 稀 树 灌木 草原 及 草 负 和 草本 沼泽 的 面积 扩大 ,荒漠 面积 缩小 .沙漠 、 戈 壁 和 盐 壳 的 面积 基本 不 再 扩大 ,部 分 已 被 荒漠 取代 ,高 山 的 雪线 上 升 ,高 山 山 顶 碎 石 多 为 热 状 驼 绒 获 和 藏 亚 菊 沙砾 漠 所 代替 。 而 当 降 水 减少 10% 时 ,无论 温度 升 高 的 程 度 妇 何 , 区 内 植被 的 变化 方向 也 都 是 相似 的 :荒漠 面积 扩大 ,沙漠 化 严重 ,胡杨 林地 频 于 筑 灭 ,高 山 雪线 上 升 , 垫 状 驼 绒 茸 和 藏 亚 菊 沙砾 漠 不 仅 取代 高 山 山顶 碎 石 , 同 时 也 取代 对 降水 要 求 相 对 要 多 的 和 蚤 级 和 点 地 梅 高 由 热 状 植被 ,农业 植被 也 受到 沙漠 化 的 威胁 。 从 表 工 中 划分 的 各 类 植被 对 温度 .降水 的 要 求 范围 ,就 不 难看 出 西北 地 区 的 植被 为 何 对 水 分 奶 此 数 感 了 。 在 表 1 中 ,各 类 植被 所 适应 的 温度 范围 都 比较 广 ,如 温带 众生 禾 草 草原 中 山地 从 生 禾 草 草原 植被 可 以 生活 在 一 0. 9C 至 10C 的 范围 内 ,有 些 植 被 要 求 的 环境 温度 的 上 下 限 之 差 可 达 10 一 14C ,因此 当 气 温 上 升 IC、2C 或 3C 时 ,对 植被 分 布 不 会 发 生 重大 影 响 。 而 降水 则 不 同 , 对 于 生长 在 极端 干旱 条 件 下 的 植被 来 说 ,少量 的 降水 变化 就 可 能 对 植被 的 分 布 产 生 极 大 的 影响 名 。 降 水 增多 ,加 之 因 温 度 升 高 而 引起 的 高 山 山 顶 雪 被 .冰川 的 消融 ， 对 极端 干旱 的 地 带 能 够 起 到 补给 淡水 的 作用 ,使 得 由 前 ` 出 坡地 带 的 草原 和 稀 树 灌木 草原 以 及 草包 和 草本 沼泽 取代 原 有 的 荒漠 。 然而 ,温度 和 水 分 之 间 还 有 一 个 相互 补偿 的 作用 。Grastz 等 于 1988 年 提出 :在 半 干 时 、 干旱 地 区 生态 系统 内 ,20% 的 降水 增加 会 因为 温度 升 高 3 二 4C 而 补 合 。 这 二 结论 在 本 文中 也 明显 表现 出 来 : 当 温 度 升 高 3C ,降水 增加 10% 时 ,植被 的 变化 并 没有 因 降 水 的 增多 而 扩 大 草原 面积 ,相反 塔克拉玛干 沙漠 还 向 南侵 移 了 近 一 个 纬度 .几乎 所 有 的 大 尺度 全 球 环流 模 型 (GSMs) 的 运算 结果 都 表明 :全球 温度 升 高 的 直接 效应 是 永 文 循环 的 强度 都 将 加 强 5 四 。 年 平均 降水 量 增 加 了 ,但 年 蒸发 量 也 将 大 大 增加 ,虽然 温度 升 高 使 冰川 雪 被 融化 还 可 以 补给 淡水 ,但 受 惠 的 仅仅 局 限于 山 前 的 平原 和 山地 ,更 多 的 地 区 求 分 仍 是 入 不 吉 出 .同时 ,气候 变 暖 ,冬季 降水 中 雪 的 比例 减少 ,冬季 的 降水 不 能 以 固体 的 形式 保存 下 来 ,致使 春 夏季 因 固体 水 融化 而 供给 植物 使 用 的 水 量 减 少 ,不 能 弥补 植物 生长 季 雨 水 少 的 缺陷 ,导致 土壤 变 干 c。 *。，187 。 Fa Dh » FRAY Wiad A 2 Ac Ba EK, (a Te RE, REM LA — Te. 因此 , 当 温度 增加 3°C ,降水 增加 10%% 时 ,反而 会 有 沙漠 ,荒漠 扩展 的 可 能 。 气候 变化 不 可 避免 地 发 生 了 ,全 社会 就 必须 尽快 来 适应 变化 了 的 气候 .气候 变化 直接 影 响 植 被 分 布 ,而 植被 对 气候 变化 的 响应 又 有 一 个 滞后 的 过 程 , 滞 后 的 时 间 少 则 八 九 年 ,多 则 几 十 年 ,尤其 是 在 增 暧 较 快 时 ,生态 系统 的 调整 可 能 跟 不 上 气候 变化 ,致使 某 些 植物 濒于 灭 绝 。 西 北 地 区 干旱 缺 水 ,植被 对 降水 依赖 性 大 ,生态 环境 脆弱 ,因而 重视 气候 变化 带 来 的 消极 影响 , 极 早 制定 对 策 ,合理 开发 利用 自然 资源 显得 尤为 重要 。 西北 干旱 . 半 干 旱地 区 水 资源 的 短缺 是 开发 的 首要 限制 因素 ,因此 言 先 要 解决 水 的 回 题 。 从 长 远 来 看 ,要 投入 资金 的 物力 开发 地 下 水 和 山上 的 水 ,使 原 有 的 绿洲 面积 稳定 并 扩 太 ， 从 近期 来 看 ,要 大 力 发 展 节 水 技术 和 节 水 经 济 , 以 便 尽量 节约 用 水 和 充分 利用 光 热 资源 。 其 次 , 当 气候 变 化 后 ,即使 环境 温度 、 降 水 都 适 于 种 植 农作物 ,也 要 因地制宜 地 考虑 农 牧 的 比 例 , 因 为 农业 的 发 展 还 依赖 于 对 肥沃 土壤 的 有 效 利 用 哺 , 而 在 西北 地 区 缺乏 农业 生产 合适 的 土壤 ,因此 要 宜 牧 则 牧 , 宜 农 则 农 , 否 则 反而 会 使 草原 沙化 。 第 三 ,要 正确 估价 西北 地 区 的 资 源 、 环 境 及 土地 的 承载 力 ,使 资源 开发 与 环境 保护 同步 进行 大量 事 实 表明 , 近 几 十 年 来 出 现 的 环境 问题 ,除了 自然 因素 影响 外 ,主要 还 在 于 人 类 对 自然 资源 的 不 合理 开发 利用 。 因 此 要 制止 西北 区 内 生态 环境 的 恶化 ,必须 杜绝 盲目 开发 .掠夺 式 的 经 营 。 AT = » ; | hi ee SP ot oe eo ea aks. t. ee 附录 一 : 例 LEGEND 自然 植被 Natural Vegetation 一 、 针 叶 林 Needleleaf Forests 二 、 阔 叶 林 Broadleaf Forests =. WBA A RE REHM Scrubs and Coppice woods D4 . 7c Deserts FAIR GE GLE I WRI Ceratoides compacta and Agania tibetica sand—greavelly deserts FT. . RA fi BK AK ER Steppes and Savannas 六 \ 草 多 和 草本 沼泽 Meadows and Swamp Vegetation ee eee 农业 植被 Agriculture Vegetation A. 温带 一 年 一 熟 和 耐寒 经 济 作物 One crop annually in temperate zone and cold—resistant industrial crops 740. FE/H. BES. HS SAH SE. GARR Wheart, potato, beet, flax B. 一 年 两 熟 或 两 年 三 熟 作 物 和 暖 温 副 带 落叶 果树 Two crops annually or three crops for two year and deciduous orchards in warm—temperate zone * 188 。 三 770. RB. EK. OF. BIR. ABE EE ER Winter wheat, maize, millet, chinese—sorghum, sweet potato, cotton, peanut, apple, pear, ju- jube, persimmon, chestnut, grape, walnue 780. ® FE) BE. TEKS ATE Bg I RE Winter wheat (wheat), maize, chese—sorghum, cotton, grape, walnut Hh Others 870. 沙漠 Wandering sanddunes 860,880. 盐 壳 ,戈壁 salt crusts, Bare gobi 890. 高 山 山 顶 碎 石 Sparse vegetation of high mcuntains with rocky fragmeats 910. 湖泊 Lakes 900. 冰川 雪 被 Glaciers and snow mantle 附录 二 : 关 * 植被 类 型 兴 兴 一 针 叶 林 A 寒 温 带 ` 温 带 山地 常 绿 针 叶 林 21 BH LEEK (22 云 杉 林 B 亚热带 、 热 带 山 地 常 绿 针 叶 林 90 冷杉 、 云 杉 、 铁 杉林 — Pal Ot PK A Ya te Ot Bia 160 Fieve We Ae. Vb uh AH BAK = DARE BAK A Tat BOE LA 290 Bi yb He $3 8 JLB REA B fey Wy Ree A A HK 370 BA. 点 地 梅 垫 状 植被 四 荒漠 A if tr REE EK Tie 380 合 头 草 低 山 岩 漠 390 RAC DK RR 400 BEE 410 em. PRA Bee 类 型 说 明 Types Illustration x * HSA ZS A x x 一 堆积 平原 A 冲积 的 3 冲积 平原 4 湖 积 .冲积 平原 5 BEAR ep ARE B ARM AY 6 BCE 7 HAR BOE C HAR AY 8 冲积 浴 积 平原 9 洪 积 倾斜 平原 209 洪 积 倾斜 平原 ,中 等 切割 D 风 成 的 11 沙丘 复 盖 的 平原 E 冰川 的 12 冰 积 平原 13 湖 积 .冲积 、 冰 积 平原 二 剥蚀 平原 和 高 原 A 侵蚀 的 18 黄土 原 * 189 + Bf Ith REM ATE B 干燥 作用 的 420 盐 爪 爪 盐 漠 21 盐 沼 地 C 温带 灌木 、. 半 灌木 荒 注 22 平原 430 aR RR ARLE RR 23 高 平原 440 川 青 锦 鸡 儿 、 驼 绕 黎 沙砾 漠 323 高 平原 ROA 450 三 瓣 蔷 薇 、 沙 冬青 .四 合 木 沙 砾 漠 24 高 原 460 AYR. HEY 224 高 原 , 中 等 切割 470 沙 拐 惠 沙漠 三 三 剥蚀 台 原 和 出 地 480 EM A 侵蚀 的 D a FFA TR 26 丘陵 491 和 白 梭 梭 、 梭 梭 沙漠 226 黄土 的 丘陵 492 梭 梭 沙漠 227 低 山 ， 中 等 切割 500 RAR. EB ERE 128 中 山 , 浅 切 割 510 梭 梭 、 膜 果 麻 黄 砾 漠 228 中 山 ,中 等 切割 E 温带 高 寒 葡 久 矮 半 灌木 荒漠 328 中 山 ,深切 割 520 垫 状 驼 绒 黎 、 藏 亚 菊 沙 砾 漠 B EYE A AY 五 草原 和 稀 树 灌木 草原 34 丘陵 A 温带 禾 草 、 杂 类 草草 原 35 低 山 550 白 羊 草 、 黄 背 草草 原 135 低 山 , 浅 切 割 B 温带 从 生 禾 草草 原 235 低 山 ,中 等 切割 570 本 氏 针 茅 、 短 花 针 茅草 原 236 中 山 ,中 等 切割 581 山地 处 生 禾 草草 原 , 含 棱 狐 茅 、 针 茂 OC 冰川 霜冻 和 泥 流 作用 的 582 Uh AA AR BE, Soe 37 AR C iat AAA EE EKER 238 山 原 , 中 等 切割 591 REE FRR Se 40 高 山 610 thy Hh vb Ae et Se BAKE OK EE 140 高 山 浅 切 割 D 温带 、 亚 热带 高 寒 草原 240 高 山 中 等 切割 622 RR. RARER, SPRAINS 340 高 山 深切 割 631 RHF RR. SARAH 41 极 高 山 632 ALS Rin. SMH 341 极 高 山 深切 割 640 羽 柱 针 茅 、. 垫 状 驼 绕 黎 草原 四 其 它 六 草 甸 和 草本 沼泽 50 湖泊 A 温带 草包 672 RE RAKE fy, SERA BEM ae ae 673 AK RARBG. EH BR. | 骆驼 刺 草 名 与 桂 柳 灌 从 结合 ent a em ; * 190° B 温带 .亚热带 高 JE fey 中 等 切割 (500 一 1000 米 ) 700 盐 生 禾 草 、 杂 类 草 BE Rt) El (> 1000 米 ) 680 i Fe Be fay 690 BA. BH RRS fy 丘陵 :相对 高 程 约 和 100 米 C 温带 草本 沼泽 低 山 :绝对 高 程 约 500 一 1000 米 710 禾 草 . 苦 草 沼泽 中 山 : 绝 对 高 程 约 1000 一 3500 米 七 农业 植被 高 山 :绝对 高 程 约 3500 一 5000 米 A 一 年 一 熟 粮 作 、 耐寒 经 济 作物 极 高 山 :绝对 高 程 约 这 5000 米 x < « +52 x 关 x at ge 12 aa 280 = Yb 305c- 黑 坊 士 草 甸 沼 泽 土 + 323 kf Hi ft 50 WWE 330 ”沼泽 土 标 壤 盐 碱 土 100 ， 灰 褐 土 342 eb 120 #9 fey Ly + cor) Bt 360. Rit 210 e+ 370 Bfit et 380 M+ 220 Beet 390 eet 230 «tet 401 e+ 240 Kktht 410 fewer i HE 250 fkiw@e+ 420 £ 260 Kirt 460 “冰川 、 雪 被 270 “” 棕 漠 土 470 “湖泊 * 191° [9] 参考 X 献 M. HH. Byrbblko HpofcMat, 八 十 年 代 的 变 暖 ,气象 科技 ,(114),48 一 50,(1989 年 )。 Jill. Jaeger, 变化 中 的 大 气 , 气 象 科技 ,(111),16 一 15,(1989 年 )。 R.S. Lindzen， 对 全 球 变 暖 的 一 些 看 法 ,气象 科技 ,(119),44 一 48,(1990 年 )。 王 绍 武 ,温室 气 体 增 长 对 气候 和 社会 的 影响 ,气象 科技 ,(109),1 一 6,(1989 年 )。 中 国 科学 院 《 中 国 自然 地 理 》 编 辑 委员 会 ,中 国 自 然 地 理 ， 总 论 , 科 学 出 版 社 ,(1985)， 赵 松 乔 等 ,中 国 的 干旱 区 ,, 科 学 出 版 社 ,(1990 年 )。 修学 煜 ,中 国 自 然 地 理 ， 植物 地 理 ( 下 册 ) ,科学 出 版 社 ,(1988 年 )。 张 新 时 ,植被 的 PE( 可 能 蒸 散 ) 指 标 与 植被 一 气候 分 类 (一 ) 一 几 种 主要 方法 与 PEP 程序 介绍 ,植物 生 态 学 与 地 植物 学 学 报 ,13(1)，,1 一 9,(1989 年 )。 陈 晓 亚 等 ,新 疆 阿 尔 泰山 前 平原 河谷 林 植 被 类 型 ,植物 生态 学 与 地 植物 学 学 报 ,13(1),66 一 72,(1989 SE). (10) 和 孙 世 洲 , 青 海 柴 达 木 盆地 及 其 周围 山地 植被 ,植物 生态 学 及 地 植物 学 学 报 ,13(3),236 一 249,(1989 年 )。 [L11]j 谭 浩 强 、 田 淑 青 ,FORTRAN 语言 ,清华 大 学 出 版 社 ,(1990 年 ) 。 [12] 赖 祖 铭 , 气 候 变化 的 水 文 效 应 ,干旱 区 地 理 ,12(2),50 一 58,(1989 年 )。 [13] 胡 文 康 等 , 克 里 雅 河 下 游 荒漠 河岸 植被 的 历史 、 现 状 和 前 景 ,干旱 区 地 理 ,13(1),46 一 51,(1989) 。 2 The Potential Impact of Climate Change on Vegetation Distribution in Northwest China Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Liu Lingning (Beijing Agriculture University) Abstract Because of the greenhouse effect and some others factors influences, the global climate is show- ing a trend to become warmer. with the climate change, precipitation, evaporation, radiation and other environmental factors will be different, and these will eventully affect the whole ecological en- vironment. Based on the current vegetation distribution in the Northwest, considering the fundamen- tal factors that affect the vegetation distribution, with the vegetation judgement program, this essay predicted the vegetation distribution in the Northwest in the supposing climatical conditions change wich is the combination of temperature and precipitation, and the change with temperature increas- ing 1°C.2;C.3°C, precipitation incrasing or decreasing 10%. The result is that, for the vegetation distribution in Northwest, the key factor is precipitation, when temperature rises and precipitation will increase, parts of Wangering Sanddunes will be taken place of Deserts, the area of agriculture vegetation will enlarge. However, when temperature rises and precipitation decreases, the area of Steppes and Savannas, Meadows and Swamp Vegetation will reduce, Deserts will be instead of it, desertification will be serious and agricaltural vegetation will be threatered. Key words :the Northwest of China Vegetation Climate change * 193 - 气候 变化 对 东北 地 区 植被 分 布 的 可 能 影响 ik & (中 国 科学 院 地 理 研究 所 ) KAR AR (北京 农业 大 学 ) 摘 要 :气候 变 暖 及 二 氧化 碳 和 其 它 气 体 浓度 的 增加 ,引起 世界 气候 的 异常 变化 ,对 植被 类 型 和 作物 产量 将 产生 很 大 的 影响 .本文 抛 开 作物 产量 ,重点 研究 气候 变化 对 处 于 较 高 纬度 的 东北 地 区 植被 类 型 分 布 的 影响 。 在 确定 的 三 种 情况 (降水 增加 10% ,温度 分 别 增加 1. 0C 2. 0C、3.0C) 下 , 寒 温 带 落叶 针 叶 松 ,一 年 一 熟 作 物 ,一 年 两 熟 作 物 或 二 年 三 熟 边 作 作物 的 南部 边缘 地 带 都 有 不 同 程度 的 北 移 , 同 样 温度 增加 ,降水 减少 10% 的 状况 ,表现 出 同样 的 趋势 。 关键 词 : 气 候 变 化 ”植被 类 型 品 杯 由 5 | 气候 变化 对 不 同 的 时 间 斥 度 来 说 有 不 同 的 原因 ,但 归根 到 底 不 外 乎 自然 波动 和 人 类 活 动 引 起 的 变化 .工业 革命 之 前 ,人 类 对 气候 的 影响 非常 小 上 0。 近 百年 来 ,由 于 化 石 燃 料 的 大 量 燃烧 和 和 森林 的 过 度 砍伐 引起 co, 倍增 ,水 稻田 和 食 草 家 畜 的 增加 使 甲烷 的 含量 增加 ,而 CO, 和 甲烷 都 是 温室 气体 名 。 许 多 科学 家 通过 不 同 模式 预测 大 气 成 分 对 气候 变化 的 影响 ,几乎 一 致 地 认为 气候 朝 着 较 暖 的 方向 变化 。 全 球 变 暖 是 全 世界 最 为 关心 的 自然 环境 问题 。1990 年 10 月 底 召 开 的 第 二 次 世界 气候 大 会 提出 最 新 的 研究 报告 ,预测 在 目前 温室 气体 继续 增加 的 情况 下 ,到 2025 年 全 球 平均 温度 升 高 IC ,到 下 个 世纪 末 升 高 3C ,海平 面 有 所 上 升 名 。 气候 变 暧 将 影响 降雨 .土壤 水 分 含量 的 变化 .气候 带 北 移 200 一 300 公里 ,副热带 高 压 在 夏季 痛 线 位 置 也 北 移 , 因 此 有 些 地 区 雨 带 北 移 。 对 于 降水 量 的 预测 结果 差异 较 大 ,但 多 数 人 认为 中 纬度 地 区 雨量 将 减少 ,高 纬度 地 区 雨量 将 明显 增加 。 对 于 气候 变化 与 怎样 变化 ,气象 工作 者 已 做 了 不 少 工 作 , 还 得 出 了 大 量 可 靠 的 数据 结 果 。 植物 分 类 学 家 对 于 植被 类 型 的 区 划 ,也 作 了 深入 细致 研究 ,这 可 以 从 (中国 植被 类 型 图 》 上 看 出 扫 。 这 里 ,利用 气候 资料 与 植被 类 型 资料 ,探讨 它们 之 间 的 关系 ,研究 气候 变化 以 后 对 植被 的 影响 。 由 于 气候 变化 的 程度 在 数量 上 不 太 确 切 ,本 文 是 在 假定 的 几 种 情况 下 进行 分 析 。 植被 是 地 表 状 况 的 重要 特征 。 不 同 气候 带 里 温度 与 降水 各 异 , 就 各 有 相应 的 植被 类 型 。 类 ”本文 为 国家 “ 八 五 ?攻关 课题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 。194 。 气候 状况 和 生态 群落 形成 了 特定 的 生态 环境 ,形成 了 地 气 之 间 固 有 的 辐射 ,热量 和 水 分 平 衡 ,一 且 气 候 发 生变 化 ,植被 也 随 之 发 生变 化 ,形成 了 新 的 平衡 关系 所 。 这 将 进一步 导致 对 社 会 经济 乃至 政治 的 广大 范围 的 冲击 。 一 、 方 法 及 资料 资料 来 源 (1) 中 国 植被 1 : 4000000 中 华人 民 共 和 国 自然 地 图 集 , 地 图 出 版 社 ,北京 ， 1979. 12 (2) EJ 1: 4000000 [ALE (3) -HEGHHS? 1: 4000000 同上 ee en 集 》; 气 象 出 版 社 , 北 京 ,1987 eee: 年 蒸发 量 干旱 指数 (5) 中 国 地 形 图 1:1000000 《全 国 测绘 资料 中 心 》, 北 京 ,1991 地 理 范 围 东北 地 区 南 临 黄海 、 潮 海 , 北 接 苏 联 ， 东 邻 朝鲜 , 西 以 大 兴安 岭 为 界 , 大 致 在 38 43' 一 53"30N、119"10' 一 135"20'E 范围 之 内 ,三 面 环 山 *, 中 部 为 平原 。 本 文 工 作 范 围 稍 大 8 包括 39 以 北 ,115" 以 东 的 所 有 中 国 国土 . 除 东 北 外 ,还 包括 内 蒙古 一 部 分 和 河北 北部 部 分 地 区 。 工作 步骤 (] ) 建 立 数据 库 按 每 一 纬度 ,每 一 经 度 从 上 述 图 上 读 出 年 平均 温度 .年 降水 量 、 年 蒸发 量 、 年 总 辐射 量 \ 于 旱 指数 、 地 瑶 类 型 ,海拔 高度 、 土 壤 类 型 ,最 后 读 出 各 经 纬度 的 植被 类 型 。 把 读 出 的 数据 输入 计算 机 ,同一 经 续 de 度 的 各 因子 连同 经 、 纬 度 输入 一 行 ,植被 类 结束 型 号 码 排 在 气候 因子 、 地 狐 、 土 壤 之 前 。 建 图 1， 东北 地 区 植被 类 型 预报 程序 框图 苹 数据 库 cl. dat, Program Frame for Predicting Vegetation 为 分 类 方便 FE AY HE FE cl. dat 中 的 数 Types Distributed over the Northeast Area in China 。195 。 据 按 植被 排序 。 共 有 27 种 植被 类 型 ,相同 的 行 聚 在 一 起 。 Rl 东北 地 区 决定 植被 类 型 的 因素 分 级 Factors Levels of Vegetation Types in the Northeast Area in China Ce i ee 370.0 | 350.0 | 100.0 0.8 500.0 | 20,24, 1) Bet set, 80 ~475. 0} ~310. 0} ~118.0} 一 0. 2 1000.0 25,29, IN sl —2.0 | 350.0 | 250.0 | 120.0 | 2.8 | 600.01 林 0.8 | 400.0 | 320.0 | 100.0 | 0.8 | 200.0 80,110, eee a 100,110,111, —2.8 | 400.0 | 270.0 | 100.0 | 0.8 | 100.0 | 25,20, |) 70 0 : , 6.0 | 350.0 | 350.0 | 135.0 |. 3.2 | .300.0 林 2 = 2 0 | 280.0 | 110.0 | 10 | 450.0|1， 25， “72,80. 300.0 | 300.0 | 130.0 | 2.0 [1000.0] ~~ | 和 8.0 | 400.0 | 400.0 | 135.0 10. 0 100, 220 TEIN 400.0 | 300.0 | 105.0 7 550. 0 anal 请 32L 7322 草原 和 稀 树 531,532,540， 250.0 | 200.0 | 120.0 | 3. 1 | 600-01 灌木 草原 561,562 . ah 660,671, | —3.0 | 200.0 | 250.0 | 115.0 150. 0 Tra 280, oni Al 672 ~5.0 |~500. 0] ~450. 0] ~140. ita ~4.5 |~500.0} 7,15 — > 草本 2.0. |-520.0 | 350.0 | 105.0 45. 0 ‘= 沼泽 710 330 .0| 一 460.0| 一 110. | 84 ~100. 0 masta -| 80,110, i) A 《 cn cn o oO ( > oO © fon) ( = 一 a o oO \ 心 、 ul i=) ( 心 oOo o oOo 4 ( a oO Oo 480.0 | 300.0 | 105.0 50. 0 ~500. 0] ~130. 0| 一 3.0 |~300.0 ieeias aie oo 6.1 | 500.0 | 300.0 | 110.0 3.0 | 3,557, 760 120, 190, . ~6, 1100. 0 ~700. 0} ~125. 0} ~3.2 |~300.0 600. 0 105.0 | 0.5 80,110, 770 >8. 1200. 0 ~900. 0|/~130.0} 一 2.0 |~300.0} 14 | 120,210 注 : 表 中 符号 及 有 关 数 字 意 义 见 附录 二 。 | (2) 分 类 A 原则 :对 每 一 类 型 的 植被 类 型 所 对 应 的 各 因子 数值 ,排除 太 大 和 太 小 的 ,给 定 一 个 范围 。 例如 对 于 北部 落叶 针 叶 林 11 ,温度 最 大 值 为 一 2. 0C ,一 般 都 二 一 2.TC， 为 了 与 后 面 类 型 更 * 196 = 730 53 batt FS yt l Cn co oS oO tf KS}, RAI t<— 2. 1C; 降 水 值 除去 一 个 310mm, 都 在 370—475mm 之 间 , 所 以 采用 370 一 4756mm 这 个 范围 ( 表 1) 。 (3) 程 序 设计 根据 (4) 分 类 标准 ,运用 FORTRAN 7 7 语言 ,用 逻辑 语句 ,把 植被 所 对 应 的 气候 因子 范 围 列 上 ,气候 变化 后 因子 落 在 哪个 范围 ,就 判断 出 相应 的 植被 。 东 北 地 区 植被 类 型 的 未 来 变 化 预报 程序 框图 如 上 图 。 (4) 绘图 把 目前 东北 地 区 植被 类 型 点 在 图 上 (图 Wis 假定 三 种 情况 (降水 增加 10% ,温度 分 别 增加 1. 0°C. 2.00.3. 0C) ,打印 出 程序 运行 结 果 。 按 照 结 果 把 变化 后 的 植被 分 别 点 在 3 张 图 上 (如 图 3` 图 4 图 5)。 为 讨论 对 降水 减少 时 的 影响 ,把 另 三 种 情况 (降水 减少 10% ,温度 分 别 增加 1. 0C 、2. 0C .3.0C ) 也 点 在 另外 三 张 图 上 (图 6. 图 7 图 8), 所 有 图 的 图 例 见 附录 一 。 为 突出 变化 重点 ;对 于 植被 类 型 中 (290,290,300,360,140,150) 等 零星 分 布 的 ,前 后 变 化 不 大 的 植被 在 图 上 略 去 ,只 点 了 针 叶 林 (11)、 阔 叶 林 (100,110,111,112,120) 和 大 片 草原 (540,561;,562,531,532) 及 农业 植被 (730,760,770) 来 观察 其 边缘 地 带 的 变化 。 =. BRAT 从 文件 cl dat 数据 库 中 的 数据 可 以 看 出 ,东北 地 区 位 于 我 国 最 北面 ,纬度 较 高 。 气 温 最 低 。 大 兴安 岭 及 其 邻近 地 区 是 我 国 唯 一 的 寒 温 带 地 区 ,年 降水 量 分 布 趋势 是 从 东 向 西 随 距 海 里 程 的 增加 而 递减 ,地 形 山 地 对 降水 的 影响 也 很 明显 。 山 地 降水 较 多 ,气温 也 较 低 ,气候 较 湿 省 。 东 北 地 区 是 平原 广 布 * 三 面 环 由 的 马蹄 形 地 狐 结 构 , 西 北部 在 兴安 岭 北 段 海拔 1000 米 以 土 * 东 部 从 北 而 南 是 一 系列 山地 ,西北 一 东南 向 的 小 兴安 岭 是 一 些 低 山 和 丘 陵 , 中 间 有 一 些 平行 山 段 ,其 间 有 一 些 宽广 的 盆地 、 谷 地 ,中心 哈尔滨 一 齐齐哈尔 一 自 城山 区 海拔 较 低 。 乌 苏 里 江 、 松 花 江 、 牡 丹 江 流域 的 三 江平 原则 沼泽 地 带 较 多 。 土 壤 在 西北 部 为 棕色 针 叶 林 地 AR 部 边缘 为 暗 棕 色 森 林 土 ,中 央 平 原 为 黑土 ,辽宁 西部 有 一 些 风沙 土 ,大 连 海 滨 一 带 是 棕 壤 9。 自然 条 件 决 定 了 自然 景观 植被 的 分 布 , 如 图 2, 大 兴安 岭 北部 为 大 兴安 岭 针 叶 林 区 la 《11) ,其 最 南端 界线 在 (49. 5"N,123"E) 古 利 牙 山 附 近 。2a 或 2b 对 应 上 暗 棕 色 森 林 土 ,包括 小 兴 SUS SRT AUS ESS .长 白山 .龙岗 山 一 带 和 大 兴安 岭南 端 是 常 绿 针 叶 林 、 落 叶 阔 叶 林 及 其 混交 林 。 松 嫩 平 原 的 大 片 和 三 江平 原 的 小 块 是 一 年 一 熟 作物 (6a) ,南端 在 42"N 辽河 一 带 。 辽宁 南部 大连 附近 、 山 海关 瀚海 湾 一 带 气 温 较 高 ,降水 较 丰 沛 是 一 年 两 熟 或 两 年 三 熟 连 落 叶 果 树 园 (6b)。 由 于 地 狐 .土壤 缘故 ,辽宁 西部 一 片 沙 地 只 是 沙 地 灌木 从 ,东北 西部 \ 内 蒙古 西部 是 一 片 草原 (4a 或 4b) 。 图 3: 温 度 增加 1. 0C ,降水 增加 10% 时 ,北部 (la:11) 面 积 缩 小 了 , 即 寒 温 带 面积 缩小 了 ,落叶 针 叶 林 南部 边缘 到 达 50. 5"N , 较 前 面 移 了 1 个 纬度 , 阔 叶 林 面积 扩大 , 松 嫩 平 原 的 一 年 一 熟 作 物 (6a) 缩 小 了 ,南端 北 移 到 44"N 长 春 一 带 ,吉林 南部 四 平地 区 、 辽 宁 北 部 铁岭 、 抚顺 一 带 都 变 为 一 年 二 熟 或 两 年 三 熟 (6b) 连 作 ,但 三 江平 原 的 一 年 一 熟 作 物 (6a) 面 积 几 乎 没 变 ,由 于 其 纬度 较 高 ,温度 较 低 ,加 之 沼泽 地 带 较 多 ,仍然 只 是 佳木斯 一 带 与 兴 凯 湖 流 域 种 "197。 植 。 辽 宁 大 连 海滨 一 带 、 锦 州 以 南 (41"N) 变 为 类 型 7c。 图 2 现代 东北 地 区 植被 类 型 分 布 图 The Map of Present Vegetation Types Distribution over Northeast China 图 4 气候 变化 后 (降水 增加 10%, 温度 升 高 2C) 东 北 地 区 植被 分 布 The Vegetation Distribution of Northeast China ofter Climate Change (Precipitation increasing 10% ,Temperature increasing 2’°C ) 。 198 。 3 气候 变化 后 (降水 增加 10%, 温度 升 高 1C ) 东 北 地 区 植被 分 布 The Vegetation Distribution of Northeast China ofter Climate Change (Precipitation increasing 10%, Temperature increasing 1C ) 图 5 气候 变化 后 (降水 增加 10%, 温度 升 高 3C) 东 北 地 区 覃 被 分 布 The Vegetation Distribution of Northeast China ofter Climate Change (Precipitation increasing 10% ,Ternperature increasing 3°C) Reh le Pe I Pe A _ 4 RE FP Te 2. 0°C ,降水 增加 10% AY, FCS EM IE Ot PR AR SE eS. Clas 11) iy FR 减少 ,南部 边缘 到 达 51°N, (2a BK 20) PAUP MK ARI KT RT RA RS OT OEP OTK, HOOF A —2E — Ey BS ie EU EG RE ZT AY 4O°N 吉林 省 的 大 部 分 变 为 一 年 两 熟 (6b) ,7c 的 北端 也 偏 移 了 一 个 纬度 PAA RH RAE A 7c, AS: BJ WB Cas lI AHH 林 消 失 , 全 部 被 (2a 或 2b) 所 代替 ,一 年 一 熟 作 物 (6a) 南端 移 到 46>N, 了 哈尔滨 一 带 一 年 二 熟 作 物 (6b) 较 图 4 变化 不 大 ,相应 的 7c 北 界 也 较 图 4 变 化 较 小 。 6.159 7.88 是 降水 减少 ` 温 度 升 高 的 结果 ,可 以 看 出 与 前 三 个 图 表现 出 相同 的 趋势 ， 但 效果 不 太 明 显 。 6 专 候 变化 后 (降水 减少 1041 图 7 气候 变化 后 (降水 减少 10% 温度 升 高 1C ) 东 北 地 区 植被 分 布 温度 升 高 2C ) 东 北 地 区 植被 分 布 The Vegetation Distribution of Northeast- The Vegetation Distribution of Northeast China ofter Climate Change (Precipitation China ofter Climate Change (Precipitation decreasing 10%, Temperature increasing | °C ) decreasing 10%, Temperature increasing 2°C) fod < i 论 不 管 是 降水 增多 的 图 2 图 :35 图 :5 还 是 降水 减少 的 图 6 图 7 图 8 都 可 得 出 :气候 变化 后 ,东北 地 区 的 植被 地 带 有 北 移 的 趋势 。 这 说 明子 温度 是 东北 的 障碍 性 因素 ,温度 升 高 对 东 北 地 区 植被 的 影响 较 大 。 (1) 程 序 结果 中 有 个 别 判断 重复 1b\1d 和 2a, 由 于 这 是 常 绿 针 叶 林 与 落叶 阔 叶 林 地 渡 地 带 , 有 时 难以 分 清 ,分 类 标准 可 能 有 部 分 重 释 。 2) 有些 地 理 位 置 上 的 植被 类 型 变化 不 易 判 断 ,由 于 巴 资 料 点 有 限 , 有 些 条 件 决 定 的 植 .199 。 被 或 许 是 目前 本 地 区 不 存在 的 ,应 尽量 多 列 一 些 植 被 ,否则 当 气 候 变化 后 ,边缘 地 区 就 无 法 判断 了 。 降 水 减少 后 ,温度 升 高 的 条 件 就 是 东北 地 区 目前 不 存 在 的 。 所 以 有 许多 点 判断 不 出 ,结果 不 太 理 想 。@@ 分 类 的 标准 是 不 连续 的 。 外 地 图 有 些 材 料 出 版 年 代 不 同 ,比例 扩大 小 不 同 ,影响 了 各 因素 的 匹配 。 外 植被 图 的 比例 太太 小 ,小 面积 的 植被 有 时 被 忽略 .例如 东 北 地 区 有 单 季 稻 种 植 ,但 是 由 于 所 占 比 例 小 , 读 图 时 未 发 现 ,以 至 于 一 年 二 热 作物 变化 后 ,无 法 知道 其 类 型 。 《3) 本 文 预报 结 可 能 过 分 夸大 了 升温 及 降水 的 结果 。 由 于 气候 变化 将 导致 水 文 效 应 ,不 仅仅 是 降 水 ,蒸发 量 也 变 大 ,相应 的 干旱 指数 也 要 发 生变 化 ， 本 文 却 忽略 了 这 些 , 有 待 改 进 。 本 文 得 出 东北 地 区 气候 变化 后 ,边缘 地 带 北 移 是 合乎 道理 的 。80 年 代 是 本 世纪 最 暖 的 10 年 ,气候 变化 了 ,就 要 有 新 的 品种 资源 与 其 适应 。 目 前 吉林 省 d 4 \/ 的 2 ae oy | 8 气候 变化 后 (降水 减少 10%， 温度 升 高 3C ) 东 北 地 区 植被 分 布 The Vegetation Distribution of Northeast China ofter Climate Change (Precipitation ecreasing 10%, Temperature increasing 3°C ) 就 有 些 地 区 引用 了 辽宁 省 的 种 子 , 还 引用 的 掖 单 号 玉米 ,虽然 引用 的 目的 有 的 考虑 了 产量 因 素 , 但 与 气候 变化 也 有 关系 ,引种 还 是 比较 成 功 的 。 随 着 全 球 变 暧 影响 研究 的 展开 ,将 有 更 多 的 工作 深入 研究 气候 与 植被 的 关系 ,尤其 对 于 东北 地 区 这 个 低温 冷害 时 常 发 生 的 地 方 ,升温 是 利 大 于 岗 的 ,本 地 区 应 采取 合理 的 品种 ,发 展 农业 、 林 业 , 尤 其 是 提高 粮食 产量 。 不 管 全 球 变 暖 对 于 一 个 地 区 是 利 大 于 弊 还 是 弊 大 于 利 , 自 然 陆地 生态 系统 必 将 在 组 成 、 地 理 位 置 上 发 生变 化 。 对 于 那些 环境 较为 敏感 的 生物 ,尤其 是 在 生存 选择 有 限 的 情况 下 ,将 会 衰退 消失 和 可 能 遭 到 破坏 "1。 所 以 要 在 全 球 . 地 区 与 国家 基础 上 制定 保护 生态 多 样 性 的 综 合 策略 与 措施 ,采取 强化 管理 的 办 法 来 缓冲 气候 变化 的 影响 所 。 Pt 录 一 : 图例 CLegend) la(11) Ria Pie WISH RH HB Cold — temperate and temperate deciduous conifors 2a or 2b (100,110,111,112,120) iS Ot Ot HR ER SLOT AR eH Ik EO OT Hh Temperate mixed broadleaf deciduous and evergreen needleleaf forests 24 (140) 温带 山地 落叶 小 叶 林 Temperate subalpine microphyllous deciduous forests 4a or 4b (531,532,561,562) SR FOP ba HEA SUR * 200+ Steppes and savannas 5a (660, 671,672) 温带 草 甸 Temperate meadows 5b (710) 温带 草本 沼泽 Temperate swamp vegetation 6a (730) 一 年 一 熟 粮 作 耐寒 经 济 作物 One crop annually cold 一 resistant industrial crops 6b (760) 一 年 两 熟 或 两 年 三 熟 连 作 落叶 果树 园 Two crops annually or three crops for two year and deciduous orchards 6c (770) Unkown 附录 二 : 类 型 说 明 (Types illustration) x * * * * FARRAR x x we x x 140 HE 杨 林 7 针 叶 林 e 温 膛 落 叶 小 叶 玻 林 a 寒 温 如 温带 山地 落叶 针 叶 林 150 草原 沙 地 榆树 玻 林 落叶 松 = YE DAFA BE BB DA b 寒 温 带 Yn Ly Hh He RET A HK a 温 带 落叶 灌 丛 21 云 杉 280 dH BAA c Yn te BE Sin Vb ith FF RET OT BEAK 290 草原 沙 地 锦 鸡 儿 AUN ee EA 30 FEF PALM 300 RRAA 酸 惠 灌 丛 与 白 羊 草 RP d 温带 常 绿 针 叶 林 草 群 落 相 结合 41 油 松 b Ya tr fen Ly REM AK ES = ial Pt 360 园 叶 柳 牙 疙 这 SHS a 温带 落叶 阁 叶 树 常 绿 针叶树 混交 林 四 草原 和 稀 树 灌木 草原 100 落叶 阔叶树 红 松 混交 林 a 温带 禾 草 杂 类 草草 原 b 温带 (亚热带 ) 落 叶 阔 叶 林 531 含 丰 富 杂 草 类 110 落叶 栎 林 532 含 贝加尔 针 了 矛 111 Seth 540 线 叶 菊 草原 112 iL ARK 550 和 白 羊 草 、 黄 背 草 草原 120 RHE 杂 木 林 b 温带 丛生 禾 草 草原 131 含 落叶 灌木 层 561 FF REE d 温带 山地 落叶 小 叶 林 562 4K 百里香 * 201 。 五 草 多 和 草本 沼泽 26 岩溶 作用 的 低 出 a Ya tir EE fi) 27 干燥 作用 的 低 山 660 杂 草 Be REE 28 熔岩 低 山 671 小 樟 茅 Eb Hh PRE 29 湿润 流水 作用 的 曲山 672 BRE SERME x x * x * +E x x ew x b 温带 草本 沼泽 al 2 . 710K SHB 12 a 4a t x x * x * RMR eK KK x FE 潮 土 a 一 年 一 熟 粮 作 耐寒 经 济 作物 41 黄 潮 十 730 #)E.KEEXK.BRHKRUW = 7k fa FR 61 黑 泥 田 b 一 年 两 熟 或 两 年 三 熟 边 作 落叶 果树 园 四 暗 棕 壤 760 冬小麦 \ 大豆、 玉米 甘草、 花生 、 烟 70 棕色 针 叶 林 土 ER SER, AE a 2d. te SR HB TE. 80 瞳 棕色 森林 土 KML 90 灰色 森林 土 x < * x « Hh Six x x * * cin 棕 塘 一 平原 与 台地 0 Fx RR 2 三 角 洲 平原 120 + 3 冲积 平原 HS!) . RES : 4 湖 积 冲积 平原 190 黑土 ali 5 洪 积 冲积 平原 200 A+ Hi at 6 湖 积 平原 210 黑 钙 土 7 冲积 湖 积 平原 AK BEBE 5 ae 11 沙丘 覆盖 的 平原 220 PAD a 14 海蚀 平原 和 阶地 5 ME a. es . 15 湿润 流水 作用 的 剥蚀 平原 ‘> Lee . 17 干燥 作用 的 剥蚀 平原 321 暗色 草 旬 土 Sere =o. ee | 322 草 名 土 AT BN | t 20 湿润 流水 作用 的 丘陵 “ 330 沼 法 土 24 熔岩 丘陵 | 十 一 ” 盐 碱 圭 = 山地 342 t+ 25 ae Hd dit 7K 7F AW A A Ly ° 202 OO See ee a eee wo > (1) [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 参考 文 献 赖 祖 铭 ,气候 变化 的 水 文 效 应 ,干旱 区 地 理 ,12(2),50 一 51(1989) 。 EAR, ,温室 气体 增长 对 气候 和 社会 的 影响 ,气象 科技 ,(109),1 一 6(1989) 。 王 继 业 等 ,气候 变化 对 农作物 产量 的 影响 ,中 国 农学 会 气象 研究 会 东北 分 会 论文 ,农业 出 版 社 ， (1992) 。 中 华人 民 共 和 国 自 然 地 图 集 ,地 图 出 版 社 ,(1979) 。 周 白 ,气候 学 ,北京 农业 大 学 气象 系 ,(1991)。 盛 承 锅 等 ,中 国 气 候 总 论 , 科 学 出 版 社 ,(1986) 。 R. B. Street，S. M. Semenoy， 陆 地 自然 生态 系统 ,农业 出 版 社 ,(1987)。 姜 林 译 , 温 室 效应 与 全 球 农业 ,气象 科技 动态 ,(238),11 一 12(1989) 。 * 203 + The Potential Impact of Climate Change on the Vegetations in Northeast China Zhang Yi (institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Song Junguo (Beijing Agriculture Unversity) Abstract The climate warming and the increasing of the consistency of carbon dioxide and other gases will lead to the climate extremely changing, and this will affect greatly on the vegetation types and crop output. In spite of the crop output, this paper only studied the effect on plant distributed over the northeast area in China of higher latitudes. Supposing climate will change on such three condi- tions as precipitation increasing 10% and temperature increasing 1°C, 2°Cand 3° respectively, and the conclusion is that the edge belt of fallen leaves coniferous larch of cold temperate zone, one crop a year and two crops a year or three crops two years of continous cultivation will shift to the north in varing degrees. At the same time, if precipitation decreases 10% while tempetature increas- ing as before, vegetation types will change in the same trend. Key words: Climate change Vegetation types * 204» 第 五 部 分 气候 变化 对 水 文 \ 水 资产 Bae Ul at Fe TAB BEART HP EI SCTE a ON es EDT 刘 昌 明 a 中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 ) 摘 ” 要 :全 球 气候 变化 对 水 文 水 资源 情势 的 影响 已 愈 来 愈 引 起 人 们 的 关注 。 本 文 在 分 析 中 国 水 文 情势 的 气候 背景 基础 上 ,讨论 了 全 球 变 暧 对 中 国 水 文 情势 影响 的 几 个 问题 。 包 括 ;(17 全 球 变 暖 对 中 国 水 文 情 势 影响 的 区 域 分 异 ; (2) 各 种 估算 水 文 情 势 对 气候 变化 响应 的 模型 .从 宏观 尺度 的 SCMs 模型 ,区 域 斥 度 统 计 模 型 分 析 模型 .数值 模型 及 微观 尺度 上 的 流体 运动 连续 方程 ; (3) 气候 系统 与 水 文 水 资源 系统 之 间 的 非 线 性 关系 ;4) 全 球 变 暖 对 水 文 情势 影响 的 空间 尺度 ; 5) 假定 方案 方法 ;!(6) 气候 变化 对 水 文 情势 的 高 阶 影响 。 关键 词 :气候 变化 /全 球 变 暧 ”水 文 情势 ERR “高 阶 影响 大 气 中 CO. 及 其 它 温室 气体 浓度 升 高 ,造成 全 球 气候 明显 变 暖 已 成 为 科学 界 . 社 会 公 、 众 , 政 府 所 关注 的 重大 问题 .这 种 全 球 性 气候 变化 对 我 国 水 文 情势 的 影响 ,对 于 水 资源 管理 、 调控 、 科 学 开发 利用 ,大 型 水 利 工程 ` 区 域 经 济 发 展 都 有 非常 重要 的 现实 意义 。 —. PERK SCTE AH UR 水 文 情 势 是 在 各 种 自然 地 理 因 素 错综复杂 的 影响 下 形成 的 。 在 自然 地 理 因素 中 ,气候 起 着 主导 的 作用 。 中 国 气候 有 三 个 基本 特点 吕 。 一 是 季风 气候 明显 ,主要 表现 为 冬夏 盛行 风向 有 显著 的 变化 , 随 着 季风 的 进退 ,降水 有 明显 的 季节 性 变化 ;二 是 大 陆 性 气候 强 ,表现 为 冬夏 两 季 的 平均 温度 与 同 纬度 其 它 地 区 有 较 大 差异 , 妇 季 温度 低 于 同 纬度 地 区 ,夏季 则 高 于 同 纬 度 地 区 ;三 是 气候 类 型 复杂 多 样 。 这 种 气候 的 基本 特征 决定 了 中 国 水 体 水 文 情势 的 基本 轮廓 ,一 是 河川 径流 、 冰 州 进退 、 地 王 水 位 ` 湖 泊 蔷 水 量 等 的 年 内 分 配 和 年 际 度 化 深 受 季风 活动 影响 , 变 率 较 大 ;二 是 中 国 位 于 欧 亚 大 陆 东 缘 , 我 国 西部 多 为 干旱 `. 半 干旱 气候 区 。 水 文 情势 表现 为 :空气 干燥 ,降水 量 少 县 季节 分 配 不 均 , 径 流 系 数 小 ,年 际 变化 大 。 三 是 气候 类 型 的 复杂 多 样 决定 了 中 国 水 文 情 势 的 千差万别 ,空间 尺度 上 分 配 极 不 均匀 。 外 流 区 面积 约 占 全 国 总 面积 的 64% ,其 河川 径流 量 占 全 国 总 量 的 95.65% ,而 内 流 区 面积 约 占 全 国 总 面积 的 36%， 而 径流 仅 占 全 国 总 量 的 。 205 + 4.35%, 我 国外 流 区 水 量 平 衡 要 素 中 的 降水 量 与 世界 大 陆 外 流 区 几乎 相同 ?但 是 径流 量 偏 高 而 “ 蒸发 量 偏 低 。 我 国内 陆 区 的 水 量 平 衡 要 素 值 比 世 界 大 陆 的 内 陆 区 偏 低 ,因此 ;* 申 国内 陆 区 特 别 干旱 ,对 于 全 国 水 量 平 衔 要 素 , 降 水 量 与 蒸发 量 均 比 全 球 大 陆 平均 值 低 ,径流 量 相对 偏 高 ， 径流 系数 (R/P=0. 43) 比 全 球 大 陆 (R/P 三 0. 36) 大 20% 左 右 。 造 成 这 种 现象 的 原因 与 中 国 的 气候 和 地 瑶 条 件 有 关 。 季 风气 候 影响 下 ,降水 集中 ,汛期 洪水 频繁 ,同时 中 国 是 一 不 多 四 的 国家 ,有 利于 径流 的 形成 。 二 、 全 球 气 候 变 暖 对 中 国 水 文 情 势 影响 的 区 域 分 异 500 1500 2500 3000 500 10 00 1500 P P 1 ”中 国 河流 水 量 平衡 结构 P 一 R 一 ET 关系 《〈A 为 山区 河流 ，B 为 平原 区 河流 ) P—R—ET relation of rivers in China 机 中 国 水 文 情 势 的 地 域 性 决定 了 其 对 气候 变化 的 响应 存在 着 明显 的 区 域 分 异 二 雨水 补给 为 主 的 河流 ,河水 随 着 雨量 的 增 减 而 涨 落 ,因而 其 水 文 情势 在 一 定 程度 十 取 决 于 降水 量 的 时 空 分 布 变化 。 另 一 方面 ,温度 升 高 而 引起 区 域 蒸 散 发 量 的 变化 ,对 区 域 水 量 平 衡 结 构 将 产生 显著 影响 ;冰雪 融 水 补给 为 主 的 河流 ,由 于 温度 升 高 可 能 导致 融雪 数量 增加 ,而 使 得 河川 径 流 增加 ,雪线 高 度 上 升 ,但 随 着 时 间 推 移 , 冰 川 物 质 平衡 的 负 平 衡 愈 来 愈 大 ,冰川 消退 ,在 一 定时 段 后 ,将 使 得 河川 径流 减少 ;地 下 水 补给 为 主 的 河流 ,主要 取决 于 流域 的 气候 条 件 ,地 表 物质 组 成 ,土壤 岩层 的 结构 及 河床 切割 程度 等 。 这 种 类 型 的 河流 要 根据 流域 的 基本 特征 来 具体 分 析 。 实 际 上 , 除 少数 特殊 河流 外 , 绝 大 多 数 河流 都 或 多 或 少 地 受到 地 下 水 的 补给 。 中 国 山 区 河流 和 平原 区 河流 水 量 平 衔 结构 的 显著 差异 号 (图 1) 亦 使 得 其 对 气候 变化 .206 = (BE 7K YE BESS ) AY a RS ERE ELK ,径流 随 降 水 量 的 增加 而 显著 增加 ,在 降水 BAF 1200mm 时 , 蒸 散 发 量 随 降水 的 变 率 接近 于 零 ,年 径流 量 大 于 蒸 散发 量 ; 在 降水 量 小 于 200mm 时 ,径流 量 几 乎 等 于 零 , 大 部 分 消耗 于 蒸 散 发 ;而 在 平原 地 区 ,蒸发 量 远 远 大 于 径 流量 ,如 在 华北 平原 年 蒸发 量 要 占 年 降水 量 的 90% ,而 蒸发 又 与 气温 息息相关 ,因此 平原 地 区 河流 对 气候 变 暧 的 响应 比 山 区 河流 更 为 敏感 。 80 年 代 是 本 世纪 迄今 为 止 最 热 的 十 年 ,利用 中 国 160 站 的 年 平均 气温 与 年 平均 雨量 来 分 析 80 年 代 与 -50 年 代 中 国 气温 、 降 水 的 差异 ,不 仅 可 以 作为 未 来 变 暖 气候 下 的 情景 ,而 且 能 表现 出 明显 的 地 域 性 。 2 80 年 代 减 50 年 代 十 年 年 平均 气温 差 值 分 布 (摄氏 度 ) ( 斜 线 区 为 变 冷 区 ,等 值 线 间隔 为 0.4C) Differential distribution of average annual temperature in the 1980s ubtracted that in the 1950s FA 2 FE 80 42 48(1981— 1989 4F) 4 50 EAR (1951— 1960 ) FH RBS ADA. 不 难 看 出 ,35"N 以 北 及 112" 一 117"E 地 区 为 变 暖 区 ,其 余 为 变 冷 区 .在 变 暖 区 中 ,有 以 下 几 个 变 暖 牛 心 , 黑 龙 江 呼 玛 ( 中 心 值 为 +1. 14C)、 SE ARYL (0. 83°C) PA - 11 C) KA C1. 55°C), 济南 (1.31C) .兰州 (0.41C ) 西宁 (0.68C ) 及 新 疆 西 北部 边境 的 塔 城 (1. 75C), 除 黑龙 江 呼 玛 和 新 疆 塔 城 外 ,其 余 均 以 大 城市 为 中 心 , 显 然 是 受到 城市 热岛 效应 的 影响 ,这 种 增 温 的 地 域 分 布 与 CO* 加 倍 时 ,数值 模拟 结果 大 致 相似 , 即 越 向 高 纬度 增 温 的 幅度 愈 大 。 但 在 一 些 地 区 ,如 秦岭 准 河 以 南 . 青 藏 高 原 以 东 地 区 尤其 是 四 川 盆地 、 汉 中 盆地 和 云南 北部 ,贵州 及 * 207 。 东南 沿海 地 区 在 变 冷 。 这 与 co; 加 倍 的 数值 模拟 结果 截然 相反 , 究 其 原因 ,一 是 气候 系统 受 诸多 因素 控制 ;二 是 区 域 自然 地 理 条 件 导致 中 小 斥 度 气候 的 差异 。 3 “80 年 代 减 50 年 代 降 水 量 差 值 分 布 [等 值 线 问 也 为 60mm( 新 骆 北 部 等 值 线 为 30mm) , 斜 线 为 减少 区 ] Differential distribution precipitation in the 1980s subtracted that in the 1950s 图 3 是 80 年 代 与 50 年 代 降 水 的 差 值 分布 。 除 陕西 .甘肃 青海 、 湖 北 北 部 和 四 川 东北 部 广东 东部 和 西部 沿海 ,及 福建 东南 部 沿海 外 ,全 国 均 为 减少 区 .其 中 河北 北部 、 山 东南 部 、 浙江 、 湖 南 均 有 负 值 中 心 ;我 国 西部 ,华北 正在 变 暖 变 干 与 Coz 加 倍数 值 模 拟 的 结果 ,中 纬度 因 行 星 风 系 北 移 而 将 变 暖 变 干 的 结论 一 致 。 但 在 东北 地 区 略 有 差异 ,数值 实验 表明 , 当 Co， 加 倍 时 ,我 国 东北 是 变 暖 变 湿 的 ,而 实际 可 能 是 变 暖 又 略 变 干 。 三 、 全 球 变 暖 对 中 国 水 文 情 势 影响 的 模型 模型 的 建立 与 使 用 是 与 一 定 的 时 间 和 空间 尺度 相 联系 的 。 目 前 ,国内 外 用 于 估算 水 文 情 势 对 气候 变化 的 响应 模型 按 其 空间 尺度 可 分 为 : 1. ZUR BEE AY GCMs 模型 KA Fit Bist (the General Circulation Models) 从 简单 的 辐射 对 流 模式 (RCM) 能量 平衡 模式 (EBM) 到 复杂 的 大 气 环流 模式 (AGCM) 全球 海洋 环流 模式 (OGCM)、 全 球 大气 海 洋 耦 * 208 + A Rsk (AGCM-OGCM) 3 , SE EF AR Fay“) 89 A] A] GCM 模型 分 析 美 国 水 文 情势 对 气候 变化 的 响应 ;Manabe 和 Wetherald °°) i] FY GCM 模型 分 析 全 球 土壤 含水 量 对 CO, 加 倍 的 响应 。 国内 赵 宗 慈 铝 曾 利 用 当今 世界 五 个 著名 模式 B) GFDL,GISS.NCAR,OSU 及 UKMO 分 析 温 室 效 应 对 中 国 气 候 的 可 能 影响 。 中 国 科 学 院 大 气 物 理 所 自行 研制 的 模式 LAP 亦 日 趋 完 善 。 GCMs 模型 中 格 点 较 粗 ,同时 其 结果 多 为 气候 变量 ,如 降水 ,因而 便 出 现 了 对 GCMs 模式 的 修正 。 目 前 的 修正 是 两 方面 的 ,一 是 改进 GCMs 模式 中 的 水 文 过 程 ; 二 是 建立 不 同 空间 尺 度 的 转化 模型 。 GCMs 模型 与 区 域 水 文 模型 耦合 使 用 ,是 研究 水 文 情 势 响 应 的 有 效 工 具 , 如 BulltatL) 曾 利用 GCMs 模型 输出 与 能 量 平 衡 模 型 分 析 CO, 加 倍 对 比利时 水 文 循 环 与 水 文 过 程 的 影响 。 2. 流域 (区 域 ) 尺 度 上 水 文 情势 对 全 球 变 暖 响应 的 模型 ,可 分 为 三 种 , 即 统计 模型 .分析 模型 与 数值 模型 。 统计 模型 是 建立 水 文 要 素 与 气候 变量 之 间 的 相关 关系 。 其 一 般 过 程 是 建立 R = fCP.T. 2. 22°*°2,) 在 此 基础 上 , 求 得 oR _ of |oP | Of , Of am, | Of | ar soa ar ar ar, or +t pagers ar 其 中 ,R 为 径流 量 ,P 为 降水 量 ,T 为 区 域 平 均 气 温 ,x= (xiyxz…xn} 为 降水 径流 过 程 中 的 参数 ,具体 应 用 时 ,可 根据 流域 具体 情况 ,选择 参 变量 ,如 R.R. Revelle 和 P. E. Waggoner") 在 分 析 Colorado 流域 水 文 情 势 时 ,直接 建立 R=b+bh°*P+h°T 的 方程 式 ,作者 在 分 析 华北 地 区 水 资源 时 , 亦 建立 了 问 R=K+P*+T? 和 R=f(z-B) 的 统计 模型 。 另 一 种 统计 模型 是 分 析 历史 上 区 域 的 冷暖 与 干 湿 状况 ,分 析 水 文 情势 与 气候 变量 之 间 的 联系 。 这 类 分 析 通 常 以 树木 年 轮 `. 冰 营 、 抱 粉 .岩层 沉积 物 .历史 文献 (史料 记载 ) 为 工具 ,并 且 假 定 未 来 是 过 去 的 延续 。 分 析 模 型 是 建立 在 可 以 用 质量 和 动量 平衡 式 表达 的 物理 机 制 之 上 ,这 种 模型 基于 物质 守恒 定律 与 动量 平衡 原理 ,结合 大 气 一 植被 一 土壤 水 一 地 下 水 的 水 体 运 移 规律 ,有 较 好 的 精 度 , 如 作者 曾 用 水 量 平衡 模型 分 析 了 海南 岛 万 泉 河 流域 水 文 情势 对 全 球 变 暖 的 响应 ”…" 。 分 析 模 型 的 局 限 性 在 于 将 一 些 复杂 的 水 文 过 程 参 数 化 处 理 , 对 区 域 ( 流 域 ) 目 前 的 自然 - 209 。 Hh BARE, WI Ae MAT EARS SUE (BEAR TREK F ,参数 是 否 适 应 ,参数 如 何 响应 是 今后 改进 模型 的 主要 方向 。 “数值 模型 是 建立 在 严格 的 物理 机 制 之 上 ,用 微分 方程 形式 来 准确 地 记录 其 水 文 过 程 的 物理 机 制 ,利用 有 限 单元 有限 差分 等 数值 方法 求解 。 目 前 有 三 个 技术 方面 的 原因 限制 数值 模型 的 应 用 :中 模型 固有 精度 。 主 要 受 控 于 对 气候 -水 文 过 程 ( 包 括 影响 冰 文 过 程 的 击 款 、 地 貌 、 植 被 .地 质 等 因素 ) 的 认识 ;@ 模 型 输入 参数 的 精度 .许多 模型 参数 根本 无 法 直接 观测 ,只 能 大 致 估算 ,模型 参数 对 不 同 气候 条 件 的 响应 ;@@ 目 前 观测 资料 是 离散 的 点 ,无 法 直接 用 于 连续 的 偏 微分 方程 。 3， 微观 尺度 上 主要 是 研究 气候 变化 对 微观 斥 度 上 水 文 循环 与 水 文 动态 的 影响 ?主要 包 括 水 文 台 站 的 定点 试验 .土壤 水 分 动态 与 均衡 ,作物 与 水 分 的 关系 ,特别 是 根系 分 布 、 根 系 阻 HD. 气孔 阻力 . 叶 边 界 层 阻力 `. 冠 和 土壤 的 空气 动力 阻力 .土壤 水 分 运动 的 基本 参数 等 E 这 方面 的 研究 主要 以 流体 的 连续 方程 . 达 西 定律 .SPAC 系统 模型 为 依据 5 分 析 其 微观 尺度 上 的 动态 微观 扩 度 上 水 文 情 势 响应 的 研究 不 仅 为 宏观 扩 度 葛 定 基础 ,而 且 为 全 球 或 区 域 性 水 文 过 程 模型 提供 参数 ,是 水 文 情势 响应 研究 中 不 可 缺少 的 组 成 部 分 。 四 、 气 候 变 化 与 水 资源 系统 之 间 的 非 线性 关系 气候 变化 与 水 资源 系统 之 间 的 非 线性 关系 主要 是 指 相 对 小 的 气候 参数 变化 可 引起 水 文 情势 的 较 大 改变 。 近 来 国内 外 的 研究 都 表明 ,区 域 降水 量 若 减少 10 吧 , 则 意味 着 河川 径流 量 减少 15 一 25% ; 若 降水 减少 10% ,温度 上 升 2C , 则 有 可 能 造成 区 域 径流 量 减少 25 一 35%%。 这 是 由 于 气温 与 蒸发 密切 相关 ,并 且 之 间 是 非 线性 关系 :蒸发 的 改变 穗 引 起 十 琅 含 水 量 ` 区 域 水 量 平衡 结构 的 变化 。 从 图 1 中 亦 不 难看 出 ;在 我 国 山区 , 若 P> 1200mm, Eo, 完 一 1, 而 当 P<200mm, 宁 一 0, 瑟 1。 同时 灾 亦 随 不 同 气温 不 同 降水 条 件 , 有 很 大 的 差 别 。 因 此 ,水 文 情势 与 气候 变化 之 间 的 非 线性 关系 主要 来 自 于 元、 完 、 守 .天 等 。 气候 变 暧 导致 燕 发 量 增 大 ,空气 湿度 增加 , 云 量 增加 , 反 过 来 又 使 得 蒸发 能 力 降低 ,这 种 正 负 反馈 的 效应 之 和 亦 影响 气候 变量 与 水 文 情 势 之 间 的 关系 。 形成 径流 的 各 种 自然 地 理 参数 对 气候 变化 的 响应 亦 表现 为 差异 性 。 这 种 响应 从 理论 上 可 分 为 三 种 类 型 ,一 是 参数 (X) 与 气候 变量 无 关 , 即 人 一 0, 六 一 0, 参 数 只 受到 区 域 地 貌 条 件 、 地 质 构 成 ,或 者 是 土壤 性 状 、 植 被 覆盖 的 影响 等 ;二 是 参数 随 气候 变化 呈 线 性 变 北 , 即 张 一 常 数 ,至 = 常数 ;三 是 参数 对 气候 变化 的 响应 呈 非 线性 关系 , 即 丐 二 CCP,T Mag (X,P,T…)。 而 事实 上 大 多 数 参数 都 是 在 一 定 的 值 域 下 表现 为 一 种 类 型 ,而 在 另 一 段 值 域 为 另外 一 种 类 型 。 这 种 差异 性 是 导致 水 文 情 势 对 气候 变化 响应 的 非 线 性 的 主要 原因 。 * 210。 五 、 全 球 变 暖 对 水 文 情 势 影 响 的 空间 尺度 水 在 自然 界 以 各 种 形式 存在 ,植物 的 叶 面 s 葵 、 根 中 存在 着 水 分 运动 与 迁移 。 同 时 ,在 全 BRR BEE ,水 分 又 经 过 蒸发 降水、 径流 、 六 渗 等 形式 构成 水 文 循环 。 表 1 是 水 文学 上 的 从 宏 观 到 微观 的 -时 间 和 空间 尺度 。 很 显然 ,不 同时 空 尺度 的 水 文 现象 对 全 球 气候 变 暖 会 表现 出 差异 性 。 例 如 ,从 全 球 宏观 尺度 出 发 ,温度 升 高 将 导致 各 种 水 体 水 文 循 环 速率 加 快 ,导致 全 球 年 平均 降水 量 增 加 ,综合 各 种 GCMs 模式 的 结果 ,一 般 认 为 将 增加 5. 0 一 15. 0% ;但 对 中 纬 度 地 区 来 说 ,由 于 行星 风 系 的 北 移 , 将 使 得 全 球 中 纬度 地 带 降水 减少 。 Ril 水 文学 的 时 间 和 空间 尺度 Time-space scales on hydrologyical sciences 空 间 R 度 时 间 R 度 ay OE 系 统 典型 长 度 典型 面积 类 型 最 级 (m) (km?) 星球 演变 其 10" 年 th 地 球 偏心 周期 105 征 大 流 域 10 10" 太阳 黑子 周期 10 年 小 流 域 10° 100 地 球 公 转 1 年 月 球 公转 1 月 中 观 地 球 自转 a: 实验 小 区 过 程 1 秒 微观 i 续 点 ag Lg 连续 点 10° *#b 水 分 子 团 10 * 10-7 水 分 子 团 10 3 秒 另 一 方面 ,由 于 尺度 改变 ,水 文系 统 内 部 结构 或 性 态 亦 可 能 发 生 明显 变化 。 如 微观 可 认 -为 各 向 同性 的 水 流 现象 在 宏观 表征 为 不 可 忽视 的 各 向 异性 . 即 空间 变异 ,这 种 变异 使 得 分 析 水 文 情 势 对 全 球 气候 变 暖 的 响应 一 定 要 建立 在 一 定 的 水 文学 时 空 扩 度 上 。 六 、 假定 方案 方法 估计 区 域 水 文 情势 对 全 球 变 暖 响 应 的 最 大 困难 是 对 区 域 未 来 气候 变化 参数 的 预 汕 。 由 于 计算 量 过 大 ,目前 数值 模式 还 不 足以 模拟 温室 效应 的 地 区 性 特点 , 现 有 的 数值 模式 网 格 还 才 分 粗 ,一 般 为 4.5 一 5 纬度 和 5 一 7..5 经 度 。 这 种 格 点 对 于 全 球 性 大 范围 的 趋势 性 预测 是 可 信 的 ,但 对 于 特定 流域 (区 域 ) 的 准确 模拟 还 不 够 。 在 这 种 情况 下 ,一 种 有 效 的 方法 是 在 假定 几 种 可 能 的 气候 变化 方案 ,来 分 析 水 文 情势 对 各 种 气候 模式 的 啊 应 ,从 而 分 析 水 文 情 势 对 全 球 变 暖 响应 的 一 般 规 律 。 假定 未 来 区 域 降水 状况 有 om 种 变化 , 即 Pi Poe Pas ia on 种 可 能 变化 , 即 Ti Tz……. T,, 每 一 种 降水 与 气温 的 可 能 状况 就 构成 区 域 未 来 气候 的 一 种 假定 方案 .分 析 假 定 方案 抢 阵 中 各 种 组 合 下 ,水 文 情 势 特征 值 Ci( 如 多 年 平均 径流 值 ` 序 列 方差 .均值 .流域 著 水 量 、 雪 线 下 fey BE OK JUL PS rah Bk TAT 7K {0 TB 2K HP 2K i RS A DAT A A a ARES 球 变 暖 状况 下 ,中国 水 文 水 资源 情势 的 响应 。 表 2 假定 方案 矩阵 结构 Matrix of hypothetical scenarios 七 、 全 球 变 暖 对 水 文 情 势 的 高 阶 影响 水 在 自然 界 的 存在 犹如 人 体 中 的 血液 一 般 , 因 而 水 文 情 势 的 改变 必然 引起 自然 地 理 环 境 `. 生 态 ` 区 域 经 济 发 展 等 一 系列 的 变化 。 由 于 气温 增加 而 产生 的 水 资源 的 变化 对 自然 界 的 生态 类 型 、 粮 食 产 量 . 以 及 干旱 、 病 虫 害 等 都 有 影响 。 例 如 ,一 个 区 域 的 生态 类 型 ` 地 理 景 观 在 很 大 程度 上 取决 于 区 域 的 降水 量 与 气温 状 次 。 降 水 量 全 球 格 局 的 变化 气温 全 球 性 增 暖 将 导致 生态 类 型 .自然 地 理 地 带 的 明显 变化 。 全 球 变 暖 引起 全 球 水 资源 系统 的 改变 而 引起 的 社会 经 济 问题 就 更 多 .如 水 资源 管理 . 航 运 、 贸 易 、. 能 源 供需 量 等 等 。1988 年 美国 从 新 泽 西 州 到 加 里 福 尼 亚 的 干旱 炎热 使 河川 径流 量 大 大 减少 ,而 使 得 航运 \ 水 力 电力 明显 减少 ,同时 对 能 源 需 求 量 增 大 ,而 造成 世界 经 济 市 场 的 波动 。 涉及 到 政治 过 程 的 响应 主要 指 两 个 方面 :一 方面 是 对 社会 经 济 系统 的 影响 ,其 结果 会 是 变更 立法 、 规 章 和 某 些 国际 性 行动 方案 ; 另 一 方面 在 全 球 商 品 市 场 价格 的 波动 , 国 与 国之 间 经 济 贸易 的 平衡 被 暂时 打破 ,可 能 导致 国 与 国之 间 的 摩 所。 在 国 与 国之 间 存 在 着 许多 国际 性 河流 和 跨国 的 水 资源 开发 计划 ,温室 效应 若 导 致 区 域 水 资源 量 减少 ,上 游 国 为 了 保证 其 工农 业 生 产 的 正常 运行 而 截取 大 量 的 河水 , 便 给 下 游 国 家 带 来 严重 的 水 荒 ,这 种 国 与 国之 间 对 于 水 资源 的 相互 制约 有 可 能 导致 国 与 国之 间 的 争执 而 涉及 到 政治 方面 。 * 212。 C1] [2] (3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 参考 文献 中 国 科学 院 《 中 国 自 然 地 理 ? 编 辑 委 员 会 《中 国 自 然 地 理 。 总 论 ? 科 学 出 版 社 ,(1985) 。 刘 昌 明 , 中 国 水 量 平衡 与 水 资源 鱼 基 的 分 析 ,《 中 国 地 理学 会 第 三 次 水 文学 术 会 议论 文集 》, 科 学 出 版 社 ,113 一 118(1986) 。 国家 科 委 社会 发 展 司 ,《 全 球 气候 变化 及 其 对 策 一 全 球 气候 变化 对 策 专 家 组 研究 报告 ,气候 出 版 社 ， (1990) 。 United States Environmental Protection Agency, Potential Climatic Impacts of Increasing Atmospheric CO; with Emphasis on Water Avaiability and Hydrology in the United States. Strategic Studies Staff, Office of Policy Analysis, Office of Policy planning and Evaluation, EPA— 230—04— 84— 006, USEPA, Washington, D. C. 96, (1984). Manabe S. and Wetherald, R. T. Reduction in Sumer Soil Wetness Induced by an Increase in Atmospheric Car- bon Dioxide, Sciences 232, 626—628, (1986). HX a PK PRY Ni AT FR ARE AL BY tg], CHRD, 15(3), (1990), Bultot F. , Coppens A. , Dupriez G. L. , Gellen S. D. , and Meulenberghs F. Repercussions of a CO, Doubling on the Water Cycle and on the Water Balance, A case study for Belgium, Journal of Hydrology 99, 317— 347, (1988). Revelie R. R. and Waggoner, P. E. Effects of A Carbon Dioxide Induced Climatic Change on Water Supply in the Western United States, Changing Climate, National Academy of Sciences, National Academy Press. Wash- ington, D.C. , 290—312,(1984). 46 EI aR. SERA We Xt Eb 7k PE RE OY FE 5d AT, HE St FEY, 7(4), 22—26(1991), C10} 48 EHR Xl) BA, S RAE RR RT RK PER mH BT CHS HR), 463), 277—288(1991). * 213° Some Analyses on Climate Change and Chinese Hydrological Regime Liu Changming and Fu Guobin (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstracts A close attention to impacts of global warming on water resources and hydrology has been in- reasingly paid by scholars, goverments and people throughout the world. On the analyses of climatic background of hydrology, this paper discussed some important issues concerned with impacts of glob- al warming on Chinese hydrologyical regime. Main issues include; 1. regional differentiation in im- pact of global warming on hydrological regime; 2. various models in support to estimate these re- sponses, from macro—scale GCMs to micro—scale consistence equations of water movement; 3. the relationship between climatic parametres and hydrological regime is nonlinear; 4. the spatical dif- ferentiation of hydrological regime responses to global warming; 5. the application of hypothese sce- narios; 6. the sequent influences of global warming on hydrological regime. Key words: Climatic Change/Global Warming Chinese Hydrological Regime Regional Dif- ferentiation Sequent Influences ° 214° 全 球 变 暖 对 中 国 东 部 热 、 温 市 地 区 水 文 情势 影响 的 典型 分 析 aa xl 2H C+ Bil EF Bre Shs BE BE FED 摘 ， 要 :本 文 在 分 析 中 国 东部 热带 ,温带 地 区 水 文 情势 对 全 球 变 暖 响应 的 基础 上 ,着 重 分 析 了 热带 地 区 与 温带 地 区 响应 的 相似 性 与 差异 性 。 其 相似 性 表现 为 :中 中 国 东 部 水 文 情 势 的 气候 背 景 决定 了 其 必然 受到 气候 变化 的 影响 :@) 气 候 变 化 与 水 资源 系统 之 间 呈 非 线性 关系 。 其 差异 性 表 现 为 :人 全球 变 暧 及 降水 变化 的 幅度 与 范围 在 热带 与 温带 地 区 截然 不 同 ;@ 相 同 的 变 幅 对 温带 和 热带 水 文 情 势 影响 亦 明 显 不 同 ;@@) 这 种 响应 的 差异 性 主要 受 区 域 气候 ` 地 角 、. 水 文 , 地 质 、 植 被 等 等 自然 地 理 条 件 影响 。 关键 词 :气候 变化 /全 球 变 暖 - 热带 /温带 地 区 .水文 情势 中 国 东部 地 区 是 一 个 人 口 密 度 大 ,工业 发 达 的 地 区 ,这 不 仅 与 便利 的 地 理 条 件 有 关 ，, 而 且 与 中 国 东部 具有 各 种 丰富 的 自然 资源 ,如 矿物 资源 .水 资源 等 有 关 。 因 而 ,分 析 未 来 全 球 气 候 变 暖 状况 下 ,中 国 东部 水 文 情势 的 响应 ,对 于 中 国 东部 经 济 发 展 具 有 重要 的 现实 意义 。 一 中 国 东部 热带 地 区 水 文 情 努 对 气候 变化 响应 的 典型 分 析 1 流域 选择 与 流域 自然 地 理 概况 本 文 以 海南 岛 万 泉 河 为 例 , 分 析 中 国 东部 热带 地 区 水 文 情势 对 气候 变化 的 响应 。 万 泉 河 是 海南 岛 主 要 流域 之 一 :流域 面积 3236km2 ,流域 年 平均 雨量 约 .2500mm, 位 于 海南 岛 东 侧 的 迎风 坡 ,雨季 旱季 极为 明显 .从 5 一 10 月 的 雨季 ,降水 一 般 可 占 全 年 雨量 的 80 一 90% , 且 暴 雨 次数 多 .流域 年 径流 系数 约 为 0. 6 一 0.7, 径 流年 内 分 配 与 降水 一 致 存在 明显 的 丰 枯 期 。 相 对 降雨 量 与 径流 量 来 讲 , 年 蒸发 能 力 较 小 , 仅 700 一 800mm, 这 种 气候 、\ 水 文 的 特征 基本 上 代 表 了 中国 东部 热带 地 区 的 一 般 情 况 。 万 录 河 流域 平均 气温 高 , 有效 积温 多 ,四 季 不 分 明 * 夏 长 而 无 冬 , 秋 春季 相连 ,为 典型 的 热带 季风 气候 区 当 。 流 域内 广 证 分 布 着 砖 红壤 、 红 壤 和 黄 壤 等 地 带 性 土壤 ,植物 组 成 种 类 繁 多 ,群落 结构 复杂 ,具有 热带 植物 乔木 高 大 ,层次 多 ,蔡伦 、 板 状 根 等 特征 。 2. 水 量 平 衡 模型 水 量 平衡 模型 主要 是 指 特定 流域 在 任意 时 段 内 水 分 的 收 支 平衡 ,这 是 物质 守恒 定律 在 水 文学 中 的 应 用 。 一 个 财 合 流域 的 水 量 平衡 可 表示 为 P=h +R + 4, (1) * 215 其 中 :P 为 流域 平均 雨量 ,E, 是 流域 实际 的 总 燕 散 量 ;R 是 径流 量 ;dS。 EAL BA A LR 蔷 水 量 的 变化 ;dss>0 表示 流域 著 水 增加 ,dss< 0 表示 流域 鞋 水 减少 ,流域 著 水 量 的 变化 主 要 是 土壤 含水 量 的 变化 方程 式 中 的 四 个 参数 ;如 果 其 中 三 个 为 已 知 , 则 另外 一 个 可 简单 求 得 .在 特定 的 气候 、 土 壤 \ 植 被 等 自然 地 理 条 件 下 ,PE. 和 Se 的 确定 即 可 求 得 时 段 径 流量 。 在 其 它 条 件 固定 的 前 提 下 ,全 球 变 暖 (表现 为 温度 、 降 水 等 参数 的 变化 ) 则 重新 得 到 一 组 PE,.dSs ALR 值 。 比较 不 同 气候 参数 下 的 R 值 差异 ,是 用 水 量 平衡 模型 研究 全 球 变 暖 对 区 域 水 资源 影响 的 基本 思 路 。 3. 万 泉 河水 文 情势 对 全 球 气候 变 暖 的 响应 表 工 是 各 种 气候 模式 下 ,多 年 平均 径流 量 与 的 方差 的 响应 。 由 表 可 兄 ; 乱 流量 的 变 幅 不 仅 明显 大 于 气温 的 变 幅 , 而 且 大 于 年 降水 量 的 变 幅 , 且 径流 与 降水 ` 气 温 之 间 呈 二 种 非 线性 关系 。 温 度 升 高 使 得 流域 蒸 散 发 量 的 增 大 ,直接 导致 河川 径流 量 减少 ,序列 方差 增加 。 表 !1 左 右 两 边 呈 现 出 截然 相反 的 趋势 。 在 径流 栏 内 ,由 左下 角 到 右上 角 数 值 明 显 增 大 ,而 在 均 方 差 栏 内 显著 减少 。 so59 3 piace Rl 年 平均 径流 量 与 均 方差 对 各 种 气候 模式 的 响应 A Response of Mean and Variance of Annual Runoff to Climatic Change Scenarios AR (%) bas sae ce hor P2036 | 10% | P+0% | P+10% | P+20% | P—20% | P—10% | P+0% 表 2 ”年 径流 极 大 值 与 极 小 值 对 各 种 气候 模式 的 响应 sD P+20% T+0.5(C) 7+ iG) T+AC) Response of maxmium value and minmum value of annual runoff to climatic change scenarios AC(%) —29.4%|—18. 2% 3. A : 表 2 是 径流 序列 极 大 值 与 极 小 植 对 于 各 种 气候 模式 的 响应 。 序 列 极 值 与 流域 降水 量 密 切 相关 , 老 降 水 减少 , 则 区 域 干 旱 程度 加 剧 , 若 区 域 降水 增加 20%% , 则 极 大 值 增 加 15—20%. 这 便 加 剧 了 我 国 热带 地 区 的 洪涝 灾害 。 "216 。 不 同月 份 径流 量 对 全 球 增 暖 (相同 变 幅 ) 的 响应 存在 着 明显 的 差异 性 .从 绝对 数量 上 看 ， OEE KH AS. 同时 符合 年 平均 径流 响应 的 一 般 规 律 , 即 降水 愈 少 ,温度 愈 高 , 径 流量 则 愈 少 。 从 相对 响应 变化 来 看 , 则 发 现 对 于 径流 减少 的 各 种 气候 模式 ,7 月 .8 月 的 数值 _ 服 大 5 其 次 为 12 月 和 1 月 ,对 于 径流 增 大 的 气候 模式 , 则 是 .45 月 最 为 敏感 。 随 着 温度 升 高 ,流域 著 水 存在 着 不 同 程度 的 降低 ( 表 3)。 这 主要 是 温度 与 区 域 蒸 散 发 之 闻 的 联系 ,同时 此 流域 的 蒸 散发 量 相 对 年 降水 量 , 径 流量 又 较 小 。 各 月 流域 蔷 水 对 增 温 的 响 应 亦 有 区 别 。 较 为 敏感 的 是 5 ALT ALS 月 和 11 月 份 。 随 着 增 温 幅度 增 大 ,5 月 、11 月 敏感 性 逐渐 降低 ,而 7 月 8 月 的 地 位 更 加 突出 。 表 3 流域 蕾 水 对 各 种 气候 模式 的 响应 (单位 :mm) Response of soil moisture to climatic change scenarios (mm) 气候 模 芭 | 1 月 | 2 月 | 3 月 |4 月 |5 月 |6 月 |7 月 | 8 月 | 9 月 | OA | A | 12 月 | 全 年 20 a ae 蕊 习 区 本 于 到 CoE 区 区 可 区 区 如 可 式 区 IE Pa10% |—0.2[—1.7|—«7| 6.1] -6.2[—1 8|—a 6] 5.9] Pr0% [—oa[—06|=1.7]=2.0[—1.3[—0.7]—2.3] 2.8] Ho | oof o4[ israel oe] or [—oal—os Perm [ortrs|se|so]io[oe[or] a7 Peay [0s] —3.2[—7 61a a of 19.27 Pea10% [0a] 2.259] a of 9. of 2 sf dais. Ex) pr0% |-0.s[—12[-25|—«3]-s.0]-1.e|—o6|—e1| a0] «5 |—119| —1.3] p+10% |-0.2| 0.1] 0.2] 0-6] 1.2] 0.9] a6] —«3] 2] —3.8[—7.5] —0-7| | P+20% | 0.0 | 0.8 | 2.4 eal 1.8 | 0.7] ~1.8 | ~4.3 | 一 0.2| 二 、` 中 国 东 部 温带 地 区 水 文 情 势 对 气候 变化 响应 的 典型 分 析 作者 呈 曾 利用 线性 相关 模型 、. 非 线性 回归 模型 、. 非 线性 曲线 拟 合 建立 了 华北 四 个 中 小 流 域 的 径流 与 降水 .气温 的 数学 模型 。 其 基本 形式 为 : R=a+tbXP+cXT (2) R=KXPXT (3) R=6,+b,xX P+ b, x 7 (4) + 217+ EPR 是 年 平均 径流 ,P 是 年 平均 降水 量 ,T 是 平均 气温 ,k、\a\b\c\bl\bi\bs\b BAS 数 。 在 此 基础 上 分 析 了 温度 升 高 1C、2C .4C 和 降水 减少 10% ,减少 20% 时 对 海 漆 河 流域 水 资源 状况 的 影响 。 从 表 4 中 看 到 ,不同 流域 不 同 计算 方法 ,年 径流 量 对 于 增 温 的 响应 有 着 明显 的 差别 。 同 是 增 温 1C , 唐 河西 大 洋 年 径流 量 减少 3 一 9% ,而 白河 下 堡 站 减少 20 一 24% 。 综 合 而 言 ,在 华北 地 区 , 若 气 温 升 高 2C ,青龙 河 、 唐 河 、 沙 河 年 径流 量 大 致 减少 10 一 20% ,白河 则 减少 40% 以 上 。 表 4 华北 四 流域 年 径流 对 增 温 的 响应 Annual mean runoff responses to temperature in the North China ROA Th 1h? TH 这 大 有 条 RAR FT -3.9% -7.81% -15.62% 式 (2) |-2.59% -5.17% -10.35% 唐 河 流域 3) |-8.85% -16. 39%-28. 519 ( 西 大洋 站 ) 式 (3) % -1 %-28.51% 流域 名 称 -9. 3% = 15; 89% -28. 59% -4.5% -9.65% -22.51% 式 (4) |-3.21% -6.79% -15.10% (2) +10. 87%-21. 74% -43. 48° 沙河 流域 | 趟 el ee ( 朱 庄 站 ) 式 (3) = 12. 18% -22. 15% -37. 37% 式 (4) +12. 02% -26. 50% -63. 95% Be 5 表明 年 径流 的 变 率 大 于 年 降水 量 的 变 率 。 对 四 个 中 小 流域 来 说 ;10% 的 降水 减少 意 味 着 径流 减少 15 一 25% 。 虽 然 各 个 流域 对 降水 响应 有 明显 差异 ,但 任何 一 个 流域 三 种 计算 公式 的 结果 基本 一 致 ,这 反映 华北 不 同 地域 , 不 同 自然 地 理 条 件 下 ,降雨 -径流 关系 中 存在 着 一 定 的 差异 。 21. 46% -36. 19% -54. 79% 23. 48% -64.97% -100% RS “华北 四 流域 年 径流 对 降水 变 率 的 响应 Annual mena runoff responses to precipitation in the North China 计算 公式 ， P 一 10%_ P—20% | .流域 名 称 _| 计算 公式 P—10% 式 (2) | -25. 48% xt(2) | -23.43% -46. 86% 式 (3) | -25.70% bc oie 式 (3) | -18.62% -35.37% xt(4) | -25.71% xk (4) -17.68% 沙河 流域 er 〈 朱 庄 站 ) (4) -23.43% -46.86% =14.87% | -29.73% -15.34% -29.73% -14.57% -28. 37% -17. 88% -14.90% -29.81% 这 里 采用 的 线性 相关 模型 . 非 线 性 回归 及 非 线 性 曲线 拟 合 中 ,参数 与 参数 工 相 互 独 立 。 也 就 是 说 ,可 以 将 温度 升 高 .降水 减少 对 径流 量 的 影响 登 置 起 来 。 依 据 表 4 和 表 5, 若 温 度 升 高 2C ,降水 减少 10% ,在 华北 地 区 意味 着 40% 一 60% 的 径流 减少 。 华北 地 区 历史 时 期 轨 、` 五 百年 呈 、 近 百年 来 的 冷暖 干 湿 状 况 都 表明 ,华北 地 区 暖 的 气 候 情 景 总 是 对 应 于 干 , 这 与 本 文 得 到 的 结论 一 致 。 * 218° 青龙 河流 域 〈 桃 林口 站 ) 白河 流域 (下 堡 站 ) =. ER) A Pa Sear i a Hid DX SC Te A Se BRAS 响应 的 相似 性 与 差异 性 |. FBT C1) AER AR BB ARR AY BE EF ER ETE A BB a OCHA BY) BE HH] JN 28 DT 水 量 ` 地 王 水 位 等 的 年 内 分 配 和 年 际 变化 深 受 季风 活动 影响 , 变 率 较 大 。 这 种 气候 与 水 文 情 势 的 关系 决定 了 中 国 东部 地 区 水 文 情 势 深 受 气候 变化 的 影响 。 (2) 无 论 是 热带 地 区 ,还 是 温带 地 区 ,气候 变化 与 水 资源 系统 之 间 都 是 一 种 非 线性 关系 ， 即 相 对 小 的 气候 参数 变化 将 导致 水 文 情势 较 大 的 改变 。 《3) 中 国 东部 沿海 地 区 地 势 低洼 人口 稠 密 ,城市 工业 基地 大 都 集中 于 此 地 带 。 全 球 变 暖 使 得 海水 膨胀 ,高山 冰 雪 融 化 极地 永 冻 冰川 面积 减少 ,都 将 导致 中 国 东部 从 天 津 塘沽 ,到 广 州 ` 香 港 、 澳 门 等 处 海平 面 上 升 。 《4 中 国 东部 水 文 情势 的 改变 必 将 影响 到 中 国 东部 工农 业 生产 .生态 环境 区域 经 济 发 展 等 , 即 气候 变化 对 水 文 情 势 的 高 阶 影 响 。 2. 差异 性 C1) CO» 等 温室 气体 浓度 增加 一 倍 时 ,中 国 热带 和 温带 地 区 的 气候 变化 幅度 和 范围 截 然 不 同 。 表 6 是 Herman Flohn- 等 大 估计 大 气 中 CO. 含量 增加 到 560 一 580ppm( 即 均 为 19 世 纪 两 倍 ) 时 ,全球 不 同 纬度 带 的 温度 与 降水 响应 。 不 难看 出 ,我国 热带 (包括 亚热带 ) 地 带 降水 量 将 增加 以 北纬 -40"N 为 中 心 的 温带 地 区 ,降水 量 将 明显 减少 ,这 主要 与 行星 风 系 北 移 有 关 。 中 国 东北 地 区 的 寒 温 带 降 水 亦 有 所 增加 。 温度 的 变 幅 是 愈 向 高 纬 地 区 ,其 增 温 的 幅度 傅 a 326 CO: 浓度 提高 可 能 造成 的 影响 Global temperature and precipitation responses to CO; Doubling 降水 量变 化 (%) HOA ie FEL CC) +6 [ : 六 一 一 一 | 10°N / is | +20 mi hie: aha, mar siete ilRearsre read 赤道 下 0 10°S 44 —20 60°S 42.5 412 * 219 。 #7 是 国内 外 学 者 号 利用 当今 世界 几 个 著名 模式 (GFDL，GISS，NCAR ，OSU ，UKMO) 对 我 国 不 同 地 区 冬夏 季 和 气候 变化 的 预测 。 不 难看 出 ,大气 中 Co; 流 度 增加 一 倍 时 ,我国 寒 温 带 东 北 及 热带 南方 有 变 暖 变 湿 趋 势 ,而 华北 、 华 中 与 西部 则 有 变 暖 变 干 的 趋势 。 表 7 我国 各 区 气温 (C ) 降 水 率 (mm/ 天 ) 与 土壤 水 分 (em) 的 变化 趋势 模拟 Precipitation, temperature and soil moisture’s responses to CO, Douling in China from some famous GCMs (2) 对 于 相同 的 气候 变化 幅度 ,热带 与 温带 地 区 水 文 情势 响应 表现 出 明显 的 差异 性 。 例 如 , 若 温度 升 高 2C ,降水 减少 10%% ,在 华北 地 区 可 使 河川 径流 减少 40% 一 60%( 表 4、 表 5)， 而 热带 万 泉 河 径流 仅 减少 25.6%( 表 1)。 一 般 来 说 ,热带 地 区 的 水 文 情势 对 降水 量 的 响应 比较 显著 , 若 区 域 降水 增加 20%* 则 导 致 南方 地 区 洪 洲 灾害 进一步 加 剧 ;而 温带 地 区 的 水 文 情 势 对 降水 变化 , 增 温 变化 的 响应 都 比 较 明 显 。 若 降水 量 不 变 , 升 温 1C ,热带 地 区 径流 仅 变化 一 5.3%( 表 1) ,温带 地 区 径流 变 幅 为 一 2. 59% 一 一 23.48% , 即 温带 地 区 对 升温 更 加 敏感 。 (3) 热 带 与 温带 地 区 水 文 情 势 对 气候 变化 响应 的 差异 性 ,主要 取决 于 热带 与 温带 地 区 降 十 -径流 过 程 中 的 自然 地 理 条 件 的 差异 。 中 国 东部 不 同 气候 带 六 个 小 流域 各 种 模型 参数 的 对 比 , 其 中 Ph RUERRBK/N,Z 为 土壤 吸水 能 力 参 数 ,Dmax 为 土壤 最 大 缺 水 量 参数 ,Fu 为 土壤 非 饮 和 缺 水 量 的 参数 ,Qbase 为 地 下 基 流 ,Fgw 象征 地 下 水 库 库 容 参 数 ,Gwexp 象征 地 下 水 库 消 退 速度 指数 ,Smax 为 地 下 水 库 的 最 大 库容 ,Dsat 为 土壤 饱和 容量 参数 。 除 Few 外 ;其 余 参 数 均 有 明显 的 地 域 性 中。 * 220 。 四 EAR aE 1. 中 国 东部 热 / 温 带 地 区 水 文 情势 的 气候 背景 ,决定 了 其 水 文 情 势必 然 受 到 全 球 气 候 变 暖 的 影响 。 2. 气候 系统 与 水 文 水 资源 系统 之 间 呈 非 线性 关系 , 即 相 对 小 的 气候 参数 值 改 变 可 导致 相对 大 的 水 资源 要 素 值 的 变化 。 3. 全 球 变 暖 对 海平 面 的 升降 影响 是 水 文 情 势 响 应 是 十 分 重要 的 组 成 部 分 。 A. 全 球 气候 变 暖 的 幅度 和 范围 在 中 国 东部 的 热带 与 温带 地 区 有 显著 差异 ,温度 变 幅 随 纬度 升 高 而 增加 ;降水 低 纬 地 带 增加 ,中 纬度 地 带 减少 。 5. -对 于 相同 的 气候 变 幅 ,中 国 热带 和 温带 水 文 情势 的 响应 存在 明显 区 别 , 这 主要 是 由 于 区 域 降雨 -径流 过 程 中 各 种 参数 的 差异 。 6. 现行 的 水 资源 管理 体系 \ 大 型 水 利 工程 土地 利用 \ 农 业 结 构 . 工 业 布局 ,城市 建设 等 方案 制定 都 是 认为 过 去 的 水 资源 状况 可 以 作为 未 来 的 指南 。 事 实 上 这 种 假设 已 有 明显 的 偏 差 , 因 而 要 对 全 球 变 暖 状况 下 水 资源 状况 作出 估计 来 修正 这 些 方案 。 I: 全 球 变 暖 对 水 文 情 势 的 影响 不 仅仅 表现 在 水 资源 数量 ,时空 分 布 上 ,而 且 通 过 对 水 文 情势 的 影响 对 全 球 生 态 、 农 业 、 环 境 帮 至 社会 经 济 系统 产生 一 系列 连锁 影响 , 即 高 阶 影 响 , 这 是 今后 分 析 水 文 情 势 对 全 球 变化 的 重要 研究 内 容 。 参考 文 献 (1) 高 素 华 等 ,海南 岛 气候 ,气象 出 版 社 ,1 一 12(1984) 。 [2] 傅 国 研 、 刘 昌明 ,全 球 变 暧 对 区 域 水 资源 影响 的 计算 分 析 《 地 理学 报 》,46(3)，277 一 288(1991) 。 [3] 傅 国 斌 ,全 球 为 暖 对 华北 水 资源 影响 的 初步 分 析 ,《 地 理学 与 国土 研究 》，7(4)，22 一 26〈1991) 。 [4] Kellogg，W. W and R.Schware, Climate Change and Society, Westview Press, (1981). [5] 郑 斯 中 ,我 国 历史 时 期 冷暖 年 代 的 干旱 型 《地 理 研究 》3(4)，(1983) 。 [6] 符 尝 斌 ,全 球 增 暧 对 我 国 北方 (西北 和 华北 ) 水 资源 的 可 能 影响 《华北 地 区 水 资源 合理 开发 利用 》 水 利 电力 出 版 社 ，(1990) 。 [7] 唐 棣 译 ,气候 与 农业 《世界 环境 》,(2),(1985) 。 [8] 赵 宗 鞍 , 模 拟 温 室 效 应 对 我 国 气候 变化 的 影响 《气象 ,15(3)，(1990) 。 (9) 刘 春 蒙 、 田 玉英 ,用 改进 的 非 线性 水 量 平 衔 模型 研究 气候 变化 对 径流 的 影响 《水 科学 进展 》,2(2)，120 一 126 (1991), “221。 Impacts of Global Warming on Hydrological Regime in Tropical and Temperate Zones of East China Fu Guobin and Liu Changming (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstracts This paper estimates impacts of global warming on hydrologyical regime in tropical /temperate zones of East China through two case studies. One is the Wanquan basin in humid tropical zones, anthor one is the Hai River in temperate zones. The authors compare the difference and similirity of these impacts between tropical zone and temperate zone. The results indicate; |. the hydrological regime of East China are sensetive to climatic change; 2. the relationship between hydrological regime and climatic scenarios is nonlinear; 3. the climatic change scenarios resulted from greenhouse effects in tropical zone and temperate zone are greatly different; 4. hydrological regime responses to global warming are obviously varied from tropical zone to temperate zone; 5. the differentiation of these responses is in close relation to physiographic parameters which differ from one climatic zone to another. Key Words: Climatic Change/Golbal Warming Hydrologyical Regime Tropical and Temper- ate Zones * 222 ° 用 SCCM 模式 估算 气候 变化 对 黄 淮 海平 原 土 壤 水 分 平衡 各 分 量 的 影 啊 k 2 HAT (中 国 科学 院 地 理 研究 所 ) Bek KET KR 燕 《中国 农业 科学 院 农业 气象 所 ) 摘要: 本 文 用 SCCM 模式 研究 了 未 来 气候 变化 对 黄 淮海 平原 土壤 水 分 平衡 各 分 量 的 影 Me), SRR AA: 雨 育 方式 下 ,全 年 农田 实际 蒸 散 量 随 着 年 降水 量 的 增加 而 上 升 。 未 来 当 降水 量 减 少时 ,农田 实际 蒸 散 量 下 降 , 而 当 降 水 量 增加 时 ,农田 实际 蒸 散 量 上 升 。 自 动 灌溉 方式 下 , 当 温 度 分 别 上 升 1C、2C 时 , 黄 淮海 平原 冬小麦 全 生育 期 的 农田 实际 蒸 散 量 平均 分 别 下 降 2% 和 8%; 夏 玉米 全 生 育 期 的 农田 实际 蒸 散 量 平 均 分 别 增加 18% 和 31% 。 全 年 农田 实际 蒸 散 量 分 别 增加 5% 和 8% 。 所 以 ,由 于 温度 的 上 升 ,使 黄 淮海 平原 农田 年 实际 蒸 散 量 增加 。 当 温度 分 别 升 高 IC、2C 时 ;冬小麦 全 生育 期 的 作物 需 水 量 分 别 为 不 变 和 下 降 2%; 夏 玉米 全 生育 期 的 作物 需 水 量 分 别 增加 18% 和 31%, 年 灌流 量 随 着 年 平均 温度 的 升 高 和 降水 量 的 减少 而 增加 。 除 水 分 条 件 比 较 好 的 淮北 地 区 之 外 , 黄 淮海 平原 其 它 地 区 灌溉 量 比 当前 值 都 有 不 同 程度 的 增加 。 若 未 来 黄 淮海 平原 年 降水 量 减少 20% ,年 灌溉 量 大 约 需 增 加 66 一 84%% 。 在 这 种 情景 下 ,发 展 灌溉 农业 是 不 可 能 得 到 满足 的 。 随 着 温度 的 升 高 ,可 能 蒸发 量 的 年 平均 值 也 随 之 增 大 , 且 年 较 差 变 小 ,季节 变化 不 明显 。 在 自然 气候 条 件 下 , 除 未 来 年 降水 量 增 加 20%% 时 土壤 水 分 含量 年 平均 值 比 当前 值 略 高 外 ， 其 它 各 气候 情景 四 季 土 壤 水 分 含量 都 比 当 前 值 小 并且 土 壤 含水 量 减少 的 幅度 随 着 温度 的 升 高 和 年 降水 量 的 减少 而 增 大 。 这 表明 ,气候 变化 将 使 黄 淮海 平原 ,特别 是 华北 平原 土壤 水 分 含量 下 降 ,土壤 水 分 气 缺 值 更 大 。 这 个 现象 应 引起 人 们 的 足够 关注 。 关键 词 : 作 物 需 水 量 ” 势 蒸 散 ”土壤 水 分 气 缺 BKE Ditt ae Vint 黄 准 海平 原 或 华北 平原 的 农业 用 水 问题 是 该 地 区 农业 生产 中 十 分 重要 的 问题 ,水 资源 的 紧缺 及 用 水 的 不 合理 的 状况 急 竺 解决。 全 球 变化 的 影响 必然 使 这 一 矛盾 更 加 尖锐 。 及 早 研究 气候 变化 对 黄 淮海 平原 水 资源 .农业 用 水 的 影响 问题 ,了 解 水 资源 .农田 土壤 水 分 状况 的 可 能 变化 ,从 中 寻求 合理 的 对 策 是 十 分 必要 的 。 本 文 利用 SCCM 模式 上 和 未 来 气候 变化 的 * “本 文 为 国家 “ 八 五 ?攻关 课题 85 一 913 一 03 中 部 分 工作 。 。223。 假设 情景 所 对 这 一 问题 进行 研究 , 子 程序 框图 见 图 1. W'=0.75W “+0. 25W epsilon= epsilon+0. 2 打印 计算 失败 1 RA Im 土 层 土壤 水 分 含量 计算 子 程序 框图 Frame of Subprogram of Field Soil Water Content (1m) 二 、SCCM 模式 的 检验 在 文献 L[2,3] 中 引用 了 该 作者 60 年 代 在 石家庄 及 80 年 代 在 栾 城 与 北京 观测 的 各 项 资 料 , 累 计 9 年 。 得 到 该 计算 的 总 辐射 与 实测 值 相对 误差 小 于 8%% ,可 能 蒸发 量 值 平均 相对 误 差 为 12% ,土壤 水 分 动态 模拟 误差 为 8. 5 一 10. 6% ,平均 旬 误 差 最 大 值 仅 24mm, 本 文 为 了 进一步 验证 模型 的 稳定 性 及 计算 精度 ,收集 了 北京 农业 气象 观测 站 1959 一 1963 年 冬小麦 田 lm 土 层 土壤 水 分 观测 资料 及 生育 期 资料 .同时 ,还 收集 了 黄 淮海 平原 7 个 "224。 站 点 的 .30 年 逐 旬 气象 资料 (1957 一 1986)、 作 物产 量 资料 以 及 有 关 的 土壤 资料 。 其 中 气象 资 料 取 自 气 象 出 版 社 出 版 的 (中国 地 面 气象 记录 月 报 》 和 各 省 整编 资料 ,作物 产量 资料 取 自 各 省 农业 统计 资料 汇编 。 土 壤 类 型 和 土壤 有 机 质 含 量 在 根据 4 黄 淮海 平原 1:50,000 土地 类 型 图 》 利 《4 中国 土壤 ;以 及 已 发 表 的 有 关 文 献 确定 的 六 土壤 水 分 动态 模拟 能 力 的 检验 GD) 士 壤 水 分 动态 模拟 误差 (mm)20¢ 156 100 50 Bg 40 123 4 5 6-9 8 & 10 11 12¢H) P Lie SD. 41.5 6 8 B 10: iY 120K lo 2 3040 56 eo 8) O dO Gen bee! Esa Ge 10 11 120) 北京 石家庄 图 2 农田 土壤 水 分 平衡 方程 主要 分 量 的 模拟 输出 值 (1957 一 1986) [Ca)1lm 土 层 土壤 有 效 水 分 含量 ; (b) 农 田 实际 蒸 散 量 ;(c) 灌 流量 及 降水 量 ] Output Values of Main Compoment of Field Soil Water Balance Equation (1957 一 1986) * 225 « 图 2 为 北京 1959— 1963 年 灌溉 麦田 im 土 层 土壤 水 分 含量 实测 值 及 本 文 模拟 计算 值 的 变化 曲线 . 可 以 看 出 :实测 值 与 计算 值 的 逐 旬 变 化 趋势 是 一 致 的 。 并 且 数 值 上 两 者 也 比较 接近 . 特别 是 在 小 麦 冬 前 生长 阶段 ,两 年 (1959,1961) 模 拟 值 平均 丰 对 误差 为 2.9%。 小 麦 返 青 以 后 ,由 于 灌水 和 降水 的 影响 ,使 土壤 水 分 变化 曲线 波动 比较 多 ,并 且 没 有 明显 的 变 慈 规 律 ,因此 ,模拟 值 与 实测 值 的 偏差 也 增 大 了 。1959、1960、1962、1963 年 冬小麦 返青 至 成 熟 阶 段 土壤 水 分 含量 年 平均 相对 误差 分 别 为 10.7% .12.1%.8.3%.8.8% OFFA 10.0%. 这 说 明 本 模式 在 目前 仍 为 一 个 较 好 的 可 用 模型 。 造成 误差 的 原因 很 多 ,最 明显 地 是 由 于 本 模型 各 项 值 按 旬 计算 ,而 实际 上 降水 和 灌水 并 不 是 平均 分 配 在 各 旬 每 天 中 ,造成 降水 和 灌水 过 程 在 旬 初 或 旬 末 对 计算 值 是 相同 的 ,但 对 实 测 值 却 可 能 存在 很 大 区 别 。 此 外 ,土壤 水 分 资料 本 身 也 存在 一 定 的 观测 误差 。 (2) 农 田 土壤 水 分 平衡 方程 主要 分 量 模拟 输出 值 一 -一 itt ~~ == 模拟 什 Sad 5 8 o. 10) i 12 30 Soy er mee 1959 1960 (年 ) 返青 成 熟 ”播种 ”越冬 返青 成 熟 Lee Oe me oe ee 4 1961 1962 播种 越冬 返青 “拔节 成 熟 5 一 6( 月 ) 1963〈 年 ) 3 ”北京 1959 一 1963 年 冬小麦 田 Im 土 层 土壤 水 分 含量 实测 值 和 模拟 值 的 变化 曲线 Change Curre of Obserred and Simulatire Values of Soil Water Content in Winter Wheat Field (Beijing, 1959—1963) * 226° 在 本 文中 利用 黄 淮海 平原 各 点 1957 一 1986 年 气象 观测 资料 及 有 关 土 壤 、 作 物 生 育 期 资 料 做 为 模型 的 输入 ,运行 该 模型 。 在 此 仅 讨 论 农 田 土壤 水 分 平衡 方程 主要 分 量 -一 土壤 水 分 含量 ,农田 实际 蒸 散 量 、 灌 溉 量 及 灌溉 时 间 这 三 者 的 模拟 输出 值 ,从 而 说 明 该 模型 对 黄 淮海 平原 农田 土壤 水 分 平衡 特征 的 描述 能 力 。 由 于 缺乏 灌溉 量 的 实测 资料 ,在 模型 运行 时 仅 考 虑 两 种 极端 处 理 。 它 们 是 :@ 十 育 方式 ， 即 士 壤 水 分 来 源 考虑 降水 和 地 下 水 补给 ,而 无 灌溉 ;@ 自 动 灌溉 方式 , 即 取 模式 灌溉 制度 一 项 的 缺 省 状态 .利用 已 设计 好 的 计算 程序 , 求 出 灌溉 量 及 灌溉 时 段 来 完成 对 灌溉 制度 中 各 数 据 项 的 赋值 。 3 为 模型 输出 的 各 个 量 逐 旬 多 年 平均 值 。 其 中 图 Ca) 为 lm 土 层 土壤 有 效 水 分 含量 ， (b) 为 农田 实际 蒸 散 量 , 图 (e) 为 灌溉 量 ( 旬 灌溉 量 入 20. 0mm 的 值 在 图 中 没有 标 出 ) 和 降 水 量 的 多 年 值 。 可 以 看 出 ,各 项 模拟 值 的 周年 变化 基本 上 反映 了 黄 淮海 平原 冬小麦 - 夏 玉 米 三 年 两 熟 种植 制 度 下 ,农田 土壤 水 分 和 农田 实际 蒸 散 量 的 气候 特征 ;同时 ,灌溉 量 及 灌溉 时 段 的 模拟 输出 值 与 目前 高 产 田 推 广 并 应 用 的 灌溉 制度 基本 吻合 。 人 年 农田 实际 冬小麦 农田 实际 “ 夏 玉米 农田 实际 nar ere. efi Ht BC AE ae 250 Ty ee.) Thy te 250; T+l ) T+2 , Tel | T+2, T+ 1 TH2 农 二 200 200 际 # 150 150 i Basi 100 和 | (%) 50 50 0 12345 aE 0 12345 am si 250 农 fH 2.00 200 A a 100 ] 100 比 % i _ 012345 et ”12345 北京 石家庄 图 4 雨 育 方式 下 黄 淮 海平 原 各 气候 情景 的 农田 实际 蒸 散 量 与 当前 值 的 比值 Rasio of Field Actual Evapotranspiration in Different Climate Scenario to Observed in Huang —Huai—Hai Plain under Rainfed Condition 从 图 4 可 以 看 出 ,自动 灌溉 方式 下 的 农田 有 效 水 分 含量 和 农田 实际 蒸 散 量 比 雨 育 方式 .227 . 下 的 相应 数值 要 高 , 且 两 者 的 差 值 在 冬季 最 小 ,在 春季 和 初夏 季 最 大 。 华 北平 原 在 雨 育 方式 下 ,在 冬小麦 生长 季 中 由 于 降水 偏 少 土壤 水 分 含量 呈 下 降 趋势 。 随 着 小 麦 叶 面积 系数 的 增 大 ,农田 实际 蒸 散 量 也 随 之 增 大 ,在 4 月 中 下 旬 达 到 一 个 次 峰值 。 随 后 虽然 叶 面 积 系数 仍 在 上 升 ,但 因 土 壤 水 分 减少 ,作物 吸水 渐渐 困难 ,使 农田 蒸 散 量 双 下 降 趋势 。 同 时 5 十 壤 水 分 含 量 在 冬小麦 开花 期 达到 最 低 后 , 随 着 名 降 水 量 的 增加 和 冬小麦 渐渐 成 熟 ,土壤 水 分 含量 又 呈 回升 趋势 .在 夏 玉米 生育 期 内 恰 遇 雨季 ,土壤 水 分 含量 和 农田 实际 蒸 散 量 都 在 8 月 份 达到 了 最 大 值 。 在 自动 灌溉 方式 下 ,由 于 土壤 缺 水 时 能 随时 得 到 灌溉 ,所 以 土壤 水 分 曲线 波动 比较 多 ,但 没有 明显 的 变化 趋势 。 同 时 农田 实际 蒸 散 量 随 着 作物 叶 面积 系数 的 增 大 而 迅速 提高 ， 在 作物 生长 的 高 峰 期 达到 最 大 值 。 另 外 ,冬小麦 灌溉 最 集中 的 时 段 为 拔节 一 孕穗 ( 倒 二 叶 露 尖 后 ) 阶 段 和 小 麦 的 灌浆 期 ,其 次 为 小 麦 返青 期 。 夏 玉米 灌溉 最 集中 的 时 段 为 播种 期 和 拔节 一 抽雄 开花 期 。 阜阳 测 点 的 土壤 有 效 水 分 含量 和 农田 实际 蒸 散 量 的 变化 曲线 与 华北 平原 完全 不 同 。 牛 阳 年 降水 量 为 894. lmm, 其 中 冬小麦 整个 生长 季 的 降水 量 为 375. 4mm ,春季 的 降水 量 为 206. 3mm 。 所 以 一 般 水 文 年 份 气 阜 阳 冬小麦 整个 生育 期 不 需要 灌溉 。 遇 干旱 年 份 需 要 在 孕 贸 阶段 灌水 。 夏 玉米 则 需要 在 拔节 和 灌浆 这 两 个 时 期 灌水 。 在 冬小麦 生长 季 中 ,特别 是 返青 一 成 熟 期 降水 量 大 ,所 以 雨 育 方式 下 土壤 有 效 水 分 含量 变化 平稳 ,没有 上 述 各 点 的 谷 值 出 现 。 同时 自动 灌溉 方式 与 雨 育 方式 下 的 有 效 土 壤 含 水 量 与 农田 实际 莱 散 量变 化 趋势 一 致 , 且 前 者 略 高 。 黄 淮海 平原 冬小麦 和 夏 玉 米 整 个 生育 期 及 全 年 灌溉 量 的 多 年 平均 值 见 麦 1。 在 各 站 点 中 沧州 的 年 灌溉 量 最 高 ,为 520. 0mm ,阜阳 的 年 灌溉 量 最 低 , 仅 为 173..2mm。 各 站 点 的 灌溉 量 模拟 计算 与 目前 灌溉 条 件 比 较 好 的 水 浇 地 灌溉 量 基本 相符 上 。 Rl ， 黄 淮 海平 原 冬 小 麦 、 夏 玉米 全 生育 期 的 灌溉 量 及 年 洪 溉 总 量 Irrigation Amount of Growing Period and Annual Total Irrigation Amount of Winter Wheat and Corn in Huang-Huai-Hai Plain 地 | 点 冬小麦 全 生育 期 灌溉 量 | 夏 玉 米 全 生育 期 灌溉 量 年 灌溉 总 量 北 税 京 350. 3 88. 9 439. 2 BRE 347.7 155.9 503. 6 dH 418.2 101.8 520.0 326.9 127.4 454.3 330. 3 100. 7 205. 1 沧 济 南 商 & 240. 2 fa 县 B i 71.2 102. 0 173. 2 * 228 ， 三 、 气 候 变 化 对 农田 土壤 水 分 平衡 的 影 啊 1. 气 候 变 化 对 农田 实际 蒸 散 量 的 影响 (Dm AAA 各 气候 情景 年 农田 实际 蒸 散 量 随 着 年 降水 量 的 增加 而 上 升 ( 图 5) 。 除 阜阳 点 在 温度 升 高 2C 、 降 水 量 减少 10% 的 气候 情景 下 蒸 散 量 增 加 以 外 ,其 它 各 点 当 降水 量 减少 时 ,农田 实 际 蒸 散 量 都 在 下 降 ; 当 降雨 量 增加 时 ,农田 实际 蒸 散 量 也 随 之 增加 。 当 降水 量 不 变 , 漫 度 分 别 升 高 1C、2C 时 , 黄 淮海 平原 冬小麦 全 生育 期 的 农田 实际 蒸 散 量 分 别 平 均 减 少 13% 和 18% ,而 夏 玉 米 全 生育 的 农田 实际 蒸 散 量 分 别 平均 增加 14% 和 22%. 冬小麦 全 生育 期 夏 玉米 全 生育 其 dois 2 BEA i BE At ie came tee hea Na T+ y T+2 | T+ | T+2 | T+ | T+2 250 250 200 00 x 2 溉 量 150 T 150 fi (%) 00 100 50 | 50 0 0 12345 商丘 12345 阜阳 250 250 量 比 150 150 ps : 2) 00 100 50 50 0 = 12345 北京 0 12345 石家庄 5 雨 育 方式 下 黄 淮 海平 原 各 气候 情 叶 的 灌溉 量 与 当前 值 的 比值 Rasio of Irrigation Amount of Different Climate Scenario to Obsered Values in Huang 一 Huai 一 Hai Plain under Rainfed Condition (2) 自 动 灌溉 方式 下 当 温 度 分 别 上 升 1C .2C 时 , 黄 淮海 平原 冬小麦 全 生育 期 的 农田 实际 蒸 散 量 分 别 下 降 2% 和 8% , 夏 玉 米 全 生育 期 的 农田 实际 蒸 散 量 分 别 增 加 18% 和 31% ,全 年 农田 实际 蒸 散 量 分 别 增 加 5% 和 8%( 见 表 2) 。 造 成 未 来 冬小麦 全 生育 期 农田 实际 蒸 散 量 减少 的 原因 是 全 生 育 期 天 数 随 着 温度 的 升 高 减少 10 一 30 天 .所 以 ,未 来 由 于 年 平均 气温 的 上 升 ,使 黄 淮海 平原 农田 年 实际 蒸 散 量 增加 。 。229 。 表 2 BHHBRARTRARMAREHBLE%) Changing Rate of Actual Erapotranspiration Amount of Field under Fully Irrigation Condition (%) 全 年 农田 实际 冬小麦 全 生育 期 夏 玉 米 全 生育 期 站 农田 实际 蒸 散 量 农田 实际 蒸 散 量 了 = ir 有 as ia T+I T+2 T+2 T+2 平 均 7.7 —2.0 13.3 30.6 2. 气候 变化 对 作物 需 水量 的 影响 温度 升 高 ,使 作物 的 蒸腾 量 及 生理 需 水 量 增 加 。 但 又 由 于 温度 的 升 高 ,使 得 冬小麦 全 生 育 期 长 度 缩短 ,作物 需 水 量 下 降 。 这 两 方面 作用 的 相互 补偿 ,使 黄 淮海 平原 未 来 温度 升 高 2C 时 ,全 生育 期 作物 需 水 量 下 降 2%。 对 于 夏 王 米 来 讲 , 这 两 方面 作用 相互 加 强 ,使 黄 淮海 平原 夏 玉米 全 生育 期 作物 需 水 量 在 温度 上 升 1C 2 时 分 别 增加 18% 和 31%%( 见 表 3). 表 3 温度 升 高 对 黄 淮海 平原 作物 需 水 量 的 变化 率 (%%) Changing Rate of Crop Water Reguirement when Temperature Raises in Huang-Huai-Hai Plain (%) . : 冬小麦 全 生育 期 夏 玉 米 全 生育 期 全 年 作物 需 水 量 作物 需 水 量 作物 需 水 量 T+2 ney T+2 T+] T+2 ive a = = => an No co 心 济 南 11.0 13. 0 一 2.5 17.5 28.9 fr 7-5 15.7 . 一 3. 2 29.9 37.8 a [16 | 920 42 78 “A | 40 | mt | & 3. 气 候 变 化 对 农田 灌溉 量 的 影响 "230。 各 气候 情景 下 全 生育 期 的 灌溉 量 与 当前 气候 背景 下 的 灌溉 量 比值 见 图 5。 可 以 看 出 , 随 着 温度 的 上 升 和 年 降水 量 的 减少 ,年 灌溉 总 量 依次 增 大 。 另 外 , 除 水 分 条 件 比 较 好 的 阜阳 , 宿 县 以 外 其 余 各 点 的 灌溉 量 都 在 不 同 程度 上 增 大 。 研 究 区 域内 7 个 点 各 个 气候 情景 下 灌溉 量 平均 变化 率 见 表 4。 Ri 各 气候 情景 黄 淮 海平 原 灌 源 量 的 平均 变化 率 (%) Mean Changing Rate of Irrigation Amount of Different Climate Scenario in Huang—Huai—Hai Plain (%) DAs 4 FY Da HE, 5 ERE KRIS DY. Re ee OP Bs 2 BK 变 时 ,全 生育 期 灌溉 量 略 有 上 升 。 夏 玉米 全 生育 期 灌溉 量 在 各 气候 情景 下 都 呈 增 加 趋势 ,也 就 是 说 ,未 来 温度 升 高 ,使 夏 玉米 的 农业 用 水 量 增 大 。- 年 灌溉 总 量 随 着 年 降水 量 的 减少 急剧 上 升 。 当 年 降水 量 减少 20%, 温 度 分 别 上 升 1C、2C 时 ,年 灌溉 量 分 别 上 升 '65. 9% 和 84. 3% 。 考 虑 到 黄 淮海 平原 目前 水 资源 的 紧缺 情况 , 当 未 来 年 降水 量 减少 20% 的 气候 情景 出 现时 ,发 展 灌溉 农业 是 不 可 能 得 到 满足 的 。 4. 气 候 变化 对 可 能 蒸发 量 季 节 变 化 的 影响 可 能 蒸发 量 的 大 小 是 由 气象 条 件 决 定 的 。 若 未 来 全 球 平均 气温 升 高 , 则 可 能 蒸发 量 也 随 之 增 大 ,并 且 其 季节 变化 也 随 之 改变 。 仅 以 北京 点 为 例 , 当 温度 分 别 升 高 IC 、2C 时 ,可 能 蒸 发 量 的 年 平均 值 分 别 增加 4.6% 和 9. 2% HR 5) ,其 中 冬季 变化 幅度 最 大 ,分 别提 高 9.5% . 和 18. 9 加 ;其 次 为 秋季 ,变化 幅度 分 别 为 3. 9% 和 7. 8% 。 夏 季 变 化 幅度 最 小 ,分 别 为 2. 1% 和 4. 1%%。 这 就 是 说 ,者 未 来 气温 升 高 ,使 可 能 蒸发 量 的 年 较 差 变 小 ,季节 变化 不 明显 。 其 原 因 主 要 是 冬季 增 温 比 其 它 三 季 明 显 ; 而 在 同样 的 增 温 水 平 下 ,夏季 可 能 蒸发 量 值 最 高 , 故 使 相对 变化 幅度 最 小 。 RS 温度 升 高 时 北京 四 季 燕 发 力 的 变化 率 (%%) Changing Rate of Potential Evaporation of Four Seasons in Beijing When Temperature Raises (%) x3 | |6.0_la p—[aet— lob] 8 — | * 231 + 5. 气 候 变化 对 雨 育 方式 下 农田 实际 蒸 散 量 和 土壤 水 分 含量 季节 变化 的 影响 影响 农田 实际 蒸 散 量变 化 的 因素 很 多 ,它们 是 气象 因素 (如 气温 、 降 水 量 ; 风 速 等 思 作 物 生长 状态 以 及 土壤 水 分 含量 等 。 总 的 来 说 , 若 温度 上 升 且 年 降水 量 增加 , 则 农田 实际 蒸 散 量 上 升 ,并 且 农田 实际 蒸 散 量变 化 的 幅度 随 气温 、 降 水 量变 化 量 的 增加 而 增高 . 渤 温 度 升 高 ;年 降水 量 减少 , 则 农田 实际 蒸 散 量 下 降 。 且 温度 越 高 .年 降水 量 越 少 ,农田 实际 蒸 散 量 减少 的 幅 度 越 大 ( 见 表 6). 另外, 当 温 度 升 高 2C 时 ,在 各 个 降水 量 气候 情景 中 夏季 农田 实际 蒸 散 量 的 变化 率 都 为 正 值 , 并 且 随 着 年 降水 量 的 增加 而 增加 。 当 降水 量 增加 到 20% 时 ,农田 实际 蒸 散 量 的 变化 率 高 达 .98.6%。 这 一 变化 规律 与 温度 升 高 TC 时 夏季 农田 实际 蒸 散 量 变化 是 不 一 样 的 。 引 起 这 一 差异 的 原因 是 , 当 温度 升 高 2C 时 ,入 冬小麦 成 熟 期 从 当前 的 六 月 中 名 提前 到 五 月 下 旬 。 这 样 势必 造成 夏季 农田 实际 蒸 散 量 的 增 大 。 6 十 育 方式 下 北京 各 个 气候 情景 四 季 农 田 实际 蒸 散 量 的 变化 率 ( 女 ) Changing Rate of Field Actual Evapotranspiration Amount of Four Seasons in Different Climate Scenaria in Beijing under Rainfed Condition (%) male [+ [ele] aT ES a TE har penn on te aa moalies| 07 mes ee fn dleo aor Tar rae fiowwofarfer pans [ao feeelmelios 土壤 水 分 含量 的 季节 变化 见 表 7。 由 表 可 以 看 出 , 除 降 水 量 增加 20%% 时 土壤 水 分 年 平均 值 略 有 增加 外 ,其 它 各 气候 情景 四 季 的 土壤 水 分 含量 都 在 减少 ,并 且 减 少 的 幅度 随 着 温度 的 升 高 和 年 降水 量 的 减少 而 增 大 。 这 说 明 , 未 来 黄 淮海 平原 ,特别 是 华北 平原 土壤 水 分 亏 缺 量 增 大 ,加 剧 了 农业 用 水 与 水 资源 短缺 这 个 矛盾 。 这 个 现象 应 引起 人 们 的 足够 关注 。 R7 十 育 方式 下 北京 各 个 气候 情 咏 四 季 农 田 土壤 水 分 含量 的 变化 率 (%) Changing Rate of Field Soil Water Content of Four Seasons in Different Climate Scenaria in Beijing under Rainfed Condition (%) R+10% Wit. 评价 气候 变化 对 黄 淮海 平原 粮食 作物 产量 的 影响 时 ,应 该 首先 考虑 温度 与 水 分 因子 。 全 年 之 0C 的 有 效 积温 影响 多 熟 种 植 茬口 的 安排 ,温度 的 适宜 程度 影响 产量 的 高 低 。 在 雨 育 方 式 下 ,降水 是 影响 产量 的 最 活跃 因子 。 若 到 下 一 世纪 中 叶 前 温度 升 高 、 降 水量 减 少 或 不 变 , 都 将 使 水 资源 供应 本 来 短缺 的 黄 淮海 平原 的 农业 生产 面临 困境 ,即使 是 考虑 到 CO* 直接 影响 的 正 效应 ,也 必须 在 水 肥 条 件 充分 满足 的 状态 下 才能 得 以 发 挥 , 因 此 水 分 对 该 地 区 的 农业 发 展 是 至 关 重 要 的 。 [1] [2] [3] [4] (5] (6] 参 考 xX mw DpH TIE FS TKR, — TERRE om BY 1 AY PE te CLES), (1992), 中 国 农业 科学 院 编著 , 黄 淮海 平原 治理 与 农业 开发 ,中国 农 业 科技 出 版 社 ,(1989)。 赵 名 茶 、 李 氟 章 等 , 黄 淮海 平原 作物 潜在 产量 和 实际 产量 分 析 , 黄 淮海 平原 农业 自然 条 件 和 区 域 环 境 研究 , 黄 淮海 治理 与 开发 研究 文集 ,第 三 集 , 科 学 出 版 社 ,(1987) 。 黄 荣 金 , 黄 淮海 平原 土壤 资源 与 农业 发 展 , 科 学 出 版 社 ,(1990) 。 胡 朝 炳 ,华北 平原 农田 土壤 有 机 质 含 量 与 作物 产量 关系 的 初步 研究 ,农田 生态 系统 能 量 物质 交换 , 气 象 出 版 社 ,P232 一 240,(1987) 。 ZEB 56 REEDS TR ACH RAL AS tH RAL, (1988), * 233 « Impact of Climate Change on Each Component of Soil Water Balance in Huang-Huai-Hai Plain with the Calculation by SCCM Zhang Yi Xu Xiuyuan (Institute of Geography , Chinese Academy of Sciences) Wu Xinmin Zhang Houxun Su Yan (institute of Agrometeorology, Chinese Academy of Agriculture Sciences) Abstract We estimate the impact of climate change on each component of siol water balance in Huang — Huai— Hai Plain, using the SCCM. Results show; Under rainfed conditions the field real evapotranspiration raised with increasing precipitation. and in future it would decline if precipitation reduced, and vice versa. In cases of increasing temper- ature by 1°C and 2°C under fully irrigated conditions, the field real evapotranspiration of winter wheat decreased by an average of 2% and 8% respectively during whole growing season, whereas that of summer corn increased by an average of 18% and 31%. The annual field real evapotranspi- ration increased by an average of 5% and 8%. Thus the annual average field evapotranspiration in- creased because of the temperature increasing. When temperature raised by 1°C and 2°C, the water requirements of winter wheat during whole growing season retained unchanged and decreased by 2% respectively. That of summer corn increased by 18% and 31% respectively. Annual magnitude of irrigation raised with increasing of the average annual temperature and de- creasing precipitation. Except the Huaibei region where rainfed conditions would be better, the mag- nitude of irrigation in the rest of Huang—Huai—Hai plain increased compared with that at present time. If the annual precipitation decreased by 20% in the future, it should be necessary to increase the magnitude of irrigation by approximately 66 %—84%. In such conditions, it would not be suffi- cient to develope only irrigated agriculture. The annual average potential evaporation increased with increasing temperature. Annual varia- tion range became smaller and seasonal variasion was very slight. Under natural climatic conditions, if the annual precipitation increased by 20% if the future, except the annual average soil water was slightly higher than that at present time, in all other cli- mate conditions, it was smaller than present’s. The decreasing rate of soil water became greater with increasing temperature and decreasing precipitation. This result demonstrated that climatic variation would make the soil moisture decrease in Huang — Huai— Hai plain, especially in the area in the north of China. The phenomenon of even greater deficits of soil moisture should be paid attention to. Key words :Crop Water Reguirement Potential Evapotranspiration Soil Water Deficit — Irri- gation Amount * 234 ， 气候 变化 对 水 文 和 水 资源 影响 的 研究 进展 与 问题 k 2 aR. DA FFL 中 国 科学 院 地 理 研 究 所 》 摘 _ 要 :文章 从 研究 简 史 、 研 究 方法 、 研 究 内 容 和 已 有 的 研究 结果 等 几 个 方面 综述 了 气候 变 化 对 水 文 , 水 资源 的 影响 。 作 者 认为 研究 气候 变化 影响 的 关键 是 :在 逐步 改进 未 来 气候 预报 的 同 时 ,建立 好 专业 模式 ,因此 气候 变化 影响 的 研究 是 综合 性 的 多 学 科 的 研究 ,也 能 促进 专业 研究 的 发 展 。 关键 词 : 气 候 变化 气候 情景 水 量 平 衔 模 式 “降雨 径流 模式 Dil aie | 太阳 辐射 是 地 球 获得 能 量 的 主要 来 源 。 由 于 大 气 中 活跃 的 痕 量 气体 浓度 的 增加 对 大 气 中 辐射 传输 的 影响 而 引起 的 气候 变化 将 从 数量 上 和 时 空 分 布 上 改变 不 同 地 区 的 水 文 和 水 资 源 状 况 。 定 量 地 估算 气候 变化 对 水 文 和 水 资源 的 影响 ,对 于 理解 和 解决 可 能 引起 的 与 工业 、 农业 、 能 源 、 交 通 等 经 济 领域 密切 相关 的 水 资源 系统 的 规划 管理 环境 保护 以 及 生态 平衡 等 问题 是 非常 重要 的 。 在 目前 全 球 水 资源 日 益 紧 缺 情 况 下 ,水 资源 系统 对 全 球 气候 变化 响应 问 题 已 引起 各 国政 府 ` 国 际 组 织 和 各 国学 者 的 普遍 关注 。 系 统 地 总 结 评述 业已 进行 的 研究 工 作 ， 找 出 当前 工作 的 重点 和 问题 是 非常 必要 的 。 本 文 将 从 研究 简 史 、 未 来 气候 、 情 景 、 研 究 方 法 、 研 究 内 容 几 方面 进行 综述 并 讨论 今后 有 关 这 一 研究 领域 的 工作 重点 。 二 、 研 究 简 史 研究 气候 与 水 体 相互 作 用 的 早期 工作 ,大 量 地 集中 在 人 类 活动 对 气候 条 件 变化 方面 。 1970 年 出 版 的 “主要 环境 问题 研究 "和 1971 年 出 版 的 ”人 类 活动 对 气候 影响 "已 作 过 系统 总 结 , 例 如 研究 大 型 水 库 对 局 地 气候 条 件 影响 这 类 问题 .对 于 气候 变化 特别 是 全 球 气候 变化 对 水 文 和 水 资源 影响 的 研究 还 是 很 少 的 。 最 早 的 研究 全 球 气候 变化 对 水 文 和 水 资源 影响 的 工作 之 一 是 美国 国家 研究 委员 会 水 与 气候 专门 委员 会 出 版 的 4 气候 ,气候 变化 和 水 》。 这 个 报告 反映 了 当时 一 些 作者 进行 的 工作 。 报告 指出 了 尽管 精确 的 区 域 影响 预报 是 不 充分 的 ,仍然 有 许多 有 用 的 措施 可 以 提供 去 缓和 未 来 水 量 短 缺 的 问题 。 1985 年 环境 问题 科学 委员 会 (SCOPE) 出 版 了 《气候 影响 评价 )》 这 一 报告 (Kates 等 ， .235 。 1985) ,在 这 个 综合 报告 中 初步 考虑 了 对 水 资源 的 影响 。Bolin 等 (1986) 的 综述 中 把 水 文学 问 题 做 为 主要 问题 进行 了 评述 ,对 水 资源 问题 考虑 也 较 少 。 他 的 综述 中 讨论 了 气候 变化 对 水 文 影响 的 评价 技术 sx 生态 系统 怎样 受 温室 效应 影响 、 已 有 的 气候 影响 评价 的 水 文学 模式 类 型 以 及 哪 种 水 文学 模式 适 于 区 域 研究 等 等。 BO 年 代 以 来 ,研究 者 通过 不 同方 法 ,对 个 别 实例 详细 解剖 ;也 开始 研究 了 温室 效应 对 区 域 水 文 的 影响 妆 。 这 些 工 作 反映 在 世界 气象 组 织 C(WMO) 出 版 的 气候 变化 对 水 资源 系统 影响 的 综述 中 (Klemes，1985) 。 这 个 综述 特别 推荐 了 不 同 的 评价 方法 。 继 而 在 1987 年 WMO 出 版 的 报告 中 总 结 了 水 资源 系统 对 未 来 气候 和 现代 气候 和 敏感 度 问 题 ” CWMO, 1987), 环境 恶化 ,资源 短缺 使 得 人 们 对 水 资源 问题 越 来 越 重 视 。1987 年 国际 水 文联 合 会 GAHS) 专 门 提交 给 第 十 六 届 国 际 大 地 测量 和 地 球 物理 联合 会 会 议 一 个 关于 气候 变化 与 水 FE UE IB] AAI IE SCH (Solomon %, 1987), 1988 年 澳大利亚 大 气 研究 部 召开 了 气候 变化 会 议 ， 并 出 版 了 包括 对 水 文 , 水 资源 影响 的 著作 (Pearman 1988), 美国 现代 科学 协会 (AAAS) 指 定 了 专门 工作 组 ,撰写 出 一 本 关于 美国 气候 变化 对 水 资源 影响 的 书籍 (AAAS，1989) 在 AAAS 主持 下 ,对 整个 气候 变化 对 水 文 \ 水 资源 影响 问题 ,包括 从 基本 的 物理 的 :气候 的 和 水 文 的 问题 到 未 来 气候 条 件 下 的 政治 的 、 经 济 的 水 资源 分 配 问题 进行 了 研究 。IPCC 第 二 工作 组 的 报告 全 面 总 结 了 气候 变化 对 水 文学 和 水 资源 的 影响 ,是 目前 了 解 和 从 事 这 一 领域 研究 工作 人 员 的 必 读 文献 。 三 、 研 究 方法 气候 变化 对 水 文 ,水 资源 影响 的 研究 方法 中 包括 两 个 方面 问题 :一 是 要 选择 未 来 气候 情 景 ; 二 是 搞 好 水 文 \, 水 资源 的 专业 模式 ,这 些 模式 必需 建立 水 文 ,水 资源 变量 与 气候 变量 的 数 量 关系 。 专 业 模式 的 建立 主要 依据 现代 的 水 文 ` 气 候 资料 。 从 这 个 意义 上 说 ,是 应 用 了 相似 原理 ,认为 现代 的 水 文 ,水 资源 的 物理 过 程 和 定量 关系 与 全 球 变 暖 时 的 水 文 ,水 资源 的 物理 过 程 和 定量 关系 是 相似 的 。 再 将 上 述 两 方面 结合 ,就 可 以 估计 气候 变化 对 水 文 ,水 资源 的 可 能 影响 。 .气候 情景 目前 尚 无 可 以 利用 的 可 人 靠 的 区 域 气候 变化 预报 。 由 于 缺少 可 靠 的 预报 ,因而 利用 各 种 方 法 研究 出 对 未 来 气候 条 件 的 情景 ,包括 思 假 设 的 (或 规定 的 ) 情 景 ;*@ 根 据 大 气 环流 模式 (GCMD) 得 出 的 情景 和 和 @@ 以 历史 和 古 气 候 重建 为 基础 的 情景 第 一 种 方法 是 用 一 种 简化 形式 规定 不 同 地 区 或 江河 流域 的 气候 变化 。 这 些 气候 情景 一 般 都 具体 规定 气温 升 高 0 5C 至 4. 0C ,降水 变化 (增加 或 减少 ) 在 10% 至 25%% 的 范围 之 内 ， 有 些 作 者 还 规定 了 假设 的 蒸发 变化 。 第 二 种 方法 是 直接 根据 大 气 环流 模式 (GCM) 得 出 的 气候 情景 .其 中 规定 CO, 深度 加 信 (2 又 Co) 。 利 用 GCM 的 问题 是 ,根据 不 同 气 候 模式 为 同样 地 区 所 做 的 模拟 可 能 会 产生 不 同 的 ,有 时 是 相反 的 结果 ,特别 是 对 降水 变化 来 说 (Gleick ，1988)-1.。 第 三 种 方法 是 在 重建 过 去 温暖 时 期 气候 (当时 大 气 中 的 Co, 浓度 比 现代 高 ) 的 基础 上 研 制 未 来 的 气候 相似 。 例 如 ,苏联 气候 学 家 在 他 们 的 研究 (Budyke 和 Izrael，1987) 中 表明 ,可 把 * 236 。 称 之 为 全 新 世 最 适宜 气候 ( 约 5 一 6 千年 前 ) 看 作 是 全 球 变 暖 1C 的 相似 ( 约 在 2000 一 2005 年 )。 由 于 对 和 遥远 过 去 气候 条 件 认 识 的 不 确定 性 和 许多 国家 与 地 区 缺乏 可 靠 的 古 气候 资料 ， 所 以 应 用 古 气候 重建 是 有 困难 和 受到 限制 的 。 对 这 三 种 方法 的 相对 优势 仍 在 继续 讨论 .在 缺少 可 靠 预 报 的 情况 下 ,关于 哪 一 个 情景 是 最 好 的 问题 仍然 得 不 到 答案 。 ”2. 水 文 : 水 资源 专业 化 模型 的 建立 .许多 国家 的 水 文学 家 在 过 去 10 年 间 已 经 广泛 研究 了 未 来 人 为 气候 变化 的 水 文 后 果 , 这 See ee HERE TER See. 模型 建立 是 以 下 列 几 种 方法 ee oe ae _ 国 分 析 以 往 径流 和 气象 要 素 的 长 期 变化 ， 这 个 方法 可 用 两 种 办 法 实现 。 第 一 是 利用 径 : = 和 第 二 是 研究 过 去 很 暧 或 冷 、 很 湿 或 干燥 时 期 的 水 文 后 ° Re bs het Langbein 等 人 (1949) 对 气候 -径流 关系 作 了 第 一 个 重要 评价 。 他 建立 的 一 套 降 雨 径流 相关 曲线 在 一 些 原始 的 研究 中 得 到 广泛 应 用 。Karl 和 Riebsame(1989) 根 据 对 90 多 个 未 受 于 拢 流域 实际 气候 波动 的 分 析 对 这 些 关系 进行 了 检查 与 更 新 。 加 利用 某 一 长 时 期 内 的 水 分 平衡 方法 :这 种 情况 下 的 主要 任务 是 估计 未 来 的 总 燕 发 量 。 这 些 方法 已 由 Glantz 和 Wigley (1986) 用 于 美国 ,由 Babkin(Shiklomanov，1988)、Vinnikov 等 大 (01989) 用 于 苏联 ,由 iGriffiths (1989) 用 于 新 西 兰 。 多 利用 大 气 环流 模式 :在 这 个 方法 中 ,利用 规定 大 气 中 “微量 "气体 浓度 增加 情况 下 的 (一 般 为 2XCo;) 大 气 环 流 模式 直接 得 出 大 区 域 气候 和 水 文 特征 量变 化 的 估计 值 。 例如 已 经 用 大 气 GCM 估计 了 美国 和 加 拿 大 的 径流 、 土 壤 湿 度 和 燕 发 的 可 能 变化 (USEPA 1984; Sanderson 和 Wong, 1987; Singh, 1987), 多 利用 决定 论 水 文 模式 :在 这 个 方法 中 ,使 用 不 同 河流 流域 的 降雨 -径流 模式 和 气候 资 BL. IG GCM 产品 ,确定 水 文 条 件 的 变化 。 许 多 作者 已 经 把 这 个 方法 用 到 位 于 各 种 水 文 气候 环境 的 流域 (Gleick ，1986、1987; Cohen, 1986; Flashka 等 ,1987; Bultot , 1988;Shiklo- manov, 1989). 第 一 和 第 二 种 方法 已 被 广泛 用 于 估计 大 区 域 水 资源 的 变化 ,因为 它们 需要 的 原始 情报 量 较 小 。 较 常用 的 是 年 径流 、 降 水 和 和 气温。 根据 不 同 GCM 为 一 些 重 要 水 文 条 件 和 地 区 做 水 文 模拟 得 出 的 结果 是 不 一 致 的 。 这 可 能 归 因 于 现代 的 GCM 的 分 辩 率 低 和 对 水 文 过 程 过 于 简化 的 描述 ， 答 服 短 从 看 鞭 是 各 而 四 望 的 ,因此 应 该 把 这 类 研究 继续 进行 下 去 。 ”决定 论 水 文 模式 有 某 些 可 取 的 特点 。 用 这 些 模式 可 以 对 气候 -水 资源 系统 中 的 因果 关系 做 明晰 的 研究 ,估计 江河 流域 对 变化 着 的 气候 条 件 的 敏感 性 。 此外, 当 区 域 气候 预报 可 以 利 用 时 ,可 为 水 资源 规划 与 管理 模拟 不 同 水 文 气候 环境 中 可 能 的 径流 变化 。 四 、 研 究 内 容 1. 需 水 量 在 全 球 气候 变 暧 过 程 中 ,应 该 预期 到 世界 许多 地 区 对 水 资源 需求 的 变化 。 未 来 ,不 同 工 ° 237 » 业 和 农业 部 门 的 耗 水 结构 和 特点 可 能 会 有 相当 大 的 变化 ,各 用 水 户 之 间 的 神 突 和 了 矛盾 有 可 能 加 深 。 如 果 一 个 地 区 的 经 济 活动 水 平一 样 ,那么 需 水 量 和 实际 耗 水 量 是 由 给 该 地 区 的 总 水 BREN. 各 地 区 的 实际 耗 水 量 值 将 取决 于 气候 因子 .国民 经 济 中 耗 水 部 门 的 发 展 程度 (主要 是 灌 溉 土地 ) 和 水 资源 的 限制 。 随 着 未 来 气候 的 明显 变化 ,在 规划 和 确定 未 来 灌溉 区 、 大 耗 水 量 工 业 和 水 库 的 位 置 方面 可 能 会 出 现 一 些 问 题 , 对 当前 用 户 的 供水 也 可 能 有 问题 .这 些 变化 可 能 会 加 剧 和 干旱 和 半 干 旱地 区 的 问题 .这 些 地 区 现在 的 水 供应 就 有 困难 ,而 且 各 用 水 部 门 和 管理 部 门 之 间 常 发 生 了 矛盾。 关于 水 资源 系统 在 气候 胁迫 下 如 何 运行 的 问题 已 经 有 许多 认识 ,外 推 这 种 认识 有 助 于 我 们 预测 对 水 资源 管理 和 需 水 的 影响 以 及 预防 气候 变化 中 可 能 出 现 的 旱 、 游 灾害 CEiering 和 Rogers, 19891, Stakhiv 和 Hanchey, 1989), 一 份 有 益 的 文献 已 经 研究 了 有 关 水 利 工程 对 气候 波动 的 敏感 性 和 适应 性 的 问题 。Eier- ing (1982)0 和 Hashimoto 等 人 (1982) 提 出 了 评价 水 利 工程 敏感 性 的 标准 ,包括 可 靠 性 .应 变 能 力 和 脆弱 性 四。Matalas 和 Fiering (1977) 阑 述 了 一 个 最 适宜 的 \ 考 虑 气候 波动 设计 永利 工 程 的 方法 。Novaky 等 人 (1985) 提 出 了 一 个 概念 化 的 水 利 工程 影响 和 响应 模式 ,并 建立 了 一 个 评价 该 工程 对 气候 变化 敏感 性 的 矩阵 吧 。Klemes(1985) 综 合 了 有 关 的 水 利 工 程 敏感 性 的 文献 后 提出 ,关键 的 概念 是 可 靠 性 -一 不 管 气候 是 否 变化 ,该 工程 能 长 期 满足 需要 的 能 力 所 。 Peterson 和 Keller(1989) 已 评估 陷 度 和 降水 变化 对 美国 西部 和 于 旱地 区 灌 波 需 水 量 和 未 来 发 展 灌溉 面积 的 可 能 性 的 影响 富 。 关于 人 为 气候 变化 对 灌溉 耗 水 量 的 影响 。 世 界 粮 农 组 织 CEAO) 和 英国 水 文 研 究 所 已 经 对 南非 莱索托 地 区 面积 为 3240km: 的 马里 巴 马 察 马 流 域 进行 了 一 些 研究 (Nemec， 1989;7K 文 研究 所 ,1988)。 用 2XCozGCM 模式 对 这 个 地 区 未 来 气候 变化 的 模拟 已 经 完成 。 张 权 等 对 中 国 黄 淮海 平原 农田 耗 水 量 和 作物 需 水 量 对 气候 变化 的 响应 等 进行 了 研究 色 〈 张 必 等 ,1992) 。 估 计 了 未 来 需 水 量 和 做 安排 时 应 该 考虑 每 个 地 区 的 特点 。 这些 估计 的 可 靠 性 主要 取决 于 随 全 球 变 暖 对 气候 特征 和 水 文 状 况 变化 预报 的 准确 性 的 综合 性 2. 年 和 季 径 流 条 件 的 变化 自 本 世纪 70 年 代 末 起 ,对 年 和 季 径 流 已 做 了 广泛 的 调查 研究 并 在 许多 出 版 物 中 做 了 论 述 。 这 是 因为 ,河流 的 年 和 季 径 流 对 于 提供 充分 的 水 供应 以 满足 大 多 数 地 区 对 水 的 需求 来 说 是 很 重要 的 。 现 已 针对 美国 .苏联 和 新 西 兰 的 许多 地 区 、 加 拿 大 的 某 些 地 区 英格兰、 威尔士 、 比利时 和 其 他 具体 地 区 的 江河 流域 得 出 了 定量 估计 。 这 些 研 究 强调 河流 流域 对 气候 条 件 的 变化 ,甚至 不 显著 的 变化 都 有 很 大 的 敏感 性 。 位 于 干旱 和 洲 干 旱地 区 的 流域 尤其 敏感 ,因为 年 径流 变化 甚大 ,对 于 主要 径流 是 在 融雪 期 形成 的 流域 来 说 ,年 径流 及 其 季节 分 布 受气 温 变化 和 降水 变化 的 影响 。 在 北半球 的 中 纬 地 区 , 若 变 暧 1C 或 2C ,预计 冬季 径流 将 猛烈 增加 ,由 于 融雪 较 早 ,春季 的 高 水 位 将 降低 。 许多 估计 ,包括 关于 径流 因 全 球 变 暖 而 发 生变 化 的 估计 都 未 考虑 CO. 增加 对 蒸 散 可 能 产生 的 直接 影响 ( 蒸 散 通常 随 co, 浓度 的 增加 而 减少 )。Idaso 和 Brazel (1984) 为 美国 的 一 些 河流 流域 2" ,Aston (1987 ) 为 澳大利亚 的 一 些 江 河流 域 考虑 了 这 种 现象 。 在 这 些 研 究 中 ,得 出 的 结果 与 其 他 研究 人 员 推 论 的 结果 直接 对 立 , 即 CO, 浓度 增加 工 倍 ,上 述 美国 河流 的 年 径 * 238 + gta a em、 =、 二、- 一 流量 将 增加 40 — 60% ,而 对 澳大利亚 的 河流 来 说 则 增加 6O— 80% , Wigley 和 Jones(1985) LA 及 Palutikof(1987) 指 出 了 考虑 CO. 对 蒸 散 和 总 蒸发 直接 影响 的 重要 性 ,而 许多 研究 人 员 却 忽视 了 这 种 影响 .对 这 些 结论 还 有 争论 ,需要 做 进一步 的 研究 ,因为 有 些 人 认为 ,地 面 总 蒸发 主要 是 由 能 量 因子 决定 的 。 全 球 变 暖 的 一 个 重要 水 文 后 果 是 最 高 和 最 低 径 流 极 值 的 可 能 变化 ,高 流量 极 值 的 变化 会 产生 径流 控制 ` 发 展 洪水 控制 工作 和 水 利 设 施 设计 的 问题 ;: 低 流 量 极 值 的 变化 可 能 要 重新 评价 对 著 水 的 需求 和 水 分 分 配 计划 ,特别 是 在 年 内 无 径流 控制 的 有 限时 期 。 佑 计 与 人 为 气候 变化 相 联系 的 极端 河流 径流 条 件 是 水 利 工程 计算 中 最 重要 的 问题 。 因 为 水 利 设 施 设计 是 以 水 文 气象 条 件 的 稳定 性 概念 为 基础 的 。 因为 极端 气象 事件 显然 不 能 由 GCM 模式 模拟 的 预报 或 用 古 气候 相似 做 的 预报 ,所 以 对 径流 极 值 可 能 变化 的 定量 区 域 估 计 实 际 上 仍然 是 得 不 到 的 。 不 过 ,有 许多 定性 的 估计 , 通 常 是 以 假定 径流 极 值 变化 对 年 、 季 或 月 径流 的 比率 为 依据 的 .如 果 有 了 对 较 短 时 期 气象 特征 变化 的 详细 定量 估计 ,那么 可 以 引出 有 关 世 界 各 地 径流 值 的 较 可 靠 的 结论 已] 。 3. 水 分 平衡 和 湖水 水 位 一 些 大 湖 ,特别 是 封闭 湖泊 的 水 分 循环 可 以 综合 反映 包括 其 河流 流域 和 邻近 的 广大 地 区 的 气候 变化 。 未 来 因 大 气 中 CO; 增加 而 造成 的 全 球 变 暖 将 导致 改变 这 些 湖泊 的 水 分 平衡 分 量 ( 降 水 、 蒸 发 、 流入 和 流出 ) 及 其 水 位 和 热量 收 支 ,这 些 变化 对 排水 流域 和 封闭 湖 来 说 是 不 同 的 。 例 如 ,北美 大 湖 和 世界 上 最 大 的 封 团 湖 一 里 海水 分 平衡 和 水 分 循环 可 能 变化 的 某 些 近 似 估 计数 值 。 一 些 中 国学 者 对 华南 `. 华 东 、 华 北 等 地 的 水 平衡 对 气候 变化 响应 也 进行 了 研究 ( 付 国 研 ,1991; 付 国 研 等 ,1991; 付 国 研 等 ， spin ea: 4. 应 他 水 文 特 征 人 为 全 球 变 暖 的 水 文 后 果 不 限 于 河川 径流 和 水 分 平衡 值 的 变化 。 其 他 后 果 包 括 总 水 量 和 水 位 的 变化 。 江 河流 域 和 河床 侵蚀 的 变化 ,改变 混 省 度 和 河流 泥 沙 。 许 多 水 体 的 水 质 可 能 会 变 坏 。 河 流 径流 减少 和 湖水 水 位 下 降 将 降低 污染 物 分 解 和 自身 净化 过 程 的 可 能 性 。 海平 面 上 升 和 径流 变化 可 能 会 导致 增加 沿海 低洼 地 区 的 水 患 ,扩大 海岸 线 侵 蚀 ,改变 河 流 三 角 洲 的 形成 过 程 ,改变 河口 湾 和 河水 的 含 盐 度 并 通过 盐水 入 浸 污 染 含水 层 . 对 这 些 与 全 球 变 暖 的 水 文 后 果 有 关 的 问题 只 能 通过 创新 的 和 从 地 理学 出 发 而 又 考虑 区 域 气候 条 件 和 水 “ 分 利用 变化 预报 的 各 种 研究 去 寻找 答案 。 五 气候 变化 对 水 文 ` 水 资源 影响 的 研究 结 1. 一 些 大 区 域 和 国家 的 水 文学 和 水 资源 变化 对 中 国 北 部 水 文 气象 观测 资料 分 析 的 结果 表明 (Chunzhen，1989) ,这 里 自 1981 年 起 已 开始 了 近 250 多 年 来 的 最 暖 期 ,1981 一 1987 年 的 平均 气温 比 常 年 值 高 0. 5C ;而 同期 的 降水 却 稍 低 于 常年 值 ( 北 京 低 4%) ,对 100 年 来 自然 气候 变化 的 研究 提示 我 们 ,华北 的 变 暖 将 继 续 到 下 个 世纪 。 用 Hinangchzang 的 水 文 模 式 模拟 的 结果 表明 ,在 半 王 旱地 区 , 若 降水 增加 10% ,蒸发 减少 4% , 则 径流 将 增加 27% ; 若 降 水 增加 10% ,蒸发 增加 4% ,那么 ,径流 将 增加 18%; 假 设 这 些 气 候 变化 发 生 在 半 干 旱地 区 ,那么 径流 将 增加 30 一 50% (Chunzhen， 。239。 1989)05 。 傅 国 斌 等 (1991,1992) 对 中 国 水 资源 对 气候 变化 响应 作出 研究 于 ,结果 表明 ,在 华北 地 区 , 若 气 温 升 高 2C ,青龙 河 `. 唐 河 ` 沙 河 年 径流 量 大 致 减少 10-20%,A i Wem 40% 上 。 而 降水 减少 10% 时 ,上 述 四 个 中 小 流域 的 径流 减少 15 一 25%s。 傅 国 研 等 对 热带 中 国 地 区 水 文 研 究 表明 ,对 于 相同 的 气候 变化 幅度 ,热带 与 温带 的 水 文 响应 是 显著 不 同 的 。 当 温 度 升 高 2C ,降水 减少 10%% 时 ,华北 地 区 河川 径流 减少 40 一 605% ,而 热带 地 区 的 万 泉 河 径 流 仅 减少 25. 6%50。 一 般 来 说 中 国 的 热带 地 区 水 文 情势 对 降水 量 比 对 温度 更 敏感 ,而 温带 对 降 水 ,温度 都 很 敏感 。 刘 希 药 、 田 玉英 等 用 改进 的 非 线 性 水 量 平衡 模式 研究 了 气候 变化 对 径流 的 影响 品 ) ) 1991), 符 尝试 则 较 系 统 地 论述 全 球 增 暖 时 我 国 华北 和 西北 水 资源 的 可 能 影响 只 。> 美国 于 本 世纪 70 年 代 和 80 年 代 一 些 学 者 根据 假设 的 气候 构想 和 河流 径流 对 气象 因子 的 依赖 关系 为 美国 东北 部 地 区 (Schwarz，1977) 和 西部 地 区 (Stockton 和 Boggess, 1979) WA 科罗拉多 河流 域 (Revelle 和 Waggoner，1983) 确 定 了 未 来 的 年 径流 变化 。Elaschka(1984) 用 年 水 分 平衡 模式 为 大 湖区 的 河流 进行 了 类 似 的 研究 。 而 Nemec 和 Schaake(1982) 用 决定 论 水 文 模式 为 处 于 于 旱 和 湿润 地 区 的 两 个 理想 化 的 流域 做 了 类 似 的 研究 。 这 个 研究 展示 了 本 诸 河流 流域 (特别 是 干旱 和 半 干 旱地 区 ) 对 气候 条 件 变化 甚至 其 微不足道 的 变化 的 强烈 敏感 性 il 如 ,就 年 气温 升 高 1C 或 2C 和 降水 量 减 少 10% 这 种 情况 而 论 , 降 水 较 少 地 区 的 河流 年 径流 预计 将 减少 40% 至 70%., 这 些 推论 结果 已 为 此 后 Stockton PAD SES a TPL Vit i BE TE A ETT A oF TES Schaake(1990) 研 究 了 径流 对 给 定 气 候 变 化 构想 的 敏感 性 在 空 = 间 上 是 如 何 随 美国 东南 部 不 同 气候 条 件 而 变化 的 。 该 气候 情景 是 为 潜在 蒸 散 变 化 10% 和 降水 变化 -10% 设 计 的 。 这 个 研究 得 出 的 结论 是 ,一 些 水 文 过 程 扩 大 了 这 些 变化 对 径流 的 影响 。 为 进行 区 域 影响 评价 研究 制定 可 靠 的 潜在 气候 变化 情景 是 一 个 重要 问题 去 利用 当代 GCM 的 产品 估计 气候 变化 对 区 域 水 文 的 影响 是 很 值得 怀疑 的 ,因为 这 些 模式 的 分 辩 率 很 差 , 陆 地 水 文学 参数 化 太 简 化 (Gileick,，1989; WMO, 1978) 。 由 于 GCM xt + Hee BE AT JI 径流 过 程 并 未 做 详细 说 明 , 所 以 ,为 了 估计 水 文 影响 ,把 GCM 模式 和 决定 论 水 文 模式 结合 起 来 应 用 是 更 有 成 效 的 一 种 方法 。 在 这 种 情景 下 *GCM 模式 的 输出 结果 (温度 和 降水 ) 为 更 综合 的 区 域 水 文 模式 提供 了 输入 资料 。 Gleick(1986 ， 1987) FEAR Sei GK Hv Rest RAE RHE SET 19GPH le ARIE 季 径 流 影 响 的 研究 人 员 之 一 。 作 为 研究 基础 ,他 利用 了 根据 三 个 2XCozGCM 模式 研究 出 来 的 气候 变化 构想 ( 逐 月 气温 和 降水 ) ,用 以 一 个 月 为 时 间 间 隔 建立 起 来 的 流域 水 分 平衡 模式 对 水 文 影 响 进 行 了 模拟 。 这 些 模 拟 表明 ,冬季 径流 将 增加 -65% 到 ;81% ,而 夏季 径流 则 减少 30% 至 68% 。 这 些 结果 可 以 由 降雪 和 融雪 条 件 的 激烈 变化 (由 于 气温 上 升 ) 环 解释 。 其 他 作 者 也 曾 利用 类 似 的 方法 ,特别 是 用 co, 浓度 加 倍 模式 发 现 大 湖区 的 径流 将 减少 12% FE ABM (Sanderson 和 Wong,，1987) ,大 潮 区 的 净 供 应 将 减少 2% FE 113% ,加 拿 大 魁北克 省 诸 大 河 州 的 水 量 将 增加 7% 7B 20% (Singh, 1987), 在 分 析 不 同 研究 人 员 得 出 的 结论 时 ,作为 全 球 变 暖 的 潜在 水 文 影响 可 提出 如 下 区 域 变 化 趋势 : 。240 + oe ee eee 西北 部 太平 洋 沿 岸 地 区 :年 径流 和 洪水 有 某 些 增加 ， 加 利 福 尼 亚 :冬季 径流 有 相当 大 的 增加 ,夏季 径流 减少 ,年 径流 增加 不 明显 ; 科罗拉多 和 里 奥 格 兰 德 河 流域 ,大 流域 :径流 不 断 减 少 ; 大 湖区 :径流 不 断 减 少 , 蒸 发 不 断 增 加 ; 大 平原 ` 北 部 和 东南 部 诸 州 :水 资源 变化 不 确定 。 近年 来 有 许多 研究 已 探讨 了 加 拿 大 未 来 几 十 年 气候 变 暖 对 水 文 和 水 资源 的 潜在 影响 ， 其 中 大 多 从 非常 广义 的 角度 看 待 气候 变 暖 对 加 拿 大 水 资源 的 总 影响 ,总 的 前 景 可 能 是 较为 有 利 的 ,由 于 钦 度 一 般 土 升 2C 至 4C ,全 国 各 降水 一 般 将 增加 11% 至 54%, 所 以 ,所 有 重要 地 区 的 径流 预计 可 能 增加 10% 至 235% (CRipley，1987) 。 旧 本 政府 非常 关注 温室 效应 引起 气候 变化 造成 的 潜在 威胁 , 受 日 本 环境 厅 的 支持 进行 了 初步 研究 CMatsuo 等 ,1989) 。 这 个 研究 评价 了 气候 变 暖 对 一 系列 环境 系统 的 影响 ,包括 对 与 气候 条 件 又 然 变化 有 关 的 水 资源 的 影响 , 谈 到 的 具体 的 水 资源 问题 包括 洪水 控制 ,水 的 利 用 和 和 水质。 - ” 定量 估计 潜在 气候 变化 对 苏联 河川 的 影响 一般 是 以 古 气候 相似 为 基础 的 显 国 家 水 文 研 究 所 于 1978 年 在 M.L. Budyko 领导 下 首次 得 出 了 有 代表 性 的 估计 (Bedyko 等 ,1978)。 现 已 估计 了 全 球 变 暖 1LC 时 (预计 出 现在 2000— 2010 年 ) 前 苏联 年 平均 径流 的 变化 ,这 项 工作 是 以 前 苏联 国家 水 文 研究 所 在 K. Ya. Vinnikov 的 领导 干 为 前 苏联 夏季 和 克 季 温度 与 年 降水 变 化 所 做 的 精确 预报 为 基础 的 (Budyko,1988)。 就 全 球 变 暖 2C 来 说 ,前 苏联 所 有 大 河 的 径流 将 增加 10% 一 20% 。 在 这 种 情况 下 ,全 国 年 径流 量 将 增加 700 二 800k 而 s 守 虽然 这 些 都 是 很 约 略 的 数 * 但 在 制定 长 期 规划 \ 水 资源 管理 和 自然 环境 保护 中 却 是 不 能 忽视 的 。 实 际 观 测 资料 表明 ,前 苏联 欧洲 部 分 的 某 些 河流 的 冬季 径流 自 本 世纪 80 年 代 后 半期 起 已 经 有 明显 的 增加 趋势 ,可 以 看 作 是 全 球 气候 变 暖 的 一 个 结果 。 现在 已 用 各 种 气候 情景 和 方法 估计 了 气候 变化 对 西欧 (主要 为 其 北部 地 区 ) 水 资源 的 影 响 * 西 欧 和 北美 的 情况 一 样 , 诸 河流 域 对 气候 条 件 的 小 变化 ,特别 是 对 降水 的 变化 是 很 敏感 fi) (Palutikof, 1987;Novaky ,1985;Berary,1986;Verhoog. 1987), .在 未 来 水 资源 预报 方面 ,Sehnell(1984) 和 Beran61986) 的 研究 是 非常 重要 的 。Schnell 已 经 用 英国 气象 局 (CUKMO) 的 GCM 模式 推导 出 来 的 温度 和 降水 估计 了 :cos 加 倍 对 欧 共 体 EEC) 国家 河 州 径流 可 能 产生 的 后 果 =Schnell 用 水 分 平衡 方法 得 出 的 径流 值 表明 ;欧洲 北部 英国、 荷兰 和 比利时 ) 的 径流 可 能 明显 增加 ,而 中 欧 和 南欧 则 有 明显 的 减少 。 da Cunha 《1989) 就 欧洲 经 济 共同 体 (EEC)12 个 国家 潜在 水 资源 对 气候 变化 的 响应 进行 TIER RAEN OR. 在 用 GCM 为 EEC 地 区 模拟 的 气候 变化 构想 下 ,关于 每 个 国家 的 水 资 源 和 水 资源 利用 的 详细 情报 表明 ， 人 为 气候 变化 对 整个 地 区 不 同 地 点 水 资源 的 影响 情况 很 可 能 是 不 同 的 。 如 果 GCM 模拟 的 结果 是 正确 的 ,那么 ,西班牙 南部 .葡萄 牙 和 和 希腊 的 平均 降 水 量 预 计 会 减少 ,而 EEC 其 他 地 区 的 降水 量 预计 会 增加 。; 该 模式 的 结果 还 表明 该 地 区 北部 某 些 地 区 的 全 年 降水 变 率 有 减少 的 趋势 ,而 希腊 和 意大利 南部 的 夏季 降水 变 率 有 增 大 趋势 ， 降水 变 率 的 这 种 变化 可 能 意味 着 英国 、 德 国 . 丹 麦 和 荷兰 一 些 地 区 可 能 会 出 现 较 高 的 洪峰 ， 而 希腊 和 意大利 南部 可 能 会 出 现 较 严 重 的 干旱 。 因 此 ,不 言 而 喻 ,EEC 地 区 的 大 部 分 将 从 未 来 潜在 的 有 利 气候 变化 中 受益 ,而 其 南部 较 小 部 分 地 区 将 遭受 不 利 的 影响 。 。241 。 2. 关键 农业 区 的 水 分 条 件 仅 次 于 对 水 资源 的 直接 影响 ,与 气候 变化 有 关 的 最 关键 的 社会 和 经 济 问 题 可 能 就 是 对 农业 的 影响 。 这 在 旱地 农业 的 边缘 农业 区 和 那些 严重 依赖 灌溉 维持 农业 生产 力 的 地 区 是 特 别 正 确 的 。 例 如 位 于 美国 中 西部 的 南 普 拉 特 河流 域 就 是 这 样 一 个 地 区 。 很 清楚 ,大气 co, 加 倍 GCM 模拟 (OSU 模式 的 模拟 除外 ) 如 果 正 确 , 那 么 它 描述 的 是 一 幅 潜在 的 严 历 气候 变化 的 情景 ,特别 是 对 这 个 农业 区 ,尽管 有 大 量 灌溉 地 ,但 是 南 普 拉 特 河 流域 和 大 平原 的 大 部 分 农耕 地 仍然 是 旱地 ,只 有 10% 左 右 的 农田 得 到 灌溉 ,全 部 灌溉 用 水 的 30 一 50% 来 自己 经 正在 迅速 耗 减 的 地 下 水 。 这 个 事实 对 任何 大 大 加 剧目 前 状况 的 气候 变 化 构想 来 说 都 不 是 一 个 好 的 预兆 。 另 一 个 有 关 气 候 变 化 对 澳大利亚 墨 累 河 一 达 令 河流 域 关 键 农业 区 水 文 和 水 资源 影响 的 详细 调查 已 经 完成 (Stewart，1989) 。 必 须 把 墨 累 河 一 达 令 流域 看 作 是 对 气候 变化 的 影响 极 为 脆弱 的 地 区 并 且 是 对 澳大利亚 的 社会 经 济 有 巨大 重要 意义 的 地 区 。 Close (1988) 用 计算 机 模式 检查 表明 ,如 果 当 前 著 水 量 和 当前 的 灌溉 发 展 已 经 存在 了 94 年 的 话 , 墨 累 河 系统 将 如 何 反 应 ,再 加 上 与 温室 效应 有 关 的 气候 变化 预报 ， 即 可 估计 出 对 水 资源 和 这 个 系统 的 运行 的 影响 。Close 得 出 的 结论 是 : 四 墨 累 河 一 达 令 河流 域 几乎 所 有 地 区 的 支流 流量 都 将 增加 。 四 该 流域 北部 河流 流量 的 增加 比 南 部 河流 将 更 加 显著 。 @@ 春 季 、 秋 季 和 夏季 的 降水 将 增加 ,而 冬季 的 降水 可 能 稍 有 减少 。 外 每 ha 的 灌溉 需 水 量 将 稍 有 减少 。 @@ 可 用 于 灌溉 的 水 资源 将 增加 ， aioppiawoeatenioino 保证 率 。 张 必 等 利用 简单 的 作物 -气候 模式 对 中 国 黄 淮 海平 原 地 区 农田 水 分 平衡 对 气候 变化 响 应 进行 了 研究 ( 张 翼 等 1992)。 结 果 表 明 : 当 温 度 增高 1C、2C 时 ,在 雨 育 方式 下 , 黄 淮 海平 原 冬 小 麦 实际 蒸 散 量 上 升 ,在 自动 灌 溉 方式 下 ,冬小麦 实际 蒸 散 量 分 别 平 均 下 降 2% 和 .8% 。 对 夏 玉 米 则 分 别 上 升 为 38%% 和 31% 。 当 温度 分 别 升 高 1C 和 2C 时 ,冬小麦 的 作物 需 水 量 分 别 不 变 和 下 降 2% ,而 对 夏 玉 米 分 别 增 加 18% 和 31%. 研究 表明 当 黄 淮海 平原 年 降水 量 减 少 20% 时 ,年 灌溉 量 大 约 需 增加 66 一 84% ,在 这 种 情景 下 ,发 展 灌溉 农业 是 不 可 能 得 到 满足 的 。 Be 1990 年 降水 增加 20%% 时 土壤 水 分 含量 年 平均 值 比 当前 值 略 高 外 ,在 假设 其 他 气候 情景 下 ,四季 的 土壤 水 分 含量 在 黄 淮海 平原 都 比 现在 为 小 .土壤 含水 量 减 少 的 幅度 随 着 温度 的 升 高 和 年 降水 量 的 减少 而 增 大 。 3. 高 度 城市 化 地 区 的 水 状况 美国 一 份 最 新 的 研究 (Ayers 等 ,1990) 调 查 了 特 拉 华 河流 域 (大 西洋 沿海 中 部 一 个 高 度 城市 化 地 区 ) 的 水 文 和 水 资源 状况 对 潜在 气候 变化 的 敏感 性 .这 项 工作 利用 对 气候 变化 的 佑 计 评 价 了 对 水 资源 的 影响 ,有 的 估计 了 社会 和 经 济 变化 ,有 的 没有 估计 社会 和 经 济 变化 。 为 了 评价 特 拉 华 河流 域 日 河流 流量 对 气候 变化 的 敏感 性 ,发展 了 以 地 形 为 基础 的 水 模 式 并 与 干 / 湿 气候 模式 结合 起 来 使 用 (Wolock 等 ,1989).。 利 用 这 个 日 流量 模式 评估 了 特 拉 毕 * 242° 河流 域 城市 水 域 河流 流量 对 气候 变化 的 敏感 性 。 这 个 模式 随机 地 形成 温度 和 降水 的 时 间 序 列 , 并 利用 对 根据 水 域 地 形 (Price 等 ， 1989) 和 士 琉 水 力 特性 推导 出 的 参数 估计 信 形 成 河流 流量 的 时 间 序 列 。 为 分 析 气 候 变 化 对 流域 径流 的 影响 ,发 展 了 月 河流 流量 模式 (有 水 库 和 无 水 库 ) 和 日 河 流 流 量 模式 (无 水 库 )。 用 无 水 库 和 水 分 利用 有 变化 的 月 水 分 平衡 模式 分 析 河 流 流量 对 气候 变化 的 敏感 性 表明 , 变 暖 可 能 会 使 该 流域 北部 冬季 降水 ( 雨 ) 的 比例 增 大 (MecCabe 和 Ayers, 1989) ,这 一 变化 的 影响 将 减少 积 雪 ,增加 冬季 径流 和 减少 春季 与 夏季 的 径流 。 对 全 流域 年 总 径流 的 估计 表明 ,如 果 变 暧 2 一 4C ,降水 无 相应 增加 , 则 可 能 使 年 总 径流 因 蒸 散 增加 而 减少 9% % 25%. 这 些 模 拟 指 出 ,为 抵消 每 变 暖 1C 将 产生 的 径流 下 降 值 , 需 要 增加 3% 左 右 的 降 水 。 根 据 用 3 个 GCM 得 出 的 气候 变化 值 推导 的 水 分 平衡 模式 估计 的 年 径流 变化 范围 在 一 39%% 导 十 9% 之 间 。 这 些 模拟 说 明了 有 关 该 流域 水 域 对 气候 变化 敏感 性 的 两 个 重要 特征 ,第 一 ,发 现 了 全 球 变 暧 对 河流 流量 的 预期 影响 中 的 季节 差异 。 趋 势 中 的 这 些 季节 差别 主要 反映 了 积 雪 和 融雪 的 变化 , 随 着 气候 变 暖 ,冬季 降水 中 十 比 雪 多 并 且 融 雪 出 现时 间 较 早 , 变 暖 的 影响 在 该 流域 目前 积 雪 显 著 的 北部 是 最 强烈 的 ;第 二 ,降水 的 自然 变化 掩饰 了 温度 上 升 的 影响 。 由 于 降水 的 根本 变化 ,掩饰 了 发 现 径 流 变化 的 可 能 性 4. 对 大 水 体 的 影响 大 潮 面 积 为 246. 000km”*, 蔷 水 超过 8000km ", 占 全 世界 淡水 的 20% 和 北美 洲 地 表 水 的 95% ,流域 面积 包括 大 湖 湖面 面积 近 766.000km"。 美国 的 8 个 州 和 加 拿 大 的 2 个 省 (安大略 和 魁北克 ) 与 大 湖 相 连 。 Croley 对 根据 三 个 GCM 模式 (GISS,GFDL 和 OSU) $j HF ah ET Xt CO. 加 稿 构想 所 做 的 径流 计算 进行 了 对 比分 析 ]。 这 个 分 析 利 用 逐日 模式 对 流入 大 湖 的 121 个 水 域 的 水 分 贮存 和 径流 ` 每 个 湖上 的 降水 量 以 及 每 个 湖 的 热 贮 量 和 鞘 发 量 进 行 了 模拟 .这 三 个 模式 计算 的 整 个 流域 向 所 有 大 湖 的 净 供应 减少 23% 至 51% 。 流 域 净 供 应 的 最 大 变化 将 出 现在 伊利 湖 , 这 一 特点 对 所 有 三 个 模式 来 说 是 一 致 的 。GISS 模式 表明 的 变化 百分数 最 大 。Sanderson 模拟 了 流域 净 供 应 减少 对 伊利 淹 1900 一 1980 年 历史 水 位 的 影响 。 预计 热力 发 电 的 冷却 会 显著 增加 ,说 明 消 耗 性 用 水 也 将 大 幅度 增加 .大 部 分 通过 蒸发 消 耗 的 用 水 代表 向 水 文系 统 的 净 失 水 。 商业 航运 是 大 湖区 经 济 的 一 个 很 重要 的 组 成 部 分 。. 它 将 受到 较 低 湖水 水 位 的 严重 影响 ， 或 者 为 通过 船 辣 而 必须 减少 船 的 载 货 量 ,被 迫 提 高 运费 ,或 者 必须 重新 建造 大 湖上 的 船闸 ， 不 管 是 哪 种 情况 ,其 经 济 代价 都 是 很 高 的 。 对 流入 大 湖 的 各 水 域 河流 水 资源 的 影响 甚至 可 能 产生 更 大 的 社会 经 济 后 果 。 这 些 水 大 都 没有 很 好 的 管理 .各 市 区 和 工业 部 门 都 依靠 自然 河流 流量 和 地 下 水 ,虽然 天 气 变 化 和 和 气候 事件 频率 和 数量 的 变动 不 能 由 GCM 的 输出 产品 推导 出 来 ,但 是 ,有 理由 相信 , 某 些 'GCM 预 报 的 降水 增加 情况 将 在 辅助 水 域 中 造成 更 大 和 更 频繁 的 水 涝 。 还 可 以 预计 ,伴随 这 种 趋势 ， 干旱 的 发 生 频率 、 持 续 时 间 和 规模 作为 变 暖 趋势 的 一 个 后 果 也 可 能 增 大 *, 换 句 话 说 , 现 有 水 文 记 录 中 遇 到 的 旱 涝 循 环 可 能 会 恶化 ,从 而 加 剧 未 来 更 高 的 需 水 状况 。 里 海 是 世界 上 最 大 的 闭塞 湖 ,面积 371000km: ,湖面 水 位 变化 幅度 很 大 ,主要 取决 于 河 + 243+ 流 流入 -水 面 蒸 发 之 比率 (海面 上 的 降水 很 小 ) 。 预 计 到 本 世纪 末 里 海水 位 将 有 某 些 平 降 这 归咎 于 该 流域 人 类 活动 的 增加 。2000 年 后 可 能 出 现 一 定时 期 的 稳定 ,接着 水 位 就 显著 于 升 ， 因为 预报 入 流 和 湖面 上 的 降水 将 随 全 球 变 暖 而 增加 (Shiklomanov ,1988,1989): 这 些 结果 虽 然 是 初步 的 ,但 是 表明 在 估计 大 陆 水库 的 命运 和 做 未 来 管理 计划 时 考虑 大 为 气候 变化 预报 的 重要 性 和 必要 性 。 5. 对 融雪 产生 径流 地 区 的 影响 在 每 个 GCM 模拟 的 情景 下 ,预计 萨 克 拉 托 一 圣 华 金 河流 域 的 年 总 径流 会 维持 在 接近 目前 的 水 平 上 或 稍 有 增加 ,但 是 ,径流 的 季节 性 可 能 会 出 现 很 大 的 变化 。 宙 于 温度 较 高 ,预计 以 降雪 形式 出 现 的 降水 会 较 少 ,起 累积 作用 的 积 雪 场 的 融化 时 间 可 能 提早。 因此 ,冬季 月 份 可 能 有 较 高 的 径流 ,而 在 传统 的 春季 融雪 -径流 季节 ,径流 可 能 明显 较 少 。Roos(C19907 估 计 ， 温度 升 高 3C 可 能 会 使 现在 三 分 之 一 的 春季 融雪 变 为 增加 冬季 径流 。 另外 ， 还 存在 冬季 径流 变 率 有 显著 增 大 的 可 能 。 预计 未 来 对 萨克拉门托 一 圣 华 金 系统 地 表 水 的 要 求 到 2010 年 将 增加 30% 3 RESR FE 24 Bi AY AC te A EA AF BE AB BY BE SB BY EY a HE = FH GCM 推导 的 情景 二 RK 形势 可 能 更 加 严重 (Smith 和 Tirpak, 1989), 此 外 ， 径流 季节 性 的 可 能 变化 值 将 达到 这 样 的 各 BE ,仅仅 人 靠 改变 运营 将 不 可 能 显著 提高 该 系统 的 性 能 。 6. 对 干旱 与 半 干 旱地 区 影响 北非 和 萨 赫 勒 地 带 经 常 遭 爱 频 繁 的 和 灾难 性 的 干旱 、 不 断 推进 的 干旱 化 和 逐渐 驮 食 的 沙 闵 化 的 危害 , 萨 赫 勒 是 一 个 辽阔 的 从 西非 到 非洲 之 角 的 窗 长 地 带 , 也 是 从 撤 哈 拉 水 漠 到 炎 热 的 半 干 旱 非 洲 热 带 大 草原 的 过 渡 地 带 .Demaree 和 Nicolis( 1990) JE B* th Bh AY FB ES 波动 引起 的 多 雨 稳定 状态 和 少雨 稳定 状态 之 间 的 突然 过 渡 5 。 萨 赫 勒 干旱 的 主要 原因 是 年 降水 量 减少 。0jo(1987) 分 析 了 西非 60 多 个 站 1901—1985 年 的 长 期 降水 资料 ,他 发 现 ,1970 一 1979 年 ,那里 的 平均 降水 量 是 常 值 的 62% ,1981 一 1984 年 是 50% 。 前 苏联 气候 学 家 已 经 在 古 气候 重建 的 基础 上 为 北非 做 了 一 个 乐观 的 预报 。 契 据 这 些 资料 ,预计 这 里 未 来 几 十 年 的 年 降水 可 能 有 相当 大 的 增加 。 因 而 总 水 分 ` 河 流 径 流 也 可 能 有 相当 大 的 增加 。 得 出 的 这 些 估 计 是 很 近似 的 ,需要 根据 更 详细 的 资料 和 不 同 的 方法 做 彻 底 的 检验 和 完善 ,但 这 些 资料 的 质量 不 应 该 妨碍 解决 在 水 资源 管理 中 考虑 气候 变化 的 问题 ， 在 这 方面 应 考虑 两 个 问题 :水 资源 管理 和 水 质 。 六 .讨论 1. 气 候 变 率 与 水 文 事件 出 现 频 率 强 度 .持续 时 间 问 题 如 果 要 为 制定 规划 和 政策 对 水 资源 条 件 做 一 个 有 意义 的 和 恰当 的 估计 ,那么 进行 研究 的 必须 包括 对 未 来 潜在 水 文 事件 的 频率 .强度 和 持续 时 间 的 估计 .为 评估 对 农业 的 影响 而 进 行 的 水 资源 管理 系统 的 设计 和 编制 合理 的 准确 水 分 供应 概算 都 是 特别 关键 的 。 最 基本 的 要 求 是 对 未 来 气候 条 件 做 更 加 可 靠 而 详细 的 估计 (在 时 间 和 空间 两 个 方面 )。 这 些 估 计 在 地 区 上 必须 具体 并 提供 关于 事件 出 现 频率 和 量 级 的 情报 。 在 许多 情况 下 都 可 以 预计 ,与 全 球 变 暖 有 关 的 水 文 极 值 的 变化 将 比 平均 水 文 条 件 的 变 * 244+ eH De. Blitt. FE DP fi zk EUR AML AY tt & fia RAY a GE SH BP EG EK A 旱 涝 程度 等 量 级 的 变化 上 。 必须 发 展 和 扩大 对 气候 变 率 和 水 文 响应 之 间 关 系 的 认识 ,这 种 工作 应 该 包括 发 展 把 气 候 模式 信息 转化 成 可 向 流域 和 水 资源 系统 模式 提供 有 意义 数据 之 形式 的 方法 。 2. 水 资源 规划 与 管理 问题 尽管 面 对 有 关 全 球 变化 的 不 确定 性 ,但 已 开始 的 水 资源 规划 和 制定 政策 的 工作 还 要 继 续 执 行 。 为 了 估计 未 来 的 变化 ,必须 澄清 和 明确 各 种 方法 的 有 用 信息 ,并 能 提供 给 管理 界 利 用 。 考虑 到 气候 的 不 确定 性 ,需要 研究 制定 改进 水 管理 系统 运行 的 方法 .与 这 项 工作 有 关 的 一 个 问题 是 为 各 项 工程 设施 制定 设计 标准 ,要 特别 体现 出 对 气候 变迁 和 变 率 的 估计 。 3. 气候 变 化 影响 研究 的 学 科 作 用 问题 可 靠 的 专业 化 模式 (与 气候 因子 有 关 ) 的 建立 必 将 促进 专业 本 身 研究 工作 的 发 展 。 因 此 从 这 个 意义 上 说 ,由 于 气候 变化 的 影响 ,研究 工作 具有 综合 性 和 多 学 科 性 的 特点 。 到 目前 为 止 ,人 们 的 认识 水 平 得 出 当代 全 球 变化 的 主要 动力 和 最 主要 原因 是 气候 变化 ,因此 搞 好 气候 变化 及 其 影响 的 研究 工作 ,不 但 对 气候 学 ,而且 对 许多 学 科 , 如 水 文学 林业、 海洋 学 、 冰 川 学 、 冻 土 学 交通 能 源 、 城 市 .社会 经 济 等 等 学 科 的 发 展 也 是 非常 重要 的 。 参考 文 献 [1] Gleick, P.H. ,“Climatic change and California; past, present and future vulnerabilities”. In; Societal Re- sponse to Regional Climatic Change — Forecasting by Analogy, M. Glantz(ed. ). Westview Press, pp307 一 327. (1988). [2] WMO, Water Resources and Climatic Change; Sensitivity of Water — Resources Systems to Climate Change and Variability. Proc Norwich meeting. WCAP— 4. Geneva, 50pp. (1987). [3] Fiering, M. and Rogers, P. , Climate Change and Water Resources Planning Under Uncertainty. US Army In- stitute for Water Resources. Ft. Belvoir, 105pp. (1989). [4] Fiering, M. B., “A screening model to quantify resilience”. Water Resources Research, 18, pp27 — 32. (1982). 15j Hashimoto, T. , Stedinger, J. , and Loucks, D. , “Reliability, resiliency, and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation. ”Water Resources Research 18, pp14—20. (1982). [6] Novaky, B. , “Water resources”. In; Climate Impact Assessment, R. Kates(ed. ). Chichester. pp187—214. (1985). [7] Kiemes, V. Sensitivity of Water Resource Systems to Climate Variations. Publ. No. 98, World Climate Pro- gramme. Geneva. (1985). [8] Peterson, D. and Keller, A. 1990, “Irrigation”. In; Climate Change and U.S. Water Resources, P.° Wag- goner (ed. ). John Wiley, New York. pp269— 306. (1990). C9) SRB AC. KR EE. FA SCCM 模式 估算 气候 变化 对 黄 淮 海平 原 土壤 水 分 平衡 各 分 量 的 影响 (WAH), (1992). + 245° [10] Idso, S. and Brazel, A. , “Rising atmospheric carbon dioxide concentrations may increase streamflow”. Na- ture 312, pp51—53( 1988). [11] Izrael, Yu. A. et. al. , Potential Impacts of Climate Change, Report from Working Group II to IPCC, (1990). [12] 傅 国 斌 ,全 球 变 暖 对 华北 水 资源 影响 的 初步 分 析 ,《 地 理学 与 国土 研究 )7(4)，22 一 26 (1991), [13] 人情 国 研 、 刘 昌明 ,全 球 变 暖 对 中 国 东 部 热 / 温 地 区 水 文 情 势 影响 的 典型 分 析 , 见 本 书 ，(1992) 。 (14) 傅 国 研 、. 刘 昌明 ,全 球 变 暖 对 区 域 水 资源 影响 的 计算 分 析 ,《 地 理学 报 》,46(3)，277 一 288 (1991), [15]j 刘 希 将、 田 玉英 ,用 改进 的 非 线 性 水 量 平 衡 模型 研究 气候 变化 对 径流 的 影响 《水 科学 进展 》,2(2)，120 一 126 (1991) 。 [16] ” 符 党 研 ,全 球 增 暧 对 我 国 北方 (西北 和 华北 ) 水 资源 的 可 能 影响 《华北 地 区 水 资源 合理 开发 利用 忆 水 利 电 力 出 版 社 ,(1990) 。 [17] Croley，T. E. ,“Laurentian Great Lakes double—CO, climate change impact”. Climatic Change (in press). [18] Demaree, G. and Nicolis, C. , “Onset of Sahelian drought viewed as a fluctuation— induced transition”. Q. J. R. Meteorol. Soc. 116, pp221—238. (1990). ; mM * 246 + Advance and Improvement of the Study on Impact of Climate Change on Hydrology and Water Resources Zhang Yi Fu Guobin Deng Huiping Xu Xiuyuan (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract This paper review the impact of climate change on hydrology and water resources, included the brief histroy, research method, research content and the achievement of past work in this field. We consider that the key work in the impact of climate change research is the establish the pro- fessional models along with improving the predict of future climate step by step, these models should be included the climatic factors. Therefore, the studies of impact of climate change are integrated and multidiscipline works, it will prompt develoment of different specialization concerning climate change impact study. Key words: Climate Change Climate Scenario Water Balance Model Rainfall — Runoff Model ° 247 » 第 六 部 分 “气候 模拟 与 未 来 中 国 气候 情景 CO, 倍增 全 球 变 暖 条 件 下 中 国 地 表 空 气温 度 场 的 可 能 变化 人 中国 科学 院 地 理 研 究 所 ) Wei-chyung Wang (ASRC，100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) 摘要 :从 NCAR GCM 输出 资料 研究 得 出 :在 Co: 倍增 全 球 变 暖 时 中 国 地 表 气 温 年 平均 温 度 在 全 国平 均 增加 2. 5 一 3. 0C ,最 大 增 温 区 在 东北 ,最 小 增 温 区 在 青藏 高 原 北部 。 研 究 表明 :最 大 季节 平均 温度 增加 出 现在 秋冬 两 季 , 最 大 季节 增 温 区 出 现在 东北 地 区 。 关键 词 : CO: 倍增 SRER ”气候 变化 一 未 来 全 球 变 暖 的 研究 结果 已 为 越 来 越 多 的 人 所 接受 。 全 球 变化 的 研究 已 成 为 当今 世界 上 最 为 热门 的 研究 课题 。 预 测 未 来 气候 的 方法 包括 “相似 方法 "和 用 大 气 环流 模式 (GCMD) 进 行 气候 模拟 两 种 .大 气 环流 模式 是 建立 在 物理 守恒 律 上 的 ,这 些 定律 描述 了 由 大 气 运动 造成 的 动量 ,热量 及 水 汽 的 重新 分 布 。 把 一 种 大 气 的 平衡 态 到 另 一 种 平衡 态 整 体 变化 的 研究 称 之 为 “平衡 响应 研究 ”把 外 源 改变 或 随时 间 变 化 的 外 产 引 起 的 气候 变化 的 发 展 研究 称 之 为 " 瞬 变 响应 ”研究 。 本 文 利用 Co: 加 倍 的 “平衡 响应 ”试验 ,讨论 中 国 陆 面 空气 温度 在 未 来 全 球 变 RAH TN. EPR. 二 \ 不 同 模式 模拟 的 平衡 响应 试验 的 一 般 结 果 所 有 模式 的 模拟 结果 表明 ,由 于 co, 培 增 全 球 平均 表面 温度 明显 增加 ,其 增加 范围 为 * “本文 为 中 国 科学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 "， 248 。 1. 9 一 5. 2°C ,IPCC 报告 所 给 出 的 总 结 为 1.5 一 4.5C 。 大 多 数 科学 家 拒绝 给 出 一 个 单一 的 值 ， 但 是 为 叙述 方便 ,IPCC 根据 现今 的 认识 ,考虑 2. 5C 是 “最 佳 估 计 ”。 2.5C 仅 仅 给 出 了 全 球 平均 变化 的 可 能 量 级 与 指标 ,在 了 解 气候 变化 的 地 理 与 季节 分 布 时 是 没有 多 大 意义 的 。 在 气候 变化 影响 研究 中 更 迫切 需要 的 是 它 的 区 域 季 节 分 布 。 目 前 “ 平 衡 响 应 ”试验 中 所 有 模式 的 结果 在 以 下 几 个 大 斥 度 特征 上 的 结论 是 相同 的 。 1. 所 有 模式 得 到 地 球 表面 和 较 低 层 大 气 增 暖 而 平流 层 大 气 降温 。 地 表 和 对 流 层 大 气 增 暖 是 由 于 自然 的 温室 效应 加 强 所 致 。 平 流 层 的 降温 是 由 于 增强 的 抵达 空间 的 辐射 冷却 造成 的 。 2. 所 有 模式 得 到 ,在 较 高 纬度 秋末 和 冬季 明显 增 温 .在 较 高 纬度 增 瞬 是 几 种 过 程 综合 作 用 的 结果 ,包括 秋季 海 冰 形 成 较 晚 ， 北半球 雪 盖 较 早 融化 和 范围 缩小 ;来 自 热带 的 较 强 水 汽 能 量 温度 一 反射 率 的 反馈 过 程 等 等 。 3. 北冰洋 夏季 和 南极 地 区 夏季 ,在 海 冰 区 域 的 增 暧 小 于 全 球 平均 。 4. 热带 增 暖 比 全 球 平均 要 小 , 且 随 季节 变化 最 小 。 5. 在 绝 大 多 数 模式 中 ,北半球 中 纬度 大 陆 夏 季 增 配 较 全 球 平均 要 大 ,产生 这 个 结论 的 原 因 是 陆 面 变 得 比较 干燥 ,蒸发 潜 热 消耗 变 小 所 致 。 三 \ 中 国 年 平均 地 表 空 气温 度 的 可 能 变化 本 文 所 使 用 的 输出 资料 来 源 于 NCAR CCM (NCAR Connunity Climate Model) ,这 个 气候 模式 是 三 维 大 气 环流 谱 模式 。 它 由 澳大利亚 谱 模式 发 展 而 来 6 ,其 中 一 些 物 理 过 程 参 数 化 是 从 早期 的 GFDL 模式 得 来 。 模 式 使 用 9 层 o 垂直 坐标 系统 (co 王 0. 991,0. 926,0. 811, 0. 664,0. 500,0. 336,0. 189. 0. 074 和 0. 009) ,水 平 非 线性 输送 项 的 计算 采用 谱 变换 方法 , 矩 形 截断 的 波 数 是 15 ,模式 格 点 有 80 个 纬度 格 点 和 48 个 经 度 格 点 ， 纬度 分 状 度 为 4.5, 经 度 分 辩 度 变 为 7.5", 时 间 步 长 为 40 分钟。 为 提高 地 表 温 度 的 精度 ,作者 取 地 表 空 气温 度 为 oc = 1. 000 处 的 空气 温度 ,这 样 与 观测 气候 的 地 表 空 气温 度 才 有 可 比 性 .而 通常 作法 是 使 用 o = 0. 991 处 的 空气 温度 代表 地 表 空 气 温度 。 作 者 考虑 在 近 地 面 大 气 边 界 层 中 越 贴近 地 面 ,气象 要 素 的 垂直 梯度 值 越 大 ,尽管 lz 和 | 0. 9910 仅仅 相差 -0. 09c, 但 湿度 差别 还 是 很 大 的 。 表 1 工 是 根据 控制 气候 的 9 层 o 处 温度 资 料 ,用 拉 格 朗 日 插值 法 对 -9 层 揪 值 结 点 进行 计算 得 出 o=1 处 的 温度 资料 。 持 值 公式 为 : viad= 2 TT i. 0) ji 这 里 ,zzz,…zs 是 九 个 插值 结 点 对 应 的 温度 值 ,y(z) 为 > 点 处 温度 值 。 显 然 在 这 个 具体 问题 中 o 越 近 地 面 ,点子 越 密 , 可 以 判断 插值 结果 越 准确 。 从 表 1 可 以 看 出 ,地 面 空气 温度 (计算 值 ) 与 "=0. 991 处 的 空气 温度 相差 比较 大 ,如 冬 SPATE 0. 4 一 2. 5C ,夏季 也 达 0. 4 一 1. 6C 。 最 大 差 值 达 2. 5C ,与 气候 变化 的 全 球 变 暖 平 均 变 化 值 同 处 于 一 个 量 级 之 中 ,是 非常 必要 的 。 * 249 « 经 度 75°00’ 82°30’ 82°30! 82°30! 82°31’ 90°00" 90°00’ 90°00’ 90°00’ 90°00’ 97°30’ 97°30' 97°30! 97°30! 97°30’ 105°00' 105°00' 105°00' 105°00' 105°00' 112°30' 112°30' 112°30! 112°30' 112°30' 120°001' 120°00' 120°00' 120°00’ 120°00' 120°00' 127°30' 127°30' 1 是 中 国 在 COn 倍增 全 球 变 暖 时 的 地 表 空 气温 度 变化 图 .在 GCM 方法 气候 变化 研究 中 ,气候 要 素 的 变化 , 指 变化 的 气候 值 与 控制 气候 值 之 差 ,在 我 们 这 个 具体 问题 中 指 地 表 空 气温 度 的 2 CO, 的 模式 气候 值 之 差 。 如 用 2X CO, 模式 气候 的 值 减 去 现代 气候 值 代 表 变 化 将 会 增加 系统 误差 。 。250。 ® | o=0. 991 处 气温 CC) The Air Temperature at 0 一 一 0. 991°C) 37°46! 46°40’ 37°46! 46°40! 42°13! 37°46! 33°20! 28°54! 42°13! 37°46! 33°20! 28°54! 24°26! 42°13! 37°46! 33°20! 28°54! 24°26! 42°13! 37°46! 33°20! 28°54! 51°07’ 46°40’ 37°46’ 33°20" 28°54! 46°40! 42°13! if Ri 人 4h 568.9 | 268. 5 | [264.2 | 265.5 264. [266.9 | 263.5 | 268. 9 | 262.2 | 261.6 | F2s2.5 | 261.9 | Pasi. 57 | 35009 | [246-0 | 246.07] 5 299.3 297.6 293. 1 294.8 293. 4 289. 8 208.7 289.9 289.8 292. 3 | 296.9. | 295.9 eS ae ee SS i ber eel S| ed Se a 300. 3 eo) 5 a Dl Ol Ms! OL Ml CO] OO}; OL ON] eH} oO] oOo; nmi. as = 0. 6 0.7 0.7 0.8 0.5 0. 6 0.7 0.8 0.6 0.5 0.6 0.5 0. 4 0.5 0.5 0.5 0. 4 1 中 国 地 表 空 气 年 平均 温度 变化 分 布 图 Distribution of Annual Mean Air Temperature of Ground Surface of China (2XCO: 一 1XCO;) 从 图 1 中 可 以 看 到 ,全国 范 围 内 呈现 变 暖 趋势 ,全 国平 均 增 温 在 2. 5 一 3. 0C 左 右 ; 这 和 与 IPCC 总 结 的 结果 是 完全 一 致 的 。 图 中 可 以 看 出 东部 增 温 比 西部 要 大 ,在 东 半 壁 北 部 ( 即 东北 地 区 ) 比 中 部 和 南部 增 温 明显 ;全国 最 高 的 年 平均 增 温 区 出 现在 东北 地 区 。 计 算 资 料 表 明 ,最 高 增 温 地 点 出 现在 120"E 和 50"N 附近 ,最 大 值 为 4 33C* 中 国 西 半 壁 增 温 在 2 一 3C 之 间 ， 南北 差别 不 大 ;最 低 增 温 区 出 现在 青藏 高 原 北 部 ,其 中 最 低 点 在 90"E 和 35"N 附近 ,为 和 外 他- 于 四 、 中 国 季节 平均 地 表 空 气温 度 的 可 能 变化 2 三 5 是 NCAR 模拟 的 春季 (MAM) ,夏季 (JJA) ,秋季 (SON) 和 冬季 (DJF) 中 国平 均 地 表 空 气温 度 可 能 变化 的 分 布 图 。 | 从 图 2 可 见 ,春季 中 国 地 表 空 气温 度 变 化 都 是 正 值 ,就 全 国 范围 看 在 3. 0 一 3. 5C 左 右 。 最 高 的 增 温 区 出 现在 东北 平原 的 南 半 部 .内 蒙古 东部 、 华 北平 原 北 半 部 .山东 半岛 和 江苏 浙 江东 部 地 区 ,平均 增 温 都 在 4C 以 上 ,其 中 最 大 增 温 地 点 出 现在 山东 半岛 的 莱州 湾 附 近 , 为 4 79C。 中 国 的 华北 平原 一 带 本 来 在 世界 同 纬度 带 上 春季 温度 就 有 回升 快 ` 温 度 高 的 特点 ， 在 2X CO, 气候 时 , 比 现 在 增 温 将 达 4C 以 上 ,这 可 能 引起 具有 春 旱灾 害 的 华北 平原 更 加 干 * 251 PR, AR NY A ER 8G i OE EH A] ee 图 2 春季 气温 变化 图 (2XCo: 一 1XCO2) Air Temperture Change of MAM(2XCO,—1XCO,) 全 国 春季 增 温 最 少 的 地 带 是 从 新 疆 到 东南 沿海 这 一 地 带 , 一 般 增 温 在 3S CUF ,其 中 万 以 广东 东 半 部 湖南、 江西 、 福 建 这 一 地 区 为 最 小 ,一 般 都 在 2.5C 以 下 。 全 国 春季 增 温 最 小 地 点 出 现在 110° 20°N 附近 ,最 小 值 为 2. 41°C. 中 国 的 半 干 旱 区 春季 增 温 比较 大 ,一般 都 在 3 一 4. 5C 之 间 , 这 可 能 带 来 不 利 的 影响 。 中 国 夏 季 气 温 变化 比较 复杂 ,一般 说 来 全 球 中 纬度 地 区 夏季 增 温 比 起 其 它 地 区 要 大 叫 。 但 从 图 3 上 看 不 出 这 个 特点 。 夏 季 中 国平 均 季 节 温 度 变化 最 多 地 区 是 在 华南 和 云 、 贵 \ 川 南 一 带 , 增 温 幅 度 在 3. 5 一 4. 0C 之 间 。 最 高 增 温 地 点 出 现在 云南 东部 ,广西 西部 附近 ,最 大 值 为 3.97C 。 从 图 3 看 出 ,中 国 东 半 壁 比 西 半 壁 要 明显 增 温 , 东 半壁 随 纬 度 增高 , 增 温 幅度 也 趋 于 变 小 。 全 国 增 温 最 少 地 区 出 现在 干旱 区 和 半 干 旱 区 西部 。 令 人 注意 的 是 在 新 疆 东 部 , 甘 tS RA ASIA 地 区 出 现 了 负 值 区 , 即 夏 季 平 均 温度 在 2XCcoz 时 比 1XCo* 时 还 低 ,最 小 变化 值 出 现在 100°E, 40°N 附近 ,为 一 0.51C 。 从 图 4 可见 ,秋季 中 国 气候 变化 是 普遍 增 温 的 ,但 是 各 地 增 温 的 幅度 相差 很 大 。 从 东北 ”到 西南 , 增 温 逐 步 减少 , 增 温 最 多 的 地 区 在 东北 的 吉林 北部 和 整个 黑龙 江 省 ,一般 增 温 7C 以 上 ,最 大 值 出 现在 1. 30°, 45°N 附近 ,为 7.22C。 最 低 增 温 区 域 出 现在 青藏 高 原 的 东部 和 云南 西北 部 地 区 ,最低 值 出 现在 90"E.25"N ,附近 为 1. 17C 。 ° 252 « 3 夏季 气温 变化 图 (2XCo: 一 1XCO;) Air Temperature Change of JJA(2 XCO: 一 1XCO:) 从 整个 东 半 壁 看 ,纬度 越 高 ,一般 增 温 幅 度 越 大 ,这 对 延长 秋季 作物 生育 时 间 十 分 有 利 ， 特别 是 对 东北 地 区 、 华 北 地 区 的 农业 发 展 , 从 热量 因子 看 十 分 有 利 。 从 西 半 壁 看 纬度 越 高 ,一 般 增 温 旺 度 越 大 ,西北 干旱 和 半 王 旱 区 一 般 增 温 在 4.5C 以 上 ,热量 条 件 明显 增加 。 因 此 , 整 个 中 国 北方 ,由 于 秋季 增 温 幅 度 较 大 ,将 影响 到 农业 的 耕作 制度 ,二 年 三 部 和 一 年 两 熟 的 作 物 栽培 将 会 明显 北 移 , 秋 未 的 取暖 开始 期 也 将 会 推迟 有 利于 能 源 的 节约 ,对 这 些 地 区 的 经 济 将 产生 较 大 影响 。 图 5 是 冬季 中 国 地 表 空 气温 度 变 化 图 。 从 图 中 可 以 看 出 中 国 东 半壁 的 冬季 增 温 一 般 在 3.0 一 5. 8iC 左 右 , 比 之 西 半 壁 的 1 一 3. 5C 要 大 。- 图 5 表明 ,全 国 存在 着 3 个 增 温 中 心 :一 个 在 华南 地 区 ,包括 广东 、 广 西 、 福 建 西部 和 云南 东部 广大 地 区 , 增 温 幅度 在 4C 以 上 。 这 个 增 温 区 将 导致 南亚 热带 和 中 亚热带 南 界 向 南 移动 。 增 温 最 大 值 出 现在 110"E、20"N 附近 ,为 4. 81C 。 第 二 个 增 温 极 值 区 出 现在 内 蒙古 东北 部 和 黑龙 江 省 西部 , 增 温 幅度 也 在 :4.0C 以 上 ， 最 大 值 为 4.86C 出 现在 120"、50"N 附近 。 这 也 是 全 国 冬季 地 表 空 气温 度 增 值 最 大 地 方 。 第 三 个 增 温 极 值 区 出 现在 西藏 东南 和 云南 西部 ,一般 增 温 幅 度 在 3. 5 一 4. 0C 。 冬 季 增 温 不 大 的 地 区 在 我 国 西北 干旱 和 半 干 旱 区 ,一 般 增 温 幅 度 在 1. 0 一 2. 0C 左 右 。 最 低 增 温 地 点 出 现 在 塔里木 西南 部 ,70"E`35"N 附近 ,最 低 增 温 值 为 工 05C-。 * 253 。 图 4 -秋季 气温 变化 图 (2 又 Co: 一 1XCO:) Air Temperature Change of SON (2 CO,— | X CO,) 图 5 冬季 气温 变化 图 (2XCO: 一 1XCO:) Air Temperature Change of DJF(2XCO: 一 1XCO:) ，254 。 五 结论 与 讨论 从 GCM 输出 结果 的 分 析 可 以 认为 ， (1) 在 CO, 倍增 全 球 变 暧 时 ,中 国 地 表 空 气温 度 年 平均 值 和 季节 平均 值 都 呈现 增 温 变 化 。 全 国平 均 增 温 在 2. 5 一 3. 0C 。 全 国 最 高 年 平均 增 温 区 在 东北 ,最 大 增 温 值 为 4. 33C ,全 国 最 低 年 平均 增 温 区 在 青藏 高 原 北部 ,最 小 增 温 值 为 2. 09°C. (2) 季 节 平 均 地 表 空 气温 度 在 中 国 也 同样 出 现 增 温 趋 势 。 其 中 秋季 增 温 幅 度 最 大 ,冬季 次 之 ,夏季 增 温 幅度 最 小 。 秋 季 增 温 的 最 大 值 为 7. 22C ,出 现在 东北 地 区 * 夏 季 增 温 最 小 值 为 一 0.51C ,出 现在 西北 地 区 。 CO. 倍增 中 国 变 暖 从 热量 条 件 来 说 是 有 利 的 ,但 是 经 济 活动 受 多 种 因子 的 影响 和 制约 ， 变 暖 是 否 有 利于 经 济 发 展 还 需要 结合 多 种 因子 ,针对 具体 经 济 问题 来 讨论 。 很 难 从 中 国 变 暖 这 一 结论 去 笼统 地 推断 、 评 估 气 候 变化 对 中 国 自 然 条 件 和 社会 经 济 的 影响 。 气候 变化 及 其 影响 的 研究 工作 决 不 仅仅 是 气候 界 的 问题 。 它 具有 综合 性 .地域 性 和 时 序 性 的 特征 。 深 入 发 展 这 一 工作 将 促进 气候 学 和 与 之 相 联系 的 学 科 的 发 展 。 从 这 个 意义 上 说 ， 它 确实 是 当代 前 沿 的 研究 课题 。 参考 xX 献 [1] WMO/UNDP Report, Climate Change, The IPCC Impacts Assessment, Australian Government Publishing Ser- vice, Canberra (1990). [2] Washington, W.M. and G. A. Meehl, Seasonal Cycle Experiment on the Climate Sensitivity Due to a Dou- bling of CO, with an AGCM Coupled to a SMLOM. , J. Geophysical Res. V89, No.6, 9475—9503 (1984) [3] Washington, W.M. and G.A. Meehl, Climate Sensitivity due to Increased CO,, Climate Dynamics, V4, 1— 38 (1989). * 255 The Potential Change of Gronnel Surface Air Temperature under the Condition of Global Warming Induced by CO, Doubling * Zhang Yi (institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Wei-chyung Wang CASRC, 100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) Abstract We get the results from the output data of NCAR CCM, that annual mean ground air tempera- ture of China in global warming induced by CO, doubling will increase 2. 5 一 3. 0°C over whole Chi- na. The maximum increasing area is in Northeast China, the minimum in northern part of Qing Zang Platean. The study also showes the maximum seasonal mean temperature will be in Autumn and Winter, the area of that will be in Northeast China. Key words: Doubling CO, Global Warming Climate Change * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. * 256 。 CO, 倍增 全 球 变 暖 条 件 下 中 国 降水 的 可 能 变化 - Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) ik & (中 国 科学 院 地 理 研 究 所 ) 摘 要 : 因 温室 效应 全 球 变 暖 时 ,中 国 地 表 降 水 场 的 可 能 变化 为 :中 国 年 降水 和 季节 降水 在 不 同 地 区 有 增 有 减 。 其 中 黄土 高 原 . 四 川 盆 地 和 云贵 高 原 地 区 降水 都 将 减少 。 除 黄土 高 原 外 的 干 旱 和 半 干 旱 区 的 年 降水 和 季节 降水 都 将 略 有 增加 。 关键 词 : 降 水 ”区域 气候 SRE en oH Olt 中 国 是 水 资源 的 “贫困 大 国 ", 人 均 径流 量 为 2600m" ,是 世界 人 均 水 平 的 31. 3% ,为 前 苏 FRAY 1/7, 美 国 的 1/5, 居 世界 第 88 位 。 中 国 的 水 资源 的 另 一 个 特点 是 :时 空 分 布 极 不 均匀 ， 长 江 流域 及 以 南 地 区 耕地 占 全 国 耕 地 的 36% ,水 资源 占 82% ;长 江 以 北 地 区 耕地 占 全 国 的 64% ,水 资源 却 不 足 全 国 的 18% 。 粮 食 增产 潜力 最 大 的 黄 淮海 流域 ,耕地 占 全国 耕 地 的 41. 8% ,而 水 资源 却 不 到 15.7% 。 降 水 是 水 资源 的 主要 来 源 ,未 来 全 球 变 暖 条 件 下 中 国 的 降水 状况 是 人 们 非常 关心 的 问题 。 降水 将 会 增加 还 是 减少 ? 降水 时 空 分 布 是 什么 样子 ? 这 些 问题 需要 研究 中 国 气 候 变化 及 其 影响 的 工作 者 也 以 回答 。 本 文 利 用 NCAR CCM 的 模拟 结果 对 Co: 倍增 条 件 下 中 国 陆 面 降水 的 可 能 变化 进行 讨论 ,以 期 得 到 一 个 未 来 中 国 降水 可 能 变化 的 初步 概念 。 =. ARTF] GCM 模拟 的 全 球 未 来 降水 变化 的 一 般 性 结果 降水 的 模拟 结果 较 之 温度 具有 更 多 的 不 确定 性 。 产 生 这 个 现象 的 原因 除去 模式 本 身 仍 不 成 熟 , 许 多 物理 过 程 还 不 清楚 或 不 完全 清楚 外 ,还 与 降水 本 身 机 制 比较 复杂 、 影 响 它 的 计 算 结 果 的 物理 过 程 较 多 有 关 。 现 有 的 计算 结果 得 到 的 共识 如 下 : C1) 在 高 纬度 和 热带 全 年 降水 增加 。 * “本 文 为 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO: 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 。257 。 (2) 干旱 的 副热带 降水 变化 一 般 是 比较 小 的 ,有 的 区 域 增加 ,有 的 区 域 减少 。 在 这 些 区 域 中 降水 的 年 际 变 率 相 对 于 它 的 平均 值 是 大 的 ,因此 诸 模式 表示 的 许多 变化 不 可 能 被 证 实 是 符合 统计 信和 度 的 。 王 旱 区 域 降水 的 小 的 变化 会 对 于 旱 区 产生 明显 影响 。 (3) 中 纬度 降水 在 冬季 增加 。 (4) 虽然 大 部 分 模式 模拟 结果 表明 与 西南 亚 季 风 加 强 有 联系 的 降水 增加 了 ,但 是 在 次 大 陆 斥 度 降 水 值得 重视 的 变化 有 明显 的 不 一 致 ,在 热带 更 是 如 此 。 降水 的 模拟 对 各 模式 之 间 的 一 致 性 由 于 两 个 原因 而 非常 不 一 致 。 一 是 降水 受到 多 种 不 同 过 程 的 间接 ,它们 大 部 分 在 模式 的 网 格 点 上 是 不 可 分 辩 的 ,而 增 暖 在 模式 中 是 增加 辐射 加 热 的 直接 结果 。 二 是 降水 变 率 与 自然 变化 相 比 是 比较 小 的 ,因而 比较 难以 用 可 能 得 到 的 短 样 本 去 检验 。 三 .中 国 年 平均 降水 的 可 能 变化 文中 使 用 的 输出 资料 来 源 于 NCAR CCM( 美 国 大 气 研究 中 心 大 气 环流 模式 轧 详 细 描 述 见 文献 [1jL2jL3][L4]。 气 候 变 化 指 2XCo: 一 1XCOo: 模式 气候 ， 这 样 选取 是 为 避免 2xco， Be 式 减 去 现代 气候 所 产生 的 由 模式 引起 的 系统 误差 。 tt 1 2XCO,—1XCO, 全 年 降水 变化 (mm) Annual Precipitation of 2XCO: 一 1XCO:(mm) 图 1 给 出 全 年 降水 量 的 2X CO, 模式 气候 与 1 X CO, 模式 气候 的 差 值 , 即 全 球 变 暖 CO， 倍增 时 引起 的 降水 量 全 年 可 能 变化 。 从 纬 向 来 看 ,一 般 说 来 中 国 东部 是 全 年 降水 增值 区 ,中 ，258 。 部 为 减 值 区 ,而 西部 是 增值 区 。 东北 地 区 全 年 降水 增加 200 一 400mm, 最 大 增值 中 心 在 敦化 附近 , 约 为 500mm, 增 加 辐 度 在 50 站 左右 。 这 对 东北 地 区 水 资源 是 十 分 有 利 的 。 特 别 是 对 东北 地 区 西部 和 内 蒙古 的 东 北部 地 区 , 原 为 半 和 干旱 区 ,增加 200mm 降水 意味 着 增加 2/3 左右 降水 ,对 缓解 半 干 旱 状 况 十 分 有 利 。 华北 东部 ,江淮 中 下 游 东 部 沿海 地 区 全 年 降水 可 能 增加 200— 800mm 左右 。 最 大 增值 中 心 在 南部 和 福建 北部 , 约 为 800mm, 最 小 增值 中 心 在 华北 平原 北部 和 河北 河南 西部 地 区 ， 约 为 100mm 左右 。 现 在 的 江淮 中 下 游 和 东南 沿海 已 是 湿润 区 ,水 资源 比较 丰富 ,再 增加 400 一 800mm 降水 ,水 资源 将 更 加 丰富 。 黄土 高 原 . 四 川 贫 地 和 云贵 高 原 一 带 是 全 年 降水 的 减 值 区 ，* 约 减 0 一 600mm 。 最 大 减少 值 出 现在 云南 南部 , 约 为 400 一 600mm ,最 小 减 值 出 现在 川 陕 交 办 一带 , 约 为 0mm 左右 。 黄 土 高 原 是 中 国 的 半 千 旱 区 (小 部 分 为 干旱 区 ) , 减 值 辐 度 在 -200mm 左右 ,这 是 相当 严重 的 事 情 ,也 就 是 说 有 可 能 从 半 干 旱 区 向 干旱 区 发 展 . 四 川 盆 地 和 云贵 高 原 现今 降水 在 1200mm 以 上 ,未 来 全 球 变 暧 CO, 倍增 时 仍 在 湿 油 区 范围 之 中 ,但 座 润 程度 大 大 下 降 , 这 片 地 区 年 降水 量 将 减少 近 1/3 左右 。 除 陕 西 和 甘肃 东部 以 外 的 西北 广大 地 区 年 降水 是 增加 的 ,幅度 在 100 一 200mm 之 间 ,内 蒙古 和 新 疆 交 界 处 增加 较 多 , 约 为 400mm 左右 。 因 此 可 以 期 望 西北 广大 干旱 和 部 分 半 干 旱 区 的 于 旱 化 有 所 缓解 ,降水 增加 50 一 100% 左 右 。 但 是 也 应 看 到 ,即使 如 此 ,在 全 球 变 暖 CO。， 倍增 时 ,这 个 地 区 仍然 处 于 半 干 旱 之 中 。 青藏 高 原 的 降水 量 是 增加 的 , 辐 度 为 200 二 400mm。 在 藏 南 ,尤其 藏 东南 地 区 增加 较 多 ， 一 般 在 400mm 左右 ,最 多 在 江 孜 附近 , 约 为 600mm。 高 原 西 部 增加 降水 比较 少 。 青藏 高 原 现 今 降水 在 200 一 500mm 左右 ,山南 少数 地 区 在 2000mm, ,增加 200 一 400mm 降水 固然 使 水 资 源 增 加 近 1 倍 , 但 由 于 高 寒 的 影响 ,这 个 地 区 的 自然 环境 不 可 能 有 巨大 变化 。 四 、 中 国 季节 平均 降水 的 可 能 变化 图 2 是 春季 (MAM) 中 国 降水 在 co: 倍增 时 2XCo: 与 1XCO* 差 值 的 分 布 图 。 从 图 中 可 “ 以 看 出 降水 变化 有 增 有 减 。 华东 的 南部 和 华南 大 部 是 增值 区 ,平均 增加 在 50 一 100mm 左右 。 最 高 增值 点 出 现在 湖 北 和 湖南 交界 地 带 , 约 248mm, 这 也 是 全 国 春季 降水 量 最 大 增值 地 带 。 长 江 中 下 游 以 北 的 黄 淮海 与 黄土 高 原 区 是 一 片 广大 的 减 值 区 ,长 江 三角 州 和 钱塘 江 三 角 州 也 是 一 片 减 值 区 。 黄 淮海 平原 减 值 在 0 一 50mm 之 间 ,黄土 高 原 减 值 在 50mm 左右 ,而 内 蒙古 中 部 是 最 大 减 值 区 ,在 50 一 9lmm 左右 ,最 大 减 值 出 现在 集 宁 以 北 , 为 9lmm。 众 所 周 知 , 中 国 的 半 湿 油 与 半 干 旱 区 降水 季节 分 布 很 不 均匀 ,春季 降水 少将 使 春 时 严重。 黄 淮海 、 黄 土 高 原 和 内 蒙古 中 部 春季 降水 减少 ,再 考虑 到 温度 在 这 个 地 区 当 2K COn 时 将 增加 ,这 将 引 起 干旱 化 和 沙漠 化 加 剧 , 对 这 一 区 域 的 经 济 活 动 将 带 来 相当 大 的 影响 。 * 259 。 图 2 ， 春季 降水 变化 (mmy) Change of Precipitation of MAM (2X CO,—1XCO,,mm) 东北 地 区 和 内 蒙古 东北 部 在 CO. 倍增 时 是 增值 区 ,降水 在 春季 增加 O— 100mm 之 间 。 最 大 增值 出 现在 三 江平 原 北 部 , 约 为 100mm 左右 。 云南 大 部 和 广西 南部 的 海南 是 减 值 区 ,平均 春季 降水 减少 0 一 50mm, 最 大 减 值 出 现在 演 西 北 , 为 68mm。 除 天 山西 段 地 区 外 ,整个 新 疆 , 内 蒙古 西部 和 甘肃 大 部 都 是 增值 区 ,增值 在 0 一 50mm 之 间 。 而 青藏 高 原 除 藏 南 喜 马 拉 雅 以 外 ,增值 较 小 为 0 一 50mm 外 ,大 部 分 地 区 增值 在 50 一 200mm 之 间 ,最 大 增值 在 班 戈 以 北 ,为 211Imm 。 看 来 西北 ( 除 黄 土 高 原 外 ) 广 大 干旱 、. 半 王 旱 区 和 青藏 高 原 春 季 干 旱 将 会 减轻 。 3 是 CO, 倍增 时 中 国 夏 季 (JJA) 降 水 变化 分 布 图 。 夏 季 降 水 在 中 国 同 样 有 增 有 减 , 且 增 减 的 幅度 较 大 。 中 国 沿海 地 区 北 起 辽宁 、 河 北 经 山东 江苏、 浙江、 福建 及 广东 都 是 增值 区 ,增值 在 100 — 400mm 之 间 ,最 大 增值 出 现在 浙江 和 福建 北部 ,为 400mm 左右 。 东北 地 区 比较 复杂 , 除 沿海 增值 外 , 南 半 部 (包括 内 蒙古 东部 ) 也 是 增值 区 。 东 北 北 半 部 和 内 蒙古 的 东北 部 全 是 减 值 区 ,一般 在 0 一 100mm 之 间 。 最 大 减 值 出 现在 东北 地 区 的 东北 部 ,包括 三 江平 原 , 黑 龙 江 与 吉林 交界 地 区 ,最 大 减 值 在 敦化 附近 ,为 181mm。 + 260 + 中 国 中 段 , 包 括 内 蒙古 中 段 、 黄 土 高 原 `. 四 川 盆 地 ,云贵 高 原 夏 季 降 水 是 减 值 区 。 其 中 黄 土 高 原 减 值 在 100 一 300mm 之 间 ,四 川 盆地 100mm 左右 ,云贵 高 原 在 100 一 500mm 之 间 ,最 大 的 减 值 中 心 在 宣 威 附近 »» A) — 573mm , 西北 地 区 夏季 降水 普遍 增加 ( 除 黄 土 高 原 部 分 外 ) ,幅度 在 0 一 200mm, 最 大 增值 区 在 青 海 、. 甘 肃 . 交 界 地 带 , 为 300mm 左右 。 藏 北 和 新 疆 西 南部 是 减 值 中 心 , 在 0 一 100mm 左右 。 青 藏 高 原 南部 包括 一 江 两 河 地 区 是 增值 地 区 ,增值 幅度 在 0 一 150mm 之 间 。 = 200 0 “= 100 0 图 3 夏季 降水 变化 (mm) Change of Precipitation of JJA (2 XCO: 一 1XCO:,mmy) 秋季 中 国 降水 可 能 变化 分 布 如 图 4。 全 国 降水 有 增值 区 ,也 有 减 值 区 ,但 增 减 幅度 都 不 太 大 。 云贵 高 原 大 部 、 四 川 盆 地 、 黄 淮海 地 区 青藏 高 原 北 半 部 都 是 减 值 区 。 除 云贵 高 原 减 值 较 天 ,在 100 一 300mm 之 间 外 ,一 般 减 值 都 不 大 ;在 50mm 左右 。 东南 沿海 包括 江苏 浙江、 福建 和 两 广 . 江 西 地 区 是 增值 区 ,增值 在 100 一 300mm 之 间 。 最 大 增值 中 心 出 现在 金华 以 东 , 约 为 329mm。 育 藏 高 原 南部 .新 疆 大 部 和 内 蒙古 都 是 增值 区 ,秋季 降水 增加 不 太 大 ,一 般 在 50mm 以 下 。 东 北 地 区 增值 在 100 一 200mm 之 间 , 但 辽 南 是 减 值 区 ,幅度 亦 不 大 。 * 261° 图 4 一 各 季 降 水 变化 Cnm) Change of Precipitation of (SON) 〈2XCO: 一 pCa Suk 图 5 是 冬季 (DJF) 中 国 降水 变化 图 。 可 以 看 到 除 面积 不 大 的 少数 地 区 外 ， 中 国 冬季 降水 都 有 不 同 程度 的 增加 。 广西 ` 广 东 和 云南 地 区 冬季 降水 略 有 减少 ,幅度 不 大 ,一 般 少 于 50mm。 新 疆 西 南部 和 青藏 高 原 北部 降水 略 有 减少 ;内 蒙古 西部 和 甘肃 .新 疆 交 界 处 降水 也 略 有 减少 ,幅度 都 在 20mm 以 下 。 “从 图 5 中 看 出 ,中 国 东北 ,黄土 高 原 和 新 疆 干旱 区 ,冬季 降水 都 略 有 增加 ,在 .0 一 300mm 之 间 。 黄 淮海 平原 冬季 降水 增加 较 多 ,在 50 一 200mm 之 间 。 长 江 中 下 游 是 全 国 冬季 降水 增加 最 多 的 地 区 ,一 般 都 达到 150 一 250mm ,最 大 增值 中 心 在 蚌埠 附近 ,为 266mm: 青藏 高 原 大 部 分 地 区 是 增值 区 ,冬季 降水 在 CO, 倍增 时 将 增加 50 一 250mm, 尤 其 在 茂 南 增加 较 多 ,最 大 增值 中 心 在 日 喀 则 附近 ,为 297mm, *。262。 5 冬季 降水 变化 (mm) Change of Precipitation of (DJF) (2XCO: 一 1XCO:,mm) 五 结论 与 讨论 《1) 在 CO, 倍增 全 球 变 暖 时 ,中 国 陆 面 降 水 年 平均 值 和 季节 平均 值 在 不 同 地 区 有 增 有 减 。 其 中 黄土 高 原 ` 四 川 盆地 和 云贵 高 原 的 年 平均 值 是 减少 的 。 值 得 注意 的 是 黄土 高 原 年 平 均 降 水 减少 在 200mm 左右 ,这 将 加 剧 半 干 旱 的 黄土 高 原 的 干旱 化 和 沙 席 化 。 《2) 季 节 降 水 就 全 国 来 说 也 是 有 增 有 减 的 , 除 冬季 外 ,其 他 季节 黄土 高 原 . 四 川 盆地 和 云 贵 高 原 都 是 减少 的 ,而 春季 的 黄 淮海 地 区 也 是 降水 减少 的 。 《3) 除 黄土 高 原 外 ,中 国 干旱 和 半 干 旱 区 年 平均 降水 和 季节 平均 降水 都 是 略 有 增加 ,这 将 减缓 这 个 地 区 的 干旱 程度 。 GCM 的 模拟 预报 ,正如 IPCCSI 报 告 中 指出 那样 是 非常 不 确定 的 。 随 着 计算 技术 的 发 展 和 人 们 对 气候 系统 中 各 个 过 程 的 深入 了 解 , 可 以 确信 ,预报 能 力 和 准确 性 将 不 断 提 高 ,区 域 气候 模式 也 将 不 断 发 展 , 最 难 预报 的 降水 场 的 预报 水 平 也 会 不 断 提 高 。 。263。 参考 文 献 ion Houghton, J.T. , The Globe Climate ,Cambridge University Press, London (1984). [2] Wetherald, R.T., and S. Manabe, Cloud Feedback Precesses in a General Circulation Model. J. Atmos. Sci. V45, No.8, 1397—1414 (1988). [3] Washington, W.M., and G. A. Meehl, Climate Sensitivity due to Increased CO;. Climate Dynamics, V4 1 一 38 (1989). ? [4] 33%, Wei-chyung Wang, CO, fii SRE RAF FP Me A id BE HB TRE MAH). [5] WMO/UNDP Report, Climate Change, The IPCC Impacts Assessment, Australian Government Publishing Ser- vice, Canberra, (1990). * 264 。 The Potential Change of Precipitation of China under the Condition of Globe Warming Induced by CO, Doubling * Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A.) Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Abstract In the global warming induced by greenhouse effect, the potential change of annual and season- al precipitation of China will increase or decrease in different areas. It will decrease in the areas of loess plateau, Si Chuan Valley and Yun Guei Platean. The annual and seasonal precipitation of se- mi—arid and arid areas will increase little more except loess plateau. Key words:Precipitation Regional Climate Global Warming * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. * 265 « CO, 倍增 全 球 变 暖 条 件 下 中 国士 壤 混 度 分 布 的 可 能 变化 - ik # (中 国 科学 院 地 理 所 ) Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A.) i ACAI NCAR 气候 模拟 资料 ,讨论 了 由 温室 效应 全 球 变 暖 条 件 下 中 国土 壤 湿度 年 . 季 的 分 布 特征 。 结 果 表 明 :年 平均 土壤 湿度 就 全 国 范围 说 是 增加 的 ,一 般 增加 0 一 1%; 但 是 在 云贵 高 原 , 四 川南 部 ,广西 西部、 陕西 .宁夏 .甘肃 东部 , 蔓 东 和 渤海 沿海 区 域 是 减少 的 。 中 国 春季 的 土壤 湿度 大 部 分 地 区 是 增加 的 。 关键 词 : 气候 模式 干旱 土壤 湿度 5. ee 全 球 变化 研究 中 ,人 们 对 于 土壤 湿度 的 可 能 变化 了 予以 高 度 重视 ,其 主要 原因 在 于 土壤 湿 度 的 变化 趋势 与 干旱 变化 趋势 是 密切 相关 的 .干旱 可 以 改变 区 域 的 自然 环境 状况 ,干旱 又 可 以 对 区 域 的 社会 经 济 发 展 带 来 巨大 的 影响 ,甚至 在 历史 上 对 人 类 的 社会 状况 ,生存 发 展 带 来 质 的 变化 。 本 文 利 用 GCM( 大 气 环 流 模式 ) 对 土壤 湿度 的 模拟 结果 ,讨论 未 来 全 球 变 暖 条 件 下 土壤 湿度 的 可 能 分 布 状况 。 第 二 部 分 将 首先 介绍 几 种 GCM 对 全 球 土壤 湿度 模拟 的 一 般 性 结论 。 第 三 和 第 四 部 分 分 别 讨论 用 NCAR( 美 国 大 气 研究 中 心 ) 的 CCM 模拟 的 我 国土 壤 湿 度 年 平均 和 季节 平均 的 可 能 分 布 状 况 。 第 五 部 分 扼要 地 讨论 这 种 分 布 状况 对 我 国 区 域 自然 环境 和 经 济 发 展 的 影响 。 二 ,不 同 模式 模拟 的 全 球 土壤 湿度 变化 的 一 般 结果 未 来 气候 情景 的 气候 模拟 结果 目前 大 多 来 自 平衡 态 模 拟 的 气候 变化 ,少数 则 来 自 瞬 变 模拟 的 气候 变化 。 从 文献 [1] 可 以 看 出 : 1. 所 有 模式 模拟 在 北半球 高 纬度 大 陆地 区 的 土壤 湿度 冬季 一 般 是 增加 的 .到 目前 为 止 ， 在 2X COz 的 试验 所 有 诸 模式 中 ,表面 水 循环 的 表达 是 十 分 简化 的 。 土 壤 湿度 的 变化 随 降 水 * 本文 为 中 国 科学 院 和 美国 能 源 部 合作 研究 (CO* 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 * 266 。 和 融雪 的 增加 而 增加 。 事 实 上 , 绝 大 多 数 模 式 模拟 的 高 纬度 大 陆地 区 的 降水 是 增加 的 ,因此 出 现 上 述 结 果 。 2. 大 部 分 模式 模拟 在 北半球 中 纬度 大 陆地 I6r (a) 一 一 2xCcO， 区 夏季 地 表 大 范围 明显 变 干 。 文 献 [1] 中 使 用 的 a ae 3 个 高 分 辩 率 平衡 态 气候 模式 模拟 结果 表明 在 35 一 55" 范 围 内 平均 土壤 湿度 减少 17 一 23%%。 在 2Xco; 模拟 中 比较 迅速 的 变 干 是 由 于 较 高 的 温度 以 及 在 一 些 地 区 由 于 降水 减少 产生 的 而 表面 湿度 的 减少 可 能 导致 边界 层 变 干 ,减少 低 云 ,进而 导致 增 暧 和 表面 变 干 . 从 图 1 给 出 的 中 纬度 土壤 湿度 的 季节 变化 呈 , 可 以 清楚 看 到 上 述 两 个 结论 。 这 些 结果 有 助 于 我 们 讨论 中 国 图 1 45 一 60"N 陆地 平均 土壤 湿度 陆 面 土壤 湿度 的 可 能 变化 ,比较 它们 之 间 的 异 SR fal. of Land from 45°to 60°N(%) 2 是 中 国 年 平均 土壤 湿度 可 能 变化 图 。 它 是 根据 NCAR CCMiTRARAHA. 献 L[3]j[L4] 宙 介绍 了 该 模式 的 特征 和 初始 场 . 边 界 条 件 以 及 积分 时 间 等 内 容 。 中 国 在 温室 效应 全 球 变 暖 条 件 下 土壤 湿度 可 能 减少 的 区 域 出 现在 陕西 .甘肃 .宁夏 一 带 , 特 别 是 整个 陕西 省 明显 变 干 ,减少 最 大 的 区 域 就 在 西安 市 附近 ,最 大 值 为 1.6% 。 减 少 的 另 一 个 区 域 在 四 川 省 南 半 部 云贵 高 原 和 广西 西部 地 区 ,减少 的 最 大 值 为 二 9% ,出 现在 云贵 . 黔 交 界 地 区 。 从 文 献 L5] 中 可 以 看 出 这 两 个 区 域 年 平均 降水 量 是 减少 的 ,而 蒸发 略 有 减少 或 变化 不 大 ,因此 造 成 土壤 湿度 的 减少 .渤海 湾 附 近 也 出 现 了 一 个 土壤 湿度 减少 区 , 它 包 括 了 辽宁 省 西部 和 河北 省 东部 靠近 海 的 部 分 。 三 ,中国 年 平均 土壤 湿度 的 可 能 变化 除去 生 述 三 个 区 域外 ,全 国 大 部 分 地 区 的 年 平均 土壤 湿度 是 增加 的 .长 江 以 南 的 华东 和 中 南 地 区 增加 的 最 多 ,最 大 值 出 现在 浙江 江西 和 福建 交办 一带, 土壤 水 分 含量 增加 ;3. 4% 左右 。 东 北 地 区 增加 平均 为 1 一 1. 5% ,华北 增加 平均 为 0 一 1% ,青藏 高 原 增加 0 一 1% 左 右 ， 而 新 疆 和 内 和 蒙古 西部 ,甘肃 西部 增加 在 .1%% 左 右 z 造成 以 上 区 域 土 壤 湿 度 增 加 的 原因 是 年 平 均 降 水 的 增加 。 尽管 在 上 述 不 同好 区 ,蒸发 也 不 同 程度 的 增加 ,但 降水 增加 的 影响 超过 了 蒸 发 增加 的 影 啊 ,从 水 量 平衡 来 说 ,土壤 保持 的 水 分 也 增加 了 。 长江 以 南 的 华东 和 中 南 地 区 在 全 球 变 暧 时 温度 增加 的 幅度 较 小 ,但 降水 却 是 全 国 可 能 增加 最 多 地 区 ,因此 全 国 增加 土壤 湿 度 最 多 的 地 区 出 现在 那里 ,土壤 湿度 相对 增加 .1.5 一 20% 左 右 。 图 3 一 6 给 出 NCAR CCM 模拟 的 春季 (MAM) 夏季 (JJA) 秋季 (SON) 和 冬季 (DJF) 中 国 ok Se ie BE AE 1 A ot Ai FA (2 x CO2— 1 X CO.) . FS 1 Hee BE ia > DK a oH EP Se ER A, FT LAR A LY AR BBS 海区 域 ,云南 和 广西 大 部 以 及 广东 的 西部 和 海南 。 其 主要 原因 是 这 些 地 区 的 春季 降水 减 少 ”。 最 大 的 减少 值 出 现在 江苏 省 长 江北 岸 , 为 1.1% 和 云南 东部 ,为 1.0% 。 而 内 蒙古 中 段 的 北部 区 域 减 少 不 大 。 N ) = 12 上 一 一 o 一 + seme (om,45— 60 一 1\2 3 TD Www 988 OTD 11 12 (A) * 267 。 2 “中 国 年 平均 土壤 湿度 可 能 变化 (2XCO:-1XCO?) Potential Change of Annual Mean Soil Moisture of China (2XCO: 一 1XCO;) PO. el = “hs ee BEY Ye BE 1, 春季 土壤 湿度 就 全 国 范围 来 是 增加 的 ,东北 地 区 增加 1 一 2%% ,西北 地 区 土壤 湿度 增加 I%% 左 右 ,四川 盆 地 增加 1 2% ,青藏 高 原 大 部 分 地 区 增加 2 一 4%% 左 右 ， eg 华东 南部 增加 1%% 左 右 。 除 青藏 高 原 外 相对 增加 在 10% A 夏季 土壤 湿度 就 全 国 来 看 约 有 一 半 的 区 域 是 减少 的 。 青 藏 高 原 南 半 部 减少 在 0 一 1% 范 围 。 云 贵 高 原 . 四 川 盆地 ,中南 地 区 的 西 半 部 和 西北 地 区 的 东 半 部 减少 在 1 — 2% Ze). BEDE 省 中 部 和 北部 是 一 个 减少 的 中 心 ,在 2 一 5% 左 右 , 相 对 减少 量 达 15 一 25%。 我 国 东北 地 区 妃 乎 全 境 土壤 湿度 都 减少 ,幅度 在 1 一 2%% 之 间 , 其 中 尤 以 黑龙 江 省 东部 减少 最 多 ,最 大 减少 值 为 3. 3% 。 全 国 最 大 减少 值 出 现在 关中 平原 的 西安 附近 , 达 5.9%', 图 4 清楚 地 表明 这 一 点 。 从 图 4 中 还 可 以 看 到 ,在 未 来 全 球 变 暖 条 件 下 ,我国 西 北 干旱 和 半 干 旱 区 的 大 部 分 , 包 括 新 疆 、 甘 肃 大 部 ,宁夏 大 部 ,内 蒙古 西 半 部 ,夏季 土壤 湿度 是 增加 的 。 在 蒙 、 新 \ 青 交界 地 区 增幅 度 最 大 , 约 2 一 6% 之 间 。 其 它 部 分 增加 在 0 一 2% 之 间 。 青 藏 高 原 南部 中 段 的 夏季 土壤 湿度 也 是 增加 的 ,幅度 较 小 ,在 0 一 1% 之 间 。 辽 南 地 区 , 碍 东 地 区 和 整个 黄 淮海 平原 的 夏季 土壤 湿度 是 增加 的 ,一 般 幅 度 在 0 一 1% 之 间 , 相 对 增加 量 不 超过 10% ,平均 在 KA. YL 苏 南部 、` 浙 江 和 福建 增加 较 大 ,一般 在 2-3 % Z la). 长 江 中 游 地 区 和 广东 、` 湖 南 东 部 .江西 西 部 增加 的 也 不 多 ,在 0 一 2% 之 间 。 全 国 最 大 增 量 出 现在 新 疆 、 内 蒙古 交界 处 ,为 6.3 为 。 .268 。 图 3 春季 中 国土 壤 湿 度 的 可 能 变化 (2XCO: 一 1XCO2:) Potential Change of Soil Moisture in MAM of China (2XCO: 一 1XCO:) 4 ”夏季 中 国土 壤 湿度 的 可 能 变化 (2XCO: 一 1XCO:) Potential Change of Soil Moisture in JJA of China (2XCO;: 一 1XCO:) * 269 。 图 5 秋季 中 国土 壤 湿度 的 可 能 变化 (2XCO: 一 1XCO:) Potential Change of Soil Moisture in SON of China (2X CO,—1XCO,) 6 ”冬季 中 国土 壤 湿度 的 可 能 变化 (2 又 CO; 一 1XCO:) Potential Change of Soil Moisture in DJF of China (2XCO: 一 1XCO;) * 270+ 图 5 是 秋季 中 国土 壤 湿 度 的 可 能 变化 图 。 从 图 中 可 以 看 到 全 国 的 大 部 分 地 区 土壤 湿度 是 减少 的 。 除 内 蒙古 北部 外 整个 中 国 的 干旱 和 半 王 旱 区 的 土壤 湿度 都 将 减少 ,其 中 新 疆 南 部 和 陕西 南部 是 两 个 中 心 ,分 别 减 少 3.7% 和 3. 3% 左 右 。 王 旱 和 半 干 旱 区 粗略 估计 将 减少 2% 去 右 呆 出 东西 部 河北 南部 .河南 和 长 江 中 游 地 区 将 减少 0 一 2%% 左 右 ,云贵 高 原 ,. 四 川 将 减少 2 一 3% 左 右 , 即 相对 减少 量 在 10 一 15% 之 间 。 从 全 国 看 秋季 土壤 湿度 增加 的 地 区 主要 出 现在 三 个 地 区 。 从 图 5 可 以 看 出 东北 的 中 部 和 北部 ,内 蒙古 的 东北 部 增加 较 大 ,一 般 在 2 一 3% 左 右 ,最 大 增加 值 在 吉林 与 内 蒙古 交界 区 附近 ,为 3.8% ,也 就 是 说 相对 增加 1. 5 一 2. 0% 左 右 。 另 一 个 较 高 值 出 现在 黑河 地 区 ,最 高 可 增加 3. 4% 。 东 南 沿海 地 区 土壤 湿度 在 秋季 增加 很 大 ,这 可 能 是 由 于 夏季 降水 增加 很 多 之 故 。 平 均 增 加 在 2 一 4%% 之 间 , 最 大 增加 值 在 浙江 南部 ,高 达 5. 1% ,这 也 是 秋季 土壤 湿度 全 国 增加 最 多 的 地 方 ,几乎 相对 增加 在 2. 5% 左 右 。 图 :6 是 中 国 冬 季 士 壤 湿度 可 能 变化 图 。 与 秋季 不 同 的 是 全 国 大 部 分 地 区 土壤 湿度 是 增 _ 加 的 。 云 贵 高 原 大 部 ,广东 大 部 和 广西 土壤 湿度 减少 。 除 云南 的 东南 部 减少 在 .2 一 3% 之 间 外 ;其 他 地 区 均 减 少 0 二 1% 左 右 , 即 相对 减少 在 :0 二 5% 左 右 。 费 东 地 区 ,包括 京 津 地 区 也 是 一 个 减少 区 ,减少 量 在 0 一 1% 左 右 。 另 一 个 减少 区 出 现在 新 疆 、 青 海 . 甘 肃 和 内 蒙古 交界 的 区 域 , 减 少 在 0 一 1.5% 左 右 。 全 国 最 高 的 减少 量 出 现在 云南 东部 ,为 2.7%%。 _， 从 图 6 可 以 看 到 内 蒙古 中 部 、 陕 甘 宁 和 华北 西部 以 及 山东 河南 大 部 的 冬季 土壤 湿度 增 加 不 太 多 ,在 0 一 1% 左 右 。 东 北大 部 和 内 蒙古 东北 部 增加 在 1 一 3% 左 右 , 这 个 地 区 增加 最 大 值 出 现在 吉林 、 黑 龙 江 交界 处 ,为 2. 9% 。 青 藏 高 原 中 部 和 南部 是 增加 区 ,增加 的 值 也 不 大 ， 在 0 一 1% 左 右 。 新 疆 中 部 北部 增加 较 多 ,为 1 一 3% 左 右 。 最 大 值 出 现在 新 疆 西 北部 伊犁 地 区 为 3.8% ,长 江 中 下 游 和 四 川 盆地 是 一 个 高 值 增 加 区 ,增加 幅度 是 2 一 5% , 即 相 对 增加 在 10 一 25% 左 右 。 最 高 的 增加 地 点 在 浙江 省 中 部 ,增加 5. 4%, 五 结论 与 讨论 从 上 面 的 分 析 我 们 可 以 看 到 (1D)NCAR CCM 模拟 输出 资料 表明 ,在 由 温室 效应 全 球 变 暧 时 ,中 国土 壤 湿 度 就 年 平均 而 言 ,大 部 分 地 区 是 增加 的 。 一 般 增加 在 0 一 1% 左 右 , 但 在 长 江 以 南华 东 和 华中 地 区 、 华 南 地 区 增加 幅度 较 大 ,在 1 一 3% 左 右 。 最 大 增值 地 区 出 现在 浙江 南部 ,增加 3. 4%% 。 (2) 年 平均 土壤 湿度 减少 区 出 现在 云贵 高 原 . 四 川 盆地 南部 和 广西 西部 ,陕西 .宁夏 全 省 和 甘肃 东部 地 区 、. 费 东 及 渤海 沿海 区 域 。 减 少 幅度 一 般 在 0 一 2% 之 间 。 (3) 中 国 陆 面 季节 土壤 湿度 就 全 国 范围 来 看 ,春季 和 冬季 是 增加 的 ,夏季 有 一 半 国 土 是 减少 的 ,而 秋季 大 部 分 国土 是 减少 的 。 在 以 上 的 分 析 和 结论 基础 上 我 们 进一步 结合 我 国 一 些 地 区 的 环境 和 社会 经 济 发 展现 状 对 几 个 典型 有 意义 的 地 区 进行 初步 扼要 的 讨论 ,分 析 土 壤 湿度 可 能 变化 带 来 的 影响 。 首先 ,从 图 2 到 图 6 中 可 以 看 到 ,云贵 高 原 地 区 在 全 年 和 任 一 季节 中 土壤 湿度 都 具有 减 少 的 趋势 ,而 东南 沿海 地 区 在 全 年 和 任 一 季节 中 土壤 湿度 都 具有 增加 趋势 .这 将 会 给 这 两 个 地 区 主要 带 来 对 农业 发 展 的 不 利 影响 ,应 该 引起 注意 。 第 二 ,陕西 .宁夏 和 甘肃 东部 地 区 本 来 + 271° 就 是 半 干 旱 . 干 旱 为 主 的 地 区 ,土壤 湿度 的 减少 对 这 一 地 区 的 农 ` 牧 .林业 将 带 来 不 利 影 响 ， 及 早 地 讨论 解决 水 资源 的 措施 是 非常 紧迫 的 。 值得 欣 奈 的 是 我 国 广大 干旱 区 和 大 部 分 半 干 旱 区 在 未 来 气候 变化 条 件 下 土壤 逮 度 将 增 加 ,这 将 在 一 定 程度 上 缓解 沙漠 化 的 发 展 与 威胁 ,将 有 利于 这 一 区 域 的 农 `\ 牧 业 发 展 ; 但 是 应 该 看 到 这 种 增加 的 幅度 是 不 大 的 ,相对 增加 仅 在 5%% 左 右 ,个 别 地 点 达 10%。 因 此 大 们 仍 需 与 晋 劣 的 自然 环境 相 适应 和 做 斗争 。 参 考 文 献 [1] WMO/UNDP, Report Climate Change, The IPCC Australian Government Publishing Impacts Assessment, Ser- vice, Canberra (1990). a, : [2] Wetherald, R.T. , and S. Manabe, Cloud Feedback Processes in a General Circulation Model. , J. Atmos. Sci. V45, No. 8 1397—1414(1988). ; [3] Washington, W.M. and G. A. Meehl, Climate Sensitivity due to Increased CO;. , Climate Dynamics, V4, 1 — 38 (1989). | [4] Washington, W.M. and G. A. Meehl, Seasonal Cycle Experiment on the Climate Sensitivity Due to a Dou- bling of CO, with an AGCM Coupled to a SMLOM. J. Geophysical Res. V89, No. D6, 9475 — 9503 (1984). [5] W-C Wang. 3K, COATS RE RAE T FB EK AY REE ELAR. 2202 The Potential Change of Soil Moisture of China under the Condition of Global Warming Induced by CO, Doubling * Zhang Yi (Institute of Geography, Chinese Academy of Sciences) Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) Abstract Using output data of NCAR CCM, in this paper we investigate the features of annual and sea- sonal soil moisture of China under the condition of globe warming indeced by greenhouse effect. The results show; annual mean soil moisture will increase 0— 1% more over whole China. It will de- crease in Yun Guei Plateau, Southern Guang Xi, Shan Xi, Ning Xa, Southern part of Gan Su, Eastern part of He Bei and coastal areas of Be Sea. In spring soil moistrue of most part of China will increase. Key words:Climate Model Drought Soil Moisture * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. * 273 中 国 地 表 衬 气温 度 的 GCM fe guy 与 观测 的 比较 研究 - ik # 中国 科学 院 地 理 研 究 所 ) Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road, SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) fi 3.9 TR NCAR.CM 模式 在 研究 区 域 气候 方面 的 模拟 能 力 , 作 为 第 一 步 ,作者 利用 中 国 现 有 的 气象 资料 对 CCM 输出 资料 进行 加 工整 理 和 计算 。 在 此 基础 上 对 CCM 模式 模拟 中 国 气候 (以 中 国 地 面 空气 温度 场 为 例 ) 的 能 力 进 行 了 检验 。 结 果 表 明 :1XCco: 模式 气候 与 观测 气候 相 比 , 除 在 新 疆 和 青川 . 藏 交 界 地 区 外 ,总 的 来 说 是 比较 一 致 的 ,特别 在 中 国 的 东 半 壁 是 相当 一 “ 致 的 。1XCo, 模式 气候 模拟 的 夏季 中 国 地 面 空气 温度 场 最 为 成 功 , 其 他 季节 依次 为 秋季 ;, 奉 季 和 冬季 的 绝对 平均 模式 气候 与 观测 气候 的 SMSAT 误差 值 分 别 为 1.08C,116CL26C 和 1 85°C, 而 两 种 气候 的 AMSAT 的 平均 绝对 误差 值 为 1. 12C 。 sy 关键 词 :模式 气候 ”观测 气候 “模拟 Dil ae a 研究 未 来 气候 的 实际 意义 在 于 :寻求 和 判断 气候 可 能 变 暖 的 范围 、 程 度 及 其 到 来 的 时 间 。 由 于 各 国 国 民 经 济 发 展 , 从 自然 因素 来 说 主要 依赖 现代 气候 条 件 " ,显著 的 温度 效应 引 起 的 气候 变化 需要 付出 人 力 、 物 力 、 财 力 去 适应 可 能 发 生 的 新 的 气候 条 件 , 因 此 ,很 多 国家 对 未 来 气候 的 研究 给 予 越 来 越 多 的 重视 。 研究 未 来 气候 的 最 大 困难 在 于 人 们 现在 不 可 能 获得 未 来 的 气候 事实 去 检验 研究 未 来 气 候 的 方法 和 研究 结果 ,人 们 只 能 通过 对 过 去 和 现代 气候 的 认识 ,进一步 预测 或 估计 未 来 气候 的 可 能 状况 。 从 本 世纪 初期 开始 ,以 印度 皇家 观 象 总 台 台 长 Warker 为 代表 的 气象 专家 利用 已 知事 实 的 相关 关系 推断 未 来 气候 的 方法 长 期 以 来 占有 统治 地 位 ,并 且 取 得 了 一 大 批 有 价 值 的 研究 成 果 咏 ,但 是 这 种 统计 的 方法 缺乏 物理 和 动力 的 基础 ,对 空间 预报 的 范围 有 其 局 限 。 随 着 气象 学 和 计算 技术 的 发 展 , 近 十 几 年 来 崛起 的 全 球 大 气 环流 模式 模拟 的 研究 方法 是 全 面 系 统 地 认识 未 来 气候 变化 的 有 力 工具 , 越 来 越 受 到 人 们 的 青睐 .一 批 比较 成 熟 的 全 球 大 气 环流 模式 (GCMs) ,例如 NCAR( 美 国 国家 大 气 研 究 中 心 ) 的 CCM) ,GISS( 美 国 哥 达 德 空间 研究 所 ) 的 GCML5 ,GFDL( 美 国 地 球 物理 流体 动力 实验 室 ) 的 GCM-” ,及 英国 气象 局 大 气 环 类 本文 为 中 国 科 学 院 与 美国 能 源 部 合作 研究 (CO 导致 的 气候 变化 ) 中 部 分 工作 。 ° 274° Wi HBR RSE AR REAR AUR AY BY BBE, eS RRR 共识 也 常常 依据 于 这 些 模 式 的 模拟 结果 5505。 不 仅 如 此 , 近 些 年 来 ,各 国 的 学 者 根据 这 些 模式 模拟 的 结果 ,广泛 地 研究 了 温室 效应 增 暖 气候 对 区 域 的 经 济 ` 农 业 、` 林 业 、 水 文 `“ 交 通 、 能 源 、 运 输 及 至 旅游 事业 的 影响 呈 5 ,为 各 国 各 地 区 经 济 发 展 的 战略 安排 提出 依据 。 中 国 是 世界 上 人 口 众多 ,幅员 辽阔 的 大 国 。 中 国 在 未 来 气候 变化 中 的 经 济 发 展 对 世界 经 济 的 繁荣 和 稳定 有 着 重要 影响 ,利用 大 气 环流 模式 研究 中 国 区 域 气候 的 可 能 变化 ,研究 这 种 气候 变化 对 中 国 经 济 发 展 的 诸 方面 的 影响 已 刻不容缓 。 本 工作 任务 之 一 将 使 用 NCAR .CCM 模拟 的 可 能 气候 变化 的 结果 ,讨论 中 国 温室 效应 气候 变 暖 时 期 的 状况 。 作 为 第 一 步 ,本文 以 中 国 地 面 空气 温度 场 为 例 , 主 要 讨论 如 何 应 用 CCM 的 模拟 结果 去 研究 区 域 气候 的 方法 ,以 及 检验 CCM 在 研究 中 国 气候 时 的 适用 性 。 =. 模式 及 模式 输出 资料 整理 本 文 使 用 的 模式 输出 资料 ;来 源 于 NCAR_CCM (NCAR Community Climate Model)”, 3x 个 模式 是 三 维 大 气 环 流 谱 模 式 。 它 直 澳 大利 亚 谱 模 式 发 展 而 来 5621 其 中 一 些 物理 过 程 参 数 化 是 从 早期 的 GEFEDE 模式 得 来 "1 。 这 个 模式 使 用 9 层 垂直 坐标 系统 (ao 三 0.-991,0. 926, 0. 811,0. 644,0. 500,0..336,0. 189,0. 074 和 0. 009) ,使 用 谱 变换 方法 讨论 水 平 非 线 性 输送 项 。 形 成 截断 的 波 数 是 15, 具 有 40 个 纬度 格 点 和 248 个 经 度 格 点 ,因此 纬度 分 辩 度 是 4. 5"， 经 度 分 辨 度 7;5", 时 间 步 长 为 40 分 钟 。 为 了 检验 模式 模拟 由 于 Co; 倍增 而 引起 的 气候 变化 的 能 力 , 就 要 衡量 它 产 生 的 “现代 气 候 ? 好 到 什么 程度 , 即 比 较 1 X CO. 模式 气候 与 观测 气候 的 吻合 程度 .以 在 本 文中 讨论 的 中 国 地 面 空 气温 度 场 为 例 * 就 是 要 讨论 1 XCO:, 模式 气候 产生 的 中 国 地 面 空 气温 度 场 与 中 国 气 候 实际 观测 的 地 面 空 气温 度 场 的 差异 ,包括 空间 和 时 间 方 面 的 差异 。 何 为 观测 气候 的 地 面 空 气温 度 ?- 即 o = 1 高 度 处 的 地 面 空 气 观测 温度 ,因此 模式 控制 气 候 的 地 面 空 气温 度 应 取 王 工 商 度 处 的 空气 温度 与 观测 气候 比较 时 ,* 才 具有 可 比 性 。 文 ARO cH, Washington 等 人 使 用 了 0.9910 处 的 地 面 气候 场 与 观测 到 的 地 面 空气 温度 场 进 行 比 较 , 用 以 检验 CCM 的 模拟 能 力 。 作 者 认为 这 是 不 太 合 理 的 .众所周知 ,在 近 地 层 大 气 中 ， 越 贴近 地 面 ,一般 来 说 气象 要 素 的 垂直 梯度 值 越 大 ,尽管 1w 和 0.991c 仅 仅 相差 0. 009c, 但 温 度 差别 最 大 将 会 达到 2 度 多 。 表 1 是 根据 1XCo, 控制 气候 的 九 层 *o 处 的 温度 资料 ,用 拉 格 朗 日 插值 方法 对 给 定 轧 层 插值 结 点 进行 插值 所 得 出 的 c=1 处 的 部 分 温度 资料 ,插值 公式 为 : wo=> (IE 558)» a) FT Lj J#k 1X Hz, ,22,°++2, 是 九 层 zc 值 ,加 ,yz，… "Ys Fe TL i (A XT DY 的 温度 值 ， 显然 ， 由 于 九 个 5 值 中 , 越 趋 于 1 越 密 , 可 以 判断 插值 结果 会 比较 好 。 从 表 1 可 以 看 出 ,地 面 空气 温度 与 oo = 0. 991 处 的 空气 温度 ,在 冬季 相差 0. 4 一 2. 5C 之 * 275» 多 ,夏季 差别 稍 小 ,也 有 0. 4 一 1. 6C 之 多 。 其 中 ,冬季 最 大 的 差 值 在 经 度 105"00' ,纬度 24°26! 格 点 处 为 2. 5C 。 我 们 推算 了 DIF,MAM, JJA,SON 四 个 季度 的 中 国 地 面 各 个 格 点 上 空气 温 度 值 , 并 由 此 得 到 控制 气候 的 年 平均 地 面 空 气温 度 资 料 , 用 以 和 实际 观测 资料 比较 。 Ri co=0.991 处 的 空气 温度 (, SEA HEE 33 个 ,由 于 中 国 陆 地 辽阔 且 最 重要 的 是 地 形 . 地 貌 复杂 ,因此 33 个 点 不 可 能 准确 地 勾画 出 中 国 地 面 空气 温度 的 年 、 季 分 布 ;@ 我 们 使 用 的 观测 气候 资料 见 文 献 [16]， 为 中 国 陆 面 260 个 台 站 从 1954 一 1983 年 20 年 逐 月 逐年 资料 ,这 260 个 站 点 与 33 个 格 点 地 理 位 置 完 全 不 同 ,无 论 从 数目 上 ,从 位 置 上 都 无 可 比 性 而 言 。 因 此 面临 着 如 何 将 格 点 资料 推 广 到 260 个 站 点 的 问题 ,图 1 为 站 点 位 置 图 。 图 1 台 站 点 分 布 Distribution of observation stations. 我 们 仍然 采用 在 文献 L16] 中 使 用 过 的 思想 ,认为 在 CO* 倍增 时 ,由 于 形成 气候 的 基本 要 素 : 太 阳 辐 射 ,海陆 分 布 ,洋流 ,地 形 地 狐 状 况 等 与 现今 相 比 没有 本 质 的 变化 ,而 由 于 CO， 倍 增 引起 的 气候 变化 不 过 是 同一 气候 统计 母体 中 的 气候 振 功 而 已 。 因 此 如 同 在 文献 [16] 中 的 那样 ,可 以 假定 :无论 对 于 现代 气候 还 是 对 控制 气候 ,还 是 2 X COr 气候 来 说 ,温度 场 中 要 素 之 间 的 关系 基本 不 变 , 也 即 它 们 的 物理 基础 和 相互 关系 的 规律 基本 不 变 。 这 样 ,我 们 从 现今 260 站 30 年 的 气象 资料 出 发 ,建立 格 点 位 置 与 260 个 台 站 地 面 空 气温 度 之 间 的 相关 关系 。 为 了 提高 相关 系数 ,以 33 个 格 点 为 中 心 , 将 260 台 站 分 成 33 个 区 域 , 分 别 去 建立 每 个 格 点 "277。 与 其 邻近 台 站 的 年 平均 温度 之 间 及 季节 平均 温度 之 间 的 相关 关系 。 这 样 做 的 好 处 是 显 而 易 见 的 ,可 以 避 开 中 国 复杂 的 地 形 、 地 角 状 况 带 来 的 影响 ,使 每 个 区 域 中 的 台 站 都 处 于 大 致 相 同 的 地 理 环 境 之 中 ,提高 了 格 点 气候 与 台 站 之 间 的 相关 关系 。 需 要 说 明 的 是 ,33 个 格 点 位 置 的 30 年 的 年 ` 季 观测 资料 是 没有 的 ,我 们 从 260 个 站 的 资料 逐年 画 出 全 国 温度 分 布 图 (等 温 线 间隔 1C) ,再 从 这 些 温度 分 布 图 中 读 出 33 个 格 点 位 置 的 30 年 的 年 平均 温度 。 这 个 资料 用 来 建立 格 点 与 260 个 台 站 的 年 平均 温度 关系 。 由 于 读 图 时 等 温 线 间隔 为 1C* 因 此 读数 误 差 显然 小 于 0. 5C ,是 可 以 用 来 进行 气候 学 计算 的 。a\b 是 直线 回归 方程 的 系数 ,满足 方程 : 好 三 0 十 bzr (2) 为 计算 方便 ,xs 代表 格 点 年 平均 空气 温度 ,yr 代表 以 格 点 为 中 心 的 同一 区 域内 的 台 站 的 年 平均 空气 温度 ,rz 是 相关 系数 ,t 是 学 生 氏 检验 , 即 1 检 验 中 的 + 值 , 从 =a (3) 计算 得 出 。 这 里 是 简单 相关 系数 检验 ,N 是 样本 容量 ,此 处 为 30, 在 0.01 信 度 ,自由 度 为 28 条 件 下 ,t 的 临界 值 为 2. 763 左右 ;如 用 相关 系数 表 直 接 检 验 , 在 0. 0oLE 信 和 度 下 相关 系数 临界 (ir. 为 0.4650 左右 。 在 我 们 工作 中 ,一 律 取 r>0. 5000 的 台 站 进行 计算 。 控制 气候 的 季节 温度 资料 的 获得 ,我 们 仍 采 用 了 文献 [16] 的 作法 , 当 用 上 述 方 法 得 到 223 个 站 点 的 控制 气候 推算 的 年 平均 地 面 空气 温度 资料 后 ,考虑 到 中 国 复杂 的 地 形 、 地 瑶 和 幅员 辽阔 ,我 们 分 平原 区 内 陆 区 和 高 原 区 建立 空间 气候 方程 。 从 已 知 的 年 平均 温度 资料 去 计算 季节 和 其 他 有 关 的 气象 要 素 资 料 。 在 平均 区 中 ,空间 -气候 方程 为 : 而 二 一 34. 0725 十 0. 09094+ 0. 0044 互 十 1. 74137, (4) R,=0. 9979 T= 16. 4483—0. 1183A+0. 82307, (5) R,=0. 9932 T;=11. 0696+0. 1701p—0. 0022H+0. 61577, (6) Ry=0. 9784 T,=—9. 3636+0. 0820+ 1. 07967, (7) R,=0. 9972 * 278 。 这 里 丈 是 冬季 平均 空气 温度 ,7:、.7s、7T4 分 别 是 春季 、 夏 季 和 秋季 平均 空气 温度 ,7 是 AMSAT ,R, Ro. Rs 和 Ry 分 别 是 四 个 季节 的 空间 气候 方程 的 复 相关 系数 ,是 经 度 ,m BAR, 五 是 站 点 的 海拔 高 度 。 对 于 内 陆 区 ,有 空间 -气候 方程 : T,=6. 3304—0. 5662p+ 1. 0167T, (8) R,=0. 9573 T,=2. 1998—0. 0298140. 0623q+1. 0155T, (9) Ri =0. 9872 T,=—9. 3129+0. 0311X 十 0. 5058q+ 1. 0227, (10) Rs 一 0. 9509 T,=4. 1464—0. 0674q—0. 0005H 十 0. 8789T, a1) (=0. 9926 对 于 高 原 区 :有 空间 -气候 方程 : T, =—9. 8048—0. 2346y+ 0. 0018H+1. 3832T, (12) R, =0. 9903 T,=— 4. 0390+0. 0010H+ 1. 2342T, (13) R.=0. 9963 Ts 三 三 8. 0981+ 0. 3152~—0. 0022H+ 0. 5402T, (14) Rs 一 0. 9874 T,=4. 1828 一 0. 0465m 一 0. 0005H 十 0. 8752T, (15) R,=0. 9982 根据 (4) 一 (15) 式 计算 出 的 控制 气候 的 季节 温度 资料 ,连同 从 格 点 年 平均 资料 计算 的 站 点 的 年 平均 资料 ,用 来 与 观测 气候 相 比 较 , 各 有 相同 的 223 个 站 点 , 且 有 了 共同 比较 的 基础 。 。279 。 PO. 1X CO, 模式 气候 与 观测 气候 的 比较 1. 年 平均 地 面 空气 温度 (41MS47 ) 图 2、3 是 1XCo, 模式 气候 和 现代 观测 气候 的 年 平均 气温 分 布 图 。 从 图 中 可 以 看 到 ， 等 温 线 的 形状 和 分 布 是 很 相似 的 -特别 是 在 中 国 中 部 和 东部 地 区 更 为 相近 。 由 于 地 形 的 影响 ， 等 值 线 以 东北 -西南 方向 为 主 的 特征 在 两 个 图 中 都 清晰 可 见 , 大 部 分 地 区 的 等 值 线 的 数值 和 位 置 也 很 相近 ,但 新 疆 维 吾 尔 自治 区 的 1XCo* 模式 年 平均 气温 值 比 现代 观测 气候 值 普遍 为 低 。 图 4 是 1XCos 气候 与 观测 气候 之 间 的 年 平均 地 面 空气 温度 差 的 分 布 图 (D4M47) 。 图 中 新 疆 地 区 为 负 值 区 ,新 疆 大 部 分 地 区 1X co: 模式 推算 值 低 于 观测 值 ,而且 差 值 较 大 , 另 一 个 | 不 成 功 的 地 方 在 青海 .四 川 和 西藏 交界 地 区 差 值 , 达 到 2 一 3C 。 我 们 计算 了 223 个 站 点 平均 ”绝对 误差 为 1. 12C ,由 此 看 来 对 于 中 国 大 部 分 地 区 ,根据 1XCo: 模式 气候 计算 的 年 平均 温 度 值 是 可 以 接受 的 。 图 2 1XCO, 模式 气候 的 4MS47 分 布 (CC ) AMSAT distribution of 1 X CO, model climate (C) * 280 + 图 3 现代 观测 气候 的 AMSAT 分 布 (C ) AMSAT distribution of present observed climate (CC ) 图 4 模拟 气候 与 观测 气候 的 DAMAT 44°C) DAMAT distribution between 1XCO: model climate and observed climate (CC ) * 281 。 FAS 1X CO, 模式 气候 冬 等 的 SMSAT 分 布 (C ) SMSAT of DJF 1 X CO, model climate (°C) 6 “观测 气候 的 冬季 SMSAT 分 布 (C ) SMSAT of DJF of observed climate (人 ) * 282 « 图 7 冬季 的 DSMAT 分 布 (C) DSMAT of DJF (CC ) 2. 季节 平均 地面 空气 温度 CSMSAT) 5 一 16 分 别 是 四 个 季节 的 模式 气候 .现代 观测 气候 的 季节 平均 地 面 空气 温度 图 和 这 两 个 气候 之 间 的 季节 平均 地 面 空 气温 度 差 值 图 。 这 里 冬季 为 12\\ 2 月 (DJF) ,春季 为 3.4、5 月 (MMA) ,夏季 为 6.7.8 AGIA). KEW YI.10.11 月 (SON)。 由 图 可 见 : 冬 季 的 等 温 线形 状 对 两 种 气候 来 说 是 很 相近 的 ,但 是 数值 上 有 一 些 差别 ,特别 是 在 新 疆 、 西 藏 .云贵 和 甘肃 . 青 海 一 带 , 最 大 的 DSMAT 值 出 现在 西藏 地 区 ,为 3 一 4C 左 右 * 春 季 的 等 温 线形 状 比较 接近 , 数 值 有 一 些 差 别 , 从 图 四 和 图 -9 看 主要 在 西 半 部 ;图 10 表明 DSMAT 最 大 值 出 现在 青海 西藏 和 四 川 交 界 一 带 ,新 疆 南 部 也 有 一 明显 差 值 区 , 角 2 一 3C。 夏季 时 ,TIXCO: 模式 模拟 得 相当 成 功 ,图 11.12 等 温 线 形状 相似 ,数值 差别 不 大 ,特别 从 图 -13 中 看 出 ,除去 川 藏 交 界 地 带 DS- MAT 偏 高 外 ,其 他 大 部 分 地 区 的 DSMAT 在 0 一 1TC 之 间 , 其 中 有 很 大 一 部 分 地 区 ,如 华北 平 原 . 长 江 中 下 游 地 区 和 华南 地 区 DSMAT IL FRR FS. 秋季 的 模拟 结果 也 比较 令 大 满意 , 绝 大 部 分 地 区 的 DSMAT 都 在 0 一 1C 之 间 。 和 春季 、 夏季 ,冬季 一 样 , 在 中 国 东 半 部 地 区 ,1XCO, 模式 的 模拟 计算 结果 相当 不 错 ; 而 在 中 国 西 半 部 ,秋季 和 夏季 一 样 ; 除 新 疆 南部 :青州 藏 交办 地带 外 结果 也 很 好 ,一 般 DSMAT 也 都 在 0 一 ir. + 283 。 图 8 1XCo: 模式 气候 春季 SMSAT 分 布 (C) SMSAT of MAM of 1XCo, model climate (CC ) 9 “观测 气候 春季 SMSAT 3} FHC) SMSAT of MAM of observed model climate (CC ) - 284+ 图 10 春季 DSMAT 分 布 (C) DSMAT of MAM (CC) 图 ll =X CO, 模式 气候 夏季 SMSAT 分 布 (C) SMSAT of JJA of 1] XCOz model climate (°C ) * 285 + 12 ”夏季 观测 气候 的 SMSAT 分 布 (C ) SMSAT of JJA of observed climate ('C) 图 13 W2EDSMAT 分布 (C) i DSMAT of JJA CC) : 图 14 1X CO, 模式 气候 秋季 SMSAT 44H CC) SMSAT of SON of 1 X CO, model climate (CC) 15 “观测 气候 秋季 SMSAT 分 布 CC) SMSAT of SON of observed climate (°C) ° 287 。 a. Wat 16 “秋季 DSMAT 分 布 (C ) DSMAT of SON (C) 从 图 2 一 16 ,我 们 可 以 看 到 以 下 共同 性 结果 : (1) 1XCO* 模式 气候 的 计算 结果 总 的 说 来 是 可 以 用 来 研究 中 国 的 温室 增 暖 气候 的 ,与 观测 气候 相 比 较 还 是 接近 的 ,但 是 在 新 疆 地 区 及 青川 藏 交界 地 区 ,无 论 是 年 平均 气温 还 在 季 节 平 均 气 温 与 观测 气候 均 有 较 大 误差 。 (2) 1XCO, 模式 气候 的 计算 结果 ,对 于 中 国 东 半 部 地 区 观测 气候 来 说 是 相当 接近 的 ， 无 论 对 年 平均 气温 ,还 是 对 季节 平均 气温 都 是 如 此 ,一 般 二 种 气候 的 温度 在 这 个 地 区 的 差别 都 小 于 1C 。 (3) 就 不 同 季节 来 说 ,1XCO, 模式 气候 模拟 夏季 观测 气候 最 为 成 功 , 依 次 为 秋季 和 春 =, 冬季 模拟 结果 最 差 。 我 们 计算 的 两 种 气候 的 季节 平均 地 面 空气 温度 的 平均 绝对 误差 (223 4A) FL. PK. ASP AA 1. 08.1. 16,1. 26 Fl 1.85. 五 、 结 论 与 讨论 1. 将 GCM 模拟 结果 运用 于 区 域 气候 的 讨论 或 估计 未 来 气候 对 区 域 经 济 诸 领域 影 响 的 时 ,首先 要 对 模式 模拟 该 区 域 气候 的 能 力 进 行 检 验 。 2. NCAR 的 CCM 模式 模拟 图 中 气候 能 力 的 检验 (以 地 面 温度 场 为 例 ) 方 法 是 将 1 xX CO? + 288 + 模式 气候 与 现代 观测 气候 相 比较 . 为 了 充分 地 利用 现代 观测 气候 资料 进行 检验 ,应 该 进行 模 式 输出 资料 的 计算 整理 ,以 克服 由 于 格 点 过 稀 带 来 的 精度 不 足 问 题 。 3. 1X COz 模式 气候 的 计算 结果 与 观测 气候 相 比 , 除 在 新 疆 和 青川 藏 交 界 地 区 外 ,总 的 来 说 是 比较 一 致 的 ,特别 是 在 中 国 的 东 半 部 是 相当 一 致 的 。 4.1XCO, 模式 气候 计算 结果 模拟 夏季 中 国 地 面 空 气温 度 场 最 为 成 功 ,依次 为 秋季 、 春 季 和 冬季 。 两 种 气候 的 SMSAT 的 平均 绝对 误差 (223 个 站 ) 按 季节 分 别 为 1. 08、1. 16、1. 26 和 1.85C 。 GCM 格 点 资料 的 代表 性 问题 是 一 个 复杂 问题 ,一些 作 者 根据 自己 工作 需要 使 用 了 不 同 的 方法 去 处 理 "" 7。 事实 上 ,由 于 格 点 位 置 周围 的 自然 条 件 千 差 万 异 , 格 点 资料 究竟 代表 多 大 范围 的 平均 状况 很 难处 理 。 我 们 对 这 个 问题 的 出 发 点 是 :根据 我 们 研究 目的 需要 , 绕 开 究 竟 代 表 多 大 范围 的 问题 ,认为 格 点 处 的 模拟 资料 只 代表 该 格 点 处 的 该 要 素 状 况 。. 这 个 问题 是 GCM 输出 资料 使 用 中 是 一 个 实际 的 又 令 人 有 兴趣 的 问题 ,是 否 应 该 根据 研究 目的 采取 不 同 ,处 理 方法 ,值得 研究 。 $x 献 [1] Lamb，H. H. Climate History and the Future. VII, Methuen and Co. Ttd. London. (1977). [2] Washington, W.W. and G. A. Meehl; Seasonal cycle experiment on the climate sensitivity due to a doubling of CO, with an atmospheric general circulation model coupled to a simple mixed layer ocean model. J. Geophysi- cal Res. , 89, 9475—9503. (1984). [3] Hansen, J. , G. Russell, D. Rind, P. Stone, I. Fund, R. Ruedy, and J. Lerner; Climate sensitivity; Anal- ysis of feedback mechanisms in climate processes and climate sensitivity , Geophys, Monogr. Ser. , 20, 131— 163. (1984). [4] Wetherald, R.T. and S. Manabe; An investigation of cloud cover cage in response to thermal forcing, Cli- mate Change, 8, 5—23. (1986). [5] Corby, G.A., A. Gilchrist and P. R. Rowntree; United Kingdom Meteorological Office five level general cir- culation model, Method in COmputational Physics, 17, 67—110. (1977). [6] Houghton, J.T. ; The Global Climate, Cambridge Univ. Press. (1984). [7] Bourke, W. , B. McAvaney, K. Puri, and R. Thurling; Global modeling of atmospheric flow by spectral meth- ods. Method in Computational Physics, 17, 267—324. (1977). {8] Cohen, S.J. ; Impacts of CO,— induced climatic change on water resources in the great lakes basin, Climate Change, 8, 135—153. (1986). [9] Wilks, D.S. ; Estimating the consequences of CO,— induced climatic change on North American grain agricul- ture using general circulation model information. Climate Change, 13, 119—42. (1988). [10] Wilson, C.A., J. F.B. Mitchell; Simulated climate and CO,— induced climate change over western Europe. Climate Change, 10,11—42. (1987). [11] Riebsame, W.E. : Adjusting water resources management to climate change. Climate Change, 13, 69—97. (1988). * 289 。 [12] [13] [14] [15] [16] [17] McAvaney, B. J. , W. Bourke, and K. Puri; A global spectral model for simulation of the general circula- tion. J. Atmos. Sci. , 35, 1557—1582. (1978). Manabe, S. , J. Smagorinsky, and R. F. Strickler; Simulated climatology of g general circulation model with a hydrologic cycle. Mon. Weather Rev. , 93, 769—798. (1965). Schlesinger, M. E. ; Climate model simulations of the equilibrium climatic response to increased carbon diox- ide Rev. Geophysics, 25, 760—798. (1987). Pitcher, E. J. , R.C. Malone, C. Ramanathan, M. L. Blackmam, K. Puri, and W. Bourke; January and Ju- ly simulations with a spectral general circulation model. J. Atmos. Sci. , 40, 580—604. (1983). Wang W.-C. and Zhang Y. ; The surface air temperature in China during Mid— Holocene. (in press). Rind, D. R. Goldberg and R. Ruedy, Change in climate variability in the 21st century, Climate Change, 14, 5—37. (1986). * 290 。 wi Comparison of Surface Air Temperature in China Between GCM Model Climate and Observed Climate * Zhang Yi (Institute of Geography ,Chinese Academy of Science) Wei-chyung Wang (ASRC, 100 Fuller Road SUNY at Albany, NY, 12205, U.S.A. ) Abstract In the present study, we compare the observed surface air temperature in China with those sim- ulated from the NCAR general circulation model. The results indicate that the model simulation is generally in agreement with the observations over the whole China, especially in eastern part of Chi- na. The model summer calculated temperature is in good agreement with that of observed respective- ly. The averaged differences in the seasonal mean temperature between model and observations dur- ing summer, autumn, winter and spring are 1. 08°C ,1. 16°C, 1. 85 and 1. 26°C respectively while the annual mean temperature difference is 1. 12°C. Key words; Model Climate Observed Climate Simulation * This work is partial study of (Climate Change Induced by CO2 Doubling) cooprated by CAS, China/DOE,USA. wn0 Is the § “adhe samo its stipe To fozehsqmoD’" ere HevieedO bus. stariilJl OM MO N39 WET eeeien " eoil> Sapte] pc 717 oss e , ; ourke, January sais ana. ¢ 'Gaz). 7 : - folciene tin press) ; ury, Ciiteste Change, 26229 = Isiq orl? al 550 | 2i noisiveniea foborn efi) init of 次 ne $ brit mort boraiv HD Io. SG 1192589 fil Vileiooges VOR Y ard) 36 al vilersripa p iohori of ett Jub 2noljnvisedo DR }9bor oan 19ve oat PD ofidw vievilosqas: BAS.i baw of) FE 者 还 jy poe tem ani miz seo! daw saul? ni -9vijdeqgo1 bovis¢d > jc “------1 gue (Suite Sat abiow you ISBN 7—5029—1415—3/P + 0608 定价 ; 29. 90 元