近40年内蒙古区域温度和降雨量变化的时空格局_丁勇

第28卷第4期

2014年4月干旱区资源与环境Journal of Arid Land Ｒesourcesand Environment Vol．28No．4Apr．2014文章编号：1003－7578（2014）04－096－07

近40年内蒙古区域温度和降雨量变化的时空格局

112111丁勇，萨茹拉，刘朋涛，李西良，吴新宏，侯向阳

（1．中国农业科学院草原研究所/中国农业科学院欧亚温带草原研究中心，010010；呼和浩特，

2．内蒙古自治区生态与农业气象中心，呼和浩特010051）*

要：在气候变化日益加剧的情形下，制定科学合理的气候变化应对策略，需要准确把握区域气候变化

的时空特征与规律。文中以内蒙古为研究区域，分析了1969－2008年间区域温度和降雨量的年值和季节值变提

主要结论：1）年均温度明显升高，有54．82%地区累计升高1．6 2．4ħ ，有29．95%地区累化趋势及时空格局，

无降低区域，在空间上，温度升高区域主要集中在除阿拉善盟和鄂尔多斯市的大部分地计升高2．4 3．2ħ ，

63．05%区域变化在ʃ 1mm /a，27．58%地区40年来累计减少40mm 以上，9．37%地区略区；从降雨量变化来看，

有增加趋势，从空间上分析，降雨量减少地段主要集中在除阿拉善盟、鄂尔多斯市以及呼伦贝尔北4市旗之外的大部分地区。2）从季节日均温度、降雨量的变化来看，温度变化4个季节均以升高为主，增幅规律为春季＞冬季＞秋季＞夏季；降雨量增与减变化存在季节差异，春季有18．39%地段明显增多，而其它季节均以不同程度的减少为主，其中夏季减少最多，面积达35．86%。3）近40年来，温度变化存在明显的突变点，但是突变时间存在空间分异。4）总之，由于温度的明显升高和降雨量不同程度的减少，将驱使区域气候旱化程度增强，这将对农牧业生产带来不利影响，亟待制定科学有效的中长期应对方略。

关键词：气候变化；温度；降雨量；时空格局；内蒙古

中图分类号：P467文献标识码：A

气候变化已成为当前全球关注的热点问题。监测数据分析结果显示，在全球范围气候变化呈现出温

［1，2］。度升高（1906 2005年温度升高0．74ħ ）、降雨量时空异质性增强和气候灾害事件频繁发生的特征

［3］并且有研究预估，从2010年到2060年，平均气温可能升高1．3ħ （1．1 1．4ħ ）。中国气候变化与全球

［4，5］，主要指标的变化幅度较全球平均水平略强据报道，过去100年我国平气候变化保持基本一致特征，

均增温1．1ħ ，部分地区达4ħ ，在温度和降雨量变化的共同作用下，导致东北、华北和西北东部干旱趋势

［6］显著增强。

内蒙古地处北半球，是温度变化最为明显的地带之一。近年来大量的以点代区的研究都支持区域温

［7，8］，80年代以后，度升高的论断主要结论认为，内蒙古地区20世纪70年代以后，出现持续性的增暖，增

暖趋势有所增强，到90年代，气温呈现明显加速上升趋势。从降雨量变化来看，大量研究证实，无论从全

［5，9，10］。内蒙古地区作为气候变化强烈、球尺度还是内蒙古地区降雨量变化复杂，时空差异显著区域生态

与社会系统较为脆弱的地区倍受学界和政府关注，目前大量研究成果多是针对局部地区或某一流域的研［11－13］，究这些成果在学术思想、研究方法等方面都具有重要的参考价值。但是，较为缺乏利用高时空密度数据对区域主要气候指标的专题分析，张存厚、王明玖等利用115个气象站的近30年数据对内蒙古地区

［14］为我们提供了重要启示。文中作为基础性工作，旨在全面分析和理解内蒙古区气候干湿状况的研究，

规律及其空间格局，希望能够为深入开展多维度气候变化影响、适应研域温度和降雨量指标的变化特征、

究以及制定气候变化应对策略等提供有意义的参考。

*收稿日期：2012－11－25；修回日期：2013－1－2。

70933004）；中央级公益科研院所基本科研业务专项（中国农业科学院草原研究所）项基金项目：国家自然科学基金项目（71130185，

目（[1**********]02）；内蒙古自然科学基金重大项目（2010ZD08）资助。

作者简介：丁勇（1980－），男，河北衡水人，博士，副研究员，主要从事草地生态学和可持续性科学研究。E －mail ：dingyong228@

126．com

通讯作者：侯向阳（1963－），男，山西大同人，研究员，博士生导师，主要从事草地资源利用与保护等方面的研究。

1．1材料与方法数据资料

研究主要选用内蒙古自治区及其周

边136个气象站（图1）的1969 2008年

日平均温度、降雨量的年值和月值数据。

基础数据由国家气象信息中心和内蒙古

自治区气象局提供。

1．2分析方法

1．2．1指标年值变化趋势

基于1969 2008年数值序列，利用线

性回归分析方法计算年变率。

1．2．2指标季节值年际变化趋势

利用相关月值数据换算为季节值（月

值换算成季节值的时间对应关系：春季为图1气象站点分布示意图

3月 5月，夏季为6月 8月，秋季为9Fig．1Distribution of meteorological stations in study area 月 11月，冬季为12月次年2月），获

得1969 2008年研究指标的季节数值序列，然后利用线性回归分析方法计算年变率。

1．2．3空间分析

通过上述分析方法获得年值、季节值变率，在ESＲI公司开发的ArcGIS9．3软件的支持下，利用Arc-Map 软件包中Spantial Analyst →Interpolate to Ｒastor→Spline 和Spantial Analyst →Surface Analysis →Contour 进行由点到面的空间插值分析、等值线绘制以及制图等。

1．2．4M －K 突变检验方法

M －K 突变检验即Mann －Kendall 非参数秩次相关检验法（简称MK 法），被广泛应用于气候和水文序

［15］列的趋势性分析。该统计检验方法的优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，

［16］

适用于类型变量和顺序变量，具体计算方法参见文献。

A 日均温度B 年雨量

图21969－2008年内蒙古区域温度、降雨量年指标变化

Fig．2Annual variations of average temperature and precipitation in Inner Mongolia （1969－2008）

2．1结果与分析温度和降雨量年指标变化

表1内蒙古地区近40年温度、降雨量变化速率分布研究内蒙古1969 2008年40年日均温

Tab．1The distribution of annual average temperature and 年降雨量变化，结果（图2，表1）。度、

precipitatio change rate in Inner Mongolia nearly 40years 从近40年内蒙古温度变化趋势分析与统

变率斑块数面积（km 2）占比（%）全区温度普遍升高，计（图2－A 和表1）可知，0．00 0．02629520．26约55%地区日均温升高0．04 0．06ħ /a，这些0．02 0．[1**********]1．30区域主要分布在锡林郭勒的中部和北部（主要0．04 0．[1**********]4．82年温度变化0．06 0．[1**********]9．95包括苏尼特左旗、苏尼特右旗、锡林浩特市变率（ħ /a）0．08 0．106241712．11等），鄂尔多斯北部（杭锦旗、达拉特旗）、河套0．10 0．121170961．49五原县、临河市、杭锦后旗平原（乌拉特前旗、＞0．1217500．07以及乌拉特后旗南部），以及除了牙克石市、扎62100．00合计1．15ˑ 108

＜－3．08186131．62兰屯市和鄂温克自治旗之外的大部分呼伦贝尔

－3．0 －1．[1**********]．96地区；也有约30%的地区温度升高在0．06 0．年降雨量变化－1．0 0．0438765833．8208ħ /a，空间分布相对分散；温度升高最高的当变率（mm /a）0．0 1．0333504629．23属呼伦贝尔的额尔古纳市、根河市和鄂伦春自1．0 3．08876047．64

升温幅度在0．08ħ /a以上，治旗的部分地段，＞3．01198231．73

845100．00合计1．15ˑ 10最高可达0．1208ħ /a。

从近40年内蒙古地区年降雨量变化来看（图2－B 和表1），局地不足10%地区降雨量呈增加趋势

，

A 春季B 夏季C 秋季D 冬季

图3内蒙古地区4个季节日均温变化

Fig．3Change of seasonal average temperature in Inner Mongolia

63%地区增减幅度不明显。从空间格局来看，约28%地区呈明显减少趋势，呼伦贝尔北部（额尔古纳市、

40年增量近50mm ；降雨量减少较多地区主要根河市和鄂伦春自治旗）小面积区域年降雨量呈增多趋势，

一直延伸至内蒙古区域边界，该地区降雨量变化率达－1 －3mm /a；内蒙古西从呼伦贝尔牙克石市向南，

北部包括鄂尔多斯大部分地区，巴彦淖尔市的乌拉特前旗、五原县、临河市、杭锦后旗和乌拉特后旗南部以

降雨量呈略增趋势，年均增率不足1mm /a。及阿拉善左旗和阿拉善右旗，

2．2温度和降雨量季节变化

分析气温季节变化，可以辨识各季节对指标年变化的贡献。研究分析了1969 2008年内蒙古地区春、夏、秋、冬4个季节的气温变化趋势及其空间格局（图3）。

4个季节温度皆以升高为主，0．03%和0．图3显示，夏、秋和冬季有降温趋势的区域分别仅占0．03%、

23%。以春冬两个季节增温最为显著，3 4ħ /春季增温幅度在2 3ħ /40a的面积占研究区的62．22%，40a 也达到12．89%；冬天增温对全年的贡献略低于春季，增温幅度在2 3ħ /40a的面积占43．38%，3 4ħ /40a达到17．59%；秋季增温幅度在2 3ħ /40a比冬季还要多，占45．69%，然而，其更大面积区域增温幅度在1 2ħ /40a，约占50%；夏季温度增幅最小，主要集中在1 2ħ /40a的范围当中。从空间格局

4个季节增温较高的地区的空间分布大致相同，故而形成了前述的年日均温的空间变化格局。来看，

气候变化背景下，降雨量的时空分布不均匀，是区域、中国乃至全球各尺度最为明显的共同特征之一。本研究分析了1969 2008年内蒙古地区春、夏、秋、冬4个季节降雨量变化的时空格局，结果（图4）

。

A 春季B 夏季C 秋季D 冬季

图4内蒙古4个季节降雨量变化

Fig．4Change of seasonal precipitation in Inner Mongolia

40年间内蒙古4个季节的降雨量年变化在ʃ 0．2mm /a的地区占绝对优势，结果显示，且以冬季面积

最多，占到99．82%；春季降雨量有明显的增多趋势，约18．39%区域变幅超过0．2mm /a，即40年间增加

8mm 以上；夏季约有36%地区降雨量减少达0．2mm /a以上，同时，也有约14%区域增加0．2mm /a以上；秋季76．79%地区维持在ʃ 0．2mm /a的变化，约18．5%地区减少0．2mm /a以上。从空间格局来看，夏季降雨量变化空间分异明显，局地增多或减少现象突出，且降雨量减少区域多于增加区域，降雨量增加的区

额尔古纳市和鄂伦春自治旗）、通辽南部（奈曼旗、库伦旗、科尔沁左域主要分布在呼伦贝尔北部（根河市、

翼后旗、科尔沁区）、鄂尔多斯大部分旗县区、巴彦淖尔西部与南部（乌拉特前旗、五原县、临河市、杭锦后

夏季降雨量的空间变化基本决定了研究区年降雨量变旗以及乌拉特后旗）及阿拉善左旗和阿拉善右旗，

化的空间格局。秋季降雨量以减少为主；冬季以降雪为主要，变化基本维持在ʃ 0．2mm /a，空间分异特征不明显。

2．3温度和降雨量的M －K 突变检验

将温度和降雨量的年值和季节

分析代表气象值做M －K 突变检验，

站1969 2008年间各指标的突变时

从M －K 检验结果可以归纳为如间，

下几方面特征：1）年均温度有显著

发生突变后呈现出显著增的突变点，

长趋势；2）内蒙古草甸草原区和典

型草原区年降雨量有突变点，但是，

变化没有达到显著水平，而分布在内

蒙古西部的荒漠草原区和荒漠区突

变不明显；3）年降雨量的变化与夏

季降雨量的变化有密切的关联，春季

温度变化对年均温度变化起到了重

要的作用。

图5对选择的20个气象站进行

年均温度的突变时间统计与空间格

局分析，结果显示：年均温度和春季

日均温的M －K 检验表现出明显的Ⅰ1986－1990年Ⅱ1993－1997年Ⅲ1987－1990年突变特征，而夏季不明显；在内蒙古图5年均温度突变时间的空间格局东北部（阿尔山市、扎兰屯市以北），Fig．5The spatial pattern of mutation time of average temperature 年均温度的突变时间在1986 1990

年期间，这一时间点与中西部地区（锡林浩特市、苏尼特左旗以西）大致相同，而研究区域的中部东缘（兴安盟、通辽市、赤峰市以及东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗），年均温度的突变时间明显迟于东北部地区和西部地区，突变时间主要集中在1993 1997年期间。

3讨论

（1）内蒙古区域温度变化速率显著高于全国和全球水平。《第二次气候变化国家评估报告》中指出，1951－2009年中国平均温度上升了1．38ħ ，变暖速率达到0．23ħ /10a，与全球变化趋势一致，但是速率显著高于全球的0．074ħ /10a。从空间格局来看，其研究表明全国大部分地区均呈增温趋势，其中增温最为

［17］明显地区主要分布在34ʎN 以北。文中利用高密度气象数据资料分析的结果表明，内蒙古地区3/4以

上面积的温度增速在0．4－0．8ħ /10a，远远高于全国和全球水平，从空间格局来看，也基本符合随纬度升高而增速加快的趋势。从季节性变化特征来看，全国1880－2008年的百年尺度表现为冬季＞春季＞秋季＞夏季，而本研究认为对内蒙古全年温度变化贡献率大小的季节排序应为春季＞冬季＞秋季＞夏季，因为春季各站点温度普遍升高，变率在0．25－0．75ħ /10a的面积占到84．41%，冬季仅为71．13%，只不过冬季局部升温较高的地区略多于春季，在0．75－1．00ħ /10a两季节的面积占比分别为17．59%和12．89%。

（2）温度变化和降雨变化之间呈现出复杂的时空关系。从年均温度和年降雨量变化的空间格局来看，温度大幅升高区域降雨量则多呈减少态势，而温度升高较小幅度区域，降雨量有增加趋势，从而形成了

温度和降雨量变率大小的反向倾向特征。从季节变化来看，温度变率表现为春季＞冬季＞秋季＞夏季，降

两者在季雨变化亦呈现为春季（增加）＞冬季（基本不变）＞秋季（一定范围减少）＞夏季（大范围减少），

节变化特征上表现为同向倾向性，但是其空间关系并不十分明显。总的来看，温度和降雨的年值变化趋势

20世纪80尤其在降雨减少、温度明显升高的内蒙古中东部地区，付丽娟等研究认为，将有可能引发干旱，

年代以来，内蒙古东部地区的旱灾过程出现了增多增强趋势，不仅极端干旱范围逐渐东扩，特旱过程也不

［18］夏季虽然温度增幅较小，但是大范围地区降雨量的减少，更易引发夏断增多。从季节变化结果来看，

旱，大量的研究也佐证了这一点，他们认为异常环流持续发展和维持以及来自孟加拉湾和南海的西南风分

［19－21］。水汽输送是对内蒙古夏季干旱产生重要影响的原因

（3）内蒙古地区温度突变格局存在明显的空间分异。气候突变是相对稳定态的不连续跳跃，且具有

［22］滞后性，因此气候一旦发生突变，天气过程的大背景则随即改变，人类活动的环境也会随之发生改变。

［23］有研究表明，内蒙古地区的降雨量突变发生在1963年左右，本研究主要分析了1969年之后的气象数

1891－据，所以没有检测到明显的降雨量突变点。关于温度突变的分析，从全国尺度来看，张基嘉等认为，

［24］1990年期间发生3次，1952年降温突变和1986年的温度回升突变；王菱等对即1919年的增暖突变，

［25］蒙古高原的分析也显示，内蒙古呼和浩特附近1986年发生温度突变；尤莉等在研究内蒙古地区气候变

化时发现，最高温度的增温突变发生于1991年左右，而最低温度的增温突变早于最高温度，发生于1983［26］年。本研究结果与前述结果基本一致，认为内蒙古东北和西部地区的平均温度升高突变主要发生在1986 1990年左右，但是，我们还发现，中部地区出现了明显的滞后特征，其原因有分析认为，突变发生时

［26］间纬度较高地区要早于较低地区，大城市早于中小城市，除此之外，本研究从突变时间的空间分布格局

分析推测，距离海洋的距离也可能会对温度突变时间产生影响。

4结论

从1969 2008年主要气候年值的变化来看，内蒙古年均温度普遍升高，降雨量约1/4地区明显减少，大部分区域没有明显变化，不足10%地区有明显增加趋势；温度升高区域主要集中在内蒙古中部和东北部，降雨量减少主要集中在内蒙古东部和中部地区。从季节变化来看，春季和冬季增温最为明显，且春季

夏季增温幅度相对最小，秋季略高于夏季而低于春冬两个季节；从降雨量对全年增温的贡献略大于冬季，

的季节变化来看，各季节均以变幅在ʃ 0．2mm /a的区域占绝对优势，但是，从显著变化的情况来看，春季有一定面积的明显增多，而其它季节均有不同程度的减少，其中以夏季减少最多。近40年来，温度变化存在明显的突变点，但是突变时间存在明显的空间异质性，在内蒙古东北部地区和中西部地区大致相同，温度突变时间在1990年以前，而研究区的中部东缘，年均温度的突变时间明显迟于东北部地区和西部地区，突变时间主要集中在1993年之后。从区域温度和降雨量的年值和季节值变化特征来看，这种趋势易引发全年干旱和季节性干旱，这将对区域农业、草原牧草生长和天然草原畜牧业生产带来不利影响。因此，研究认为，无论是国家、地区还是农牧民家庭都应该重视并及早制定科学有效的中长期应对方案，以应对充满不确定性的气候变化。

参考文献

［1］IPCC．Climate change 2007：The physical science basis．Contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change ［Ｒ］．USA ：Cambridge University Press ，2007．

［2］J ］．科学对社会的影响，2008（2）：16－21．秦大河，罗勇．全球气候变化的原因和未来变化趋势［

［3］Davis A J ，Caldeira K ，Matthews H D．Future CO 2emissions and climate change from existing energy infrastructure ［J ］．Science ，2010，329（5997）：1330－1333．

［4］2005，1（1）：16－18．翟盘茂，邹旭凯．1951－2003年中国气温和降水变化及其对干旱的影响［J ］．气候变化研究进展，

［5］J ］．南京气象学院学报，1991，14（3）：269－276．屠其璞．北半球增暖对我国气候的影响［

［6］M ］．北京：中国环境科学出版社，2009．丁一汇，林而达，何建坤．中国气候变化－科学，影响，适应及对策研究［

［7］J ］．干旱区资源与环境，2010，24（11）：73－78．刘及东，陈艳梅，陈亚琳，等．呼伦贝尔草原湿地景观格局对气候变化的响应［

［8］2010，32（5）：57－65．韩芳，牛建明，刘朋涛，等．气候变化对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响［J ］．中国草地学报，

［9］．地球科学进展，2002，17（2）：254－261．李晓兵，陈云浩，张云霞，等．气候变化对中国北方荒漠草原植被的影响［J ］

［10］闫伟兄，J ］．自然资源学报，2009，24（9）：1625－1634．陈素华，乌兰巴特尔，等．内蒙古典型草原区植被NPP 对气候变化的响应［

［11］孙特生，2012，26（9）：1－7．李波，张新时．皇甫川流域气候变化特征及其生态效应分析［J ］．干旱区资源与环境，

［12］张美杰，2012，26（6）：8－16．春喜，梁阿如娜，等．近60年科尔沁沙地的气候变化［J ］．干旱区资源与环境，

［13］李艳龙，J ］．干旱区资源与环境，2011，25（12）：71－76．孙虎，王贵平．近34年来内蒙古杭锦旗气候变化的主要特点分析［

［14］张存厚，2011，25（8）：20－75．王明玖，李兴华，等．近30年来内蒙古地区气候干湿状况时空分布特征［J ］．干旱区资源与环境，

［15］Frei C ，Schar C．Detection probability of trend in rare events ：Theory and application to heavy precipitation in the Alpine region ［J ］．Journal of

Climate ，2001，14：568－584．

［16］宋小燕，．中国水土保持科学，2010，8（2）：46－51．穆兴民，高鹏，等．松花江流域哈尔滨站降雨径流历史演变及其驱动力分析［J ］

［17］第二次气候变化国家评估报告编写委员会．第二次气候变化国家评估报告［M ］．北京：科学出版社，2011．

［18］付丽娟，J ］．内蒙古气象，2012（2）：11－15．宫春宁，德勒格日玛．内蒙古地区干旱风险评估［

［19］陈延芝，2012，26（1）：88－92．尤丽，古月，等．2010年夏季内蒙古干旱高温成因分析［J ］．干旱区资源与环境，

［20］丁一汇．季风区的水汽收支［A ］．丁一汇等主编．亚洲季风［C ］．北京：气象出版社，1994：105－113．

［21］宋桂英，J ］．气象，2007，33（6）：75－81．潘进军，王德民．内蒙古夏季干旱的水汽输送特征［

［22］丁一汇，J ］．气象，1994，20（12）：19－26．戴晓苏．中国近百年的温度变化［

［23］刘晓峰，1994（1）：23－26．樊建平．内蒙古地区气候突变诊断分析［J ］．内蒙古气象，

［24］章基嘉，1994，5（1）：1－9．高学杰．1891－1990年期间北半球大气环流和中国气候的变化［J ］．应用气象学报，

［25］王菱，J ］．地理研究，2008，27（1）：171－180．甄霖，刘雪林，等．蒙古高原中部气候变化及影响因素比较研究［

［26］尤莉，J ］．内蒙古气象，2006（3）：11－13．曹艳芳，阎军，等．内蒙古近40年最高、最低温度变化特征［

Spatial changes of temperature and precipitation in Inner Mongolia in the past 40years

DING Yong 1，Sarula 1，LIU Pengtao 2，LI Xiliang 1，WU Xinhong 1，HOU Xiangyang 1

（1．Grassland ＲesearchInstitute of Chinese Academy of Agriculture Sciences /EurasianTemperate Grassland ＲesearchCenter of Chinese Academy of Agriculture Sciences ，Hohhot 010010；2．Ecology and Agrometeorology Center of Inner Mongolia Autonomous Ｒegion，Hohhot 010051，P．Ｒ．China ）Abstract ：Developing scientific and rational coping strategies to climate change need to accurately grasp the spa-tial －temporal characteristics and laws of regional climate change in the case of increasing climate change．In this study ，spatiotemporal pattern ，annual and seasonal changes of regional temperature and precipitation in Inner

54．82%Mongolia during 1969－2008were researched．The average annual temperature increased significantly ，

of the research area was cumulatively increased 1．6－2．4ħ and 29．95%of the area was increased 2．4－3．2ħ ．There was no temperature decreased area and the elevated temperature areas were in most areas of Inner Mon-golia except Alashan League and Ordos City．Ｒesultsof the rainfall variation analysis show that 63．05%of the area changed ʃ 1mm /a，27．58%of the area was cumulatively decreased by ＞40mm in 40years ，9．37%of the area showed an increasing rainfall trend．From the spatial analysis ，the area of precipitation decrease was mainly concentrated most areas of Inner Mongolia in addition to Alashan League ，Ordos City ，and North 4cities of Hu-lunbeier City．From the point of average daily temperature and precipitation changes of the four seasons ，mainly showed increasing in temperature and the law was spring ＞winter ＞autumn ＞summer ；there was seasonal difference of the change of precipitation ，18．39%of the area significantly increased in spring ，reduced in differ-ent degrees in the other seasons which in summer was the largest ，account for 35．86%of the research area．There was a catastrophe point exists in the change of temperature and the time has special significant heterogenei-ty．Shortly ，obviously increasing temperature and decreasing precipitation will enhance the drought extent of the

which have a bad impact on agriculture and animal husbandry．Therefore ，long －term scientific regional climate ，

and efficient coping strategies must urgently be drawn up．

Key words ：Inner Mongolia ；temperature ；precipitation ；climate change ；spatial and temporal pattern