全球气候变化下西南喀斯特地区气候与水文系统的综合响应研究

摘要 以贵州为例，分析了1978—2021年贵州的年平均温度、降水、湿度、日照时数、地表水资源、地下水资源、河流输沙量等要素与气候变化的响应，并构建气候变化综合评价指数进行综合响应评价。结果表明：全球气候变暖与贵州气温变化相关性显著，而与年平均相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输沙量变化相关性比较微弱；随着全球气候变暖，贵州气温呈波动式的增加趋势，降水量也呈增加趋势，而贵州全省年日照时数、相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输沙量呈减少态势；综合响应总体呈增加趋势；贵州气候与水文系统中各要素总体变化幅度相对较小；在研究时段，气温、降水量、相对湿度、河流输沙量均为负偏态分布，表明平均量偏多的年份比偏少的年份出现的概率大；而地表水资源量、地下水资源量、日照时数为正偏态分布，表明平均量偏多的年份比偏少的年份出现的概率小。

关键词 气候与水文系统；综合响应；气候变化；西南喀斯特地区；贵州省

中图分类号 S162 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）19-0195-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.041

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Comprehensive Response Study of Climate and Hydrological System in Southwest Karst Region Under Global Climate Change—A Case Study of Guizhou Province

YANG Ting-feng，LU Xian-mei，XIAO Dong-dong et al

（Kaili University，Kaili，Guizhou 556011）

Abstract Taking Guizhou as an example，this study analyzed the response of factors such as annual average temperature，precipitation，humidity，sunshine duration，surface water resources，groundwater resources and river sediment transport to climate change from 1978 to 2021，and constructed a comprehensive climate change evaluation index for comprehensive response evaluation.The results showed that there was a significant correlation between global climate warming and temperature changes in Guizhou，while the correlation with changes in annual average relative humidity，surface water resources，groundwater resources and river sediment transport was relatively weak.With global warming，the temperature in Guizhou showed a fluctuating increasing trend，and precipitation also showed an increasing trend. However，the annual sunshine hours，relative humidity，surface water resources，groundwater resources and river sediment transport in Guizhou Province showed a decreasing trend.The overall response showed an increasing trend.The overall variation amplitude of various elements in the climate and hydrological system of Guizhou was relatively small.During the research period，temperature，precipitation，relative humidity and river sediment transport were all negatively skewed，indicating that years with higher than average rainfall had a greater chance of occurrence than years with lower than average rainfall;the distribution of surface water resources，groundwater resources and sunshine duration was positively skewed，indicating that years with more than average water resources had fewer opportunities to appear than years with less than average water resources.

Key words Climate and hydrological system;Overall response;Climate change;Southwest Karst Region;Guizhou Province

基金项目 贵州省教学内容和课程体系改革项目（SJG2022316）。

作者简介 杨廷锋（1972—），男，贵州黄平人，教授，硕士，从事资源开发与环境影响评价研究。

收稿日期 2023-10-28

气候变化已成为当今普遍关注的环境问题之一^［1］。国内外学者们开展气候变化影响方面的研究^［2-4］。有少数的学者对西南地区气候变化的响应开展了研究^［5-10］，也有少数学者对贵州的气候变化特征进行分析^［11-14］，但是对该地区近40多年来气候与水文系统的综合响应研究鲜见相关报道。笔者以贵州为例，系统地探讨全球气候变化下其气候与水文系统的综合响应，以期为喀斯特地区应对全球气候变化提供理论支持。

1 资料与方法

1.1 资料来源

数据资料来源贵州水资源公报、贵州环境公报、贵州宏观经济数据网、世界气象组织网和贵州气象服务中心网。

1.2 研究方法

1.2.1 离差。也称距平，它表示变量与均值远离或者接近程度^［15］。公式如下：

Δ=X_i-

式中：X_i表示系列中任何一值；为均值。

1.2.2 离差系数。

离差系数（C_v）反映系列的变化幅度，C_v值小，要素的变化幅度小，反之大^［15］。公式如下：

C_v=1∑ni=1（X_i-）²n-1×100%

1.2.3 偏态系数（C_s）。它是衡量系列变量分布在均值两侧对称程度的指标^［15］，C_s=0称为正态分配，C_s>0称为正偏分配，C_s<0称为负偏分配。计算公式如下：

C_s=∑ni=1（X_i-）³n³C_v³

1.2.4 气候与水文系统的综合响应指数。

首先，构建各分指数即温度、降水、湿度、日照时数、地表水资源、地下水资源和河流输沙响应系数，然后再构建综合响应指数。具体如下：

（1）响应系数y_i=|X_i-|/，式中，X_i（i=1～7）分别代表某年平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输沙量；为对应各指标的平均值。

（2）综合响应指数：Z=a₁y₁+a₂y₂+a₃y₃+a₄y₄+a₅y₅+a₆y₆+a₇y₇。式中：a_i代表各项的权重;y_i代表各气候与水文系统要素i的响应系数。Z值在［0，1］，值大，影响大。在计算时，各响应系数采用极差法进行标准化。根据层次分析法，得出各项指标的分配权重集合为（0.439，0.091，0.189，0.122，0.025，0.085，0.049）。

1.2.5 相关分析方法。

用软件SPSS的spearman方法确定相关程度。相关系数r在［-1，1］，相关程度^［16］：

︱r︱=1.0，表明变量之间完全正相关或完全负相关;︱r︱<0.3，表明变量之间相关程度极弱;0.3≤︱r︱<0.5，表明变量之间相关程度为低度相关;0.5≤︱r︱<0.8，表明变量之间相关程度为中度相关; 0.8≤︱r︱<1.0，表明变量之间相关程度为高度相关。

2 结果与分析

2.1 全球平均气温变化分析 从图1可以看出，1978—2021年全球平均气温呈波动式上升趋势（图1），升温速率为0.17 ℃/a，其年平均温度的离差系数（C_v）为0.231，变化幅度小;偏态系数（C_s）为-0.032，为负偏态分布，表明44年中偏暖年份比偏冷年份出现的概率大。

2.2 贵州气候和水文系统的变化及与全球变暖的关系诊断

从贵州气候和水文系统变化与全球平均气温变化相关分析（表1）可以看出，年平均气温为中度正相关（r=0.72），年降水量为正极弱相关，年日照时数为低度负相关，年平均相对湿度、地表水资源量、地下水资源量、河流输沙量均为负极弱相关。可见，全球气候变暖与贵州气温相关性显著，与年平均相对湿度、地表水资源、地下水资源量和河流输沙量相关性比较微弱，与年平均气温和年降水量为正相关，与年日照时数、年平均相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输少量为负相关，并且除了与年平均气温中度相关、与年日照时数低度相关外，与其余要素的相关程度极弱。原因是气候与水文系统是非线性系统，受自然因素和人类因素等多因素控制^［8］。