1.差异显著的大陆性气候
中国是东亚季风气候显著的国家。甘肃位于我国中部,自然具有冬干夏雨的季风气候。由于本省深居内陆,东南距海洋较远,因此属大陆性较强的季风气候。省境各季的气候特点是:冬季雨雪少、寒冷时间长;春季升温快、冷暖变化大;夏季除中、高山地外,各地气温都高,降水比较集中;秋季降温快,初霜来临早。全省年平均气温大致在0℃~16℃之间(图3-1),略同华北地区,但各地海拔高度不同,气温差别较大。日平均气温≥0℃期间的持续日数为160天~360天,相应的积温为1410℃~5460℃。省境无霜期(即日最低气温≥2℃期间)的地理分布趋势,大致自东南向西北、自河谷川地向山区逐渐缩短。陇南南部无霜期最长,约为280天,其北部有210天左右;省内黄土高原160天~200天;河西走廊150天~180天;无霜期最短的是甘南高原和祁连山区,为30天~100天。因此,“南热北凉、盆地河谷暖、山地高原冷”是甘肃各地气温差异的总体特征。特别是省内宏观地貌以山地、高原为主,大部分地区地势较高,年平均气温较低,作物的生长周期较长。除陇南河谷地带外,历史上农业种植制度都是一年一熟。因“天地寒凉之故”,汉代称省域为“凉州”。
图3-1 甘肃省平均气温及降水量分布图(1981~2010年)
每年10月至翌年4月间,省域高空经常维持西风气流。青藏高原北支气流伴有下沉运动,地面受蒙古冷高压(即冬季风)影响,不利于降水形成,构成本省冬春少雨干旱的大气环流背景。夏秋季节随着副热带高压北移西伸,西风带动冷性气团东移,与东南季风和西南季风带来的来自太平洋及孟加拉湾的湿热气团交绥,成为本省主要的降水动力条件。特别是西太平洋副热带高压的伸缩变化,对省境东半部的雨热组合起着主导作用。一年中7、8月两个月气温最高、降水量最多,夏半年(4月~9月)集中了年降水量的80%~90%,雨季(6月~9月)降水量占年降水量的50%~65%,表现出雨热同期的季风气候特征。
季风环流的影响,加剧了本省冬冷夏热的季节变化,温度年较差大。冬季,无论在北纬40°附近的地方(如嘉峪关、酒泉、敦煌等)或在其以南各地,最冷月(1月)平均气温均显著低于同纬度的平均气温(5.7℃),约偏低10℃~16℃。这主要是冬季风把高纬度的极地大陆气团输送到低纬度来的结果。而且冬半年的寒潮活动十分频繁,寒潮间歇回暖期极其短促。正是这个原因,使甘肃冬季成为世界上同纬度地区最冷的地方之一。世界上北纬35°以南的纬度上平均已经没有冬季,而本省长江流域却有2~3个月的冬天。亚热带气候北界比理论上的界线约南移4~5个纬度,比欧洲地中海地区偏南了5~7个纬度。
2.复杂多样的气候类型
甘肃省地域辽阔、地形条件复杂,处于我国气候自东南温暖多雨带向西北内陆干旱少雨带逐渐变化的过渡地带,气候的地区差异十分显著。加之境内由于许多高山和甘南高原的隆起,山地垂直气候变化明显,更增加了全省气候的复杂多样性。处于东南部的陇南山地具有南方湿润区的气候特征,天水、平凉、庆阳的气候特征接近我国中部关中平原,河西干旱区绝大部分地方基本与新疆内陆沙漠区一致,甘南高原气候特征则与青藏高原东部相同。
省境南北跨温度达10°以上,东西占经度达16°之多,按照各地≥10℃活动积温的不同,从南向北有亚热带、暖温带、中温带等温度带,在高海拔地带则形成独特的高寒区。按照水分条件,从东南向西北又分为湿润、半湿润、半干旱、干旱4个干湿地区。根据与农作物生长关系较大的日平均温度≥10℃的天数及其积温,同时考虑1月平均气温作为划分温度带的指标,参照自然景观及作物分布,甘肃从南到北分可为北亚热带、暖温带和温带3个气候带。对于靠近青藏高原的祁连山区和甘南高原,由于海拔高,气候寒冷,另列为高原气候区。各气候带的温度指标见表3-1。
表3-1 甘肃气候带的温度指标与主要特征
在一个省内出现3个温度带和1个高寒气候区,这在全国可以说是独一无二的。其根本原因还是在于地理位置。这是因为各纬度间气候递变以中纬度最大,高纬次之,低纬最小。由此反映到气候类型或纬度地带性上,多样性出现在中纬度。甘肃恰位于北纬32°11′~42°57′的中纬度地带,无疑是出现多个气候带的根本原因。例如河东地区约位于北纬32°11′~37°30′之间,年平均气温自南而北由16℃减少至7℃,相差9℃。即每增加10°纬度,年均温降低接近18℃。这不仅是我国东部同纬度地区所少见的,在世界上也是纬向温度变率最大的。除纬度因素外,与东西向山脉如西秦岭的屏障作用、地势由北向南缓倾等也有密不可分的关系。
3.以暖温带、温带为主的气候区
在上述温度带划分的基础上,根据不同的水热条件(干燥度)以及地理特征,可将全省划分为陇南南部河谷亚热带湿润区、陇南北部暖温带湿润区、陇中南部温带半湿润区、陇中北部温带半干旱区、河西温带干旱区、河西西部暖温带干旱区、祁连山高寒半干旱区、甘南高寒湿润区等8个气候分区(图3-2)。其中,暖温带、温带气候区达30.5km2,约占全省总面积的64%。这不仅反映出明显的气候水平地带性和垂直地带性差异,而且充分表现了本省气候类型复杂多样的突出特点,全国其它省区是无法比拟的。
图3-2 甘肃省气候区划(www.xing528.com)
4.降水差异性大、多灾害性天气
甘肃省深居内陆,又受大气环流及复杂地形的影响,同时地处大陆性气团和副热带气团的交替带,因而降水的地区差异性及季节差异性均大,导致自然灾害频繁,这对发展农业是不利的方面。年降水量的地区差别,如东南部的康县,平均年降水量为750.8mm,西北部的敦煌,平均年降水量为39.8mm,两地相差711mm。全省67%的面积,年降水量均在400mm以下,如无灌溉,难于发展正常农作。仅33%的面积年降水量在400~800mm间,同时雨量的季节分配不均,年际变化大。一年中夏季(6、7、8月)雨量最多,占年降水量50%~70%,秋季占25~30%,冬春二季极少,往往给农业造成灾害。降水的年际变化以兰州1981~2010年为例,最多的2007年达407.9mm,最少的1981年,只有200.6mm。30年平均降水量为293.9mm。一日最大降水量有56.9mm(1990年8月11日)的记录,几乎占年均降水的1/5。据统计省境各地降水量的年变率在9%(合作)至36%(马鬃山)间。7~8月的变率更大,在25%(合作)至89%(敦煌)间。一般降水量愈少区,变率愈大,省域大部降水量本来就少,加之变率较大,这也是广大地区旱种农作亩产量低的主要原因。
由于具有大陆性强的季风气候,降水偏少而变率很大,各区气温较差及气压梯度均大,在不同的地区,常有干旱、冰雹、霜冻、大风、干热风等不同程度而定灾害性天气常出现。
干旱是省境大部地区最主要的天气灾害。河西干旱区的绿洲农田,多靠灌溉,问题较少。陇中黄土半干旱至半湿润的旱作农区,因靠降水量种田,每年在不同地方总有不同程度的旱灾出现。
冰雹是陇中黄土区及甘南北部农业区仅次于干旱的天气灾害,每年在5~7月间出现最多,对局部地区的农作危害最大。
霜冻是甘肃省春秋两季最容易出现的天气灾害,多在陇中黄土高原的渭河以北区,主要是春季的晚霜冻和秋季的早霜冻。
大风多出现在春夏两季,以河西为主。由于邻近沙漠,常伴有沙尘,沙埋农田,倒伏作物,吹落成熟籽粒。多年来由于植树造林,防风固沙,已使风沙危害大为减轻。
干热风,俗名热东风或火风、火南风,主要在河西,多出现于5~7月,常给绿洲农作物造成籽粒干秕等危害。营造防风护田林带,扩大种植冬麦和秋田,选育抗旱品种等,都是防御干热风的有效方法。
5.热量分布多样、垂直气候显著
甘肃省热量分布最大的特点是地区和垂直分布差异性大,大陆性强,年、日较差大。由于本省山地和高原约占总面积四分之三以上,而且地形复杂,随着地形分割成条块相间并不规则的热量分布区。例如全年日平均气温稳定通过10℃的活动积温比较丰富的地区有两个:一个是陇南南部诸河谷和徽成盆地,海拔在1200m以下,≥10℃积温3500~4900℃,是北亚热带经济林与农作物广泛生长,以小麦、水稻为主的一年两熟区;另一在河西的疏勒河下游盆地,海拔亦在1200m以下,以敦煌、安西为中心,≥10℃积温>3500℃,陇南东北部及陇中南部的活动积温在3000℃左右,同属暖温带以小麦、棉花为主的一年部分两熟区。省境热量不足的低值区,也有两个:一是甘南高原;二是祁连山区,活动积温均<1000℃,最低值皆<500℃,均属天然牧区。高低之间相差达3000℃,活动积温在2500~3000℃间的地区,占本省大部,主要有陇东南部、陇西的渭河谷地、河湟谷地及河西走廊大部,是本省主要产粮地,一般农作物为一年一熟制,部分河谷川地则属两年三熟区。
省域地势高低悬殊,因而山区的垂直气候带显著,尤其陇南山地的文县、康县一带,从河谷到山顶,由于气温的热量递减,气候由北亚热带递变到暖温带、温带及寒温带,植被、土壤也有相应的变化。群众有“高一丈,不一样”、“十里不同天”的谚语,农业生产上有“旱收山,涝收川,不含不涝收半山”的农谚。
甘肃省热量资源的另一特点是气温年、日较差均大,由河东到河西,年平均日较差也有递增现象。例如,天水10.2℃,平凉11.7℃,兰州13.5℃,民勤15.2℃,张掖15.8℃,敦煌16.4℃,正因河西日较差特大,群众有“早穿皮袄午穿纱”之谚。日较差大,有利于光合物质的积累,可使作物籽粒饱满和块茎、块根个大而品种优良,因此,日较差大和光照强、热量丰,同是本省优越的农业气候资源。河东年较差在22~28℃之间,河西在28~40℃之间,因此,冬冷夏热是本省气温的首要特点。
全省气温年较差的变化范围在20.2~34.1℃之间。河西走廊气温年较差一般在26.2~34.1℃,安敦盆地34℃左右,是甘肃省气温年较差最大的地区,仅次于我国气温年较差最大的东北和新疆。这是由于该地区夏季晴天多,太阳辐射强,加之戈壁沙漠广布,增温快,冬季又是西伯利亚南下冷空气必经之地,降温幅度较大,导致气温年较差大。陇中为22.5~29.3℃,陇东在25.3~28.6℃之间;陇南、甘南高原分别为20.9~24.0℃和21.8~22.6℃。祁连山区在23.1℃左右,它们是甘肃省气温年较差最小的地区,比我国气温年较差最小的长江下游还要小。陇南年较差小,是纬度偏南的原因,而祁连山区和甘南高原是因为海拔高,受高空自由大气的影响,夏季气温增高不多,冬季气温降低也少,因而气温年较差随着地势的升高而减小。在一些山谷盆地,因热空气不易外流,冷空气容易堆积,年较差也很大,如安敦盆地年较差达34℃,就是由于纬度偏北和盆地综合作用的结果。
6.太阳辐射强、光照充足
光照是绿色植物进行光合作用的能量源泉。由于甘肃省大部地区海拔高,少云雨,太阳辐射强度和总量都很大,日照时数也多。省境的太阳年总辐射量在4800~6400MJ/m2之间,由东南向西北递增。最大值在河西的敦煌、安西、民勤等地,达6000~6400MJ/m2,仅次于青藏高原(6600~8300MJ/m2)的年太阳总辐射;最低值在陇南的文县、康县、武都一带,年太阳总辐射仅为4800~5200MJ/m2,但还高于低值中心的四川盆地。由此可知,本省大部的年总辐射值高于我国东部的同纬度地带。
甘肃省全年日照总时数在1500~3450h之间,也由东南向西北递增。河西除祁连山东段与走廊的山丹以东外,均在3000~3400h之间,是我省日照最多地区。陇南大部不到2000h,因在全国日照总时数低中心的四川盆地北缘,是我省日照最少地区。
省境大部太阳辐射能丰富,日照充足,这对提高农业产量及产品质量有很大潜力,表现为籽种的千粒重高,小麦的蛋白质含量、瓜果和甜菜的含糖高、油料作物的含油量以及洋芋的淀粉含量均较高。这就是本省得天独厚的气候资源。但是目前本省农业生产的光能利用率很低,个别亩产超千斤的自然村,光能利用率也不过2%。目前限制光能充分利用的因素,主要是干旱缺水,耕作粗放,只要解决水的问题,提高科学种田水平,改革耕作制度,农业单产必能大量提高。
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