潜在蒸散量(P_ET)作为控制生物圈、大气圈和水圈之间水循环和能量传输的控制因子，在水文、气象、农业等领域发挥着极其重要的作用^[1-3]。此外，水资源不平衡引起的频率高、持续时间长、波及范围广的干旱事件，会对社会经济尤其是对农业生产造成严重的影响^[4]。近年来，各区域的干旱监测备受广大学者的关注。国内外学者提出了多种干旱指数，如标准化降水指数(standard precipitation index, SPI)^[5]、综合干旱指数(comprehensive drought index，CI)^[6]、温度植被干旱指数(temperature vegetation drought index, TVDI)^[7]、微波极化差异指数(microwave polar difference index, MPDI)^[8]和干燥指数(I_A)^[9]等。其中，干燥指数(I_A)的计算原理是利用降水量与P_ET来表征某地区的干旱，用彭曼-蒙特斯(P-M)公式得到的P_ET不仅考虑气温，还加入风速、气压和相对湿度等要素。因此，笔者选用I_A来探究锡林郭勒盟的旱涝程度及其影响因素。

锡林郭勒盟位于内蒙古自治区中部，是我国北方干旱半干旱草原的典型区域, 也是我国3大天然草原之一^[10]。由于草原区对气候变化十分敏感，引起众多学者的关注。张巧凤等^[11]利用MODIS产品和测墒站实测的土壤含水量，建立了基于蒸散发亏缺指数的土壤体积含水量反演模型，分析了近15 a锡林郭勒盟草原的干旱动态特征。张超等^[12]利用气象数据定量分析了内蒙古荒漠草原不同时间尺度下气候变化特征。这些研究从一定尺度上说明了研究区干旱的变化情况；但是这些研究要么是基于短时间尺度的研究，要么选择的气象因子较少，因而缺乏对整个研究区干旱情况的总体认识。基于以上分析，笔者以锡林郭勒盟为研究对象，利用长时间序列气象数据，计算P_ET和I_A指标，运用多种分析方法，定量分析锡林郭勒盟P_ET和I_A的变化趋势及气象影响因子，为进一步研究锡林郭勒盟植被状况、环境变化和农业水资源管理具有重要意义。

1 研究区概况

锡林郭勒盟位于内蒙古自治区中部，介于E 115°13′~117°06′，N 43°02′~44°52′之间，面积约20.3万km²。属于北部温带大陆性气候，其主要特点是风大、干旱、寒冷、降水稀少，是气象灾害易发区。年均温0~3 ℃，年降水量200~500 mm，年蒸发量1 500~2 700 mm，年平均相对湿度在60%以下。年降水量由东南向西北递减，降水变率较大，降雨多集中在6、7和8月份，占全年降水总量的65%以上，年均温与年均降水量在空间上呈相反的分布。草原为该区地带性植被，自西向东为荒漠草原、典型草原和草甸草原3个亚型。研究区是西北干旱区向东部湿润区过渡的地带，也是响应全球气候变化的敏感区域。在过去几十年间，剧烈的人类活动、不合理的土地利用和气候变化等因素的共同作用，致使该区域植被退化、生产力下降、土地风蚀沙化、水土流失加剧、鼠虫灾害频发、沙尘暴肆虐、生态系统功能失调，严重威胁到当地各族民众的生存与发展，也危及华北等地区的生态安全。

2 数据来源与方法

本文气象数据是由中国气象数据共享服务平台提供的，包括锡林郭勒盟和周边共11个气象台站(图 1)，1957—2016年的月平均风速、月均气温、月最高气温、月最低气温、月均日照时间、月均大气相对湿度和月降水量等数据。

1) 潜在蒸散量计算：应用彭曼-蒙特斯模型(P-M模型)计算锡林郭勒盟地区及周边共11个气象站点，1957—2016年的月P_ET和年P_ET，其计算过程见文献[13]。

2) 干燥指数计算：Huo Zailin等^[9]用干燥指数探讨了中国西北地区的干湿状况，其计算公式为：

$ {I_{\rm{A}}} = \frac{{{P_{{\rm{ET}}}} - P}}{{{P_{{\rm{ET}}}}}} $

(1)

式中：I_A为干燥指数；P为降水量，mm；P_ET为潜在蒸散量，mm。当P=0时，I_A=1, 代表气候干燥；当P_ET＞P时，I_A＞0，该值越接近1，表示气候越干燥；当P_ET＜P时，I_A < 0，该值越小，表示气候越湿润。

3) 突变检验：采用Mann-Kendall法、滑动t检验和累积距平，对年P_ET和年I_A进行突变检测，3种方法交叉验证能够提高其检验的精度^[14-16]。当其中1种方法与另外2种方法不一致时，以少数服从多数的原则确定突变时间；当3种方法检验结果均不一致时，取其平均值作为突变时间。其中，当采用Mann-Kendall法和滑动t检验时，显著水平均设为0.05。

4) 偏相关分析：利用SPSS软件进行偏相关分析，偏相关分析的优势在于分析气象要素和P_ET的相关性时，考虑到要素之间的相互影响并将其排除，能够更准确地反映气象要素和P_ET之间的相关关系^[17]。

3 结果与分析 3.1 P_ET和I_A的时间变化特征

通过P-M模型和式(1)计算出各气象站逐月、逐年P_ET和I_A，求出其年均P_ET、年均I_A以及变异系数，如表 1所示。研究区年均P_ET在598.66~1 106.49 mm之间，年均I_A在0.242 7~0.876 2之间，其中P_ET和I_A最大值均位于二连浩特市，最小值均位于阿尔山市。研究区P_ET的变异系数在4.39%~5.81%，均 < 10%，表明在长时间过程中研究区P_ET具有较好的稳定性。

应用线性分段函数，来表征P_ET和I_A的变化过程。1957—2016年研究区的P_ET和I_A年际变化(图 2)表明，P_ET呈现出“增—减—增”的趋势，I_A呈现出“增—减—减”的趋势。P_ET的多年均值为875.82 mm；其中，1957—1976年，与整体趋势相同，增幅明显高于总体趋势；1977—1996年，与整体趋势相反；1997—2016年，与整体趋势相同，增幅低于整体趋势；第2阶段比第1阶段下降了39.92 mm，第3阶段比第2阶段上升了24.50 mm，P_ET先减少后增加，说明研究区气候有变干的趋势。此外，I_A以缓慢上升为主，研究区有变干的趋势，与陈金等^[18]研究结果相一致。研究区年均I_A为0.615 6，整体干旱化程度严重。其中：1957—1976年，增加幅度高于整体；1977—1996年和1997—2016年均与整体趋势相反，表明干旱程度先增加后减少的变化趋势。

由表 2可知，P_ET季节性变化显著，呈现先增加后减小的正态分布。研究区P_ET夏季最大，春秋次之，冬季最小，春夏秋冬四季的P_ET分别占全年P_ET的31.88%、46.28%、17.69%和4.15%。研究区P_ET明显上升的阶段，也是降水量和气温显著增加的阶段，这与以往研究结果相一致^[19]。

研究区春夏秋冬四季的I_A分别为0.814 9、0.474 2、0.759 3和0.758 5，春季最为干旱，秋冬次之，夏季相对比较湿润，主要是由于春季降水量较少，风速较大，致使春季最为干旱，夏季降水量相对丰沛、风速较小，因而相对湿润。

3.2 P_ET和I_A的空间变化特征

采用ArcGIS 10.3中的径向基函数插值法，对锡林郭勒盟和周边共11个气象站的年均P_ET和年均I_A进行空间插值(图 3)。如图 3所示，研究区年均P_ET在691.09~1 106.52 mm之间，由东北向西南递增。其中：二连浩特市P_ET最大，主要受蒙古高气压影响，属中温带大陆性季风气候和干旱荒漠草原气候，气候比较干燥，降水量稀少，土地荒漠化严重，因此具有较大的蒸散发潜力；东乌珠穆沁旗的东北部最小，该旗的东北部与阿尔山市接壤，阿尔山全年主要受东南海洋暖湿气流与西北干寒气流影响，属寒温带大陆性季风气候，又处于大陆型高山气候区，年均相对湿度在65%以上，年均气温较低，日照时间相对较小，不利于蒸发，因此具有较小的蒸散发潜力。

I_A的空间分布与P_ET一致，由东北向西南递增，表明自东北向西南越来越干燥，二连浩特市最为干旱，东乌珠穆沁旗的东北部最为湿润。I_A介于0.359 3~0.876 2之间，多年平均值为0.701 7，研究区西南地区纬度较低，植被覆盖度较低，太阳辐射强、风速相对比较大、日照时间较长、降水稀少，导致西南地区干旱程度比较严重；研究区东北地区纬度较高，植被覆盖度相对较高，降水量多，导致I_A较小，气候相对湿润，与张巧凤等^[11]研究结果一致。

3.3 P_ET和I_A的突变检验

结合3种突变监测方法，对研究区年均P_ET和I_A的突变年份进行分析(表 3)。由图 3可知，年均P_ET用M-K法和滑动t检验得到的突变年份较为一致，而累积距平法得到的突变年份与之不同，因此选用M-K法和滑动t检验得到的突变年份，最终确定研究区近60年P_ET共发生2次较大突变，分别是1984年和1998年，其中1984年是P_ET明显减少的突变点，1998年是P_ET明显增大的突变点。根据已有研究，研究区年均气温在不断升高，夏季最快增温期出现在1998年^[20]，而夏季对P_ET全年的贡献度最大，因此1998年左右夏季气温突变可能是导致P_ET突变的主要原因；此外，在20世纪80年代初和80年代末，内蒙古风速也发生了较大突变^[21]，因此1984年后P_ET的减小可能是年均风速减小所引起。

3种突变检验均显示1998年I_A发生了突变，主要原因可能是1998年为涝年，降水量达到最大值^[22]，因此干旱化程度相对于往年有所减小；另一个突变点，3种检验结果均不同，取其平均值，确定可能发生在2001年左右，主要是由于2001年为旱年，降水量相对较小^[22]，因此干旱化程度相对于往年有所增加。其中1998年I_A发生突变与P_ET发生突变是同步的，这与1998年年均温的普遍增加、降水量增加、日照时间相对增加是分不开的。

3.4 P_ET和I_A的影响因素

由表 4可知，研究区季节P_ET与气温、风速和日照时间的偏相关系数均为正值，这说明当其他气象因子不变的情况下，P_ET将随着气温、风速和日照时间的升高而增加；而P_ET对相对湿度的偏相关系数为负值，说明相对湿度的升高，将抑制P_ET的增加。研究区年P_ET对各气象因子的敏感程度依次为风速＞气温＞相对湿度＞降水量＞日照时间；但是，不同季节的P_ET对气象因子的敏感性与全年有所差异，春、秋和冬季的P_ET变化对风速最为敏感，而夏季P_ET变化对降水量最为敏感。由于I_A在很大程度上是随着P_ET的变化而变化，因此气象因子对I_A的影响与对P_ET的影响具有一致性。

4 讨论

目前，对于局部区域干旱监测的研究多集中于利用地表温度、降水量和植被指数等因子来计算干旱指数^{[5, 8, 23]}；但是干旱的时空变化在不同区域的表现不尽相同，易受风速、相对湿度、气压和日照时间等多种因素的影响，导致气候干旱本身存在差异^[24]。利用干燥指数开展气候干旱时空变化规律的分析，同时考虑了多种气象因素，能更好地反映干旱变化在某个区域的具体表现，而在草原区开展相关研究则可以为探索草原荒漠化、水土流失和保护提供科学依据。

研究结果显示，1957—2016年, 锡林郭勒盟的P_ET和I_A均呈增加趋势, 但是在近40年，其P_ET和I_A总体呈减少趋势，这对锡林郭勒盟的水土保持是一个可喜的结果，对该地区的生态建设有促进作用。本研究的不足之处在于对P_ET和I_A的数据计算和分析是基于“点”尺度的，在今后的研究中可以利用遥感数据对P_ET变化特征及其影响因素进行分析，并采用多种干旱指数来反映研究区的干旱情况，选择出最适宜的干旱指数，以便能够更好地为水平衡等生态保护问题提供积极地借鉴和参考。

5 结论

1) 近60年来，锡林郭勒盟及周边地区大部分区域的P_ET和I_A均呈现缓慢增加的趋势；其中，P_ET和I_A的最大值均出现在二连浩特市，最小值均出现在阿尔山市。锡林郭勒盟年均P_ET和I_A均发生2次突变，突变年份多发生在1984、1998和2001年，与降水、气温和日照时数等气象因子突变年份的时间相一致，表明潜在蒸散量和干旱程度在很大的程度上受全球性气候变化的影响。

2) 锡林郭勒盟的P_ET和I_A季节分布上，P_ET夏季最大，冬季最小，研究区P_ET明显上升的阶段，也是降水量和气温显著增加的阶段，表明锡林郭勒盟潜在蒸散量受气温和降水的影响较大。此外，I_A表现为春季最大，夏季最小，研究区I_A较大的阶段，也是降水量稀少和风速较大的阶段，表明降水量和风速是影响锡林郭勒盟干旱程度的主要气候因素；与P_ET和I_A气候影响因素的研究结果相一致。