2000—2013年艾比湖流域干濕氣候時(shí)空變化特征

徐光巖 張?jiān)?/p>

摘 要：本文采用新疆艾比湖流域3個(gè)氣象站點(diǎn)的觀測(cè)資料和MOD16產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)蒸散發(fā)（ET）、降水量（P）和濕潤(rùn)指數(shù)（K）的時(shí)空特征分析，得到以下結(jié)果：艾比湖流域蒸散發(fā)量的空間分布呈現(xiàn)西南部大于東北部，高海拔區(qū)大于低海拔區(qū)的特征；主要?dú)庀笠蜃幽觌H變化情況為溫泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均風(fēng)速下降幅度最大，平均氣溫3個(gè)站點(diǎn)上升趨勢(shì)均不明顯，平均相對(duì)濕度3個(gè)站點(diǎn)均為下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：蒸散發(fā)；干濕氣候；濕潤(rùn)狀況；時(shí)空變化；艾比湖流域

中圖分類號(hào)：P461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）17-0158-03

Analysis on Spatiotemporal Variations of Dry-Wet Climate in the

Ebinur Lake Basin during 2000—2013

XU Guangyan Zhang Yue

Abstract： Based on the observation data and MOD16 product data of 3 meteorological stations in Xinjiang Lake Basin， the spatial and temporal characteristics of evapotranspiration（ET）， precipitation（P） and wetting index（K） were analyzed. The following results were obtained： the spatial distribution of evapotranspiration in the Ebinur Lake Basin showed that the southwest was larger than the northeast and the high altitude is larger than the low altitude area； the annual variation of the main meteorological factors was the maximum increase of the precipitation in WenQuan Railway Station， the maximum decrease of the average wind speed， the rising trend of the average temperature of three stations was not obvious， and the average relative humidity of the three sites were all declining.

Keywords： evapotranspiration；dry-wet climate；moistCondition；temporal and spatial changes；ebinur Lake Basin

在全球氣候增暖的大背景下，地表溫度的升高會(huì)改變海陸熱力性質(zhì)差異，從而改變大尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)，影響降水的空間分布；同時(shí)，地表溫度的升高會(huì)加速地表蒸散發(fā)，降低土壤保持水分能力。根據(jù)地球長(zhǎng)時(shí)間序列水分平衡原理，陸表蒸散發(fā)量的增加勢(shì)必會(huì)引起降水量增加。本文利用艾比湖流域3個(gè)氣象站2000—2013年的地面觀測(cè)資料，結(jié)合MOD16產(chǎn)品，分析艾比湖流域蒸散發(fā)（ET）的時(shí)空變化特征，基于濕潤(rùn)指數(shù)對(duì)艾比湖流域干濕氣候進(jìn)行分區(qū)，并篩選影響干濕氣候分區(qū)的主要?dú)庀笠蜃印Ｑ芯砍晒?，一方面為艾比湖流域“一帶一路”倡議中生態(tài)環(huán)境治理提供理論依據(jù)，另一方面對(duì)該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間布局、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害影響評(píng)估具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖流域地處歐亞大陸腹地，位于79°53′～85°02′E，43°38′～45°52′N，研究區(qū)屬于典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱少雨、氣溫變化劇烈為特點(diǎn)。年平均氣溫6.6～7.8℃，年降水量為116.0～169.2mm。近40年來(lái)，由于入湖水量的減少，艾比湖湖面常年萎縮，湖面曾縮至不足500km2，水位下降近23m，干涸湖地早已淪為鹽漠，也成為浮塵天氣的發(fā)源地。植被也依次形成旱生、超旱生、沙生、鹽生、水生等多種類型，主要植物類型有梭梭、胡楊、檉柳和蘆葦?shù)萚1]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

①氣象數(shù)據(jù)。本文采用的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//data.cma.cn/），包括艾比湖流域共3個(gè)站點(diǎn)2000—2013年的降水量、平均氣壓、平均風(fēng)速、平均氣溫、平均水汽壓和平均相對(duì)濕度等日值數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集經(jīng)過(guò)較嚴(yán)格的控制和檢查，對(duì)缺測(cè)的值采用線性插值方法代替。

②遙感數(shù)據(jù)。本文選用的遙感數(shù)據(jù)為地表實(shí)際蒸散發(fā)數(shù)據(jù)的月合成產(chǎn)品MOD16A2，該數(shù)據(jù)集能夠提供地表實(shí)際蒸散發(fā)量（ET）及潛在蒸散發(fā)量（PET）。數(shù)據(jù)基本信息：衛(wèi)星軌道號(hào)h23v04/h23v05，時(shí)間為2000年1月至2013年12月，空間分辨率1km，數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)蒙大拿大學(xué)官網(wǎng)（http：//www.Ntsg.Umt.edu/）。首先借助MRT投影轉(zhuǎn)換工具將原始的分級(jí)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為GeoTiff格式，將SIN投影轉(zhuǎn)換為WGS-1984/Geographic經(jīng)緯坐標(biāo)系，對(duì)影像進(jìn)行拼接；其次根據(jù)網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)說(shuō)明剔除無(wú)效值并還原真實(shí)值；最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量裁剪獲取研究區(qū)各年、月實(shí)際蒸散發(fā)量（ET）[2]。

1.3 研究方法

1.3.1 濕潤(rùn)指數(shù)（K）[3]。本文采用表征自然條件下的大氣水汽輸入的降水量（R）和輸出的蒸散量（ET）計(jì)算濕潤(rùn)指數(shù)：

K=R/ET （1）

式（1）中R和ET分別為降水量和蒸散量（mm/d）。根據(jù)1977年聯(lián)合國(guó)教科文組織給出的地區(qū)干旱程度定義，本文以濕潤(rùn)指數(shù)K作為干濕氣候劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)中國(guó)氣候進(jìn)行干濕分區(qū)：K≤0.03為極干旱區(qū)；0.032 結(jié)果與分析

2.1 多年平均蒸散發(fā)量變化特征分析

選取MODIS16產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，艾比湖流域2000—2013年蒸散發(fā)空間分布：阿拉套地區(qū)蒸散量降低，溫泉縣附近蒸散量上升，博爾塔拉、博樂(lè)、精河及奎屯地區(qū)附近蒸散量明顯上升且范圍擴(kuò)大，而北天山支脈附近蒸散量下降。近14年，艾比湖流域平均蒸散發(fā)量年均值多在90～500mm，蒸散發(fā)量高值區(qū)大多分布在阿拉套山、溫泉縣及北天山支脈附近，此區(qū)域海拔偏高，降水量大，植被較為豐富，因此蒸散量大；低值區(qū)主要分布在四棵樹河及奎屯河下游附近，即艾比湖東部，此區(qū)域主要為裸地及稀疏灌木林，降水貧乏、植被蓋度低，因此蒸散發(fā)量小?？傮w來(lái)看，艾比湖流域蒸散發(fā)量的空間分布呈現(xiàn)西南部大于東北部、高海拔區(qū)大于低海拔區(qū)的特征。

2.2 2000—2013年濕潤(rùn)指數(shù)空間分布特征

本文基于艾比湖流域3個(gè)氣象站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，獲得全流域近14年平均降水量的空間分布狀況。由圖1中降水分布圖可知，全流域降水年均值大多變化在26～80mm，且不同地區(qū)間差異較大，以阿拉山口、艾比湖及精河為分界線，東部降水較為豐富，西部降水相對(duì)貧乏，其中，以瑪伊力山脈及北天山支脈附近降水最豐富。

由圖2可知，2000年流域內(nèi)干旱與半干旱區(qū)分界線為阿拉山口、艾比湖及精河一帶，與降水量分界線趨于一致，東部主要為半干旱區(qū)，西部主要為干旱區(qū)。其中，夾雜著博爾塔拉河中段的極干旱區(qū)。由圖3可知，2013年流域內(nèi)干旱區(qū)與半干旱區(qū)分界線不甚明顯。其中，干旱區(qū)主要分布在溫泉縣及北天山支脈附近，半濕潤(rùn)區(qū)主要分布于四棵樹河及奎屯河附近，其余均為半干旱區(qū)，對(duì)比2000年與2013年的濕潤(rùn)指數(shù)分布圖可以明顯看出，該流域內(nèi)濕潤(rùn)指數(shù)整體上升。由圖4可知，近14年流域內(nèi)濕潤(rùn)指數(shù)均值分布與2013年情況類似，這進(jìn)一步說(shuō)明研究區(qū)濕潤(rùn)指數(shù)趨于上升。

2.3 2000—2013年主要?dú)庀笠蜃幽觌H變化

由圖5可以看出，近14年3個(gè)氣象站點(diǎn)主要?dú)庀笠蜃幽觌H變化情況。從降水量來(lái)看[見(jiàn)圖5（a）]，精河及阿拉山口均為下降趨勢(shì)，溫泉站呈上升趨勢(shì)，其中溫泉站降水量變化幅度最大，2007年降水量最大，約75mm，2000年降水量最小，約2mm；溫泉站變化幅度最小，最大值為2001年的45mm，最小值為2008年的20mm。從平均風(fēng)速來(lái)看[見(jiàn)圖5（b）]，阿拉山口站呈下降趨勢(shì)，精河站及溫泉站呈上升趨勢(shì)，其中阿拉山口變化幅度最大，2000年平均風(fēng)速最大，約59m/s，2013年平均風(fēng)速最小，約40m/s；精河站變化幅度最小，年際變化均在13m/s左右有輕微浮動(dòng)。從平均氣溫來(lái)看[見(jiàn)圖5（c）]，3個(gè)站點(diǎn)變化趨勢(shì)均為上升趨勢(shì)，且幅度均不大，精河與阿拉山口多年平均氣溫較高，且均在10℃上下浮動(dòng)，溫泉多年平均溫度較低，最高為2000年-7℃，最低為2001年-15℃。從平均相對(duì)濕度來(lái)看[見(jiàn)圖5（d）]，3個(gè)站點(diǎn)均為下降趨勢(shì)，其中精河與溫泉下降幅度較大，且多年平均相對(duì)濕度總體上由大到小分布，為溫泉>精河>阿拉山口。

3 結(jié)論

通過(guò)研究，本文主要得出以下結(jié)論。①艾比湖流域蒸散發(fā)量的空間分布呈現(xiàn)西南部大于東北部、高海拔區(qū)大于低海拔區(qū)的特征。②主要?dú)庀笠蜃幽觌H變化情況為溫泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均風(fēng)速下降幅度最大，平均氣溫3個(gè)站點(diǎn)上升趨勢(shì)均不明顯，平均相對(duì)濕度3個(gè)站點(diǎn)均為下降趨勢(shì)。

艾比湖流域蒸散發(fā)量受氣象因子、地形及植被蓋度的綜合影響，后期的研究應(yīng)考慮并細(xì)化地形與植被蓋度等因素對(duì)蒸散量的影響，全面考慮各種自然因素對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的作用。另外，不同的區(qū)域因地理位置不同、地形差異等，其濕潤(rùn)指數(shù)對(duì)各個(gè)氣象因素的相關(guān)性肯定有較大差異，因此，可針對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行氣象因子相關(guān)性分析，由此細(xì)化對(duì)艾比湖流域濕潤(rùn)指數(shù)的研究。

參考文獻(xiàn)：

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