巴基斯坦瓜達爾港氣象要素特征分析

鄧明仔，何清，阿力木·阿巴斯,3，金莉莉，周成龍，楊銳

(1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054； 2.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002； 3.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046； 4.克拉瑪依市氣象局，新疆 克拉瑪依 834000)

引言

瓜達爾深水港(25.2°N，62.19°E)位于巴基斯坦西南部俾路支斯坦省瓜達爾市，地區(qū)面積14 637 km2。瓜達爾港受副熱帶高氣壓和信風交替控制，屬熱帶沙漠氣候，干旱少雨且風沙較多；年平均氣溫高，又因臨近海洋，使得氣溫變化具有均勻性。瓜達爾港還處在向赤道低壓帶移動的東北信風路徑上，來源于印度洋上的東南信風穿越赤道后受地球自轉(zhuǎn)偏向力影響轉(zhuǎn)向西南方向，由此瓜達爾港盛行風向除東北風外還包括西南風。

作為巴基斯坦第三大港口，東亞國家轉(zhuǎn)口貿(mào)易及中亞內(nèi)陸國家出海口，瓜達爾港南臨印度洋的阿拉伯海，緊挨波斯灣，距霍爾木茲海峽約400 km，是中巴經(jīng)濟走廊的終點，同時又是21世紀海上絲綢之路和陸上絲綢之路的關(guān)鍵節(jié)點[1-4]。研究其氣象要素特征對于當?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)、生態(tài)環(huán)境，海運及航空等方面都有重要影響，對于中巴走廊以及絲綢之路建設(shè)也有重要意義[5-6]。ZHENG et al.[7-8]及鄭崇偉等[9-10]利用ERA-Interim風場資料對瓜達爾港的風能資源進行了分析與評估，指出瓜達爾港風能資源常年可用，表現(xiàn)出單峰型月變化特征，峰值出現(xiàn)在4—5月，波谷出現(xiàn)在11—12月，且夏季的風能資源比冬季豐富，穩(wěn)定性也明顯優(yōu)于冬季。根據(jù)分析風能玫瑰圖，瓜達爾港的風能常年穩(wěn)定由偏西南(SW)向的風貢獻，其6級及以上大風頻率常年在1.5%以內(nèi)，出現(xiàn)頻率最高的為3級風，其次是4級風和2級風。目前關(guān)于瓜達爾港氣象要素的研究還較為稀少，亟需開展更為詳細的研究。

本文采用克拉瑪依-瓜達爾友好城市氣象站2018—2019年逐日及逐小時氣溫、氣壓、降水、相對濕度、水汽壓、風向風速等氣象數(shù)據(jù)，分析了瓜達爾港氣象要素特征，揭示其變化原因，以期為合理開發(fā)利用氣候資源，保護和改善瓜達爾港的生態(tài)環(huán)境，推動地方社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 資料來源

中亞五國和巴基斯坦大部分區(qū)域氣象觀測設(shè)施缺乏，個別氣象站點甚至處于停止運行狀態(tài)，目前這些地區(qū)僅有的可正常運行的觀測站點遠遠不能滿足其氣候研究和災害監(jiān)測、預報預警的需求[11]。2017年底，克拉瑪依-瓜達爾友好城市氣象站建立。整個氣象站由一套先進的自動氣象采集設(shè)備組成，采用太陽能供電，是中巴經(jīng)濟走廊首座完全自動化的多要素氣象觀測站[12-13]。自動氣象站落成以來，通過北斗衛(wèi)星和GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)，探測獲取的要素包括溫度、相對濕度、降水以及風向風速等。本文所涉及氣象要素觀測儀器均來自于航天新氣象科技有限公司，其中溫濕傳感器型號為DHC2，觀測高度為1.5 m；氣壓傳感器型號為DYC1，觀測高度為1.2 m；降水采用翻斗雨量傳感器，其型號為SL3-1，觀測高度為0.7 m；風向風速傳感器型號為ZQZ-TF，觀測高度為10 m。

本文利用2018年1月1日至2019年12月31日克拉瑪依-瓜達爾友好城市氣象站所探測的逐日及逐小時氣溫、氣壓、降水、相對濕度、水汽壓、風向風速觀測資料，采用平均分析法和對比分析法等統(tǒng)計方法[14-15]，分析瓜達爾港基本氣象要素特征。文中分別以2、5、8、11月作為冬、春、夏、秋季的代表月，小時資料統(tǒng)一采用地方時。巴基斯坦時區(qū)上屬于東五區(qū)，自2008年6月1日起為節(jié)省電力而實行夏時制，地方時早于協(xié)調(diào)世界時6 h。由于儀器發(fā)生故障、系統(tǒng)誤差以及數(shù)據(jù)傳輸和記錄過程出現(xiàn)錯誤等原因，須先對數(shù)據(jù)進行誤差訂正或剔除無效數(shù)據(jù)。其中，由于自動氣象觀測站采集儀器出現(xiàn)異常，2019年6月整月的氣溫、氣壓、降水及風向風速等數(shù)據(jù)缺失。

2 瓜達爾港氣象要素特征

2.1 氣溫

瓜達爾港2018年和2019年年平均氣溫為26.9 ℃。其中，2018年年平均氣溫為27.5 ℃，年平均最高氣溫為30.2 ℃，年平均最低氣溫為23.6 ℃；2019年年平均氣溫為26.3 ℃，年平均最高氣溫為29.7 ℃，年平均最低氣溫為23.2 ℃。瓜達爾港位于北回歸線附近，受副熱帶高壓控制，其屬于熱帶沙漠氣候，故呈現(xiàn)出常年高溫的特征。

2.1.1 月氣溫

根據(jù)表1可知，瓜達爾港2018年氣溫最高月為6月，月平均氣溫達31.6 ℃；其次是5月，為31.3 ℃；氣溫最低月為1月，為17 ℃。極端高溫出現(xiàn)在5月，達到42.7 ℃，極端低溫出現(xiàn)在2月，為12.2 ℃。2019年氣溫最高月為7月，月平均氣溫達30.4 ℃；最冷月為1月，月平均氣溫為20.0 ℃。極端高溫出現(xiàn)在9月，為40.1 ℃；極端低溫出現(xiàn)在1月，為11.9 ℃。

表1 2018年和2019年瓜達爾港平均、最高、最低氣溫和氣溫日較差

2018年月平均氣溫年較差為14.6 ℃，2019年月平均氣溫年較差為10.4 ℃，2018—2019年月平均氣溫年較差僅相差4.2 ℃，均值為12.5 ℃。瓜達爾港處于中低緯度地區(qū)，并且靠近印度洋的阿拉伯海，深受海洋影響，故氣溫變化較為平緩。

綜上，瓜達爾港最熱月為5—7月，最冷月為12月和1—2月。南亞地區(qū)是典型的熱帶季風氣候，5月正處在一年中季風抵達前的干熱高溫季節(jié)，高溫天氣異常強勢。隨著6月22日太陽直射北回歸線，達到全年太陽輻射最強，氣溫受地面長波輻射影響，大氣受熱相對滯后，造成7月大氣溫度也相對升高。同理，1—2月和12月太陽直射點位于南半球，導致了北半球地區(qū)獲得太陽輻射熱量少，氣溫較低。

2.1.2 日氣溫

瓜達爾港平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫日變化峰值、谷值出現(xiàn)時間較為一致(圖1)。分析平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的日變化，最小值同時出現(xiàn)時間為08:00，分別為24.2 ℃、24.5 ℃和23.9 ℃；最大值同時出現(xiàn)時間為15:00，分別為30.2 ℃、30.8 ℃和29.7 ℃。

圖1 2018—2019年瓜達爾港平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫日變化Fig.1 Diurnal variation of mean, maximum, and minimum air temperature at Gwadar Port from 2018 to 2019

根據(jù)表1可知，瓜達爾港2018—2019年平均氣溫日較差均值為6.5 ℃。其中，2018年平均氣溫日較差為6.7 ℃，10月氣溫日較差最大，為10.0 ℃，12月最小，為0.9 ℃。2019年平均氣溫日較差為6.2 ℃，氣溫日較差最大月為11月，達9.1 ℃，最小月為1月，為0.2 ℃。瓜達爾港兩年氣溫日較差變化較為相似，都是3—5月和9—11月氣溫日較差較大，6—8月、12月、1—2月氣溫日較差較小，即春秋兩季晝夜溫差較大，夏冬兩季晝夜溫差較小。

2.2 氣壓

瓜達爾港2018年年平均氣壓為1 008.3 hPa，最高氣壓年均值為1 010.2 hPa，最低氣壓年均值為1 005.9 hPa。2019年年平均氣壓為1 009.9 hPa，最高氣壓年均值為1 012.0 hPa，最低氣壓年均值為1 007.6 hPa。2018—2019年年平均氣壓僅相差1.6 hPa，均值為1 009.1 hPa。

2.2.1 月氣壓

2018年平均氣壓、最高氣壓與最低氣壓最大值均出現(xiàn)在12月，分別為1 016.6 hPa、1 018.9 hPa和1 014.2 hPa；其次出現(xiàn)在1月，分別為1 015.2 hPa、1 017.2 hPa和1 013.0 hPa。最小值均出現(xiàn)在7月，分別為997.2 hPa、998.7 hPa和994.8 hPa。

2019年平均氣壓、最高氣壓與最低氣壓最大值出現(xiàn)在1月，分別為1 019 hPa、1 021.2 hPa和1 016.5 hPa；其次出現(xiàn)在12月，分別為1 016.5 hPa、1 018.7 hPa和1 014.3 hPa。最小值與2018年一樣出現(xiàn)在7月，分別為999.1 hPa、1 000.6 hPa和996.5 hPa。

2.2.2 日氣壓

瓜達爾港平均氣壓、最高和最低氣壓日變化曲線(圖2)相似，其中平均氣壓最大值出現(xiàn)在11:00和12:00，為1 010 hPa；最高氣壓最大值出現(xiàn)在11:00—13:00，為1 010.1 hPa；最低氣壓最大值出現(xiàn)在12:00，為1 009.9 hPa。平均氣壓谷值出現(xiàn)在05:00和18:00，為1 007.5 hPa和1 006.7 hPa；最高氣壓谷值出現(xiàn)時間在06:00和19:00，分別為1 007.7 hPa和1 006.8 hPa；最低氣壓谷值出現(xiàn)時間在05:00、06:00和19:00，分別為1 007.4 hPa、1 007.4 hPa和1 006.5 hPa。

圖2 2018—2019年瓜達爾港平均氣壓、最高和最低氣壓日變化Fig.2 Diurnal variation of mean, maximum, and minimum atmospheric pressure at Gwadar Port from 2018 to 2019

2.3 降水、相對濕度與水汽壓

2.3.1 降水

瓜達爾港位于北回歸線附近，受副熱帶高壓下沉氣流控制，屬熱帶沙漠氣候，常年干旱少雨。2018年累計降水量為0.3 mm，總降水日數(shù)為1 d。2019年累計降水量為67.6 mm，總降水日數(shù)為20 d(圖3a)。通過對比發(fā)現(xiàn)，2018年降水量偏少，2019年降水量偏多，2019年降水量是2018年降水量的225倍。2018年降水日數(shù)偏少，2019年降水日數(shù)偏多，兩者之間相差19 d，2018年降水日數(shù)僅為2019年降水日數(shù)的5%。

由圖3可以看出，瓜達爾港降水量月際分布不均。2018年僅3月出現(xiàn)降水，降水日數(shù)為1 d，降水量為0.3 mm。2018年日降水量最大值是0.3 mm，出現(xiàn)在2018年3月3日(圖3a)。2019年降水量較2018年充沛，降水主要集中在1—3月和10—12月，其中降水量最大值出現(xiàn)在11月，達到54.7 mm，其次是12月，為9.0 mm(圖3b和圖3c)。月累計降水日數(shù)最多為6 d，出現(xiàn)在2月；其次是12月，共4 d；3月、10月以及11月降水日數(shù)相同，均為3 d。2019年日降水量最大值是29.6 mm，出現(xiàn)在2019年11月22日。

瓜達爾港終年降水較少，主要集中在冬季，這源自冬季來自阿拉伯海的暖濕氣流導致降水較多；夏秋季節(jié)雖然濕度較大，但受副熱帶高壓下沉氣流控制，干旱少雨。除冬季海洋帶來的濕潤氣流，中緯度地區(qū)的低壓系統(tǒng)有時會導致西南亞的氣旋穿過地中海向東進入伊朗、阿富汗、巴基斯坦和印度，則被稱為西風擾動并導致狂風、多云和降雨，瓜達爾港正處于其冬季(12月至次年2月)路線[16]。

2.3.2 相對濕度與水汽壓

2018年相對濕度年均值為68.5%，水汽壓年均值為25.0 hPa。2019年相對濕度年均值為66.1%，水汽壓年均值為23.7 hPa。2018—2019年相對濕度和水汽壓的年均值分別為67.3%和24.3 hPa。

如表2所示，2018年相對濕度最小月是12月，為56.0%，最大月是6月，為76.8%；月平均水汽壓最大值為35.6 hPa，出現(xiàn)在6月，最小值是14.5 hPa，出現(xiàn)在1月。2019年相對濕度最小月是11月，為50.2%，最大月是9月，為76.5%；月平均水汽壓最大值為32.6 hPa，出現(xiàn)在9月，最小值是15.3 hPa，出現(xiàn)在2月。

表2 2018年和2019年瓜達爾港相對濕度和水汽壓月均值

整體而言，瓜達爾港6—9月相對濕度值較高，6—7月水汽壓值較高。其中，7—8月為季風季節(jié)，即季風季節(jié)及其前后相對濕度和水汽壓值較高。

根據(jù)圖4中瓜達爾港相對濕度和水汽壓日變化曲線可知，相對濕度最大值出現(xiàn)在08:00，為78.6%；谷值出現(xiàn)在14:00，為54.8%。即清晨相對濕度較大，午間相對濕度值較小。水汽壓曲線呈現(xiàn)“W”形分布特征，峰值出現(xiàn)在00:00時為25.6 hPa，出現(xiàn)在09:00、10:00時為25.0 hPa，出現(xiàn)在22:00、23:00時為25.7 hPa。水汽壓谷值出現(xiàn)在07:00時為24.5 hPa，出現(xiàn)在13:00、14:00時為24.0 hPa。即水汽壓值在夜間較大，白天較小。

圖4 2018—2019年瓜達爾港相對濕度和水汽壓平均日變化Fig.4 Diurnal variation of relative humidity and water vapor pressure at Gwadar Port from 2018 to 2019

2.4 風向風速

瓜達爾港2018年10 min平均風速年均值為2.4 m·s-1，最大風速年均值為5.4 m·s-1。瞬時風速年均值為2.4 m·s-1，極大風速年均值為 8.9 m·s-1；2019年10 min平均風速年均值為 2.5 m·s-1，最大風速年均值為5.4 m·s-1。瞬時風速年均值為2.4 m·s-1，極大風速年均值為9.0 m·s-1。

2018—2019年10 min平均風速年均值為 2.4 m·s-1，最大風速年均值為5.4 m·s-1。瞬時風速年均值為2.4 m·s-1，極大風速年均值為 8.9 m·s-1。

2.4.1 月風速

根據(jù)表3可知，2018年10 min平均風速最大值出現(xiàn)在5月，為3.1 m·s-1，最小值出現(xiàn)在12月，為1.8 m·s-1。最大風速最大值出現(xiàn)在4月，為 6.7 m·s-1；最小值出現(xiàn)在1月和12月，均為 4.4 m·s-1。瞬時風速最大值出現(xiàn)在4月和5月，均為3.1 m·s-1，最小值出現(xiàn)在12月和1月，均為1.7 m·s-1。極大風速的最大值出現(xiàn)在4月，為11.1 m·s-1，最小值是6.8 m·s-1，出現(xiàn)在1月。

表3 2018年和2019年瓜達爾港風速月變化情況

2019年10 min平均風速最大值出現(xiàn)在4月，為3.3 m·s-1，最小值出現(xiàn)在11月和12月，為 2.0 m·s-1。最大風速最大值出現(xiàn)在4月，為 7.0 m·s-1，最小值出現(xiàn)在12月，為4.4 m·s-1。瞬時風速最大值出現(xiàn)在4月，為3.3 m·s-1，最小值出現(xiàn)在12月，為1.9 m·s-1。極大風速的最大值出現(xiàn)在4月，為11.6 m·s-1，最小值是7.0 m·s-1，出現(xiàn)在12月。

綜上，10 min平均風速、最大風速、瞬時風速和極大風速值整體偏小，年變化不大，可能與自動氣象站建于瓜達爾港港區(qū)圍墻內(nèi)，圍墻的遮擋對風速的削弱有一定作用有關(guān)。一年中風速最大值均出現(xiàn)在4月和5月，最小值均出現(xiàn)在1月和12月。即瓜達爾港平均風速春季偏大；夏、秋季次之；冬季偏小。

2.4.2 日風速

根據(jù)圖5可知，冬季，10 min平均風速在17:00和19:00達到最大值，最大風速在19:00達到最大值，瞬時風速在18:00達到最大，極大風速在19:00達到最大。10 min平均風速在09:00為最小值，最大風速在05:00—09:00為最小值，瞬時風速在04:00—06:00和09:00為最小值，極大風速在09:00為最小值。

圖5 瓜達爾港風速不同季節(jié)日變化(a. 2月代表冬季，b. 5月代表春季，c. 8月代表夏季，d. 11月代表秋季)Fig.5 Diurnal variation of wind speed at Gwadar Port in different seasons (a. February represents winter, b. May represents spring, c. August represents summer, d. November represents autumn)

春季，10 min平均風速和最大風速分別在17:00和18:00達到最大，瞬時風速在20:00達到最大，極大風速在18:00達到最大。10 min平均風速在07:00和08:00為最小值，最大風速在07:00為最小值，瞬時風速在08:00為最小值，極大風速在07:00為最小值。

夏季，10 min平均風速、最大風速、瞬時風速均在17:00達到最大，極大風速在18:00達到最大。10 min平均風速、瞬時風速、極大風速均在08:00出現(xiàn)最小值，最大風速在07:00和08:00為最小值。

秋季，10 min平均風速在16:00達到最大，最大風速在16:00、17:00、19:00達到最大，瞬時風速在11:00、12:00和15:00達到最大，極大風速在18:00、19:00達到最大。10 min平均風速在23:00為最小值，最大風速在23:00和00:00為最小值，瞬時風速和極大風速在00:00為最小值。

綜上，10 min平均風速、最大風速、瞬時風速和極大風速在各季白天風速大于夜晚風速。

2.4.3 風向

在港口風能資源開發(fā)過程中，風向頻率是十分重要的因素。風向穩(wěn)定，或者有一至兩個主導風向，將有利于風能資源的捕捉和轉(zhuǎn)換。瓜達爾港臨近阿拉伯海，日風向變化為白天吹海風，夜晚吹陸風，海風風力一般強于陸風，海風風速也大于陸風。為分析不同季節(jié)風向的變化，本文將風向分為16個方位，統(tǒng)計每個方位不同等級風出現(xiàn)的頻率，分別以2、5、8、11月作為冬、春、夏、秋季的代表月，繪制瓜達爾港各季10 min平均風速風向玫瑰圖(圖6)[10]。

由圖6可知，瓜達爾港的10 min平均風速風向明顯具有季節(jié)性變化。冬、春季以東北和東北東向風為主，夏季主要是東北風和北風，秋季除東北東向風外，還包括西南西向風。瓜達爾港在各季盛行風向會有所差異，但主要盛行東—北向風和西—南向風。這可能源于瓜達爾港處于向赤道低壓帶移動的東北信風路徑上，東北信風與來自南半球的東南信風在赤道附近合并，東北信風減弱，東南信風穿過赤道，被科里奧利力偏轉(zhuǎn)，變成西南風在印度洋上空發(fā)生風型和方向上的完全反轉(zhuǎn)。

圖6 不同季節(jié)10 min平均風速風向(a. 2月代表冬季，b. 5月代表春季，c. 8月代表夏季，d. 11月代表秋季)Fig.6 Ten-min mean wind speed and direction in different seasons (a. February represents winter, b. May represents spring, c. August represents summer, d. November represents autumn)

2.4.4 風力等級頻率

以蒲氏風力等級表為標準[10]，統(tǒng)計了瓜達爾港2018—2019年各季節(jié)風力等級頻率分布情況，見表4。

表4 瓜達爾港2018—2019年不同季節(jié)風力等級頻率分布

冬季，出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是1級風以及3級風，6級及以上大風頻率為0。春季，出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是3級風，1級風和4級風次之，6級及以上大風頻率為0。夏季，出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是3級、1級風，6級及以上大風頻率為0。秋季，出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是1級風和3級風，6級及以上大風頻率為0。從全年來看，出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是1級風和3級風，4級風次之，6級及以上大風頻率為0。

綜上，瓜達爾港以2級風為主，其次是1級風和3級風，4級風次之，6級以上大風出現(xiàn)頻率為0。與ZHENG et al.[8]得出的瓜達爾港6級及以上大風頻率常年在1.5%以內(nèi)，出現(xiàn)頻率最高的為3級風，其次是4級風和2級風的結(jié)論有所差異，本研究所得結(jié)論整體偏小?？赡苁且驗樽詣託庀笳窘ㄓ诠线_爾港港區(qū)圍墻內(nèi)，圍墻的遮擋對于風速有削弱作用，對風頻等級也造成了一定的影響。

3 結(jié)論

本文基于克拉瑪依-瓜達爾友好城市氣象站2018年1月1日至2019年12月31日逐日及逐小時氣溫、氣壓、降水、相對濕度、水汽壓、風向風速等觀測資料，對瓜達爾港的氣象要素特征進行了初步分析?；谝陨险撌?，可得出瓜達爾港2018—2019年氣象要素有如下特征：

1)瓜達爾港處于北回歸線附近，受副熱帶高壓控制，屬熱帶沙漠氣候，年平均氣溫較高。其年平均氣溫達到26.9 ℃，一年中最熱月為5—7月，最冷月為1月，極端高溫達42.7 ℃，極端低溫為11.9 ℃。由于瓜達爾港鄰近阿拉伯海，受到海洋的影響，氣溫變化較為平緩，氣溫年較差與氣溫日較差均較小，分別為12.5 ℃和6.5 ℃。

2)瓜達爾港年平均氣壓值為1 009.1 hPa。氣壓值最大月為12月和1月，此后開始下降至7月，7月之后氣壓開始回升。瓜達爾港的氣壓分布在夏季和冬季表現(xiàn)出明顯的對比，夏季氣壓值較低，而冬季氣壓值較高。

3)瓜達爾港鄰近阿拉伯海，其年相對濕度和水汽壓分別為67.3%和24.3 hPa，且相對濕度和水汽壓值具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其中季風季節(jié)，即雨季及其前后值較大，旱季較小。瓜達爾港處于北回歸線附近，受副熱帶高壓控制，呈現(xiàn)出熱帶沙漠氣候的干旱少雨特征，降水年季之間分布不均，變化較大。2018年年降水量為0.3 mm，集中于冬季；2019年年降水量為67.6 mm，主要集中于秋冬兩季。

4)瓜達爾港年平均風速為2.4 m·s-1。白天風速大于夜晚風速，四季中春季平均風速偏大，夏季、秋季次之，冬季偏小。瓜達爾港除盛行東北風外，還包括西南風，四季和全年出現(xiàn)頻率最高的是2級風，其次是1級風和3級風，6級以上大風出現(xiàn)頻率為0。