干旱條件下吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)變化特征分析

曹興，萬(wàn)瑜，胡雙全，陸輝，賈健

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002；2.吐魯番地區(qū)氣象局，新疆吐魯番838000；3.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊830002）

干旱條件下吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)變化特征分析

曹興1，萬(wàn)瑜1，胡雙全2，陸輝3，賈健1

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002；2.吐魯番地區(qū)氣象局，新疆吐魯番838000；3.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊830002）

利用干旱條件下的吐魯番盆地1981—2010年的逐月降水、氣溫資料，通過(guò)Thornthwaite方法計(jì)算潛在蒸散量確定氣候相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)，并分析其時(shí)空變化特征；同時(shí)應(yīng)用小波分析及Mann-Kendall法，對(duì)相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)進(jìn)行突變和周期分析，結(jié)果表明：近30 a來(lái)，降水量呈非顯著性的減少趨勢(shì)，氣溫增暖趨勢(shì)明顯，傾向率為0.53℃·（10 a）-1；在氣候變暖的背景下，潛在蒸散量呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，空間分布差異顯著（P<0.05）；相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)呈較弱的減小態(tài)勢(shì)，氣候總體趨于干旱化，表現(xiàn)為：鄯善最強(qiáng)，吐魯番次之，托克遜相對(duì)較弱；相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)未出現(xiàn)顯著的轉(zhuǎn)折年份和突變時(shí)間區(qū)域；周期變化表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性，4～5 a的變化周期一致性較好。研究區(qū)域內(nèi)氣溫升高，降水減少，是導(dǎo)致氣候干旱化趨勢(shì)得以維持和加劇的重要因素。

干旱；吐魯番；濕潤(rùn)指數(shù)；時(shí)空變化

近年來(lái)在氣候異常的背景下，干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生，許多學(xué)者對(duì)中國(guó)的干濕狀況進(jìn)行過(guò)研究探討。如楊建平[1]等研究認(rèn)為20世紀(jì)60—70年代中國(guó)干濕氣候存在一次突變，由較濕潤(rùn)變?yōu)楦珊?，但各地干旱程度不同，干濕氣候界限波?dòng)與氣候的干濕變化具有顯著的年代際特征；錢(qián)正安等[2]研究認(rèn)為在所有的氣候異常中，干旱發(fā)生頻率最高；魏鳳英[3]等以降水量為主，兼顧底墑及蒸發(fā)狀況,對(duì)華北地區(qū)春、夏季干旱指數(shù)的變化特征進(jìn)行了研究；程國(guó)棟等[4]、湯奇成等[5]研究表明西北地區(qū)呈現(xiàn)干旱化加劇趨勢(shì)，并與氣溫持續(xù)升高密切相關(guān)。李劍鋒等[6]、馬柱國(guó)等[7]分別采用降水指數(shù)、地表濕潤(rùn)指數(shù)作為干旱指標(biāo)研究了新疆、北方干旱區(qū)的干旱的演變特征。此外，唐小萍等[8]、王升等[9]分別研究了氣候變化下雅魯藏布江中游、黃土高原的潛在蒸散量變化特征。相關(guān)人員利用不同的干旱指數(shù)對(duì)不同區(qū)域的干旱特征進(jìn)行了研究，得出許多有意義的結(jié)論，為西北地區(qū)氣候干旱化的研究提供了參考和借鑒，研究多從宏觀角度進(jìn)行分析，但氣候變化具有區(qū)域性差異，因此研究小區(qū)域氣候干旱化及其演變特征同樣十分必要。

吐魯番位于新疆維吾爾自治區(qū)天山東部山間盆地，地理位置為41°12′～43°40′N(xiāo)，87°16′～91°55′E之間，海拔-154～4 000 m，地勢(shì)北高南低，日照充足，熱量豐富，無(wú)霜期長(zhǎng)，大風(fēng)頻繁，氣溫日較差大，年平均氣溫13.9℃，年降水量?jī)H有16.4 mm，而蒸發(fā)量則高達(dá)3 000 mm以上，屬典型的大陸性暖溫帶干旱荒漠氣候。近年來(lái)，由于干旱條件下吐魯番盆地氣候的干旱化趨勢(shì)加劇，促進(jìn)了荒漠化的形成和發(fā)展。吐魯番盆地特殊的地形、地勢(shì)形成了與周邊區(qū)域迥然相異的氣候。個(gè)別學(xué)者對(duì)該地區(qū)氣候變化趨勢(shì)已有一些研究[10-12]，但有關(guān)該區(qū)域近30 a降水量、氣溫等氣象要素的變化趨勢(shì)，尤其是對(duì)生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要指示意義的能綜合體現(xiàn)溫、濕氣候條件和水分收支平衡特征的潛在蒸散量和相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的變化，目前還少見(jiàn)研究。因此加強(qiáng)對(duì)該盆地氣候干濕狀況的研究，對(duì)應(yīng)對(duì)干旱化加劇態(tài)勢(shì)具有重要的指導(dǎo)意義。

分析吐魯番盆地的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的時(shí)空變化特征，揭示在增暖背景下該盆地氣候干旱化的特征及區(qū)域差異，將有利于認(rèn)識(shí)氣候環(huán)境現(xiàn)狀與過(guò)去的差異，為探索該盆地干旱環(huán)境的變化規(guī)律、進(jìn)行未來(lái)氣候干旱變化研究提供科學(xué)基礎(chǔ)，以期更好地揭示在氣候增暖背景下干旱的區(qū)域性差異，為新疆干旱區(qū)精細(xì)化的區(qū)域氣候變化研究提供參考。

1 資料來(lái)源和方法

1.1 資料來(lái)源

選用吐魯番盆地3個(gè)資料序列較長(zhǎng)的氣象站（吐魯番、托克遜、鄯善）1981—2010年的逐月降水、氣溫實(shí)測(cè)資料。由于盆地區(qū)域面積大，站點(diǎn)分布少，為了較好地反映氣候干旱空間分布特征，提高空間插值的準(zhǔn)確性，增加了該盆地內(nèi)的庫(kù)米什、東坎，及鄰近的達(dá)坂城、尉犁站點(diǎn)數(shù)據(jù)。其次，根據(jù)新疆氣象局制定的季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)[13]，分析冬（11—2月）、春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—10月）四個(gè)季節(jié)的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)變化特征。

表1 研究區(qū)及鄰近測(cè)站地理位置及背景氣候

1.2 研究方法

（1）綜合考慮了降水和溫度變化對(duì)水分收支的影響，采用相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的方法表征氣候的干濕程度。根據(jù)文獻(xiàn)可知,相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)值越小，表示氣候越干旱，反之氣候則越濕潤(rùn)，其表達(dá)式為[7]：

式中M為相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)，P為月降水量（mm），Pe為潛在蒸散量（mm），Pe用Thornthwaite方法計(jì)算如下：

（2）S/N突變點(diǎn)檢驗(yàn)：為檢驗(yàn)氣候要素轉(zhuǎn)折是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各轉(zhuǎn)折年份計(jì)算信噪比，公式如下：

（3）變異系數(shù)是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對(duì)值[15]，變異系數(shù)的計(jì)算公式為：

此外還利用線性趨勢(shì)法對(duì)該盆地降水量、氣溫、潛在蒸散量變化特征進(jìn)行分析，利用小波分析法判斷干旱時(shí)間序列的周期性變化特征，以Mann-Kendall法進(jìn)行突變分析，并進(jìn)行信噪比S/N的檢驗(yàn)，以確定氣候突變發(fā)生的時(shí)間。

2 結(jié)果分析

2.1 近30a年降水量變化特征

吐魯番盆地深居內(nèi)陸，降水的多寡直接反映氣候干旱的程度，是影響相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的重要?dú)庀笠蜃?。由圖1可見(jiàn)，1981—2010年吐魯番盆地各站年降水量的年際變化波動(dòng)過(guò)程總體相似，其中降水相對(duì)較多的鄯善站30 a平均降水量為27.6 mm，吐魯番站15.3 mm，托克遜站最少，僅為8.1 mm，三站的平均為17.0 mm。吐魯番盆地年降水量稀少，干旱特征明顯，且各站降水量年際間變化明顯，波動(dòng)較大。線性趨勢(shì)分析表明，吐魯番盆地各站年降水量總體均呈非顯著性的減少趨勢(shì)，降水量較多的鄯善減少趨勢(shì)相對(duì)明顯，傾向率為-2.7 mm/10 a（P=0.41），托克遜為-0.4 mm/10 a（P=0.78），吐魯番為-0.3 mm/10 a（P=0.85）。吐魯番盆地特殊的地理環(huán)境，使得盆地年降水量不僅遠(yuǎn)低于我國(guó)其它區(qū)域的降水量，而且較鄰近區(qū)域的烏魯木齊、石河子、哈密等地均偏少；吐魯番盆地各站近30 a來(lái)降水量變化趨勢(shì)與新疆大部分區(qū)域呈現(xiàn)較明顯的增多[16]趨勢(shì)相反，氣候干旱化趨勢(shì)進(jìn)一步加劇，其成因有待進(jìn)一步探討。

由圖1可知，吐魯番盆地各站年降水量變化過(guò)程較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)離散程度較高，經(jīng)計(jì)算得出3站降水量的變異系數(shù)分別為：托克遜81.6%，吐魯番57.6%，鄯善55.6%。據(jù)此分析認(rèn)為在時(shí)間序列上年降水量波動(dòng)過(guò)程變化明顯，年際間變化較大，其中托克遜站最為顯著，年降水量處在低水平的不穩(wěn)定狀態(tài)。從圖1可分析出，吐魯番盆地年降水量負(fù)距平的年份多于正距平的年份，且負(fù)距平的幅度總體小于正距平的幅度。托克遜20世紀(jì)80年代前期降水量總體偏少，90年代總體偏多；吐魯番80年代偏多，90年代偏少；鄯善80年代偏多，90年代偏少，3站在最近10 a均呈偏少態(tài)勢(shì)。各站在30 a中均出現(xiàn)降水突增的年份，托克遜在1994年正距平幅度最大，為215.7%；鄯善在1998年正偏幅178.0%，吐魯番在1998年正偏幅118.8%；由以上分析可知，在30 a中，吐魯番盆地年降水量的突增突減的頻率較大，但總體呈減少的態(tài)勢(shì)。

2.2 近30a年平均氣溫變化特征

溫度是計(jì)算相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的一項(xiàng)重要參數(shù)，隨著全球氣候的變暖，吐魯番盆地氣溫也呈現(xiàn)增溫的趨勢(shì)（圖2），其中吐魯番1981—2010年的年平均氣溫最高，為15.1℃，托克遜站次之，為14.5℃，鄯善最低為12.2℃，3站平均為14.0℃，近30 a來(lái)各站年平均氣溫的年際波動(dòng)變化過(guò)程較一致，且總體的變化態(tài)勢(shì)均為“變暖”。這表明全球變暖的大背景和大尺度的天氣、氣候變化是影響該盆地氣溫的主要因素。線性趨勢(shì)分析表明，近30 a來(lái)，托克遜、吐魯番、鄯善氣溫變化傾向率分別為0.53、0.57、0.50℃/ 10 a（P<0.01），3站平均氣溫傾向率為0.53℃/10 a，這一研究結(jié)果與新疆的氣溫變化趨勢(shì)相一致[16]，但顯著大于全國(guó)近40 a來(lái)增溫速率0.04℃/10 a，30 a來(lái)吐魯番盆地年平均氣溫已經(jīng)升高了1.6℃。

圖1 吐魯番盆地降水量距平的年際趨勢(shì)變化

圖2 吐魯番盆地各站溫度距平的年際趨勢(shì)變化

由圖2可知，在時(shí)間序列上1997年之前，各站總體上趨于負(fù)距平狀態(tài)，其中吐魯番負(fù)距平狀態(tài)明顯；隨后氣溫上升趨勢(shì)增強(qiáng)，由負(fù)轉(zhuǎn)正；氣溫升高主要體現(xiàn)在1997年后，各站氣溫基本上都處在正距平狀態(tài)，均值較1997年前升溫0.8～1.0℃，吐魯番升溫幅度明顯，鄯善最小；對(duì)年平均氣溫的變異系數(shù)分析認(rèn)為，各站的變異系數(shù)為4.5%（P<0.05）左右，數(shù)據(jù)離散程度較小，在時(shí)間序列上變化波動(dòng)性不強(qiáng)，表明各站年平均氣溫呈現(xiàn)較穩(wěn)定式的上升趨勢(shì)，這與該盆地的降水量變化態(tài)勢(shì)存在明顯的差異。

2.3 近30a潛在蒸散量變化特征

近30 a來(lái)吐魯番盆地氣候發(fā)生著明顯變化（圖1、2），潛在蒸散量也必然會(huì)隨之發(fā)生變化，其變化趨勢(shì)將直接體現(xiàn)氣候干濕狀況。對(duì)研究區(qū)內(nèi)的3個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，各站平均潛在蒸散量變化范圍為1 258.6～1 441.2 mm，在空間上分布差異顯著（P< 0.05），降水相對(duì)偏多，氣溫相對(duì)偏低的鄯善，潛在蒸散量最小，托克遜次之，吐魯番最大。從圖3可知，年潛在蒸散量隨時(shí)間變化呈波動(dòng)增加趨勢(shì)（通過(guò)了0.05的信度檢驗(yàn)），托克遜變化傾向率最大為37.9 mm/10 a、吐魯番29.4 mm/10 a，鄯善25.2 mm/10 a （P<0.01），3站平均線性傾向率為30.1 mm/10 a（P< 0.01），30 a來(lái)年潛在蒸散量增加了90.3 mm。各站在時(shí)間序列上變化趨勢(shì)較一致，基本上保持同增同減的過(guò)程，在20世紀(jì)80年代、90年代中前期，表現(xiàn)為一個(gè)先減后增的過(guò)程，在1985—1992年間為相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)過(guò)程，90年代后期開(kāi)始波動(dòng)的上升態(tài)勢(shì)；在1997年前各站年潛在蒸散量總體低于均值，1997年后年平均氣溫開(kāi)始上升，潛在蒸散量由負(fù)距平轉(zhuǎn)正，之后隨升溫作用，年潛在蒸散量增大，高于歷年均值；1997年后平均潛在蒸散量較歷年值，托克遜增幅8.2%，吐魯番6.6%，鄯善5.8%。由以上分析可知，在年降水量稀少的吐魯番盆地，氣溫的變化與潛在蒸散量關(guān)系密切，進(jìn)一步的分析認(rèn)為，各站兩者相關(guān)系數(shù)為0.83～0.88（P<0.01），存在極顯著的正相關(guān)性，氣溫對(duì)潛在蒸散量的變化有著關(guān)鍵性的作用。

圖3 吐魯番盆地各站潛在蒸散量的年際變化

2.4 相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)空間分布差異

利用各站點(diǎn)的1981—2010年相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)平均值來(lái)表征氣候干旱的平均狀況，各站的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)表現(xiàn)為：托克遜最小為-0.99，吐魯番次之，為-0.97，鄯善為-0.95，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氣象干旱等級(jí)GB/T20481-2006》[17]，其等級(jí)屬于特旱等級(jí)。由于吐魯番盆地特殊的地理環(huán)境和地形條件，該盆地處在內(nèi)陸極端干旱條件下，但在空間分布上存在著一定的區(qū)域差別。從數(shù)據(jù)的空間插值分布（圖4）可知，該盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)總體分布特征為：北部大于南部，西部大于東部；吐魯番盆地西部、北部為高山，又處在中緯度西風(fēng)帶中，而影響本地的天氣系統(tǒng)多為偏西、西北或偏北氣流，對(duì)盆地而言是背風(fēng)坡，大部分水汽在山前成云致雨，而氣流越山后下沉增溫，多以大風(fēng)為主，較少形成降水[18]，從而導(dǎo)致背風(fēng)坡的吐魯番、托克遜相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)較小，氣候相對(duì)其它區(qū)域偏旱；該盆地南部的庫(kù)魯克塔格山幾乎終年無(wú)降水，地表相對(duì)較干，裸露的戈壁下墊面對(duì)太陽(yáng)加熱響應(yīng)迅速，地面蒸發(fā)強(qiáng)烈，使得氣候干旱化程度強(qiáng)于其它區(qū)域。而在盆地中部存在一個(gè)相對(duì)濕潤(rùn)區(qū)，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)較大，主要是由于該地為吐魯番盆地的艾丁湖湖區(qū)，下墊面的差異使得吐魯番盆地中部的氣候相對(duì)濕潤(rùn)狀況較好。

圖4 吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的空間分布

2.5 相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的時(shí)間變化特征

2.5.1 年代際變化趨勢(shì)分析

對(duì)吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的分析有助于了解氣候干旱化狀況的地域特征。從近30 a相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的時(shí)間變化特征來(lái)（圖5）來(lái)看，該盆地各站相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)均有不同程度的減小，呈較弱的減小態(tài)勢(shì)，氣候總體趨于干旱化，這是因?yàn)楦髡練鉁爻试鰷刳厔?shì)，蒸發(fā)量增大，而年降水量表現(xiàn)為弱的減少趨勢(shì)，進(jìn)一步促使相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)減小，加劇了氣候干旱化態(tài)勢(shì)。在時(shí)間序列上，年際間指數(shù)變化幅度較大，振幅明顯，變異系數(shù)表現(xiàn)為鄯善>托克遜>吐魯番，表明在極端干旱條件下，鄯善的近30 a氣候干濕年際變化較大，吐魯番最小。線性趨勢(shì)分析表明，鄯善傾向率為0.004/10 a（P=0.32）,氣候干旱化趨勢(shì)加?。煌卖敺瑸?.003/10 a（P=0.47），托克遜干旱化態(tài)勢(shì)相對(duì)較弱，系數(shù)為0.001/10 a（P=0.57）。托克遜、吐魯番、鄯善相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)最大值分別出現(xiàn)在1994年、1992年、1996年；各站最小值均出現(xiàn)在1982年，這與1982年降水量偏少，氣溫相對(duì)偏高有關(guān)。由相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)計(jì)算公式可知，氣溫和降水量是影響氣候干旱的兩個(gè)重要指標(biāo)，該盆地的年平均氣溫與潛在蒸散量波動(dòng)變化過(guò)程較為一致，且呈現(xiàn)穩(wěn)定的上升趨勢(shì)；年降水量總體表現(xiàn)為突增突減的波動(dòng)性過(guò)程，變化過(guò)程的穩(wěn)定性弱于氣溫，導(dǎo)致該盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)與氣溫變化過(guò)程不盡一致，過(guò)程的波動(dòng)性增強(qiáng)。如在1982—1986年、1992—1996年階段中，3測(cè)站氣溫和潛在蒸散量均處在相對(duì)低值期，而相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)最大值出現(xiàn)在1992—1996年間，這是年降水量較1982—1986年間相對(duì)偏豐沛所致。在1997年后氣溫和潛在蒸散量表現(xiàn)為較穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)，但降水量在1997—2001年間表現(xiàn)為波動(dòng)性增減過(guò)程，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)亦呈波動(dòng)性。在2002年后氣溫較穩(wěn)定上升、降水量較穩(wěn)定下降，兩要素共同影響下，使得相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)表現(xiàn)為較明顯的減小趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的變化過(guò)程受氣溫、降水量?jī)蓚€(gè)要素協(xié)同影響，該盆地降水量的年際間不穩(wěn)定性是影響相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)波動(dòng)性變化的主要原因，從而導(dǎo)致相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)開(kāi)始減小的時(shí)間與氣溫、潛在蒸散量開(kāi)始升高（增大）的時(shí)間存在差異。對(duì)于氣溫、降水量在干旱條件下對(duì)相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)協(xié)同影響機(jī)制及貢獻(xiàn)度分析有待進(jìn)一步研究。

圖5 吐魯番盆地各站相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)時(shí)間變化特征

從年代上分析，吐魯番盆地各站相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)經(jīng)歷了先升后降的變化，即氣候由相對(duì)干旱到相對(duì)濕潤(rùn)，隨后又轉(zhuǎn)為干旱加劇的過(guò)程。吐魯番盆地在20世紀(jì)90年代氣候相對(duì)80年代略濕潤(rùn)，進(jìn)入21世紀(jì)前10 a中，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)減小趨勢(shì)最為顯著，年降水量多呈負(fù)距平狀態(tài)，氣溫上升明顯，進(jìn)一步增加了降水偏少對(duì)相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的貢獻(xiàn)，氣候干旱化態(tài)勢(shì)進(jìn)一步加劇。程國(guó)棟、湯奇成等的研究表明，由于受升溫幅度較大的影響，西北總體呈現(xiàn)干旱化進(jìn)一步加劇趨勢(shì)。這說(shuō)明，吐魯番盆地氣候變干趨勢(shì)與區(qū)域大背景氣候變暖有關(guān)。單從溫度變化對(duì)蒸發(fā)的影響來(lái)考慮,氣溫升高將使蒸發(fā)潛力增大,不利于地表水分的保持,將成為引起和加劇干旱及干旱化趨勢(shì)的一個(gè)重要因素。

2.5.2 季節(jié)變化趨勢(shì)分析

從表2可以看出，吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)季節(jié)性差異。總體而言，各個(gè)季節(jié)均處在氣候特旱的條件下，但各站在不同季節(jié)亦存在一定的差異。托克遜各個(gè)季節(jié)的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)較其它站點(diǎn)偏小，氣候干旱；其全年相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)最小，為-0.99，吐魯番次之，鄯善最大，氣候干旱程度相對(duì)較輕。盆地平均相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)接近-0.98，季節(jié)表現(xiàn)為秋季>春季>夏季，這是因?yàn)榻邓恐饕性谙募荆募酒骄鶜鉁馗哌_(dá)30.1℃，在干旱氣候條件下，降水稀少，較大程度上減弱了降水量對(duì)相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的貢獻(xiàn)；而秋季降水量相對(duì)較多，氣溫較低，氣候干旱狀況相對(duì)較好。從表2可知，吐魯番盆地各站不同季節(jié)的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差較小，這是與各站均處在相同的氣候干旱大背景下，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)處在低水平的差異上。由各季節(jié)的趨勢(shì)系數(shù)變化可知，托克遜春、秋季呈弱的負(fù)趨勢(shì)，夏季呈正趨勢(shì)；而吐魯番各個(gè)季節(jié)均呈弱的負(fù)趨勢(shì)；鄯善秋季呈負(fù)趨勢(shì)，春、夏季表現(xiàn)為弱的向氣候濕潤(rùn)發(fā)展的趨勢(shì)。由于冬季研究區(qū)月平均氣溫低于0℃，根據(jù)文獻(xiàn)可用降水量來(lái)表征氣候干濕狀況，托克遜冬季年平均降水量最少，僅為0.72 mm，吐魯番次之，鄯善最多，為3.4 mm；對(duì)冬季降水量變化趨勢(shì)分析得出，托克遜呈負(fù)趨勢(shì)，趨勢(shì)系數(shù)為-0.11 mm/10 a，吐魯番、鄯善均呈正的增加趨勢(shì)，分別為0.40、1.1 mm/10 a。由以上分析可知，該盆地全年總體均呈負(fù)態(tài)勢(shì)，這與近30 a來(lái)該盆地氣溫升高使得蒸發(fā)潛力增大,不利于地表水分的保持,且降水維持一個(gè)弱的負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，導(dǎo)致氣候干旱化趨勢(shì)得以維持和加劇。

表2 吐魯番盆地各站相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)季節(jié)變化特征

圖6 吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

2.5.3 濕潤(rùn)指數(shù)的突變特征

為了分析吐魯番盆地的氣候干旱趨勢(shì)的突變特征，計(jì)算3站的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的平均值，利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法來(lái)分析其突變點(diǎn)[19]，顯著性水平0.05（Uα=±1.96）（圖6）。圖中UF為按時(shí)間順序計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，UB為逆時(shí)間的統(tǒng)計(jì)量序列。若UF>0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，UF<0則表明下降趨勢(shì)；當(dāng)超過(guò)臨界值時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著；超過(guò)臨界線的范圍為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域；若UF和UB相交在臨界線內(nèi)，交點(diǎn)為突變開(kāi)始時(shí)間。結(jié)果表明，近30 a來(lái)，UF曲線總體表現(xiàn)為先升后降的過(guò)程，但未超過(guò)臨界線，未出現(xiàn)顯著性的突變年份。在20世紀(jì)80年代中前期始終維持在y=0線以下，表現(xiàn)為波動(dòng)的下降趨勢(shì)；對(duì)應(yīng)的時(shí)期內(nèi)，氣溫偏低，下墊面蒸散小，且降水量低于均值，氣候干旱化加??；80年代后期至2004年UF>0，表明相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，氣候偏濕潤(rùn)態(tài)勢(shì)，且這種態(tài)勢(shì)維持了18 a；進(jìn)入21世紀(jì)氣溫較30 a均值上升0.5℃，降水量較均值減少了1.3 mm，UF上升趨勢(shì)開(kāi)始減緩，并在2004年由正轉(zhuǎn)負(fù)，氣候干旱化趨勢(shì)加劇。在1982年、2006年，出現(xiàn)UF與UB相交點(diǎn)；通過(guò)信噪比檢驗(yàn)，其S/N<1，未發(fā)生明顯的突變，交點(diǎn)的形成可能為降水量的年際間的波動(dòng)造成的。

2.5.4 濕潤(rùn)指數(shù)的周期變化

圖7 吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)連續(xù)小波周期分析

近年來(lái)小波周期分析法在氣候變化研究中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為了探討干旱條件下的吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的年際周期振蕩特征，利用各站相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的平均值來(lái)計(jì)算Morlet復(fù)小波系數(shù)的實(shí)部，頻率取樣起始值設(shè)定為0，取樣周期為1，最大尺度為16（圖7）。研究表明，近30 a來(lái)盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的周期變化表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性，在時(shí)間序列上，存在一個(gè)4～5 a的相對(duì)高頻振蕩周期。在80年代前期，存在一個(gè)3 a的短周期變化，隨著時(shí)間的后延，振幅明顯加大，振蕩周期增長(zhǎng)至4～5a；并在1997年前后，還表現(xiàn)為8～9 a大振幅振蕩準(zhǔn)周期；隨后大周期振蕩趨于減弱，周期開(kāi)始變短。從圖中可以看出，在整個(gè)序列中還存在一個(gè)16 a左右的大周期，但該研究中時(shí)間序列有限，對(duì)于16 a的大周期分析準(zhǔn)確性較差；進(jìn)一步的小波方差分析表明，16 a周期變化特征遠(yuǎn)弱于4～5 a。以上分析表明，吐魯番盆地氣候不同時(shí)段內(nèi)存在多個(gè)振蕩周期，但4～5 a的變化周期一致性較好。

3 結(jié)論與討論

（1）降水量和氣溫是相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)變化的主要因子，吐魯番盆地降水量稀少，總體呈非顯著性的減少趨勢(shì)，鄯善減少態(tài)勢(shì)相對(duì)明顯，傾向率為-2.7 mm/ 10 a，托克遜次之，吐魯番最??；氣溫表現(xiàn)為增溫的趨勢(shì)，1997年后升溫趨勢(shì)顯著，平均氣溫傾向率為0.53℃/10 a。

（2）吐魯番盆地年平均潛在蒸散量為1 258.6～1 441.2 mm，空間上分布差異顯著（P<0.05），吐魯番最大，托克遜次之，鄯善為相對(duì)較??；在氣候變暖的背景下，潛在蒸散量呈波動(dòng)增加趨勢(shì)。

（3）近30 a吐魯番盆地相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)呈較弱的減小態(tài)勢(shì)，氣候總體趨于干旱化，表現(xiàn)為：鄯善最強(qiáng)，吐魯番次之，托克遜相對(duì)較弱；相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)不同季節(jié)存在一定的差異，但總體表現(xiàn)為秋季>春季>夏季，盆地氣溫升高，降水減少，導(dǎo)致氣候干旱化趨勢(shì)得以維持和加劇。

（4）突變檢驗(yàn)和周期分析表明，相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)未出現(xiàn)顯著的轉(zhuǎn)折年份和突變時(shí)間區(qū)域；周期變化表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性，氣候不同時(shí)段內(nèi)存在多個(gè)振蕩周期，但4～5 a的變化周期一致性較好。

氣候干旱化是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，其中涉及許多氣候因子及之間的復(fù)雜的相互作用。從大尺度背景來(lái)看，增暖將有利于某些地區(qū)降水量的增加[14]，在這種條件下，需要綜合分析地表水分收支各分量的變化；但對(duì)于降水量減少、溫度升高的區(qū)域，分析相對(duì)簡(jiǎn)單，即溫度的升高將使干旱化趨勢(shì)加劇和維持。有研究認(rèn)為在我國(guó)西北東部等地區(qū),溫度的升高將是當(dāng)前干旱化趨勢(shì)維持和加劇的一個(gè)重要的因素。對(duì)吐魯番盆地的研究認(rèn)為，在新疆大部分區(qū)域表現(xiàn)為暖濕化的過(guò)程中[20-21]，該盆地卻表現(xiàn)為氣溫升高、降水減少的趨勢(shì)，使得干旱化進(jìn)一步加劇，與相關(guān)研究結(jié)論相一致，但其氣候變化過(guò)程與區(qū)域背景的差異，本文尚未深入分析。此外研究區(qū)域面積大，站點(diǎn)少，時(shí)間序列較短，對(duì)氣候干旱的空間分布及時(shí)間序列的分析有所制約，對(duì)其氣候變化區(qū)域性特征、差異原因和預(yù)測(cè)等方面的分析研究需繼續(xù)深入。

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Variation of Relative Moisture Index in Turpan Basin Under Arid Condition

CAO Xing1，WAN Yu1，HU Shuangquan2，LU Hui3，JIA Jian1
（1.Urumqi Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Turpan Meteorological Administration，Turpan 838000，China；3.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China）

The relative moisture index was calculated with the potential evaporation by using Thornthwaite method,which was based on the monthly temperature and precipitation data at Turpan basin during 1981-2010.The relative moisture index changes were studied by using Mann-Kendall and Morlet wavelet method.The results showed that precipitation had a non-remarkablely decrease tendency,but the rising of temperature was obvious,and the increasing rate of that was 0.53℃· （10a）-1；potential evapotranspiration had an ascent trend that was wave-like increases with a significant difference in spatial distribution（P<0.05）under the background of global warming. Further analysis indicated that the relative moisture index had a weak decreases and the climate tended to arid which presented Shan-shan as the most arid，followed by Turpan and Tuksun.In a considerable degree,it reflected that 4～5 years of oscillatory cycle had obvious consistency oscillations and no catastrophe for that.The analyses showed that temperature rising and precipitation decreasing were important factors for the maintenance and aggravation of arid climate.

arid；Turpan；moisture index；spatial and temporal variation

P467

B

1002-0799（2013）06-0042-08

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.007

2013-04-07；

2013-06-01

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（IDM201201），新疆維吾爾自治區(qū)氣象局青年基金項(xiàng)目（201132）共同資助。

曹興（1984-），男，工程師，主要從事氣候環(huán)境變化及農(nóng)業(yè)氣象工作。E-mail：cxidm@163.com