喀什地區(qū)1957-2013年潛在蒸散量變化及其影響因子

凱麗比努爾·克熱木, 海米提·依米提, 麥麥提吐爾遜·艾則孜

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯術(shù)齊830046;2.新疆師范大學(xué) 干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯術(shù)齊830054)

喀什地區(qū)1957-2013年潛在蒸散量變化及其影響因子

凱麗比努爾·克熱木1, 海米提·依米提2,3, 麥麥提吐爾遜·艾則孜2,3

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯術(shù)齊830046;2.新疆師范大學(xué) 干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯術(shù)齊830054)

基于喀什地區(qū)4個(gè)氣象站點(diǎn)1957—2013年的最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)以及降水量數(shù)據(jù)，采用Penman-Monteith模型、一元回歸分析、累積距平和Mann-Kendall非線性突變檢驗(yàn)法，分析其年潛在蒸散量的時(shí)間序列變化及其影響因子。結(jié)果表明：近57 a來，喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢(shì)，傾向率分別為-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a；塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，傾向率分別為8.27 mm/10 a，6.25 mm/10 a；在四季變化中，夏季最多，春、秋季次之，冬季最少；喀什地區(qū)潛在蒸散量突變點(diǎn)存在明顯差異：喀什年潛在蒸散量突變點(diǎn)為1981年，巴楚的為1962年，塔什庫爾干的為1974年和1983年，莎車年潛在蒸散量突變點(diǎn)為1961年、1965年、1968年和1978年；喀什地區(qū)年蒸散量最主要受風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的影響。

潛在蒸散量; Penman-Monteith模型; 影響因子; 喀什地區(qū)

潛在蒸散量是作物需水預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)合理和節(jié)約用水，緩解水資源的供需矛盾具有重要意義[1]。蒸發(fā)作為地表熱量平衡和水平衡的重要組成部分，具有增加空氣濕度、調(diào)節(jié)溫度，進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用[2]。王瓊等研究得出，近51 a(1961—2011年)來長江流域潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)，年際變化傾向率為-0.34 mm /a[3]。李鵬飛等對(duì)京津冀地區(qū)潛在蒸散量進(jìn)行分析，結(jié)果表明近50 a(1960—2010年)來整個(gè)地區(qū)潛在蒸散量都在減少[4]。普宗朝等研究得出，1961—2008年新疆夏半年參考作物蒸散量總體以20.09 mm /10 a的傾向率呈極顯著的減小趨勢(shì)[5]。張山清等的分析結(jié)果表明，近48 a(1961—2008年)新疆參考作物蒸散量呈顯著減小趨勢(shì)[6]。張明軍等對(duì)中國天山山區(qū)潛在蒸發(fā)量的研究得出，年潛在蒸發(fā)量的年際變化傾向率為-2.48 mm/a，潛在蒸發(fā)量總體上呈減小趨勢(shì)[7]。王健等對(duì)北疆潛在蒸散量分析得出，潛在蒸散量在時(shí)間分布上整體呈下降趨勢(shì)，主要受該地區(qū)相對(duì)濕度和風(fēng)速的影響[8]。黃艷等對(duì)喀什地區(qū)降水量變化特征分析結(jié)果表明，喀什地區(qū)平原和山區(qū)年降水量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[9]。阿布都克日木·阿巴司等研究得出，過去50 a喀什地區(qū)各地年平均氣溫呈升高趨勢(shì)，年降水量呈增加趨勢(shì)[10]。

從上述可知，前人已對(duì)新疆的氣候和蒸散量變化有大量研究分析，但對(duì)喀什地區(qū)潛在蒸散量的研究卻尚未見到。由于喀什地區(qū)水資源缺乏較嚴(yán)重，潛在蒸散又是水資源評(píng)價(jià)中的重要變量，因此研究喀什地區(qū)潛在蒸散量及其影響因子具有實(shí)際的研究意義，同時(shí)為喀什地區(qū)水資源的合理利用和整體規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

喀什地區(qū)地處歐亞大陸中部,我國西北部,新疆維吾爾自治區(qū)西南部。位于35°28′—40°16′N，71°39′—79°52′E，東西寬約750 km，南北長535 km，全區(qū)總面積16.2萬km2，約占新疆土地總面積的8.3%[11]?？κ驳貐^(qū)屬于暖溫帶大陸干旱氣候，四季分明，蒸發(fā)強(qiáng)烈，日照充足，氣溫和降水變化顯著[12]。

2 資料與研究方法

2.1 資 料

選取喀什地區(qū)平原和山區(qū)4個(gè)代表站(圖1)1957年1月至2013年12月的月最高和最低氣溫、月平均氣溫、月相對(duì)濕度、月平均風(fēng)速和月日照時(shí)數(shù)資料，資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http：∥cdc.cma.gov.cn)中國地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集。季節(jié)劃分為春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。年代以10 a為一代。

2.2 研究方法

本文采用Penman-Monteith公式計(jì)算月潛在蒸散，并進(jìn)行逐月、逐年的統(tǒng)計(jì)。公式具體如下：

式中：ET0表示參考作物需水量(mm/d)；Rn表示作物表面的凈輻射量[MJ/(m2·d)]；G表示土壤熱通量[MJ/(m2·d)]；u2表示2m高處的日平均風(fēng)速(m/s)；ea表示飽和水汽壓(KPa)；ed表示實(shí)際水汽壓(kPa)；Δ表示飽和水汽壓與溫度曲線的斜率(kPa/℃)；γ表示干濕表常數(shù)(kPa/℃)。利用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。

圖1喀什地區(qū)氣象站點(diǎn)分布

3 結(jié)果與分析

3.1 喀什地區(qū)潛在蒸散量的年變化特征

根據(jù)P-M方法計(jì)算喀什地區(qū)4個(gè)氣象站1957—2013年的年均潛在蒸散量，結(jié)果表明，近57a來，喀什地區(qū)年潛在蒸散量區(qū)域差異明顯。喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢(shì)，傾向率分別為-7.53mm/10a，-7.47mm/10a，塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，傾向率分別為8.27mm/10a，6.25mm/10a(圖2)。顯然，喀什地區(qū)年潛在蒸散量變化不一致，且具有平原偏北(喀什)、偏東地區(qū)(巴楚)潛在蒸散量最弱，南部山區(qū)(塔什庫爾干)和偏南地區(qū)(莎車)潛在蒸散量最強(qiáng)的特征。

喀什地區(qū)不同平原和山區(qū)年代潛在蒸散量的變化存在明顯差異，且與年均潛在蒸散量的變化相一致，最大值在偏北地區(qū)(喀什)，最小值在南部山區(qū)(塔什庫爾干)。1957—2006年，喀什年代際潛在蒸散量變化趨勢(shì)為增—減—減—減—增；巴楚和塔什庫爾干的變化趨勢(shì)為增—減—增—減—減；莎車的變化趨勢(shì)為增—減—增—減—增。而從2007年開始，潛在蒸散量均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)(表1)。

圖2 喀什地區(qū)年潛在蒸散量的變化趨勢(shì)

時(shí)間段喀什巴楚塔什庫爾干莎車1957—1966年1203.321171.26689.00853.731967—1976年1190.431088.40674.20822.791977—1986年1121.181209.70693.00857.241987—1996年1032.931138.68720.62854.211997—2006年1189.661097.80706.54868.852007—2013年1193.621137.02724.20879.491957—2013年1153.171140.66700.05854.82

3.2 喀什地區(qū)潛在蒸散量的季節(jié)變化趨勢(shì)

從季節(jié)看，近57 a來，喀什地區(qū)潛在蒸散量夏季最多，春、秋季次之，冬季最少，平均潛在蒸散量分別為440.47 mm，275.51 mm，194.09 mm，52.22 mm。塔什庫爾干和莎車的潛在蒸散量四季都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，春季塔什庫爾干潛在蒸散量最高，其傾向率為4.07 mm/10 a。喀什潛在蒸散量冬季具有增加趨勢(shì)以外，其他季節(jié)都呈減少趨勢(shì)。巴楚潛在蒸散量四季都呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。潛在蒸散量減少幅度最高的地區(qū)是喀什，出現(xiàn)的季節(jié)為夏季，減少傾向率為-5.02 mm/10 a(圖3)。

3.3 喀什地區(qū)年潛在蒸散量累積距平曲線分析

利用累積距平曲線分析(圖4)喀什、巴楚、塔什庫爾干和莎車的年潛在蒸散量。1979年喀什年潛在蒸散量出現(xiàn)極高值，1998年出現(xiàn)極低值。1957—1979年、1999—2013年喀什年潛在蒸散量偏多，1980—1998年喀什年潛在蒸散量偏少(圖4A)。1994年巴楚年潛在蒸散量出現(xiàn)極高值，1975年出現(xiàn)極低值。1957—1965年、1976—1994年、2001—2013年巴楚年潛在蒸散量偏多，1966—1975年、1995—2000年巴楚年潛在蒸散量偏少(圖4B)。1982年塔什庫爾干年潛在蒸散量出現(xiàn)極低值。1983—2013年塔什庫爾干年潛在蒸散量偏多，1957—1982年塔什庫爾干年潛在蒸散量偏少(圖4C)。1961年莎車年潛在蒸散量出現(xiàn)極高值，1983年出現(xiàn)極低值。1957—1961年、1984—1994年、1999—2011年莎車年潛在蒸散量偏多，1962—1983年、1995—1998年莎車年潛在蒸散量偏少(圖4D)。

3.4 喀什地區(qū)年潛在蒸散量突變點(diǎn)分析

采用曼—肯德爾(Mann-Kendall)法，檢驗(yàn)喀什、巴楚、塔什庫爾干和莎車年潛在蒸散量的突變點(diǎn)(圖5)。1957—2013年之間喀什年潛在蒸散量基本上UF<0，潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1981年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1981年喀什年潛在蒸散量發(fā)生突變(圖5A)。1957—1975年時(shí)段內(nèi)巴楚年潛在蒸散量基本UF <0，表明巴楚的潛在蒸散量在1957—1975年時(shí)段內(nèi)呈下降趨勢(shì)。該時(shí)段內(nèi)，在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1962年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1962年巴楚年潛在蒸散量發(fā)生突變。1976—1980年和1989—2013年時(shí)段內(nèi)巴楚年潛在蒸散量UF曲線值小于0，年潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)。1981—1997年時(shí)段內(nèi)UF曲線值大于0，年潛在蒸散量呈上升趨勢(shì)(圖5B)。1957—1972年、1984—2013年時(shí)段內(nèi)塔什庫爾干年潛在蒸散量UF曲線值大于0，表明塔什庫爾干年潛在蒸散量在該時(shí)段內(nèi)呈上升趨勢(shì)。1972—1983年時(shí)段內(nèi)潛在蒸散量UF曲線值小于0，該時(shí)段內(nèi)塔什庫爾干年潛在蒸散量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1974年、1983年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1974年和1983年塔什庫爾干年潛在蒸散量發(fā)生突變(圖5C)。1957—1961年、1981—2013年時(shí)段內(nèi)莎車年潛在蒸散量UF曲線值大于0，年潛在蒸散量呈上升趨勢(shì)。1962—1980年時(shí)段內(nèi)潛在蒸散量UF曲線值小于0，年潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1961年、1965年、1968年和1978年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1961年、1965年、1968年和1978年莎車年潛在蒸散量發(fā)生突變(圖5D)。

圖3喀什地區(qū)四季潛在蒸散量的變化趨勢(shì)

圖4喀什地區(qū)年潛在蒸散量累積距平曲線

圖5喀什地區(qū)年潛在蒸散量Mann-Kendall突變判別曲線

3.5 潛在蒸散量影響因子分析

蒸發(fā)量受到多種因素的綜合影響，主要有氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、飽和水汽壓差、云量等氣象要素。由于影響潛在蒸散量變化的因素眾多，不同因素之間也相互影響，所以潛在蒸量的變化成因十分復(fù)雜[13]。因此，本文選取最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、降水量7個(gè)氣象因子，采用相關(guān)性分析方法分析潛在蒸散量與影響因子之間的相關(guān)性。

表2 喀什不同地區(qū)年平均潛在蒸散量與其他氣象因素的顯著性相關(guān)分析

注：**在0.01水平上顯著相關(guān)，*在0.05水平上顯著相關(guān)。

相關(guān)性結(jié)果表明(表2)，不同平原和山區(qū)的年潛在蒸散量與其他氣象因素相關(guān)性有差異?？κ材隄撛谡羯⒘颗c最低氣溫、月平均氣溫、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)顯著正相關(guān)，與相對(duì)濕度顯著負(fù)相關(guān)，與最高氣溫和降水量無相關(guān)。巴楚年潛在蒸散量與風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)顯著正相關(guān)，與相對(duì)濕度顯著負(fù)相關(guān)，與最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫和降水量無相關(guān)。塔什庫爾干年潛在蒸散量與最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫和日照時(shí)數(shù)顯著正相關(guān)，與風(fēng)速顯著負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度和降水量無相關(guān)。莎車年潛在蒸散量與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)顯著正相關(guān)，與相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量顯著負(fù)相關(guān)。

4 結(jié) 論

(1) 近57 a來，喀什地區(qū)不同平原和山區(qū)年潛在蒸散量各不相同，喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢(shì)，傾向率分別為-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a，塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，傾向率分別為8.27 mm /10 a，6.25 mm /10 a。在四季中，冬季喀什潛在蒸散量增多以外，其他季節(jié)都呈減沙趨勢(shì)。巴楚潛在蒸散量四季都呈減少趨勢(shì)。塔什庫爾干和莎車潛在蒸散量四季都上升趨勢(shì)。

(2) Mann-Kendall突變檢驗(yàn)結(jié)果表明，喀什地區(qū)潛在蒸散量存在明顯差異?？κ材隄撛谡羯⒘客蛔凕c(diǎn)為1981年，巴楚年潛在蒸散量突變點(diǎn)為1962年，塔什庫爾干年潛在蒸散量突變點(diǎn)為1974年和1983年，莎車年潛在蒸散量突變點(diǎn)為1961年、1965年、1968年和1978年。

(3) 潛在蒸散量與7個(gè)氣象因素的相關(guān)分析表明，喀什年潛在蒸散量主要受最低氣溫、月平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的影響。巴楚年潛在蒸散量主要受相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的影響。塔什庫爾干年潛在蒸散量主要受最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度的影響。莎車年潛在蒸散量受7個(gè)所有因素的影響。從以上結(jié)果可以得知，喀什地區(qū)年蒸散量最主要受風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的影響。

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DynamicChangeofPotentialEvapotranspirationandItsInfluenceFactorsinKashiAreaDuring1957-2013

Kalbinur·Kerim1, Hamit·Yimit2,3, Mamattursun·Eziz2,3

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalScience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.KeyLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridArea,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China)

Based on maximum temperature, minimum temperature, monthly mean temperature, relative humidity, wind speed, sunshine duration and rainfall data collected from four meteorological stations during 1957—2013 in Kashi area, we used Penman-Monteith model, regression analysis, accumulative anomaly and Mann-Kendall nonlinear mutation test method to analyze annual potential evapotranspiration dynamic change and its influence factor of time series. The results show that: (1) in the past 57 years, the potential evapotranspiration in Kashi and Bachu showed the decreasing trend and its tendency rates were -7.53 mm/decade, -7.47 mm/decade, potential evapotranspiration of Tashikuergan and Shache increased with the tendency rates of 8.27 mm/decade and 6.25 mm/decade; (2) during the four seasons, the dynamic change tendency rate was higher in summer than spring and autumn, and lowest occurred in winter; (3) there was a significant difference among the potential evapotranspiration mutation points in Kashi area; the annual potential evapotranspiration mutation point of Kashi occurred in 1981, 1962 for Bachu, 1974 and 1983 for Tashikuergan, annual potential evapotranspiration mutation points of Shache occurred in 1961, 1965, 1968 and 1978; (4) the wind speed and sunshine hours have the effect on the annual evapotranspiration in Kashi area.

potential evapotranspiration; Penman-Monteith model; impact factor; Kashi area

2016-10-24

：2016-11-28

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目—新疆聯(lián)合基金“新疆博斯騰湖環(huán)境演變及對(duì)氣候變化的響應(yīng)”(U1138302)

凱麗比努爾·克熱木(1992—),女(維吾爾族),新疆阿圖什人,碩士研究生,研究方向:干旱區(qū)資源與環(huán)境。E-mail:1040014059@qq.com

S161.4

：A

：1005-3409(2017)05-0247-05