新疆艾比湖流域潛在蒸散變化特征與成因

蒲 強(qiáng)

（新疆維吾爾自治區(qū)水文局，新疆 烏魯木齊 830000）

潛在蒸散量能夠?qū)ψ鳛樯a(chǎn)潛力和水分循環(huán)以及氣候干旱程度的參數(shù)做出準(zhǔn)確的評價，特別是在干旱和半干旱地區(qū)應(yīng)用的比較廣泛。新疆艾比湖流域由于當(dāng)?shù)貧夂虻淖兓屯恋氐牟豢茖W(xué)開發(fā)，導(dǎo)致艾比湖水位和面積以及水質(zhì)都發(fā)生了嚴(yán)重惡化?，F(xiàn)階段，艾比湖流域出現(xiàn)了水源短缺和生態(tài)惡化的情況，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。本文主要對新疆艾比湖流域徑流和的氣候要素變化進(jìn)行研究，并集中研究時間的變化趨勢，利用傳統(tǒng)的研究方式不能對氣象因子之間的影響程度進(jìn)行量化的分析，因此，利用輻射校正具體模型來計算ET，并利用氣候傾向率以及Mann-Kendall檢驗的方法對ET0進(jìn)行分析；利用Morlet小波分析來研究ET0周期變化規(guī)律，并利用通徑分析中敏感性指標(biāo)分析來研究ET0。

1 流域概況

艾比湖流域位于我國西北干旱地區(qū)，是新疆第一大鹽水湖。艾比湖流域的三面都有高山環(huán)繞，中部地區(qū)為平原，因此，艾比湖為封閉式的湖泊。由于氣候的原因?qū)е铝饔騼?nèi)的生態(tài)環(huán)境非常的脆弱，流域內(nèi)的水汽直接受到氣候變化的影響。由于流域內(nèi)降水稀少且陽光充足，并且對大風(fēng)天氣，導(dǎo)致流域內(nèi)的蒸散量在逐漸不斷的加劇。本文研究的主要區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，每日的平均氣溫?～9℃，年平均降水量在90 mm，年平均蒸發(fā)量高于3791 mm，年日照為2800 h。

2 資料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來源為中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站，結(jié)合艾比湖流域1960~2015年期間6個氣象站的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中包括：降水量、最高氣溫、最低氣溫以及流域內(nèi)相對濕度、風(fēng)速、大氣壓強(qiáng)以及日照對數(shù)。季節(jié)的劃分主要根據(jù)的是氣象學(xué)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，3到5月為春季，6到8月為夏季，9到10月為秋季，12月到次年2月為冬季[1]。

2.2 研究方法

2.2.1 小波分析

在小波分析的過程中要將時間和頻率作為獨立的變量，并在時間和頻率上對一維信號進(jìn)行展開，這樣能夠更加清楚的對時間序列不同時域內(nèi)的頻率特點充分的體現(xiàn)出來，并可以清楚地反映出存在差異頻率的時間分布特點。利用小波函數(shù)來分析潛在蒸散量的周期性變化規(guī)律。從小波函數(shù)計算的數(shù)據(jù)可知，小波系數(shù)的數(shù)值能夠直接反應(yīng)出不同時間段的一個時間尺度的強(qiáng)弱分布特點，小波的方差則可以體現(xiàn)出能量根據(jù)時間尺度分布的特點。

2.2.2 通徑分析

通徑分析是一種多元的統(tǒng)計技術(shù)，主要是通過對自變量和因變量中的系數(shù)進(jìn)行分解，分解為能夠直接作用和進(jìn)行間接作用的代數(shù)和，以此來研究不同變量間的相互關(guān)系以及自變量對因變量產(chǎn)生的具體作用方式和程度。這種統(tǒng)計和計算的方式在實際的統(tǒng)計過程中不會受到自變量間度量單位以及變異程度的影響，能夠充分保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為研究得出可靠的結(jié)果提供有效的保障。由于潛在蒸散量受到不同氣象因子的共同影響，并且不同的氣象因子之間還具有一定的關(guān)聯(lián)性，因此，在實際的研究過程中并不能對單個因子對潛在蒸散量的影響程度進(jìn)行肯定，利用通徑分析方法能夠有效的解決研究中遇到的這個問題。本文主要運用的是利用SPSS19.0，并利用痛徑分析和指標(biāo)敏感性分析定量研究不同氣象因子對潛在蒸散量影響的程度。

3 結(jié)果分析

3.1 艾比湖流域潛在蒸散量的年際和年代際變化

表1為艾比湖流域年以及季節(jié)潛在蒸散量的年代際變化情況。從表中可以看出，艾比湖流域潛在蒸散量主要表現(xiàn)特征為歲年代逐漸的遞減的特征。其中在1960年以后潛在蒸散量的值是最高的階段，為1021.7 mm；2000年至2015年間蒸散量的值為最低，為899.6mm。每十年為正距平，并分別比年均值要高出65.6 mm、55.2 mm、12.7 mm；從90年代以后數(shù)值轉(zhuǎn)為負(fù)距平，并比年均值要低40.6 mm、56.7 mm。在夏季和春季兩個季節(jié)中的變化數(shù)值和年均值的變化情況大體上一致，都是隨著年代的增加蒸散量出現(xiàn)逐漸遞減的趨勢。春季和冬季潛在蒸散量從1960~1990年之間呈現(xiàn)出逐年遞減的趨勢，從2000年以后蒸散量就出現(xiàn)上升的趨勢。

表1 艾比湖流域年及季節(jié)蒸散量變化 單位：mm

圖1為艾比湖流域中潛在蒸散量的年際變化情況。可以看出從20世紀(jì)60年代到2015年艾比湖流域的年蒸散量的平均值在956.1 mm，最小值在1993年，蒸散量為821.8 mm；最大值在1963年，蒸散量為1130.9 mm，極差為308.8 mm，年際差異很大。通過多項式進(jìn)行擬合充分表明了艾比湖流域的年蒸散量在20世紀(jì)60年代到60年代末期、20世紀(jì)90年代至2015年分別呈現(xiàn)出了先上升然后下降的趨勢，并且在2000年之后蒸散量減緩的趨勢逐漸的變小。年蒸散量的氣候傾向率在-28.87 mm每10年，（MK檢驗Z=-5.32，p<0.001）并呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢[2]。年蒸散量的氣候傾向率為-10.1 mm每10年，并逐漸呈現(xiàn)變化減少的趨勢（p<0.01）。從這些數(shù)據(jù)中可以看出艾比湖流域潛在的蒸散量具體的變化特征和新疆大對數(shù)地區(qū)的變化情況具有一致性，并且下降的幅度顯著加大。

圖1 艾比湖流域中潛在蒸散量的年際變化情況

3.2 新疆艾比湖流域蒸散量的季節(jié)性變化

通過分析可以得出，這四個季節(jié)的蒸散量在夏季時為最高，且平均值在519.8 mm；其次是在春季，平均值是260.6 mm；秋季為165.5 mm；冬季為10.1 mm，這四個季節(jié)的蒸散量分別占全年的54%、26%、16%、和2%。這可以充分的說明在夏季和春季對整年的蒸散量值貢獻(xiàn)量是最大的，占全年的80%以上，并且各個季節(jié)的潛在蒸散量是隨著年份的增加逐漸出現(xiàn)下降的趨勢[4]。

3.3 艾比湖流域潛在蒸散量變化的成因分析

通過通徑分析的方法對潛在蒸散量和氣象因子進(jìn)行分析后，并找出相應(yīng)的共線性變量，包括降水和風(fēng)速以及相對濕度和平均氣溫等，將影響不明顯的因素進(jìn)行排除，然后建立起最優(yōu)的方程。從相關(guān)的數(shù)據(jù)可以看出，風(fēng)速是影響其非常重要的因素，相對濕度和降水以及凈輻射和最高氣溫對潛在蒸散量影響依次減弱。凈輻射與降水和潛在蒸散量的關(guān)系較大，主要是通過風(fēng)速和相對濕度來間接進(jìn)行影響的[3]。因此，可以得出不同的氣象因子之間是存在相互制約和影響的關(guān)系的，影響艾比湖流域的重要氣象因子是風(fēng)速和相對濕度，并且能夠同其他的影響因子進(jìn)行綜合的作用。

4 結(jié)語

根據(jù)艾比湖流域的地理位置可以得出，風(fēng)速是影響其潛在蒸散量的最主要的因子，艾比湖流域植被的覆蓋率在不斷的增加，有效地增加了流域內(nèi)地表的粗糙程度，這使得風(fēng)速在傾向率呈現(xiàn)逐年減小的趨勢，蒸散量也在逐漸的減小。艾比湖的平均氣溫呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，使水汽循環(huán)的速度加大，但是氣溫的敏感性在降低，因此，風(fēng)速減少超過了溫度升高對潛在蒸散量的影響，從而導(dǎo)致該地區(qū)潛在蒸散量呈現(xiàn)下降的趨勢。

[1]李艷紅,楚新正,金海龍.新疆艾比湖流域水文特征分析 [J].水文,2006，26(5):68-71.

[2]阿迪來&#；烏甫,玉蘇甫&#；買買提，玉素甫江&#；如素力，等.2000-2014年艾比湖流域地表Ea與Ep時空分布特征及成因 [J].中國水土保持科學(xué)，2017，15(4):60-67.

[3]譚嬌，丁建麗，董煜，等.新疆艾比湖綠洲潛在蒸散量年代際變化特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(5):143-148.

[4]秦鵬，劉強(qiáng).艾比湖流域潛在蒸散量時空變化特征[J].中國農(nóng)村水利水電，2017(6):111-117.