2015―2016年塔克拉瑪干沙漠腹地天然綠洲氣溫及相對濕度變化特征?

黃晶晶，張峰?，師慶東，金莉莉

(1.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；2.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所塔克拉瑪干沙漠大氣環(huán)境觀測試驗站，新疆烏魯木齊830002)

0 引言

達理雅博依綠洲位于克里雅河尾閭沙漠腹地，受人類墾殖影響較小，依然保持著天然的狀態(tài)，為一處原始綠洲[1,2]．該綠洲現(xiàn)處于由原始綠洲向人工綠洲演化的初始階段，在沙漠綠洲環(huán)境研究中有著十分重要的科學(xué)價值[3,4]，為諸多學(xué)者所關(guān)注[5]．通過對該天然綠洲的研究可獲取能夠反映過去時期的綠洲環(huán)境及綠洲效應(yīng)等問題的細節(jié)，亦可分析天然與人工綠洲氣候與生態(tài)系統(tǒng)的差異性．然而該綠洲的實測資料，尤其是基本觀測資料依然稀缺，影響到許多相關(guān)問題的深入探究，如綠洲與沙漠這對共存復(fù)合體的關(guān)系[6]、沙漠與天然綠洲的小氣候特征[7]，天然與人工綠洲的小氣候差異[8]等．已有學(xué)者對塔克拉瑪干沙漠及其周緣人工綠洲的氣候特征和綠洲效應(yīng)進行過大量研究[9?11]，然而對天然綠洲的相關(guān)工作較少．也有學(xué)者從理論上研究了孤立綠洲系統(tǒng)的演變特征[12]，但是缺少實地觀測數(shù)據(jù)的支持．本文以達理雅博依天然綠洲為研究區(qū)，利用2015—2016年該綠洲首臺區(qū)域氣象站所觀測的氣溫和相對濕度數(shù)據(jù)，分析了該綠洲氣溫及相對濕度的變化特征，以及其平均變化、日變化及季節(jié)變化的特征，并對達理雅博依天然綠洲與人工綠洲及沙漠地區(qū)的氣候差異進行分析討論，為研究綠洲生態(tài)環(huán)境與過程[9]，綠洲環(huán)境的演化[13]與變遷[14,15]，及綠洲發(fā)展趨勢的預(yù)測等提供基礎(chǔ)[16]．

1 研究區(qū)概況

達理雅博依綠洲位于塔克拉瑪干沙漠腹地克里雅河下游238 km處呈扇狀分布的平原干三角洲上[1,17,18]（圖1）．該干三角洲現(xiàn)存面積約324 km[17]，極為干燥，多浮塵天氣[3]．由于間歇性洪水作用，河岸兩側(cè)河漫灘分布胡楊林、紅柳與蘆葦?shù)裙嗖葜脖籟19]．綠洲水源補給主要依賴于克里雅河，其沿岸及東西兩側(cè)風(fēng)沙地貌類型多樣[20]．

圖1 研究區(qū)及氣象站地理位置Fig 1 The location of study area and meteorological stations

2 材料與方法

達理雅博依綠洲的氣象數(shù)據(jù)來源于2015年1月9日在鄉(xiāng)政府附近建立的該綠洲首架區(qū)域自動氣象站（38?22′N，81?52′E）（圖2），該氣象站南至于田氣象站約170 km，東至塔中氣象站約170 km．空氣溫度傳感器采用ZQZ-TW系列鉑電阻式，濕度傳感器采用江蘇省無線電科學(xué)研究所生產(chǎn)的DHC2型，數(shù)據(jù)采集時間間隔為1 min，氣象站采用地方時（較北京時間晚2.54 h）．由于自動氣象站故障，2015年8月至11月部分數(shù)據(jù)缺測．通過SPSS（19.0）軟件采用回歸分析方法對2015年各月均溫、月均相對濕度進行擬合．月均溫擬合方程為：y=?0.024x3?0.646x2+12.186x?20.137，R2=0.971；月均相對濕度擬合方程為：y=?0.016x3+1.046x2?10.478x+59.959，R2=0.741．根據(jù)擬合結(jié)果對2015年9月和11月月均溫和月均相對濕度做了插值處理．8月和10月各值則基于實測值由各月每日氣溫和相對濕度數(shù)據(jù)作算術(shù)平均得出．年平均氣溫為各月月均溫的平均值；月均溫則由各月每日氣溫作算術(shù)平均得出；日均溫為同一月份同一時刻不同日期的值進行累加后的平均值．2015年各季典型月份選取分別為4月、7月、10月和12月．

圖2 區(qū)域自動氣象站現(xiàn)場圖Fig 2 The scene diagram of automatic meteorological station

3 結(jié)果分析

3.1 年內(nèi)變化特征

達理雅博依綠洲2015―2016年平均氣溫的年變化接近正弦曲線變化（圖3），其中2015年1月、5月和6月的變化幅度比其他月份相對較小．最高氣溫出現(xiàn)在2015年7月29日，為33.1℃，最低氣溫出現(xiàn)在2015年12月30日，為?14.8℃．

圖3 達理雅博依2015—2016年氣溫和相對濕度變化曲線（實測值）Fig 3 Temperature and relative humidity variation of Daliyaboyi from 2015 to 2016 based on the observed values

達理雅博依綠洲2015―2016年平均相對濕度年變化亦具有明顯的周期性，且與氣溫呈反相位變化（圖3），其中2015年3月、4月和7月的變化幅度比其他月份相對較?。?015年平均相對濕度最高值出現(xiàn)在12月17日，為83.6%，6月26日次之為81.1%，可能受到云量影響；最低值出現(xiàn)在5月11日，為13.3%．

3.2 月平均變化特征

達理雅博依綠洲2015年年平均氣溫為11.8℃，氣溫年較差為36.3℃．各月平均氣溫處于0℃以上的月份有9個，低于0℃的月份有3個．月均溫最高值（28.6℃）出現(xiàn)在7月，最低值（-6.7℃）出現(xiàn)在1月．該綠洲2015年平均相對濕度為40.2%．12月為月均相對濕度的最高值（60.3%），4月為最低值（25.6%）（圖4）．

圖4 達理雅博依2015―2016年月平均氣溫和月平均相對濕度的變化曲線Fig 4 Monthly mean temperature and relative humidity variation of Daliyaboyi from 2015 to 2016

達理雅博依與塔中地區(qū)、于田縣2015—2016年月均溫的變化趨勢基本一致（圖5 a），均在7月達到最高，1月降至最低．該綠洲2015年月均溫最高值為28.6℃（7月），低于塔中地區(qū)的30℃（7月）；2015年月均溫最低值為-6.7℃（1月），高于塔中地區(qū)的-8.2℃（1月），顯示出綠洲與沙漠氣溫環(huán)境的差異性，以及在同一沙漠大環(huán)境中不同植被覆蓋度下的小氣候的差異性．相比其上游于田縣2015年的月平均氣溫最高值26.8℃（7月），達理雅博依高出1.8℃，最低值則比于田縣的-2.7℃（1月）低4℃，由此可見植被覆蓋度引起的小氣候差異性以及廣袤的沙漠對其腹地綠洲的影響較其邊緣綠洲要大．

達理雅博依與塔中地區(qū)、于田縣2015—2016年平均相對濕度的變化趨勢基本一致（圖5 b），均在12月達到最高，該綠洲與塔中地區(qū)在4月降至最低，于田縣3月降至最低．該綠洲2015年月平均相對濕度最高值為60.3%（12月），高于于田縣（55%，12月），低于塔中地區(qū)（63%，12月）．最低值25.6%（4月）高于塔中的21.0%（4月），高于于田縣的23.0%（3月）．可見天然綠洲植物蒸騰作用所導(dǎo)致的水汽上升、氣壓減小對相對濕度的影響較為劇烈．

圖5 塔中地區(qū)、于田縣、達理雅博依2015—2016年氣溫和相對濕度變化曲線Fig 5 Temperature and relative humidity variation of Tazhong region,Yutian county and Daliyaboyi from 2015 to 2016

達理雅博依6月平均氣溫略有下降，且平均相對濕度略有上升，塔中地區(qū)和于田縣亦同（圖4、圖5）．根據(jù)NASA LAADS數(shù)據(jù)（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）對塔里木盆地2015年5月、6月和7月的MODIS 1B影像（MOD02Q KM 250M）云量進行目視主觀判讀，得出塔里木盆地6月間多云和陰天的天數(shù)較多，7月次之，5月最少（圖6，表1）．克里雅河6月至8月為洪水期[21]，此間多發(fā)洪水，造成克里雅河上游于田縣以及尾閭達理雅博依得到較多水分，使得相對濕度明顯增高．然而塔中地區(qū)相對濕度也較高，因而可認為這期間的氣溫和濕度變化是受云量影響所致．

圖6 MODIS 1B數(shù)據(jù)云量主觀判讀標準Fig 6 The subjective identification standard of MODIS 1B data on cloud amount

表1 塔里木盆地2015年5月、6月及7月MODIS 1B數(shù)據(jù)（MOD02Q KM 250M）影像云量目視主觀判讀統(tǒng)計Tab 1 The visual subjective identification statistics of MODIS 1B data(MOD02Q KM 250M)on cloud amount of Tarim Basin in May,June and July in 2015

3.3 典型月份日變化特征

3.3.1 氣溫變化特征

達理雅博依綠洲2015—2016年各月氣溫的日平均變化亦具有周期性（圖7），曲線形態(tài)與沙漠地區(qū)的氣溫日變化曲線相似[7]，表現(xiàn)出沙漠氣候的特征，且該綠洲每月氣溫的日平均變化規(guī)律基本一致，一天中均有一個最高值和一個最低值．2015年春季（4月）氣溫平均值為17.0℃，夏季（7月）為28.6℃，秋季（10月）為9.9℃，冬季（12月）為-6.4℃．

該綠洲2015年每月氣溫日平均最高值均出現(xiàn)在17:00—18:00，但各季節(jié)最低氣溫出現(xiàn)的時間不同．春、夏季節(jié)最低氣溫出現(xiàn)在07:00—08:00，而秋、冬季節(jié)出現(xiàn)在09:00—10:00，這是由于日出時間秋、冬季節(jié)較春、夏季節(jié)晚，并且該綠洲秋、冬季節(jié)的日平均相對濕度比春、夏季節(jié)的高（圖8），日出晚，空氣濕潤程度高，從而使得氣溫的降低減慢．由于綠洲所處的沙漠地區(qū)比熱容較小，加之植被覆蓋相對缺乏，隨著太陽升起，大氣因吸收地面輻射急劇增溫，反之則隨著日落而驟然減小，故在日出至12:00，18:00至日落這兩個時段，該綠洲氣溫變化曲線斜率明顯較大．冬季日落至日出這時段的曲線斜率較春、夏、秋季小，可能是由于冬季太陽輻射較夏季偏低所致．

圖7 達理雅博依綠洲2015年典型月份氣溫的日平均變化Fig 7 Daily variation of temperature in typical months of the Daliyaboyi Oasis in 2015

圖8 達理雅博依綠洲2015年典型月份相對濕度的日平均變化Fig 8 Daily variation of relative humidity in typical months of the Daliyaboyi Oasis in 2015

3.3.2 相對濕度變化

達理雅博依綠洲2015—2016年各月相對濕度的日平均變化規(guī)律一致（圖8），一天中均有一個最高值和一個最低值．2015年春季（4月）相對濕度平均值為25.6%，夏季（7月）為33.7%，秋季（10月）為36.2%，冬季（12月）為60.3%．冬季相對濕度較大，春季、夏季及秋季相對濕度較?。?/p>

該綠洲2015年每月相對濕度的日平均最低值均出現(xiàn)在17:00—18:00，而最高值出現(xiàn)的時間不同，春、夏、秋季節(jié)最高相對濕度均出現(xiàn)在08:00，而冬季出現(xiàn)在10:00．夜間近地面水汽積累比白天多，故相對濕度較白天高．與氣溫日變化相似，受日照及蒸發(fā)強度的影響，日出至12:00與18:00至日落這兩時段的曲線斜率同樣較大．冬季日落至日出這時段的曲線斜率較春、夏、秋季小，可能是由于冬季日出時間較晚，氣溫較低，水汽較高，從而使得相對濕度的增加減慢．

該綠洲日相對濕度與日氣溫最大、最小值出現(xiàn)的時間一致，二者的變化幅度與程度相似，變化趨勢相反．

3.4 日溫極值與日較差變化特征

2015—2016年該綠洲日最高溫和最低溫的變化趨勢基本一致（圖9），均在7月達到最高，12月降至最低．2015年7月26日出現(xiàn)日最高溫的最大值43.2℃，日最低溫的最小值-21.6℃出現(xiàn)在12月25日．

圖9 達理雅博依綠洲2015—2016年日溫極值變化（實測值）Fig 9 Measured value of daily maximum and minimum temperature of the Daliyaboyi Oasis from 2015 to 2016

2015年該綠洲氣溫日較差（日最高溫和最低溫的差值）平均值為18℃（圖10）．最大氣溫日較差出現(xiàn)在夏季（29.3℃，7月25日），這一天最高溫為42.5℃，最低溫為13.2℃．最小氣溫日較差出現(xiàn)在冬季（4.4℃，12月12日），這一天最高溫1.1℃，最低溫?3.3℃．夏季日照時數(shù)長，下墊面吸收太陽短波輻射，對大氣的升溫作用明顯；冬季反之．

圖10 達理雅博依綠洲2015—2016年氣溫日較差變化（實測值）Fig 10 The observed annual variation of daily temperature range of the Daliyaboyi Oasis from 2015 to 2016

4 結(jié)論

達理雅博依綠洲2015年平均氣溫為11.8℃，年內(nèi)氣溫的最高值28.6℃出現(xiàn)在7月，最低值?6.7℃出現(xiàn)在1月．該綠洲與同緯度下的沙漠腹地氣溫環(huán)境存在差異，年內(nèi)氣溫最高值較塔中地區(qū)低1.4℃，最低值高1.5℃，顯示著沙漠地區(qū)不同下墊面的小氣候差異．沙漠對于腹地天然綠洲的影響較其邊緣人工綠洲要大，該綠洲氣溫的最高值比于田縣高1.8℃，最低值低4℃，可見隨著植被覆蓋度的變化，天然與人工綠洲的小氣候特征也發(fā)生改變．該綠洲各月氣溫日平均變化亦具有周期性，氣溫日變化曲線斜率隨日出日落急劇變化，與沙漠相類似．該綠洲2015年日最高氣溫和最低氣溫的變化趨勢基本一致，均在7月達到最高，12月降至最低．氣溫日較差平均值為18℃．

達理雅博依綠洲2015—2016年平均相對濕度年變化與氣溫呈反相位．2015年該綠洲月均相對濕度最高值為60.3%，出現(xiàn)在12月，低于該月塔中地區(qū)的63.0%，高于于田縣的55.0%；最低值為25.6%，出現(xiàn)在4月，高于該月塔中地區(qū)的21.0%，高于于田縣3月份的23.0%．可見天然綠洲植物蒸騰作用對相對濕度的影響較為劇烈．受云量影響，三地區(qū)6月平均氣溫均略有下降，且平均相對濕度略有上升．該綠洲每月相對濕度的日平均變化規(guī)律一致，冬季相對濕度的日變幅較其他季節(jié)更為平緩，且相對濕度較春、夏、秋季大．