20世紀(jì)上半葉塔里木河流域夏季干濕的演變特征

李紅軍，李淑娟，陳 靜，迪麗努爾·托列吾別克

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆 烏魯木齊 830002）

全球氣候變暖導(dǎo)致了不同區(qū)域的干濕產(chǎn)生不同的變化[1-2]。塔里木河流域地處昆侖山、天山、阿爾金山和帕米爾高原之間，流域總面積為1.02×106km2，是一個(gè)封閉的內(nèi)陸水循環(huán)和水平衡相對(duì)獨(dú)立的水文區(qū)域，自1987年以來，氣候出現(xiàn)由“暖干”向“暖濕”轉(zhuǎn)型現(xiàn)象[3]，吸引了眾多學(xué)者對(duì)塔里木河流域干濕變化的關(guān)注。最初，多是利用降水量來研究塔里木河流域干濕，得到塔里木河流域自20世紀(jì)60年代以來降水量呈增多趨勢(shì)，在80年代出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性或突變性增多[4-7]，在汛期，流域上游變濕顯著，源流區(qū)和中游變濕不顯著，下游有微弱變濕趨勢(shì)[8]。樹木年輪重建的流域西部近300 a降水序列顯示，20世紀(jì)初和1991—2014年是濕潤期，20世紀(jì)其他時(shí)期是干期[9]。之后的研究把蒸發(fā)量或溫度也考慮進(jìn)來[10-13]，得到在20世紀(jì)40年代以前，塔里木河流域北部的濕潤指數(shù)有一個(gè)明顯的減小趨勢(shì)，到40年代初達(dá)到20世紀(jì)最干，之后呈現(xiàn)波動(dòng)變化的特征[10]。在1960—2003年，包括塔里木河流域的西風(fēng)帶氣候區(qū)的年干濕特征呈現(xiàn)比較顯著的變濕趨勢(shì)，大約在20世紀(jì)70年代中期均發(fā)生了由干向濕的突變[11]。塔里木河流域的西北部由于降水量增加和蒸散減少，氣候變濕，這與中國西部其他地區(qū)的干濕變化不同，西北其他地區(qū)和西南大部分地區(qū)由于年降水量減少和蒸散增加，氣候呈顯著變干的趨勢(shì)[12]。對(duì)新疆各測站1961—2008年的降水和溫度的均一化指標(biāo)變化趨勢(shì)的研究表明，新疆整體上呈干旱化趨勢(shì)，其趨勢(shì)由東南向西北方向逐漸減弱[13]。使用蒸散與降水差值研究表明，塔里木河流域近100 a來呈變干的趨勢(shì)[14]，樹木年輪重建的干濕序列表明塔里木盆地20世紀(jì)初較為濕潤，之后變干旱，20世紀(jì)80年代中期以來增濕趨勢(shì)明顯，且仍在持續(xù)[9，15]。

后來的研究使用Palmer干濕指數(shù)，相繼把土壤水分和徑流也考慮進(jìn)來[1，16-18]，Palmer干濕指數(shù)綜合考慮了水分蒸散、降水和土壤水分交換等因素以及前期降水量和水分供求對(duì)后期的影響，物理意義清晰明確[19-20]，因而得到廣泛應(yīng)用[21-22]。研究得到，塔里木河流域干濕與中國北方其他地區(qū)干濕的變化趨勢(shì)相反，西北西部當(dāng)前正處在一個(gè)相對(duì)濕的時(shí)段，但溫度的升高削弱了這種變濕趨勢(shì)[23]。新疆氣候就平均態(tài)而言，整體上屬于正常的氣候條件，研究時(shí)段內(nèi)年平均和季節(jié)平均氣候以濕潤化趨勢(shì)為主要變化特征[24]，用Dai等估算的全球PDSI柵格1953—2003年各季節(jié)數(shù)據(jù)得到，西北西部主要受西風(fēng)帶影響，20世紀(jì)80年代開始有逐漸變濕的趨勢(shì)[1]。Palmer干濕指數(shù)EOF分析揭示在典型的ENSO暖狀態(tài)，中國西北容易偏濕，西北自20世紀(jì)80年代中期的變濕，與ENSO朝更暖的狀態(tài)變化及全球變暖有著緊密的聯(lián)系[17]，塔里木河流域的干濕變化與其相鄰的中亞干濕變化存在差異，在中亞的哈薩克斯坦，除南部外，夏季降水在20世紀(jì)下半葉呈減少趨勢(shì)[25]；在1948—2018年，塔吉克斯坦中北部、吉爾吉斯斯坦東部以及里海、咸海之間年降水量呈增加趨勢(shì)，中亞其余各地降水以負(fù)增長為主[26]。

以上關(guān)于塔里木河流域干濕的大多數(shù)成果揭示了近40～60 a流域干濕的變化特征，對(duì)20世紀(jì)上半葉干濕研究，使用代用資料研究流域的干濕具有一定的不確定性，少量的研究使用觀測站數(shù)據(jù)形成的格點(diǎn)資料給出了塔里木河流域部分區(qū)域或整個(gè)中亞區(qū)域百年干濕變化[10，14，23]，但未單獨(dú)給出塔里木河流域20世紀(jì)前半葉干濕的具體演變特征。以上研究也表明塔里木河流域干濕變化與相鄰的中國西北東部、中亞大多區(qū)域以及華北有著不同的演變特征，需要進(jìn)一步具體研究。本文使用Climatic Research Unit（CRU）提供的1901—1950年P(guān)almer干濕指數(shù)研究給出了20世紀(jì)上半葉塔里木河流域夏季干濕演變特征，初步討論了流域干濕變化成因，為認(rèn)識(shí)流域干濕長期演變規(guī)律提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)、數(shù)據(jù)和方法

塔里木河流域地處亞歐大陸的腹地（37°～41°N，75°～91°E），東西長約1 500 km，南北寬約600 km，面積達(dá)1.05×106km2，是中國面積最大的內(nèi)陸河流域，屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。天山、昆侖山和阿爾金山環(huán)繞在其周邊，地勢(shì)西高東低，海拔在800～8 611 m，中部是著名的塔克拉瑪干沙漠，邊緣為戈壁、綠洲和山麓。塔里木河流域大氣年相對(duì)濕度為30%，降水＜100 mm，極為干旱，對(duì)全球氣候變化特別敏感，20世紀(jì)80年代中期以來，氣候變化與周邊大多地區(qū)不同，出現(xiàn)了變濕的趨勢(shì)，是研究干旱區(qū)氣候變化的典型區(qū)。

文中所用的氣候干濕資料為英國East Anglia大學(xué)環(huán)境科學(xué)學(xué)院Climatic Research Unit（CRU）提供的最新數(shù)據(jù)集中的夏季6—8月的Palmer干濕指數(shù)，空間分辨率為0.5°×0.5°，時(shí)間為1901—2019年。該資料在氣象臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了新的數(shù)據(jù)源，使用數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行整合，在人工和半自動(dòng)質(zhì)量控制之后，在時(shí)間與空間上采用相關(guān)性衰減范圍內(nèi)插值，在資料的重建過程中包含了嚴(yán)格的時(shí)間均一性檢驗(yàn)，時(shí)間尺度更長，空間分辨率更高[27-29]，與其他數(shù)據(jù)集比較[29]，在1901—2008年，塔里木河流域所在區(qū)域（5°～50 °N，64°～100°E）年平均氣溫和年總降水分別與UDEL（the University of Delaware）數(shù)據(jù)集氣溫[30]和GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）數(shù)據(jù)集降水[31]的相關(guān)顯著，通過了α=0.001的顯著檢驗(yàn)，這套數(shù)據(jù)集除了在極低、海洋、高原或極區(qū)等地區(qū)外，偏差比較小[29]。

CRU數(shù)據(jù)集被大量運(yùn)用于氣候變化研究中（包括20世紀(jì)上半葉塔里木河流域干濕數(shù)據(jù)），是目前全球使用最為廣泛的近地面氣候數(shù)據(jù)集之一[2，10，14，23，32-34]。與中國已有的氣候數(shù)據(jù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）中國西部20世紀(jì)上半葉非常缺少觀測，CRU資料盡管包含插值帶來的誤差，經(jīng)比較仍可作為有一定信度的參考，在新疆的百年尺度上，CRU資料的年平均溫度與代用資料重建的序列的相關(guān)系數(shù)顯著，通過了α=0.001的顯著檢驗(yàn)[33]；全球百年長度降水?dāng)?shù)據(jù)被廣泛接受的是英國的Hulme資料[33]，該降水格點(diǎn)資料與我國觀測資料（包括塔里木河流域）的檢驗(yàn)結(jié)論是：雖然分辨率不高，但基本保持了近百年中國降水的大尺度特征[36]，該降水格點(diǎn)資料是CRU這套數(shù)據(jù)集降水變量最主要的數(shù)據(jù)源之一[28-29]。研究表明，CRU資料所揭示的中國20世紀(jì)降水和溫度的氣候變化與160個(gè)觀測站（包括塔里木河流域）的相關(guān)性較高，比較完整地描述了中國降水和溫度的氣候變化的基本特征，而CRU資料又經(jīng)過了嚴(yán)格的時(shí)間均一性檢驗(yàn)，可以認(rèn)為1901年以來的CRU資料有較高的可信度[33]。（2）中國現(xiàn)有的百年溫度序列只是年或季分辨率，而CRU資料達(dá)到月分辨率。（3）建立這個(gè)序列僅使用觀測結(jié)果做統(tǒng)計(jì)內(nèi)插，不包括代用資料所帶來的不確定性，有比較大的可靠性[33]。Palmer干濕指數(shù)由氣溫與降水資料等計(jì)算得出，根據(jù)研究[19-20]，Palmer干濕指數(shù)劃分為9個(gè)干旱等級(jí)（表1）。

表1 Palmer干濕等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

文中使用滑動(dòng)平均分析了年代際變化，趨勢(shì)值和趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)使用線性趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法。振幅變化分析使用變率，干濕指數(shù)的周期分析使用最大熵譜和小波變換，干濕序列突變檢驗(yàn)使用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法，干濕指數(shù)和變率偏離均值是否顯著分別使用t檢驗(yàn)和F檢驗(yàn)方法，各方法見文獻(xiàn)[37]。

2 結(jié)果分析

2.1 塔里木河流域干濕的空間變化特征

圖1為1901—1950年塔里木河流域夏季干濕指數(shù)的多年平均值、線性趨勢(shì)和變率的空間分布。塔里木河流域夏季干濕指數(shù)的多年平均值的空間分布具有明顯的區(qū)域差異（圖1a），塔里木河流域西南—東北呈“-+”分布，大約以庫車縣—且末縣為干濕指數(shù)正負(fù)的過渡區(qū)。塔里木河流域的西南，即克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)的南部和和田地區(qū)的中部及西部，干濕指數(shù)多年平均值的等級(jí)為輕微干旱，其中于田縣和烏恰縣是塔里木河流域干旱最嚴(yán)重的地方。塔里木河流域的北部、東部和南部的東部區(qū)域，干濕指數(shù)的多年平均值的等級(jí)為正常，尉犁縣—若羌縣是塔里木河流干濕指數(shù)多年平均值的最大區(qū)域。塔里木河流域各地的多年平均干濕等級(jí)為正常或輕微干旱，沒有輕微濕潤及以上和中等干旱及以下等級(jí)的區(qū)域。

塔里木河流域1901—1950年夏季干濕指數(shù)的線性趨勢(shì)的分布從西至東主要分為“+-+-”4個(gè)區(qū)域（圖1b）。塔里木河流域西部偏西的區(qū)域，即在克孜勒蘇柯爾克孜自治州中部和南部區(qū)域，干濕變化的線性趨勢(shì)為變濕潤，線性趨勢(shì)由東南至西北逐漸增大，趨勢(shì)值在0/10 a～0.3/10 a。塔里木河流域西部的大部分區(qū)域和中部的偏西區(qū)域，線性趨勢(shì)為變干旱，在此區(qū)域的西北部和南部是變干中心，變干最大趨勢(shì)為-0.3/10 a，中心區(qū)域變干旱趨勢(shì)顯著（α=0.05）。塔里木河流域的中部大部分區(qū)域，線性趨勢(shì)為變濕潤，但趨勢(shì)微弱。塔里木河流域的東部偏東區(qū)域的線性趨勢(shì)為變干旱，趨勢(shì)微弱。塔里木河從流域干濕的線性趨勢(shì)整體上看，空間分布具有明顯差異，但大部分區(qū)域的趨勢(shì)都不顯著。

圖1 1901—1950年夏季塔里木河流域Palmer指數(shù)平均值（a）、趨勢(shì)（b，單位：/10 a）和變率（c）空間分布

塔里木河流域1901—1950年夏季干濕指數(shù)的變率分布主要分為東部和西部（圖1c）。東部包括了巴音郭楞蒙古自治州和阿克蘇地區(qū)的東部，西部為塔里木河流域其余區(qū)域。除了東部的東北角區(qū)域外，在東部大部分區(qū)域，干濕指數(shù)的變率為正值，變率值為0.0～1.2，4個(gè)正值中心分布在東部區(qū)域的東部、南部、西部和北部，中心最大變率值為1.2；西部區(qū)域的變率為負(fù)值，區(qū)域內(nèi)西北和西南部變率較小，東南和東北部的變率較大，西部大部分區(qū)域的變率值在-0.4～-1.6，在西部區(qū)域西北部的負(fù)值中心，干濕指數(shù)的變率最小，達(dá)到-2以下。

2.2 塔里木河流域干濕的時(shí)間變化特征

2.2.1 年際變化

1901—1950年夏季塔里木河流域Palmer干濕指數(shù)的平均值為-0.28，干濕等級(jí)為正常，50 a呈顯著減小趨勢(shì)（a=0.05），年際變化明顯，呈階段性變化（圖2）。干濕指數(shù)在20世紀(jì)初期的10 a，干濕指數(shù)較大，變化振幅較小，在0～0.3變動(dòng)，其后10 a，干濕指數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，變化振幅增大，1917年達(dá)到最小值，為-1.15，1934年之后，干濕指數(shù)呈波動(dòng)性減小，到1944年波動(dòng)性減小到極小值，1949年干濕指數(shù)又增大到極大值。流域的干濕基本以20世紀(jì)10年代初為分界點(diǎn)，在分界點(diǎn)之前，各年的干濕指數(shù)為正，年際變化較小，較為穩(wěn)定，干濕等級(jí)為正常；在分界點(diǎn)之后，干濕指數(shù)年際變化大，年際變化不穩(wěn)定性增大，50 a的最小值出現(xiàn)在分界點(diǎn)之后，最小值的干旱等級(jí)達(dá)到輕微干旱，出現(xiàn)在1917年。分界點(diǎn)之后，流域干濕指數(shù)在1910年由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，振蕩變化的正負(fù)振幅明顯增大，在-1.15～0.26，負(fù)值明顯增多。1901—1910年干濕指數(shù)正負(fù)年份比例分別是90%和10%，而1911—1950年干濕指數(shù)正負(fù)年份比例分別是20%和80%，說明1910年后塔里木河流域Palmer干濕指數(shù)的變化比之前劇烈，干濕指數(shù)為負(fù)值的年份也明顯增多。

圖2 1901—1950年夏季塔里木河流域Palmer指數(shù)變化

2.2.2 年代際均值、趨勢(shì)與變率

1901—1950年夏季塔里木河流域Palmer干濕指數(shù)的11 a滑動(dòng)平均值序列見圖3。20世紀(jì)00年代中期—10年代中期Palmer干濕指數(shù)呈逐漸減小趨勢(shì)，10年代中期減小到最小值后，又逐漸增大，30年代中期達(dá)到極大值，之后逐漸減小。20世紀(jì)00年代中期和10年代中期，干濕指數(shù)分別達(dá)到50 a的最大和最小值，分別為0.09和-0.62，都為干濕正常等級(jí)。該序列具有明顯的年代際變化特征，其中滑動(dòng)平均值較大，高于50 a平均值的年代主要有兩個(gè)時(shí)段，分別是20世紀(jì)00年代中期—10年代初期和20年代中期—30年代后期，前一時(shí)期的滑動(dòng)平均值較大，50 a的最大值出現(xiàn)在這一時(shí)期的00年代初期，干濕等級(jí)為正常，前一時(shí)期之后，滑動(dòng)平均值的趨勢(shì)是向干旱發(fā)展，后一個(gè)滑動(dòng)平均值較大時(shí)期的持續(xù)時(shí)間較長。除兩段滑動(dòng)平均值較大的時(shí)期外，其余兩段時(shí)期的干濕指數(shù)滑動(dòng)平均值低于50 a平均值，干濕等級(jí)都為正常，滑動(dòng)平均值最小值出現(xiàn)在20世紀(jì)10年代中期，等級(jí)為正常。

圖3 1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)滑動(dòng)平均和t統(tǒng)計(jì)值

11 a滑動(dòng)平均值的較大和較小時(shí)期的交替出現(xiàn)，最大值和最小值的干濕等級(jí)都為正常，說明20世紀(jì)00年代以來，流域的年代干濕值呈周期性變化且干濕等級(jí)變化不大。運(yùn)用t統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)了各11 a滑動(dòng)平均值與50 a值差異是否顯著，得出在20世紀(jì)00年代后期、10年代中期、30年代初期和40年代初期，11 a滑動(dòng)平均值偏離50 a平均值顯著，說明這些時(shí)期流域夏季干濕年代值的變化很大。

1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)的11 a滑動(dòng)平均線性趨勢(shì)序列見圖4。20世紀(jì)00年代中期—10年代中期，滑動(dòng)平均線性趨勢(shì)為負(fù)值并逐漸減小到最小，為-0.12 a-1，10年代末期達(dá)到最大值，為0.08 a-1，20年代中期出現(xiàn)一個(gè)極小值、30年代初期出現(xiàn)一個(gè)極大值，線性趨勢(shì)波動(dòng)性到30年代末期又出現(xiàn)一個(gè)極小值，之后，略有增大。20世紀(jì)10年代中期—30年代初期，正趨勢(shì)較多，其余兩個(gè)時(shí)期都為負(fù)趨勢(shì)，滑動(dòng)平均線性趨勢(shì)波動(dòng)性大，年代際間差異大，正負(fù)之間轉(zhuǎn)變多，分別在20世紀(jì)10年代中期、20年代中期、30年代初期滑動(dòng)平均線性趨勢(shì)在正負(fù)值之間轉(zhuǎn)換，說明干濕指數(shù)在這些時(shí)期處于劇烈變化中。根據(jù)11 a滑動(dòng)平均線性趨勢(shì)的t統(tǒng)計(jì)值，能夠看出，在20世紀(jì)10年代末期正線性趨勢(shì)顯著（α=0.05），00年代后期—10年代中期、30年代末期和40年代初負(fù)線性趨勢(shì)顯著（α=0.05）。

圖4 1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)線性趨勢(shì)與t統(tǒng)計(jì)

圖5為1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)的11 a滑動(dòng)平均變率。20世紀(jì)10年代初期—20年代中期滑動(dòng)平均變率較大，F(xiàn)值最大值為5.23，在此之前滑動(dòng)平均變率相對(duì)較小，F(xiàn)值從1.03逐漸波動(dòng)上升到4左右，20年代后期—40年代滑動(dòng)平均變率處于一個(gè)相對(duì)較小時(shí)期，F(xiàn)值在2上下波動(dòng)。10年代初期—40年代后期，滑動(dòng)平均變率呈減小趨勢(shì)。根據(jù)11 a滑動(dòng)平均變率的F統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)可知，與50 a變率的均值相比較，多數(shù)年份的滑動(dòng)平均變率都較大，除1906年左右、1927年左右、1928年左右、20世紀(jì)30年代的中期和后期與40年代中期外，其余時(shí)期的滑動(dòng)平均變率較大，達(dá)到顯著水平（α=0.05），說明在50 a內(nèi)塔里木河流域年代際的干濕指數(shù)的變化較大。

圖5 1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)滑動(dòng)變率與F檢驗(yàn)

2.2.3 突變與周期

1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)年際和年代際的均值差異和年代際變率較大，所以塔里木河流域干濕在50 a內(nèi)存在突變的可能。采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法（α=0.05）對(duì)50 a塔里木河流域夏季的干濕序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)（圖6），突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1910、1919、1927和1938年，流域夏季干濕指數(shù)在突變點(diǎn)前后的均值分別為：0.14、-0.75、-0.28、-0.04、和-0.50，突變點(diǎn)前后干濕指數(shù)的均值差異顯著。塔里木河流域夏季干濕指數(shù)t檢驗(yàn)值呈現(xiàn)先減小形成突變，接著又波動(dòng)性增大形成突變的形態(tài)。因塔里木河流域50 a夏季的干濕指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，所以可能存在顯著周期，最大熵譜檢測表明25、7.14、3.57和2.78 a是顯著周期。由Morlet小波變換系數(shù)分析可知，塔里木河流域夏季的干濕指數(shù)在1901—1950年存在3.5、6.9和16.5 a的周期振蕩，3.5和6.9 a的周期振蕩較強(qiáng)，在20世紀(jì)00年代—20年代中期16.5 a周期振蕩也較強(qiáng)。

圖6 1901—1950年夏季塔里木河流域干濕指數(shù)突變的10 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)

3 流域干濕變化的原因

新疆近40～60 a降水和濕度的變化均存在顯著的年際和年代際尺度變化[7，16-17，23-24]。從1901—1950年塔里木河流域的干濕變化可知，結(jié)果與以上研究結(jié)論類似，這些干濕變化的原因需進(jìn)一步探討。塔里木河流域的干濕狀況與海溫和大氣環(huán)流的變化相聯(lián)系[38-40]。為此，本文分3個(gè)時(shí)段，即1901—1950年干濕全部時(shí)段的夏季，1911—1921年干濕指數(shù)較小時(shí)段，1929—1939年干濕指數(shù)較大時(shí)段，計(jì)算了塔里木河流域的干濕與ENSO、北大西洋濤動(dòng)（NAO）、南方濤動(dòng)（SO）、北極濤動(dòng)（AO）7 a滑動(dòng)平均的相關(guān)（表2）。在全時(shí)段的50 a夏季塔里木河流域干濕與NAO、SO和AO的7 a以上的滑動(dòng)平均聯(lián)系緊密，相關(guān)系數(shù)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，特別是NAO和AO與塔里木河干濕的相關(guān)系數(shù)通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。在塔里木河流域干濕指數(shù)較小時(shí)段，干濕與NAO、SO和AO的7 a以上的滑動(dòng)平均相關(guān)顯著，均通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，特別是NAO與流域干濕相關(guān)系數(shù)通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。在干濕指數(shù)較大時(shí)段，塔里木河流域干濕與ENSO的7 a以上的滑動(dòng)平均相關(guān)顯著，通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)說明在7 a以上時(shí)間尺度，塔里木河流域干濕變化與ENSO、NAO、SO和AO的變化密切相關(guān)。

表2 塔里木河流域干濕變化與AO、SO、NAO、ENSO的7 a滑動(dòng)平均相關(guān)

在全時(shí)段的夏季，NAO對(duì)塔里木河流域的干濕影響最顯著，在干濕指數(shù)較小和較大時(shí)段的夏季，AO和ENSO分別對(duì)塔里木河流域的干濕影響最顯著，這說明在不同時(shí)間尺度和不同時(shí)期，海溫和大氣環(huán)流變化對(duì)塔里木河流域干濕的影響不同。20世紀(jì)80年代以來，印度洋水汽經(jīng)南亞和中亞向塔里木河流域輸送增多[39]，這是SO和ENSO年代際強(qiáng)弱周期變化的體現(xiàn)，可能在以往時(shí)期也周期性出現(xiàn)，這種變化導(dǎo)致SO和ENSO對(duì)塔里木河流域干濕的影響發(fā)生了變化。NAO影響塔里木河流域干濕的機(jī)制是NAO的異常引起斯堪的納維亞半島EP通量的輻散中心位置東西向變動(dòng)和強(qiáng)度大小的變化，擾動(dòng)能量通過中高緯靜止波傳播，導(dǎo)致西亞和新疆上空西風(fēng)急流的Rossby波活動(dòng)異常，從而影響新疆降水以及干濕狀況[41]。AO影響流域干濕的方式可能是在夏季AO指數(shù)偏強(qiáng)年代，700 hPa風(fēng)場上，貝加爾湖及其以南地區(qū)有較強(qiáng)的反氣旋性距平環(huán)流，包括塔里木河流域、中國西北的西風(fēng)帶區(qū)出現(xiàn)西風(fēng)距平。中國西北上空的500 hPa高度場為西低東高結(jié)構(gòu)，使得中國西北的西風(fēng)帶區(qū)在夏季以西風(fēng)氣流為主，降水偏多，氣候偏濕，而AO指數(shù)偏強(qiáng)年代中國西北的西風(fēng)帶區(qū)盛行偏北氣流，降水偏少，氣候偏干[42]。

以上著重分析了1901—1950年夏季塔里木河流域干濕變化的特征及其與海溫變化和大氣濤動(dòng)的同期相關(guān)性，雖然給出了流域干濕與海溫變化和大氣濤動(dòng)的相關(guān)關(guān)系，但對(duì)它們相關(guān)的形成機(jī)理未深入涉及，這種相關(guān)的機(jī)理有待于利用氣候模式進(jìn)行數(shù)值模擬研究，以期對(duì)它們相互作用的機(jī)理有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。

4 討論

有關(guān)20世紀(jì)上半葉塔里木河流域干濕特征的研究，本文與其他的研究在總體變化特征上相似，基本是在20世紀(jì)初期流域較為濕潤，之后逐漸變干旱。馬柱國等[10]對(duì)中國北方百年（1902—2002年）干濕變化研究得到，塔里木河流域北部在20世紀(jì)40年代以前年濕潤指數(shù)有一個(gè)明顯的減小趨勢(shì)，40年代是20世紀(jì)上半葉最干旱時(shí)期，突變出現(xiàn)在20世紀(jì)的初期和20年代的后半期[10]；這與本文得到的塔里木河流域干濕變化的整體趨勢(shì)相同，其最干旱時(shí)期與本文得出的20世紀(jì)10年代中后期存在差異，干濕的突變方面，本文也多了2個(gè)突變點(diǎn)，即1919和1938年，這可能是兩者研究區(qū)域、研究季節(jié)和干濕指數(shù)不同造成的。

全球百年（1902—2002年）干濕的EOF主模態(tài)研究[1]顯示，在20世紀(jì)上半葉，中亞地區(qū)（包含塔里木河流域）的年干濕指數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，最干旱年代出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代中后期。差異的原因可能是兩者歷史數(shù)據(jù)來源略有不同，同時(shí)研究區(qū)域和研究季節(jié)不同也造成兩者差異。另有中亞百年（1902—2002年）干濕變化研究得到，在20世紀(jì)初期中亞第3分區(qū)濕潤，之后逐漸變干旱，在20世紀(jì)10年代后期最干旱[14]，與本文的最干旱期略有差異，這與研究方法和研究區(qū)不同有關(guān)，該研究中使用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法確定研究區(qū)各時(shí)期是否變干或變濕，該研究區(qū)包含了塔里木流域、中亞南部地區(qū)和塔里木流域以外部分東部地區(qū)。

樹木年輪重建得出的塔里木盆地歷史時(shí)期的相對(duì)濕度和降水[9，15]與本文得出的干濕結(jié)果比較，兩者在干濕期上都能較好地對(duì)應(yīng)，都在20世紀(jì)00年代比較濕潤，之后至40年代較之前時(shí)期干旱，兩者都在1910年發(fā)生突變，都存在6.9 a的周期，而在干濕極值出現(xiàn)時(shí)間有前后幾年差異，在突變點(diǎn)和周期個(gè)數(shù)方面也有差異，這與兩者采用的數(shù)據(jù)來源和研究時(shí)間尺度不同有關(guān)。

5 結(jié)論

本文利用1901—1950年塔里木河流域夏季Palmer干濕指數(shù)資料，研究了流域夏季干濕的年和年代際時(shí)空變化特征，主要得到以下結(jié)論：

（1）20世紀(jì)上半葉，塔里木河流域各地夏季多年平均干濕為正?；蜉p微干旱，呈西南略低、東北略高的分布。塔里木河流域各地干濕變化的趨勢(shì)從西至東呈“+-+-”分布，整個(gè)塔里木河流域50 a變干旱的趨勢(shì)顯著，但大部分地區(qū)的趨勢(shì)不顯著。塔里木河流域干濕的變率在東部為正，西部為負(fù)，東部有多個(gè)正值中心。塔里木河流域的干濕年際變化明顯，年代干濕呈周期性變化，干濕等級(jí)變化不大，都在正常等級(jí)內(nèi)，但20世紀(jì)00年代后期、10年代中期和30年代初期與1901—1950年均值正差異顯著，而40年代初期與50 a均值負(fù)差異顯著。

（2）塔里木河流域干濕的年代趨勢(shì)呈波動(dòng)性減小，50 a整體趨勢(shì)不顯著，20世紀(jì)10年代末期正趨勢(shì)顯著，而20世紀(jì)00年代后期—10年代中期、30年代末期和40年代初負(fù)趨勢(shì)顯著。塔里木河流域變率的年代值較大，20世紀(jì)00年代后期—20年代中期、30年代初期和后期與40年代初期達(dá)到顯著水平。干濕的突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1910、1919、1927和1938年。3.5和7 a左右是此序列顯著周期。

（3）塔里木河流域干濕變化與海溫變化、大氣濤動(dòng)在不同時(shí)期存在顯著相關(guān)，未來應(yīng)深入研究這些相關(guān)的形成機(jī)理。本文與其他的研究得出的20世紀(jì)上半葉流域干濕總體變化特征相似，而由于數(shù)據(jù)來源、研究區(qū)和研究方法存在不同，兩者在具體結(jié)果方面存在差異。