葉爾羌河流域1960—2020年干旱特征分析

努爾麥麥提·艾麥提

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什市 844000)

氣候變化影響下區(qū)域洪旱發(fā)生的頻次均有所增加，洪澇災(zāi)害及干旱發(fā)生的強(qiáng)度也有所增強(qiáng)[1]。尤其是在氣候變化影響較為敏感的區(qū)域，其洪旱發(fā)生頻次影響更為劇烈[2]。葉爾羌河主要位于新疆喀什地區(qū)，屬于典型的內(nèi)陸干燥氣候，氣溫較高且少雨，具有較強(qiáng)的蒸發(fā)量[3]。干燥少雨也使得葉爾羌河流域出現(xiàn)干旱的頻次較高，相關(guān)研究成果表明[4-8],葉爾羌河流域受區(qū)域氣候變化影響，流域干旱特征十分明顯，干旱頻次和強(qiáng)度都有所增加。葉爾羌河流域?qū)τ诳κ驳貐^(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展十分重要，為系統(tǒng)對(duì)葉爾羌河流域干旱特征進(jìn)行評(píng)估，采用當(dāng)前在國內(nèi)干旱評(píng)估應(yīng)用較好的PDSI指數(shù)[9-11]，并結(jié)合葉爾羌河流域氣候特點(diǎn)，將PDSI指數(shù)進(jìn)行修正，結(jié)合葉爾羌河流域4個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2020年氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行干旱指數(shù)的計(jì)算，并對(duì)其不同干旱程度的頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。研究結(jié)果對(duì)于葉爾羌河流域干旱規(guī)劃具有重要的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)域概況

本文以葉爾羌河為研究區(qū)域，從南向東北流域地形逐步遞減，流域干旱頻次發(fā)生次數(shù)較高，屬于典型的內(nèi)陸型干旱氣候，降水量較為稀少。流域降水存在明顯的地形變化，高山區(qū)降水量較高，一般在600 mm左右，平原區(qū)降水量相對(duì)較少。降水量隨著海拔高度的增加而增大，降水量隨著地形變化其變幅一般為+6 mm/100 m，空間上從北向南，由東向西降水量逐步遞增。葉爾羌河流域降雨時(shí)空分布十分不均勻，降水主要集中在夏季，夏季占全年降水的比重超過70%，冬季降水量占比較低，占全年降水量的比重低于5%。流域蒸發(fā)量較大，年平均蒸發(fā)量高于1500 mm，降水量相對(duì)較低的平原區(qū)蒸發(fā)量較大，而降水量相對(duì)較高的高原區(qū)其蒸發(fā)量相對(duì)較低，蒸發(fā)量較大的月份主要集中在5—8月。徑流量補(bǔ)給主要為高山融雪徑流和夏季暴雨洪水，其中融雪徑流占比高于60%，徑流年際間變化相對(duì)較為穩(wěn)定。為對(duì)葉爾羌河流域干旱特征進(jìn)行分析，結(jié)合區(qū)域內(nèi)塔什庫爾干、葉城、澤普、莎車、麥蓋提、巴楚共6個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)葉爾羌河流域干旱特征進(jìn)行分析，各站點(diǎn)基本信息如表1所示。

表1 選取的氣象站點(diǎn)基本信息

2 干旱指數(shù)計(jì)算方法

PDSI干旱指數(shù)降水量氣候適宜值通過水量平衡方程進(jìn)行計(jì)算，見式(1)：

(1)

(2)

結(jié)合葉爾羌河流域?qū)嶋H氣候情況對(duì)PDSI指數(shù)進(jìn)行修正得到式(3)、式(4)：

xi=0.9331xi -1+zi/125.99

(3)

zi=K×di

(4)

式中：i為干旱指數(shù)計(jì)算時(shí)間尺度，月;xi為計(jì)算時(shí)間尺度下的干旱指數(shù)值;zi為計(jì)算時(shí)間尺度下降水距平計(jì)算值;K為權(quán)重值；di為計(jì)算時(shí)間尺度下的降水量氣候適宜值和降水量實(shí)際值之間的差值。

PDSI指數(shù)下不同干旱等級(jí)下的指數(shù)劃分如表2所示。

表2 不同干旱等級(jí)下的PDIS指數(shù)劃分值

3 干旱變化特征

3.1 年尺度干旱特征分析

結(jié)合塔什庫爾干、葉城、澤普、莎車、麥蓋提、巴楚共6個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合庫魯克欄桿和卡群水文站的徑流數(shù)據(jù)，對(duì)各站點(diǎn)PDSI指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合PDSI干旱指數(shù)對(duì)應(yīng)的干旱等級(jí)，對(duì)其不同干旱頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各站點(diǎn)不同等級(jí)干旱頻率分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 各氣象站點(diǎn)不同年代干旱頻率分析結(jié)果

從葉爾羌河流域各氣象站點(diǎn)各年代際干旱頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，不同年代各站點(diǎn)干旱頻率總體呈現(xiàn)遞增變化，尤其是2000年以后，葉爾羌河流域干旱頻率均呈現(xiàn)明顯遞增變化，出現(xiàn)嚴(yán)重干旱和極端干旱的頻率也明顯增加。在各站點(diǎn)中，巴楚站總干旱頻率最大，為55.11%，澤普站總干旱頻率最低，為30.11%，從東南向西北，葉爾羌河流域干旱頻率逐步增加。高山區(qū)氣象站點(diǎn)由于年降水量較高，總體發(fā)生干旱的頻率要低于平原區(qū)氣象站點(diǎn)的干旱頻率。從各氣象站點(diǎn)干旱頻率分布可看出，葉爾羌河流域從2000年以來，發(fā)生極端干旱頻率的明顯增加，主要是因?yàn)?000年以來，葉爾羌流域降水量有所減少，而氣溫升高后使得其流域蒸發(fā)量加大，使得極端干旱的頻率增多。

3.2 季節(jié)尺度干旱特征分析

在葉爾羌河流域年尺度干旱特征分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各站點(diǎn)不同季節(jié)干旱特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見圖2。

圖2 葉爾羌河流域季節(jié)干旱頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從葉爾羌河流域各季節(jié)干旱特征可看出，流域干旱頻率存在明顯的季節(jié)變化特征，流域在夏季和秋季出現(xiàn)干旱的頻率明顯高于春季和冬季，冬季出現(xiàn)干旱的頻率較低，冬季葉爾羌河流域雖然降水量較少，但總體蒸發(fā)量也較少，因此其在冬季發(fā)生干旱的頻率較低，但冬季出現(xiàn)極端干旱的頻率要高于其他季節(jié)。巴楚站各季節(jié)頻率都要高于其他站點(diǎn)，塔什庫爾干在各季節(jié)的干旱頻率均較低。除冬季外，葉爾羌河流域其他季節(jié)微旱和嚴(yán)重干旱的頻率較高，春季和夏季葉爾羌河流域融雪徑流補(bǔ)給量較高，因此在春季和夏季出現(xiàn)嚴(yán)重干旱頻率，可通過灌區(qū)水量調(diào)度來滿足葉爾羌河流域沿線農(nóng)作物需水量。通過流域內(nèi)供水水利工程可滿足區(qū)域發(fā)生干旱情況下的生活用水。葉爾羌河流域內(nèi)各氣象站點(diǎn)不同季節(jié)極端干旱頻率均較高，尤其是近些年來極端氣候事件頻發(fā)，使得葉爾羌河流域內(nèi)出現(xiàn)極端干旱頻率增多，且干旱程度也有所增強(qiáng)，要加強(qiáng)流域內(nèi)抗旱節(jié)水措施的規(guī)劃，從而提高葉爾羌河流域的抗旱能力。

4 結(jié) 論

(1)在葉爾羌河流域內(nèi)各站點(diǎn)中，巴楚站總干旱頻率最大，為55.11%，澤普站總干旱頻率最低，為30.11%，從東南向西北，葉爾羌河流域干旱頻率逐步增加。

(2)葉爾羌河流域在夏季和秋季出現(xiàn)干旱的頻率明顯高于春季和冬季，冬季出現(xiàn)干旱的頻率較低，但冬季出現(xiàn)極端干旱的頻率要高于其他季節(jié)。

(3)近些年來極端氣候事件頻發(fā)，使得葉爾羌河流域內(nèi)出現(xiàn)極端干旱頻率增多，且干旱程度也有所增強(qiáng)，要加強(qiáng)流域內(nèi)抗旱節(jié)水措施的規(guī)劃，從而提高葉爾羌河流域的抗旱能力。