魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫(kù)爾勒 841000)

新疆阿克蘇市近50余年主要水文要素變化分析

魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫(kù)爾勒 841000)

降水與蒸發(fā)是影響水文循環(huán)的重要因素，研究其變化規(guī)律對(duì)于區(qū)域水資源的評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。本文根據(jù)新疆阿克蘇市氣象站1954—2005年逐月降水量和小型蒸發(fā)皿觀測(cè)資料,采用累積距平和線性傾向率方法,對(duì)研究區(qū)降水量、蒸發(fā)量及干旱指數(shù)的年際變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：研究區(qū)降水量年際變化明顯,而蒸發(fā)量年際變化不明顯；年降水量有顯著增加趨勢(shì)，傾向率為8.9mm/10a；受降水增加影響，未來(lái)阿克蘇市氣候趨于更加濕潤(rùn)，干旱指數(shù)傾向率為-4.26/10a。研究結(jié)果可為區(qū)域水資源的合理開(kāi)發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供重要參考。

降水量； 蒸發(fā)量； 干旱指數(shù)； 阿克蘇市； 塔里木盆地

降水與蒸發(fā)是自然界水文循環(huán)的兩個(gè)重要參數(shù)[1]，當(dāng)年降水量大于蒸發(fā)量時(shí)，氣候表現(xiàn)為較為濕潤(rùn)，反之則表現(xiàn)為較為干旱[2]。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的降水量與蒸發(fā)量變化做了大量研究工作[3-10]。由于降水與蒸發(fā)是地表熱量平衡的重要制約因素，也是水量平衡的重要制約因素，是水循環(huán)中受氣候直接作用所影響的兩大要素[5]，鑒于此，本文以新疆塔里木盆地西緣的阿克蘇市為例，根據(jù)其近50余年降水和蒸發(fā)的年際變化特征，利用累積距平和線性傾向率方法分析氣候干濕狀況的變化，研究結(jié)果對(duì)區(qū)域水資源的合理開(kāi)發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿克蘇市位于新疆天山南麓、塔里木盆地西緣，為新疆阿克蘇地區(qū)的行署辦公駐在地。阿克蘇河從市區(qū)南部穿城而過(guò)，阿克蘇市由此得名。研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，氣候干燥少雨，晝夜溫差大，適合小麥、玉米、甜菜、棉花、林果(紅棗、蘋果、核桃、香梨、葡萄等)等作物生長(zhǎng)，是新疆著名的瓜果之鄉(xiāng)。研究區(qū)多年平均日照時(shí)數(shù)2854h，極端最高氣溫35.6℃，最低氣溫-20.2℃，多年年均氣溫10.3℃，無(wú)霜期211天，多年平均降水量74.5mm，平均蒸發(fā)量1993mm，最大凍土深為0.78m。

1.2 資料來(lái)源與方法

本文數(shù)據(jù)資料來(lái)自新疆阿克蘇地區(qū)氣象局，主要為阿克蘇市氣象站1954—2005年的逐月降水量和小型蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料。

降水量與蒸發(fā)量數(shù)據(jù)分析采用距平及累積距平曲線、線性趨勢(shì)分析與干旱指數(shù)分析。干旱指數(shù)計(jì)算公式為[9]

D=E/P

(1)

式中D——干旱指數(shù)；

P——年降水量，mm；

E——年水面蒸發(fā)量，mm。

2 近50年降水量與蒸發(fā)量變化特征

2.1 降水量變化特征

阿克蘇市年降水量距平與累積距平見(jiàn)圖1(a)。可以看出：研究區(qū)年降水量年際變化明顯，年最大降水量為1996年的186.2mm，年最少降水量為1986年的18.7mm，年最大最小降水量相差10倍。降水量年代際變化不明顯，累積距平曲線為多峰多谷(整體形狀為山谷型)。20世紀(jì)50年代到60年代初，降水量累積距平總體呈下降趨勢(shì)；20世紀(jì)60年代到70年代初，降水量累積距平先增后降但總體呈下降趨勢(shì)；從20世紀(jì)70年代到80年代初降水累積距平曲線在波動(dòng)中呈先升后降趨勢(shì)；20世紀(jì)80年代到90年代初降水累積距平曲線總體呈下降趨勢(shì)；從20世紀(jì)90年代初到21世紀(jì)初(2005年)，年降水量多為正距平，降水量明顯增加。90年代初期到2005年，降水量累積距平曲線為上升趨勢(shì)，處于豐水期。

圖1 降水量與蒸發(fā)量距平和累積距平

2.2 蒸發(fā)量變化特征

阿克蘇市年蒸發(fā)量距平與累積距平曲線見(jiàn)圖1(b)。從中可知，蒸發(fā)量累積距平曲線與降水量累積距平曲線明顯不同。蒸發(fā)量年際變化相對(duì)降水量來(lái)說(shuō)不明顯，研究區(qū)年最大蒸發(fā)量為1956年的2460mm，最少蒸發(fā)量為1974年的1577.2mm，年最大蒸發(fā)量是最小蒸發(fā)量的1.56倍。而蒸發(fā)量年代際變化顯著，累積距平曲線為峰谷并存。從20世紀(jì)50年代到60年代初，蒸發(fā)量累積距平呈上升趨勢(shì)，表明年蒸發(fā)量增加；20世紀(jì)60年代到70年代初，蒸發(fā)量累積距平呈下降趨勢(shì)，表明該時(shí)段蒸發(fā)量有降低趨勢(shì)；從20世紀(jì)70年代到80年代初，蒸發(fā)量累積距平曲線仍然呈下降趨勢(shì)，表明該時(shí)段蒸發(fā)量仍處于降低趨勢(shì)；20世紀(jì)80年代到90年代初，蒸發(fā)量累積距平曲線呈先降后升變化，年蒸發(fā)量距平有正有負(fù)；從20世紀(jì)90年代初到21世紀(jì)初(2005年)，蒸發(fā)量累積距平又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明該時(shí)段蒸發(fā)量又呈增加態(tài)勢(shì)。

3 降水量與蒸發(fā)量變化趨勢(shì)

表1給出了新疆阿克蘇市年降水量和蒸發(fā)量的線性傾向和相關(guān)系數(shù)，由相關(guān)系數(shù)r可看出：近50年來(lái)，阿克蘇市年降水量有增加趨勢(shì)，且通過(guò)了置信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)。年蒸發(fā)量同樣具有增加趨勢(shì)，但未通過(guò)置信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)。

同時(shí)由降水量和蒸發(fā)量的傾向率b值比較可知，年降水量增加速度要稍大于年蒸發(fā)量的增加速度(前者大致為后者的2倍)，兩者線性傾向率分別為8.9mm/10a、4.52mm/10a。

表1 降水量和蒸發(fā)量變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

4 干旱指數(shù)變化分析

由于干旱指數(shù)是反映氣候干濕程度的指標(biāo)，當(dāng)干旱指數(shù)大于1時(shí)，說(shuō)明該地區(qū)氣候狀況偏干旱，D越大其干旱程度就越嚴(yán)重；反之當(dāng)D小于1時(shí)，說(shuō)明該地區(qū)氣候狀況偏濕潤(rùn)。

新疆阿克蘇市1954—2005年平均干旱指數(shù)為19.50，由此可見(jiàn)該地區(qū)為干旱氣候。研究區(qū)近50年蒸發(fā)量有線性增加趨勢(shì)(傾向率為4.52mm/10a)，但由于同期降水量也有增加趨勢(shì)(傾向率為8.9mm/10a)，兩因素正負(fù)相互抵消，故而近50年干旱指數(shù)總體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，其傾向率為-4.26/10a，且通過(guò)了置信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)(相關(guān)系數(shù)r=-0.308，臨界相關(guān)系數(shù)r0.05=0.273)。由圖2(c)干旱指數(shù)年際變化曲線可知，受降水量年際變化影響，見(jiàn)圖2(b)，干旱

圖2 年降水量、蒸發(fā)量與干旱指數(shù)變化

指數(shù)年際波動(dòng)也較為顯著，干旱指數(shù)的年際波動(dòng)與降水量的年際波動(dòng)具有一致性，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.765(臨界相關(guān)系數(shù)r0.05=0.273，見(jiàn)表2)。

圖2(a)為干旱指數(shù)距平與累積距平，可以看出，近50年干旱指數(shù)變化大致可以劃分為兩個(gè)階段：1954—1980年，為曲折上升階段，正、負(fù)距平交錯(cuò)，該時(shí)間段平均干旱指數(shù)為21.54；1981—2005年，為緩慢下降階段，期間干旱指數(shù)年際變化較大，平均干旱指數(shù)為17.30。干旱指數(shù)與降水量、蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

注a=0.05時(shí)，r=0.273；a=0.01時(shí)，r=0.354。

由表2可知，降水量、蒸發(fā)量與干旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.765、0.3745，均通過(guò)了置信度為0.05(r0.05=0.273)與0.01(r0.01=0.354)的相關(guān)性檢驗(yàn)，表明這兩因素均是影響干旱指數(shù)變化的主要因素。

上述兩時(shí)段降水量與蒸發(fā)量的對(duì)比分析見(jiàn)表3。從表3可知，1954—1980年，該階段降水量減少，而蒸發(fā)量小幅減少，由此造成干旱指數(shù)曲折上升。而1980—2005年，降水量與52年均值相比，偏多15.83%，而此時(shí)蒸發(fā)量?jī)H增加1.94%，故而該時(shí)段干旱指數(shù)呈現(xiàn)明顯增大趨勢(shì)。

表3 各時(shí)段降水量與蒸發(fā)量的對(duì)比分析

5 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)新疆阿克蘇市氣象站1954—2005年的降水量和蒸發(fā)量資料，對(duì)研究區(qū)近50年蒸發(fā)量、降水量及干旱指數(shù)的變化特征進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

a.研究區(qū)年降水量有顯著的線性增加趨勢(shì)，且年際變化明顯；年蒸發(fā)量無(wú)顯著增加趨勢(shì)，且年際變化相對(duì)降水量來(lái)說(shuō)不明顯。

b.研究區(qū)近50年氣候向濕潤(rùn)方向變化，干旱指數(shù)傾向率為-4.26/10a，通過(guò)了置信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)。年降水量?jī)A向率明顯大于年蒸發(fā)量?jī)A向率，兩者線性傾向率分別為8.9mm/10a、4.52mm/10a。

c.研究區(qū)干旱指數(shù)的年際變化與降水量的年際變化具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.765，通過(guò)了置信度為0.01的顯著性檢驗(yàn)。

[1] 黃小燕,李耀輝,馮建英.中國(guó)西北地區(qū)降水量及極端干旱氣候變化特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2015(5):23-28.

[2] 賈東奇,強(qiáng)連紅.黑河市近50年氣候變化與主要自然災(zāi)害的演變[J].黑龍江氣象,2014(3):22-23.

[3] 曹小虎.運(yùn)城市過(guò)去50年和未來(lái)氣候變化趨勢(shì)研究[J].人民黃河,2014(11):13-15.

[4] 夏軍,石衛(wèi),雒新萍.氣候變化下水資源脆弱性的適應(yīng)性管理新認(rèn)識(shí)[J].水科學(xué)進(jìn)展,2015(2):45-50.

[5] 魏婷婷,岳春光,劉曉東.四平地區(qū)近50年氣候變化特征分析[J].吉林氣象,2013(4):19-23.

[6] 張利平,于松延,段堯彬.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)永定河流域徑流變化影響定量研究[J].氣候變化研究進(jìn)展,2013(6):391-397.

[7] 張洪波,黃強(qiáng),李文英.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)黃河中游水文要素的影響研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2011(4):134-138.

[8] 蘇超群.近53年新興縣降水氣候變化特征統(tǒng)計(jì)[J].氣象研究與應(yīng)用,2012(S1):99-101.

[9] 姜雁飛,李銳,郝慧梅.漢中市近59年氣候變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012(1):71-74.

[10] 李琰,劉曉瓊,趙昕奕.陜西省榆林市氣候變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011(1):157-161.

Analysis on changes of main hydrological features during the last 50 years in Xinjiang Aksu

WEI Guanghui

(XinjiangTarimBasinAuthority,Korla841000,China)

Both rainfall and evaporation are two important factors that affect the hydrologic cycle. The study on their change rules is of importance for evaluation, development and utilization of regional water resources. This paper analyzes inter-annual variation of precipitation, evaporation capacity and drought index using accumulated anomaly and linear tendency rates based on monthly precipitation and small evaporation pan observational data at the research area during 1954—2005 collected in Xinjiang Aksu Meteorological Station. The results show that there is a obvious inter-annual change of precipitation but not obvious for evaporation capacity; the annual precipitation increases greatly, with a tendency rate of 8.9mm/10a; the future Aksu climate become more moist with the increase of rainfall, and the tendency rate of drought index is -4.26/10a. These results provide important

for rational development and the utilization and ecological environment protection of regional water resources.

precipitation; evaporation capacity; drought index; Aksu; Tarim Basin

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.022

TV211.2

B

1005-4774(2015)03-0081-04