近百年塔吉克斯坦潛在蒸散量時空分布特征

加依娜古麗·窩扎提汗，巴特爾·巴克，吳燕鋒，Rasulov H H

（1.新疆農業大學 草業與環境科學學院，烏魯木齊830052；2.塔吉克農業大學 水文氣象系，塔吉克斯坦 杜尚別734003）

2013年IPCC第五次評估報告第一工作組報告中指出，1983—2012年這近三十年可能是北半球自1400年以來最熱的三十年，1901—2012年全球海陸表面平均氣溫上升了0.89℃（0.69～1.08℃）［1］，1951—2012年平均氣溫上升了0.72℃（0.49～0.89℃）［1］。氣候變暖已成為“不可爭論”的事實。氣候變暖不僅改變著水資源的時空分布，還嚴重影響了各地的社會經濟、生態環境和人們的日常生活。氣候變化對水資源的影響中，潛在蒸散量變化是一個不可忽略的影響因子。潛在蒸散量是水循環的重要組成部分，在水量平衡和能量平衡中起到非常關鍵的作用［2－5］。近幾年來國內學者對潛在蒸散量進行了研究，得出較一致的結果是全國不同地區，太陽輻射和風速的減少是潛在蒸散量下降的主要原因［6－11］。這表明，影響潛在蒸散量的氣候因子較多，不同地區的氣候特征決定著潛在蒸散量的變化和主要因子存在區域性差異。

塔吉克斯坦位于中亞東南部，是個多山及干旱的國家，分布在亞熱帶邊界和溫帶氣候區。塔吉克斯坦有豐富的水資源，所以被稱為中亞國家中的“水塔”，是中亞國家包括我國新疆南疆地面水資源的主要來源。但是，最近全球氣候變暖，使帕米爾高山上的冰川快速消融，使得這一區域的干旱、山體滑坡以及糧食短缺和疾病現象不斷加劇［12－13］，當地冰雪覆蓋面積也減少了1／3［14］。塔吉克斯坦兩大河流阿姆河和錫爾河最終流入咸海，但是最近幾十年咸海面積急劇縮小，已經分成3個小湖，到了2007年3個小湖總面積縮小到咸海極盛時的10%，咸海已經不存在了［15］。因此，在全球氣候變暖的大背景下，本文討論該區潛在蒸散量的時空變化特征，為水資源的合理開發與利用提供科學依據并為生態環境保護措施提供參考依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

塔吉克斯坦位于歐亞大陸的中心，是中亞獨聯體南部的一個國家，緯度36°40′—41°05′，經度67°31′—75°14′。塔吉克斯坦國土面積是14.31萬km2，東西長達700km，南北跨越350km。北邊和西邊分別與烏茲別克斯坦和吉爾吉斯斯坦接壤，南鄰阿富汗，東邊與中國接界。該國邊界周長共計3 000km。國土劃分為4個行政區域：索格特州、哈特隆州、戈爾諾—巴達赫尚自治州以及國家直轄區。塔吉克斯坦全境屬典型的大陸性氣候，氣溫變化明顯，南北溫差較大，降水稀少。塔吉克斯坦有三條較大的河流和卡臘庫利湖，由北到南依次是錫爾河、澤拉夫尚河、阿姆河及其支流噴赤河、瓦赫什河。由高原奔騰而下的河水落差大，形成豐富的水力資源。塔吉克斯坦是一個“山地之國”。山區面積約占國土總面積的93%。其中，50%以上的地區海拔高于3 000m。海拔高度從海拔300m到7 495m不等。西部沙漠和圖蘭低地的半沙漠緩慢轉變為丘陵地帶。向東是青藏高原和巨大的天山山脈。這種地理位置使其自然條件和環境極具多樣性。該國地形形態不一，北面是費爾干納盆地（Ferghana valley）和苦拉敏（Kuramin）山嶺。共和國的中央地區是科希斯坦山脈，東面是帕米爾高原——塔吉克斯坦最嚴寒的山區（最高峰是索莫尼峰Ismoil Somoni），海拔高度為7 495m。

1.2 數據來源

采用英國 East Anglia大學 Climatic Research Unit（CRU）最近釋放的1901—2010年全球陸面月平均地面數據集CRU－TS－3.1，其空間分辨率為0.5°×0.5°（http：∥badc.nerc.ac.uk／browse／badc／cru／data），是nc格式數據。

1.3 研究方法

采用趨勢分析、滑動平均、累計距平、Mann－Kendall突變檢驗法、小波分析法以及Kriging插值法對塔吉克斯坦近百年（1901—2011年）潛在蒸散量時空變化進行分析［16－21］。潛在蒸散量數據四季劃分是：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）。

2 結果與分析

2.1 潛在蒸散量的時間變化趨勢

2.1.1 潛在蒸散量的年代際變化 塔吉克斯坦1901—2011年平均潛在蒸散量為937.70mm，最高值出現在1917年，其值為1 009.53mm，最低值出現在1969年，其值為866.24mm，極差為143.29mm。塔吉克斯坦百年潛在蒸散量總體上呈微弱的減少趨勢（圖1A），氣候傾向率為－1.25mm／10a。從塔吉克斯坦地區累計距平（圖1B）可知，在1901—1947年呈增加趨勢，1947年達到最大值。1947—2011年呈較少趨勢，1988年達到最小值而后增加。

圖1 1901－2011年塔吉克斯坦百年年平均潛在蒸散變化趨勢

2.1.2 潛在蒸散量的季節變化 塔吉克斯坦四季潛在蒸散量均呈小幅下降趨勢（圖2）。春季平均潛在蒸散量為231.31mm（圖2A1），呈微弱的增加趨勢，其氣候傾向率為0.2mm／10a，潛在蒸散量最高值出現在2000年，其值為272.59mm，最低值出現在1906年，其值為190.83mm。從累計距平曲線（圖2A2）可知，該區潛在蒸散量在1901—1919年期間呈顯著的增加趨勢，1947年達到最高值后逐漸減小，1998年達最低值而后呈增加趨勢。夏季平均潛在蒸散量為433.21mm（圖2B1），呈明顯的下降趨勢，氣候傾向率為－1.36mm／10a，潛在蒸散量最高值出現在1914年，其值為462mm，最低值出現在1993年，其值為387.61mm。從塔吉克斯坦夏季累計距平曲線（圖2B2）可知，1901—1927年呈顯著增加趨勢，1927年達到最高值，而后呈下降趨勢，到1999年降至最低，而后開始增加。秋季平均潛在蒸散量呈微弱的下降趨勢（圖2C1），其值為201.14mm，氣候傾向率為－0.36mm／10a，最高值出現在1915年，其值為217.42mm，最低值出現在1982年，其值為180.81mm。從累計距平曲線（圖2C2）可以看出，該區秋季累計距平曲線在1901—1956年期間呈增加趨勢，到1956年達最大值，而后下降，到1996年至最低。冬季平均潛在蒸散量為71.17mm，呈微弱的增加趨勢（圖2D1），氣候傾向率為0.01mm／10a，最高值出現在1965年，其值為82.83mm，最低值出現在1968年，其值為57.56mm。從冬季累計距平曲線（圖2D2），可知，該區冬季累計距平曲線在1901—1927年期間呈呈增加趨勢，1927年達到最高值，而后呈明顯的下降趨勢，到1934年最低，然后開始波動增加。

圖2 塔吉克斯坦地區四季潛在蒸散量的年際變化趨勢（1901－2011年）

2.1.3 潛在蒸散量的突變分析 塔吉克斯坦年平均潛在蒸散量M－K檢驗結果表明（圖3A），UF和UB曲線在1911年超出a＝0.05的臨界線（y＝±1.96），UF和UB曲線多次相交于臨界線之間，20世紀30年代開始發生突變，突變后塔吉克斯坦年平均潛在蒸散量呈現出明顯的下降趨勢。春季平均潛在蒸散量（圖3B）可知，UF和UB曲線多次相交于臨界線之間，并在1913年超過了臨界線，春季平均潛在蒸散量在20世紀50年代開始發生突變，突變后呈現出顯著的下降趨勢。塔吉克斯坦夏季平均潛在蒸散量（圖3C）可知，UF和UB曲線相交于臨界線之間，并在1910年超過了臨界線，突變年年份為1948年，突變后也呈現出顯著的下降趨勢。秋季平均潛在蒸散量（圖3D）和冬季平均潛在蒸散量（圖3E）的UF和UB曲線沒有超過臨界線，沒有顯著的變化趨勢，因此，判定沒有突變。

圖3 1901－2011年塔吉克斯坦地區、季潛在蒸散量的M－K分析

2.1.4 潛在蒸散量的小波分析 研究區域潛在蒸散量Morlet小波趨勢結果表明，年潛在蒸散量變化存在10～25a左右的周期（圖4A），通過計算年降水的小波方差，小波在24a尺度上達到峰值，表明在過去百年研究區域的年潛在蒸散量以24a為準變化周期；春季存在17～30a左右的潛在蒸散量周期（圖4B），通過計算春季的小波方差，小波30a尺度上達到峰值，表明在過去百年研究區域的春季以30a為準變化周期；夏季存在24a左右的降水周期（圖4C），通過計算夏季的小波方差，小波在24a尺度上達到峰值，表明其以18a為準變化周期；秋季存在5～10a的變化周期（圖4D），通過計算秋季的小波方差，小波在7a尺度上達到峰值，表明其以7a為準變化周期；冬季存在10～25a左右的降水周期（圖4E），通過計算冬季的小波方差，小波在21a尺度上達到峰值，表明其以21a為準變化周期。

圖4 1901－2011年塔吉克斯坦地區年、季潛在蒸散量的小波分析

3 潛在蒸散量的空間變化特征

3.1 年平均潛在的空間變化特征

塔吉克斯坦百年年平均潛在蒸散量在空間上表現為西部高東部低，自西部向東部遞減（圖5A）。年潛在蒸散量的變化范圍為653.19～1 324.12mm。其中，西南和西北地區的增加趨勢較為明顯，西部偏中地區產生潛在蒸散量高值中心，而東部地區產生低值中心，其值不足600mm。1901—1930年，塔吉克斯坦地區年潛在蒸散量距平值（圖5B）可知，潛在蒸散量在該時段除西北地區表現為明顯的較少趨勢外，其他絕大地區呈微弱的增加趨勢，其中西南地區增加的趨勢較為明顯，潛在蒸散量增加21.24mm。1931—1960年，研究區域的年潛在蒸散量（圖5C）在西南和北部地區增加較明顯，其增加14.43mm，而東部大部分和西部一小部分地區呈下降趨勢，其值下降－8.55mm。1961—1990年，研究區域的年潛在蒸散量（圖5D）在空間上有東部地區向西部和西南地區遞減的趨勢，其中下降趨勢最明顯的地區是西南地區，下降－18.79mm，而東部地區增加趨勢較明顯，其增幅達4.81mm。1991—2011年，研究區域潛在蒸散量（圖5E）在空間上除北部地區明顯增加之外，其它大部分地區呈減少趨勢，其中東部地區減少趨勢最為明顯，潛在蒸散量減少－22.28mm，而北部地區則增加14.64mm。

3.2 潛在蒸散量的季節分布特征

從圖6可知，四季潛在蒸散量與年潛在蒸散量基本一致，都呈西部向東部遞減的趨勢。春季潛在蒸散量（圖6A）的變化范圍為158.52～350.65mm，其中西部地區增加趨勢較為明顯，并在西部偏中地區產生高值中心，而東部地區則產生低值中心。夏季潛在蒸散量（圖6B）的變化范圍為319.50～631.43mm，其中最小值依然出現在東部地區，而最大值出現在西部地區。秋季潛在蒸散量（圖6C）的變化范圍為143.16～268.16mm，其中最大值出現在西部地區，而最小值出現在東部地區。冬季潛在蒸散量（圖6D）的變化范圍為39.61～112.92mm，最大值和最小值依然依次出現在西部和東部地區。四季潛在蒸散量中夏季潛在蒸散量最多，春季和秋季較多，而冬季則最少。

4 結論與討論

圖5 1901－2011年塔吉克斯坦年平均潛在蒸散量的空間分布

圖6 1901－2011年塔吉克斯坦年平均季節潛在蒸散量的空間分布

塔吉克斯坦近百年和四季潛在蒸散量在時間上呈微弱的減少趨勢，氣候傾向率為－1.25mm／10a，其中春季潛在蒸散量減少趨勢最明顯；年平均潛在蒸散量在1901—1947年呈增加趨勢，1947年達到最大值，在1947—2011年呈減少趨勢，1988年達到最小值而后增加；年平均潛在蒸散量、春季和夏季平均潛在蒸散量分別在20世紀30年代、50年代和40年代開始發生突變，突變后都呈現顯著的下降趨勢，秋季平均潛在蒸散量和冬季平均潛在蒸散量沒有發生突變；年潛在蒸散量、春季、夏季、秋季和冬季潛在蒸散量分別以24，30，18，7，21a為準變化周期。在空間上，塔吉克斯坦近百年和四季潛在蒸散量都呈西部向東部遞減的過程，四季潛在蒸散量中夏季潛在蒸散量最多，春季和秋季較多，而冬季則最少。這結果表明，氣候變暖背景下潛在蒸散量存在經緯度差異，另一方面反映了潛在蒸散量受區域和地形差異的影響。塔吉克斯坦東西復雜的地形條件影響到該區域的氣溫、降水量和水汽壓等氣象要素的分布，因而影響到該區域潛在蒸散量的變化趨勢和空間分布。

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