喀什地區1957-2013年潛在蒸散量變化及其影響因子

凱麗比努爾·克熱木, 海米提·依米提, 麥麥提吐爾遜·艾則孜

(1.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯術齊830046;2.新疆師范大學 干旱區湖泊環境與資源重點實驗室, 烏魯術齊830054)

喀什地區1957-2013年潛在蒸散量變化及其影響因子

凱麗比努爾·克熱木1, 海米提·依米提2,3, 麥麥提吐爾遜·艾則孜2,3

(1.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯術齊830046;2.新疆師范大學 干旱區湖泊環境與資源重點實驗室, 烏魯術齊830054)

基于喀什地區4個氣象站點1957—2013年的最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、相對濕度、風速、日照時數以及降水量數據，采用Penman-Monteith模型、一元回歸分析、累積距平和Mann-Kendall非線性突變檢驗法，分析其年潛在蒸散量的時間序列變化及其影響因子。結果表明：近57 a來，喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢，傾向率分別為-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a；塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現增加趨勢，傾向率分別為8.27 mm/10 a，6.25 mm/10 a；在四季變化中，夏季最多，春、秋季次之，冬季最少；喀什地區潛在蒸散量突變點存在明顯差異：喀什年潛在蒸散量突變點為1981年，巴楚的為1962年，塔什庫爾干的為1974年和1983年，莎車年潛在蒸散量突變點為1961年、1965年、1968年和1978年；喀什地區年蒸散量最主要受風速和日照時數的影響。

潛在蒸散量; Penman-Monteith模型; 影響因子; 喀什地區

潛在蒸散量是作物需水預測中的關鍵參數，對合理和節約用水，緩解水資源的供需矛盾具有重要意義[1]。蒸發作為地表熱量平衡和水平衡的重要組成部分，具有增加空氣濕度、調節溫度，進而影響生態環境和社會經濟發展的作用[2]。王瓊等研究得出，近51 a(1961—2011年)來長江流域潛在蒸散量呈下降趨勢，年際變化傾向率為-0.34 mm /a[3]。李鵬飛等對京津冀地區潛在蒸散量進行分析，結果表明近50 a(1960—2010年)來整個地區潛在蒸散量都在減少[4]。普宗朝等研究得出，1961—2008年新疆夏半年參考作物蒸散量總體以20.09 mm /10 a的傾向率呈極顯著的減小趨勢[5]。張山清等的分析結果表明，近48 a(1961—2008年)新疆參考作物蒸散量呈顯著減小趨勢[6]。張明軍等對中國天山山區潛在蒸發量的研究得出，年潛在蒸發量的年際變化傾向率為-2.48 mm/a，潛在蒸發量總體上呈減小趨勢[7]。王健等對北疆潛在蒸散量分析得出，潛在蒸散量在時間分布上整體呈下降趨勢，主要受該地區相對濕度和風速的影響[8]。黃艷等對喀什地區降水量變化特征分析結果表明，喀什地區平原和山區年降水量呈現增加的趨勢[9]。阿布都克日木·阿巴司等研究得出，過去50 a喀什地區各地年平均氣溫呈升高趨勢，年降水量呈增加趨勢[10]。

從上述可知，前人已對新疆的氣候和蒸散量變化有大量研究分析，但對喀什地區潛在蒸散量的研究卻尚未見到。由于喀什地區水資源缺乏較嚴重，潛在蒸散又是水資源評價中的重要變量，因此研究喀什地區潛在蒸散量及其影響因子具有實際的研究意義，同時為喀什地區水資源的合理利用和整體規劃提供參考依據。

1 研究區概況

喀什地區地處歐亞大陸中部,我國西北部,新疆維吾爾自治區西南部。位于35°28′—40°16′N，71°39′—79°52′E，東西寬約750 km，南北長535 km，全區總面積16.2萬km2，約占新疆土地總面積的8.3%[11]。喀什地區屬于暖溫帶大陸干旱氣候，四季分明，蒸發強烈，日照充足，氣溫和降水變化顯著[12]。

2 資料與研究方法

2.1 資 料

選取喀什地區平原和山區4個代表站(圖1)1957年1月至2013年12月的月最高和最低氣溫、月平均氣溫、月相對濕度、月平均風速和月日照時數資料，資料來源于中國氣象科學數據共享服務網(http：∥cdc.cma.gov.cn)中國地面氣候資料月值數據集。季節劃分為春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。年代以10 a為一代。

2.2 研究方法

本文采用Penman-Monteith公式計算月潛在蒸散，并進行逐月、逐年的統計。公式具體如下：

式中：ET0表示參考作物需水量(mm/d)；Rn表示作物表面的凈輻射量[MJ/(m2·d)]；G表示土壤熱通量[MJ/(m2·d)]；u2表示2m高處的日平均風速(m/s)；ea表示飽和水汽壓(KPa)；ed表示實際水汽壓(kPa)；Δ表示飽和水汽壓與溫度曲線的斜率(kPa/℃)；γ表示干濕表常數(kPa/℃)。利用Excel和SPSS統計軟件進行數據處理與統計分析。

圖1喀什地區氣象站點分布

3 結果與分析

3.1 喀什地區潛在蒸散量的年變化特征

根據P-M方法計算喀什地區4個氣象站1957—2013年的年均潛在蒸散量，結果表明，近57a來，喀什地區年潛在蒸散量區域差異明顯。喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢，傾向率分別為-7.53mm/10a，-7.47mm/10a，塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現增加趨勢，傾向率分別為8.27mm/10a，6.25mm/10a(圖2)。顯然，喀什地區年潛在蒸散量變化不一致，且具有平原偏北(喀什)、偏東地區(巴楚)潛在蒸散量最弱，南部山區(塔什庫爾干)和偏南地區(莎車)潛在蒸散量最強的特征。

喀什地區不同平原和山區年代潛在蒸散量的變化存在明顯差異，且與年均潛在蒸散量的變化相一致，最大值在偏北地區(喀什)，最小值在南部山區(塔什庫爾干)。1957—2006年，喀什年代際潛在蒸散量變化趨勢為增—減—減—減—增；巴楚和塔什庫爾干的變化趨勢為增—減—增—減—減；莎車的變化趨勢為增—減—增—減—增。而從2007年開始，潛在蒸散量均呈現增加的趨勢(表1)。

圖2 喀什地區年潛在蒸散量的變化趨勢

時間段喀什巴楚塔什庫爾干莎車1957—1966年1203.321171.26689.00853.731967—1976年1190.431088.40674.20822.791977—1986年1121.181209.70693.00857.241987—1996年1032.931138.68720.62854.211997—2006年1189.661097.80706.54868.852007—2013年1193.621137.02724.20879.491957—2013年1153.171140.66700.05854.82

3.2 喀什地區潛在蒸散量的季節變化趨勢

從季節看，近57 a來，喀什地區潛在蒸散量夏季最多，春、秋季次之，冬季最少，平均潛在蒸散量分別為440.47 mm，275.51 mm，194.09 mm，52.22 mm。塔什庫爾干和莎車的潛在蒸散量四季都呈現增加趨勢，春季塔什庫爾干潛在蒸散量最高，其傾向率為4.07 mm/10 a。喀什潛在蒸散量冬季具有增加趨勢以外，其他季節都呈減少趨勢。巴楚潛在蒸散量四季都呈現減少趨勢。潛在蒸散量減少幅度最高的地區是喀什，出現的季節為夏季，減少傾向率為-5.02 mm/10 a(圖3)。

3.3 喀什地區年潛在蒸散量累積距平曲線分析

利用累積距平曲線分析(圖4)喀什、巴楚、塔什庫爾干和莎車的年潛在蒸散量。1979年喀什年潛在蒸散量出現極高值，1998年出現極低值。1957—1979年、1999—2013年喀什年潛在蒸散量偏多，1980—1998年喀什年潛在蒸散量偏少(圖4A)。1994年巴楚年潛在蒸散量出現極高值，1975年出現極低值。1957—1965年、1976—1994年、2001—2013年巴楚年潛在蒸散量偏多，1966—1975年、1995—2000年巴楚年潛在蒸散量偏少(圖4B)。1982年塔什庫爾干年潛在蒸散量出現極低值。1983—2013年塔什庫爾干年潛在蒸散量偏多，1957—1982年塔什庫爾干年潛在蒸散量偏少(圖4C)。1961年莎車年潛在蒸散量出現極高值，1983年出現極低值。1957—1961年、1984—1994年、1999—2011年莎車年潛在蒸散量偏多，1962—1983年、1995—1998年莎車年潛在蒸散量偏少(圖4D)。

3.4 喀什地區年潛在蒸散量突變點分析

采用曼—肯德爾(Mann-Kendall)法，檢驗喀什、巴楚、塔什庫爾干和莎車年潛在蒸散量的突變點(圖5)。1957—2013年之間喀什年潛在蒸散量基本上UF<0，潛在蒸散量呈下降趨勢。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1981年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1981年喀什年潛在蒸散量發生突變(圖5A)。1957—1975年時段內巴楚年潛在蒸散量基本UF <0，表明巴楚的潛在蒸散量在1957—1975年時段內呈下降趨勢。該時段內，在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1962年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1962年巴楚年潛在蒸散量發生突變。1976—1980年和1989—2013年時段內巴楚年潛在蒸散量UF曲線值小于0，年潛在蒸散量呈下降趨勢。1981—1997年時段內UF曲線值大于0，年潛在蒸散量呈上升趨勢(圖5B)。1957—1972年、1984—2013年時段內塔什庫爾干年潛在蒸散量UF曲線值大于0，表明塔什庫爾干年潛在蒸散量在該時段內呈上升趨勢。1972—1983年時段內潛在蒸散量UF曲線值小于0，該時段內塔什庫爾干年潛在蒸散量呈現下降趨勢。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1974年、1983年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1974年和1983年塔什庫爾干年潛在蒸散量發生突變(圖5C)。1957—1961年、1981—2013年時段內莎車年潛在蒸散量UF曲線值大于0，年潛在蒸散量呈上升趨勢。1962—1980年時段內潛在蒸散量UF曲線值小于0，年潛在蒸散量呈下降趨勢。在±1.96臨界線之間UF和UB相交于1961年、1965年、1968年和1978年，且曲線UF超過信度線，說明在0.05的顯著性水平下，1961年、1965年、1968年和1978年莎車年潛在蒸散量發生突變(圖5D)。

圖3喀什地區四季潛在蒸散量的變化趨勢

圖4喀什地區年潛在蒸散量累積距平曲線

圖5喀什地區年潛在蒸散量Mann-Kendall突變判別曲線

3.5 潛在蒸散量影響因子分析

蒸發量受到多種因素的綜合影響，主要有氣溫、風速、相對濕度、日照時數、飽和水汽壓差、云量等氣象要素。由于影響潛在蒸散量變化的因素眾多，不同因素之間也相互影響，所以潛在蒸量的變化成因十分復雜[13]。因此，本文選取最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、平均相對濕度、平均風速、日照時數、降水量7個氣象因子，采用相關性分析方法分析潛在蒸散量與影響因子之間的相關性。

表2 喀什不同地區年平均潛在蒸散量與其他氣象因素的顯著性相關分析

注：**在0.01水平上顯著相關，*在0.05水平上顯著相關。

相關性結果表明(表2)，不同平原和山區的年潛在蒸散量與其他氣象因素相關性有差異。喀什年潛在蒸散量與最低氣溫、月平均氣溫、風速、日照時數顯著正相關，與相對濕度顯著負相關，與最高氣溫和降水量無相關。巴楚年潛在蒸散量與風速和日照時數顯著正相關，與相對濕度顯著負相關，與最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫和降水量無相關。塔什庫爾干年潛在蒸散量與最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫和日照時數顯著正相關，與風速顯著負相關，與相對濕度和降水量無相關。莎車年潛在蒸散量與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時數顯著正相關，與相對濕度、風速和降水量顯著負相關。

4 結 論

(1) 近57 a來，喀什地區不同平原和山區年潛在蒸散量各不相同，喀什和巴楚的潛在蒸散量呈減少趨勢，傾向率分別為-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a，塔什庫爾干與莎車的潛在蒸散量呈現增加趨勢，傾向率分別為8.27 mm /10 a，6.25 mm /10 a。在四季中，冬季喀什潛在蒸散量增多以外，其他季節都呈減沙趨勢。巴楚潛在蒸散量四季都呈減少趨勢。塔什庫爾干和莎車潛在蒸散量四季都上升趨勢。

(2) Mann-Kendall突變檢驗結果表明，喀什地區潛在蒸散量存在明顯差異。喀什年潛在蒸散量突變點為1981年，巴楚年潛在蒸散量突變點為1962年，塔什庫爾干年潛在蒸散量突變點為1974年和1983年，莎車年潛在蒸散量突變點為1961年、1965年、1968年和1978年。

(3) 潛在蒸散量與7個氣象因素的相關分析表明，喀什年潛在蒸散量主要受最低氣溫、月平均氣溫、相對濕度、風速和日照時數的影響。巴楚年潛在蒸散量主要受相對濕度、風速和日照時數的影響。塔什庫爾干年潛在蒸散量主要受最高氣溫、最低氣溫、月平均氣溫、風速、相對濕度的影響。莎車年潛在蒸散量受7個所有因素的影響。從以上結果可以得知，喀什地區年蒸散量最主要受風速和日照時數的影響。

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DynamicChangeofPotentialEvapotranspirationandItsInfluenceFactorsinKashiAreaDuring1957-2013

Kalbinur·Kerim1, Hamit·Yimit2,3, Mamattursun·Eziz2,3

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalScience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.KeyLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridArea,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China)

Based on maximum temperature, minimum temperature, monthly mean temperature, relative humidity, wind speed, sunshine duration and rainfall data collected from four meteorological stations during 1957—2013 in Kashi area, we used Penman-Monteith model, regression analysis, accumulative anomaly and Mann-Kendall nonlinear mutation test method to analyze annual potential evapotranspiration dynamic change and its influence factor of time series. The results show that: (1) in the past 57 years, the potential evapotranspiration in Kashi and Bachu showed the decreasing trend and its tendency rates were -7.53 mm/decade, -7.47 mm/decade, potential evapotranspiration of Tashikuergan and Shache increased with the tendency rates of 8.27 mm/decade and 6.25 mm/decade; (2) during the four seasons, the dynamic change tendency rate was higher in summer than spring and autumn, and lowest occurred in winter; (3) there was a significant difference among the potential evapotranspiration mutation points in Kashi area; the annual potential evapotranspiration mutation point of Kashi occurred in 1981, 1962 for Bachu, 1974 and 1983 for Tashikuergan, annual potential evapotranspiration mutation points of Shache occurred in 1961, 1965, 1968 and 1978; (4) the wind speed and sunshine hours have the effect on the annual evapotranspiration in Kashi area.

potential evapotranspiration; Penman-Monteith model; impact factor; Kashi area

2016-10-24

：2016-11-28

國家自然科學基金重點項目—新疆聯合基金“新疆博斯騰湖環境演變及對氣候變化的響應”(U1138302)

凱麗比努爾·克熱木(1992—),女(維吾爾族),新疆阿圖什人,碩士研究生,研究方向:干旱區資源與環境。E-mail:1040014059@qq.com

S161.4

：A

：1005-3409(2017)05-0247-05