2000—2013年艾比湖流域干濕氣候時空變化特征

徐光巖 張月

摘 要：本文采用新疆艾比湖流域3個氣象站點的觀測資料和MOD16產品數據，通過對蒸散發（ET）、降水量（P）和濕潤指數（K）的時空特征分析，得到以下結果：艾比湖流域蒸散發量的空間分布呈現西南部大于東北部，高海拔區大于低海拔區的特征；主要氣象因子年際變化情況為溫泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均風速下降幅度最大，平均氣溫3個站點上升趨勢均不明顯，平均相對濕度3個站點均為下降趨勢。

關鍵詞：蒸散發；干濕氣候；濕潤狀況；時空變化；艾比湖流域

中圖分類號：P461 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0158-03

Analysis on Spatiotemporal Variations of Dry-Wet Climate in the

Ebinur Lake Basin during 2000—2013

XU Guangyan Zhang Yue

Abstract： Based on the observation data and MOD16 product data of 3 meteorological stations in Xinjiang Lake Basin， the spatial and temporal characteristics of evapotranspiration（ET）， precipitation（P） and wetting index（K） were analyzed. The following results were obtained： the spatial distribution of evapotranspiration in the Ebinur Lake Basin showed that the southwest was larger than the northeast and the high altitude is larger than the low altitude area； the annual variation of the main meteorological factors was the maximum increase of the precipitation in WenQuan Railway Station， the maximum decrease of the average wind speed， the rising trend of the average temperature of three stations was not obvious， and the average relative humidity of the three sites were all declining.

Keywords： evapotranspiration；dry-wet climate；moistCondition；temporal and spatial changes；ebinur Lake Basin

在全球氣候增暖的大背景下，地表溫度的升高會改變海陸熱力性質差異，從而改變大尺度環流結構，影響降水的空間分布；同時，地表溫度的升高會加速地表蒸散發，降低土壤保持水分能力。根據地球長時間序列水分平衡原理，陸表蒸散發量的增加勢必會引起降水量增加。本文利用艾比湖流域3個氣象站2000—2013年的地面觀測資料，結合MOD16產品，分析艾比湖流域蒸散發（ET）的時空變化特征，基于濕潤指數對艾比湖流域干濕氣候進行分區，并篩選影響干濕氣候分區的主要氣象因子。研究成果，一方面為艾比湖流域“一帶一路”倡議中生態環境治理提供理論依據，另一方面對該區域農業生產空間布局、農業氣象災害影響評估具有重要的理論和現實意義。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

艾比湖流域地處歐亞大陸腹地，位于79°53′～85°02′E，43°38′～45°52′N，研究區屬于典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱少雨、氣溫變化劇烈為特點。年平均氣溫6.6～7.8℃，年降水量為116.0～169.2mm。近40年來，由于入湖水量的減少，艾比湖湖面常年萎縮，湖面曾縮至不足500km2，水位下降近23m，干涸湖地早已淪為鹽漠，也成為浮塵天氣的發源地。植被也依次形成旱生、超旱生、沙生、鹽生、水生等多種類型，主要植物類型有梭梭、胡楊、檉柳和蘆葦等[1]。

1.2 數據來源及預處理

①氣象數據。本文采用的氣象數據來自中國氣象數據共享網（http：//data.cma.cn/），包括艾比湖流域共3個站點2000—2013年的降水量、平均氣壓、平均風速、平均氣溫、平均水汽壓和平均相對濕度等日值數據集。數據集經過較嚴格的控制和檢查，對缺測的值采用線性插值方法代替。

②遙感數據。本文選用的遙感數據為地表實際蒸散發數據的月合成產品MOD16A2，該數據集能夠提供地表實際蒸散發量（ET）及潛在蒸散發量（PET）。數據基本信息：衛星軌道號h23v04/h23v05，時間為2000年1月至2013年12月，空間分辨率1km，數據來自美國蒙大拿大學官網（http：//www.Ntsg.Umt.edu/）。首先借助MRT投影轉換工具將原始的分級數據格式轉換為GeoTiff格式，將SIN投影轉換為WGS-1984/Geographic經緯坐標系，對影像進行拼接；其次根據網站提供的數據說明剔除無效值并還原真實值；最后對數據進行矢量裁剪獲取研究區各年、月實際蒸散發量（ET）[2]。

1.3 研究方法

1.3.1 濕潤指數（K）[3]。本文采用表征自然條件下的大氣水汽輸入的降水量（R）和輸出的蒸散量（ET）計算濕潤指數：

K=R/ET （1）

式（1）中R和ET分別為降水量和蒸散量（mm/d）。根據1977年聯合國教科文組織給出的地區干旱程度定義，本文以濕潤指數K作為干濕氣候劃分標準，對中國氣候進行干濕分區：K≤0.03為極干旱區；0.032 結果與分析

2.1 多年平均蒸散發量變化特征分析

選取MODIS16產品數據進行分析，艾比湖流域2000—2013年蒸散發空間分布：阿拉套地區蒸散量降低，溫泉縣附近蒸散量上升，博爾塔拉、博樂、精河及奎屯地區附近蒸散量明顯上升且范圍擴大，而北天山支脈附近蒸散量下降。近14年，艾比湖流域平均蒸散發量年均值多在90～500mm，蒸散發量高值區大多分布在阿拉套山、溫泉縣及北天山支脈附近，此區域海拔偏高，降水量大，植被較為豐富，因此蒸散量大；低值區主要分布在四棵樹河及奎屯河下游附近，即艾比湖東部，此區域主要為裸地及稀疏灌木林，降水貧乏、植被蓋度低，因此蒸散發量小。總體來看，艾比湖流域蒸散發量的空間分布呈現西南部大于東北部、高海拔區大于低海拔區的特征。

2.2 2000—2013年濕潤指數空間分布特征

本文基于艾比湖流域3個氣象站點的降水數據進行空間插值，獲得全流域近14年平均降水量的空間分布狀況。由圖1中降水分布圖可知，全流域降水年均值大多變化在26～80mm，且不同地區間差異較大，以阿拉山口、艾比湖及精河為分界線，東部降水較為豐富，西部降水相對貧乏，其中，以瑪伊力山脈及北天山支脈附近降水最豐富。

由圖2可知，2000年流域內干旱與半干旱區分界線為阿拉山口、艾比湖及精河一帶，與降水量分界線趨于一致，東部主要為半干旱區，西部主要為干旱區。其中，夾雜著博爾塔拉河中段的極干旱區。由圖3可知，2013年流域內干旱區與半干旱區分界線不甚明顯。其中，干旱區主要分布在溫泉縣及北天山支脈附近，半濕潤區主要分布于四棵樹河及奎屯河附近，其余均為半干旱區，對比2000年與2013年的濕潤指數分布圖可以明顯看出，該流域內濕潤指數整體上升。由圖4可知，近14年流域內濕潤指數均值分布與2013年情況類似，這進一步說明研究區濕潤指數趨于上升。

2.3 2000—2013年主要氣象因子年際變化

由圖5可以看出，近14年3個氣象站點主要氣象因子年際變化情況。從降水量來看[見圖5（a）]，精河及阿拉山口均為下降趨勢，溫泉站呈上升趨勢，其中溫泉站降水量變化幅度最大，2007年降水量最大，約75mm，2000年降水量最小，約2mm；溫泉站變化幅度最小，最大值為2001年的45mm，最小值為2008年的20mm。從平均風速來看[見圖5（b）]，阿拉山口站呈下降趨勢，精河站及溫泉站呈上升趨勢，其中阿拉山口變化幅度最大，2000年平均風速最大，約59m/s，2013年平均風速最小，約40m/s；精河站變化幅度最小，年際變化均在13m/s左右有輕微浮動。從平均氣溫來看[見圖5（c）]，3個站點變化趨勢均為上升趨勢，且幅度均不大，精河與阿拉山口多年平均氣溫較高，且均在10℃上下浮動，溫泉多年平均溫度較低，最高為2000年-7℃，最低為2001年-15℃。從平均相對濕度來看[見圖5（d）]，3個站點均為下降趨勢，其中精河與溫泉下降幅度較大，且多年平均相對濕度總體上由大到小分布，為溫泉>精河>阿拉山口。

3 結論

通過研究，本文主要得出以下結論。①艾比湖流域蒸散發量的空間分布呈現西南部大于東北部、高海拔區大于低海拔區的特征。②主要氣象因子年際變化情況為溫泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均風速下降幅度最大，平均氣溫3個站點上升趨勢均不明顯，平均相對濕度3個站點均為下降趨勢。

艾比湖流域蒸散發量受氣象因子、地形及植被蓋度的綜合影響，后期的研究應考慮并細化地形與植被蓋度等因素對蒸散量的影響，全面考慮各種自然因素對濕潤指數的作用。另外，不同的區域因地理位置不同、地形差異等，其濕潤指數對各個氣象因素的相關性肯定有較大差異，因此，可針對每個區域進行氣象因子相關性分析，由此細化對艾比湖流域濕潤指數的研究。

參考文獻：

[1]宋鑫博.基于 MODIS 數據的湖西區地表蒸散發遙感估算[D].南京：南京師范大學，2013.

[2]張仁華，孫曉敏，劉紀遠，等.定量遙感反演作物蒸騰和土壤水分利用率的區域分異[J].中國科學：地球科學，2001（11）：959-968.

[3]邱新法，曾燕，劉昌明.陸面實際蒸散研究[J].地理科學進展，2003（2）：118-124.

[4]張長春，魏加華，王光謙，等.區域蒸發量的遙感研究現狀及發展趨勢[J].水土保持學報，2004（2）：174-177.