阿克蘇市山區和平原區水面蒸發與干旱指數分析

李興金

（新疆維吾爾自治區阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000）

1 概況

阿克蘇市位于新疆維吾爾自治區中西部，總面積1.44 萬km2，轄3 鄉3 鎮、5 個街道和8 個片區管委會，總人口71萬人。區內主要有阿克蘇河、渭干河、塔里木河三大水系及大小155條河流和8個湖泊[1]。

2 氣候特征

阿克蘇市位于中緯度地區，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，降水量少，蒸發量大，氣候干燥，日照長，是全國太陽輻射量較多的地區之一，光熱資源十分豐富。年平均氣溫在9.9～11.5℃，年降水量42.4～94.4 mm，具有冬季干冷和夏季干熱的氣候特點。全區由于地形地貌的不同、南北地勢高差的懸殊，形成了不同的氣候分區，既有長年冰封雪積的高寒山區，又有干旱炎熱的平原。其基本特征為：北部山區氣候濕潤，天氣涼爽，光照充足，降水豐沛，是地表水徑流形成區；南部平原氣候干燥，天氣炎熱，光照充足，降水稀少，蒸發強烈，是地表水徑流散失區。

2.1 山地高寒偏濕半濕潤氣候區

地處北部中高山以上的山地，降水豐沛，空氣濕潤，氣溫隨海拔高程的增加而遞減，降水隨海拔高程的增加而遞增。據測算，海拔每升高l00 m，年均降溫0.53℃，年均降水增加2.5 mm。區內海拔3500 m以上的高山、極高山雪雨多，夏季涼爽、冬季寒冷，冷季長、暖季短；海拔2500 m以上的中山帶，冷暖季分明，雨水較多。

2.2 山間盆（谷）地溫和干旱氣候區

2.2.1 拜城盆地溫和干旱氣候區

鑒于冬季冷空氣入侵和在山坡上冷卻的冷空氣下滑和堆積，在盆地底部形成“冷湖”，使1月平原氣溫達到-13～-l5℃、極端氣溫平均達到-26℃，加上冬季積雪淺薄，致使拜城盆地冬小麥越冬凍死嚴重，為中度凍害區。區內熱量條件有限，夏季溫度不高，7 月平均氣溫21.5℃，≥10℃積溫為3338℃，無霜期只有169 d。盆地內農業區降水量不足100 mm。在此氣候條件下，區內適宜種植喜涼的小麥、油料、甜菜等作物，種植玉米、水稻亦可，但不宜種植棉花。

2.2.2 托什干谷地溫和干旱氣候區

區內雖有冷空氣順河侵入，但相對塔里木盆地而言，氣候溫和，7 月平均氣溫22℃以上；干旱程度較輕，玉米、水稻等作物生長良好。冬季雖無或很少有積雪，但氣溫較高，1月平均氣溫為-9.2℃，基本不會出現凍害。

2.3 山前平原溫熱干旱氣候區

阿克蘇地區自東而西的全部山前帶，海拔高程基本為1000～1500 m。區內≥10℃的積溫為3800～4400℃，≥0℃的積溫可達4000～5000℃；≥0℃的初日為2 月下旬至3 月初、≥10℃的初日于4 月上旬出現，無霜期188～249 d。區內大風日數一般年份為9～21 d，沙塵暴日數多達15 d。

3 研究站點分析

本次研究山區和平原區水面蒸發觀測站點各選2 處，其中氣象站點2 處、水文站點2 處。選取的山區代表站為臺蘭水文站（高程1594 m）、破城子水文站（高程1907 m）；平原區代表站為阿克蘇市氣象站（高程1106 m）、溫宿縣氣象站（高程1133 m）。破城子水文站位于阿克蘇市拜城縣老虎臺鄉種羊場，年平均氣溫7.4℃，極端最高氣溫38.2℃，極端最低氣溫-32℃，多年平均蒸發量2197.2 mm[2]；臺蘭水文站位于阿克蘇市溫宿縣佳木鄉臺蘭河電站渠首，年平均氣溫7.9℃，極端最高氣溫37.6℃，極端最低氣溫-27.4℃。水面蒸發量山區小于平原，高山區的水面蒸發量在600 mm 左右，中山區在800～1000 mm，平原區在1200～1900 mm[3]。4 個站的實測年數均為33 a，具有完整的觀測資料，滿足分析要求。水面蒸發觀測站點分布，如圖1所示。

圖1 水面蒸發觀測站點分布

4 山區和平原區水面蒸發量分析

4.1 水面蒸發量折算系數

水面蒸發量是計算河流水庫水量損失的關鍵數據，阿克蘇市一般通過直徑20 cm 蒸發器觀測蒸發量，然后再折算成河庫水面蒸發量。由于蒸發器本身體積小，水深、儀器結構、安裝形式和材料不同，周圍環境的熱力條件和動力條件之間的關系，使得蒸發器所測的蒸發值比天然大水體的蒸發量偏大[4]。為解決此問題，需根據不同型號蒸發器同期對比觀測資料確定一個折算系數。山區大多數觀測站采用直徑20 cm 蒸發器觀測，其觀測數據需統一換算成E601型蒸發器的蒸發量[5]。冬天水面蒸發量很小，一般借用非冰期的折算系數平均值進行計算，由于數值較小，所以對年水面蒸發量的計算精度不會產生顯著影響。

4.2 水面蒸發量計算

阿克蘇市水體蒸發觀測器主要有直徑20 cm 蒸發器、E601型蒸發器2種。由于E601型蒸發器較少且觀測資料系列偏短或不連續，因此統一選用直徑20 cm蒸發器觀測值折算成E601型蒸發器的蒸發量作為該站點水面蒸發量進行計算分析。各選用站月水面蒸發量計算公式如下：

式中：E(J)為多年平均月水面蒸發量（mm）；E20(J)為直徑20 cm 蒸發器多年平均月觀測值（mm）；ˉK(J)為多年平均年水面蒸發折算系數。

山區和平原區選用站多年平均水面蒸發量月、年統計，詳見表1。

表1 選用站多年平均水面蒸發量月、年統計

5 水面蒸發量時空分布和年內分配

阿克蘇市不同地區、不同時間的水體蒸發量差異較大，主要在區域和年內分配上有巨大區別，需要具體分析。

5.1 水面蒸發量時空分布

此次分析選用的山區和平原區站點北靠天山，南鄰塔里木盆地，地勢自西北向東南逐漸降低，受氣溫、相對濕度、風速等因素影響，水面蒸發量自北向南遞增。觀測資料顯示，溫宿氣象站多年平均年蒸發量為1244.2 mm，破城子水文站多年平均年蒸發量為1915.1mm，臺蘭水文站多年平均年蒸發量為2116.9mm，阿克蘇市氣象站多年平均年蒸發量為1364.7 mm，由于區域位置不同，蒸發量數值相差懸殊。北部山區，氣候濕潤，氣溫較低，水面蒸發量也較低。

5.2 水面蒸發量年內分配

受氣溫、濕度等氣象因素的綜合影響，水面蒸發量的年內分配不均。由表1可知，各站連續最大4個月水面蒸發量均為5—8 月，占年水面蒸發量的59.7%～63.1%，且各月水面蒸發量值較為接近。最大月水面蒸發量均為7月，占年內蒸發量的16.0%～17.3%；最小月水面蒸發量出現在12、1、2月，占年內蒸發量的0.7%～1.0%。山區、平原區選用站逐月水面蒸發量占多年平均蒸發量百分比，如圖2 所示。由圖2 可以看出，山區和平原區選用站水面蒸發量年內變化過程基本相同，平原站1—6 月水面蒸發量大于山區站。

圖2 山區、平原區選用站逐月水面蒸發量占多年平均蒸發量百分比

水面蒸發量的季節變化主要表現在夏季變化大，冬季變化小。在春、夏、秋、冬四季中，夏季（6—8月）氣溫高，水面蒸發量大，占年蒸發量的44.7%～49.3%；冬季（12—2 月）氣溫低，水面蒸發量小，僅占年蒸發量的2.6%～3.5%；春季（3—5月）和秋季（9—11 月）水面蒸發量居中，由于春季多風，故春季蒸發量大于秋季。山區和平原區選用站多年平均水面蒸發量年內分配，詳見表2。由表2 可知，山區和平原區最大月水面蒸發量的年內分配基本是一致的。

表2 山區和平原區選用站多年平均水面蒸發量年內分配

5.3 水面蒸發量年際變化

由于影響水面蒸發的氣象要素年際變化不大，因此水面蒸發量年際變化較小。對山區和平原區4處選用站實測水面蒸發資料（已折算成E601 型蒸發器的蒸發量）進行年際變化分析，分析結果詳見表3。

表3 山區和平原區選用站水面蒸發量年際變化

由表3 可知，水面蒸發量的年際變化不大，較為穩定，其變幅小于降水和徑流。最大年水面蒸發量與最小年水面蒸發量的極值比在1.35～1.56，變差系數Cv值在0.101～0.139。在選用站中，破城子水文站水面蒸發年際變化最大，最大與最小年水面蒸發極值比為1.56，變差系數Cv值為0.139；溫宿縣氣象站水面蒸發年際變化最小，最大與最小年水面蒸發極值比為1.35，變差系數Cv值為0.101。各地水面蒸發量最大、最小年出現時間同步性較差，反映出區域內氣溫、濕度、風速、輻射等氣象因素及地形、地貌等下墊面條件的綜合影響是不一致的，區域的差異性較大。

根據各站逐年水面蒸發量距平百分數變化分析，山區選用站臺蘭水文站年水面蒸發量距平在17.89%～-21.7%，而平原區選用站阿克蘇市氣象站年水面蒸發量距平在17.51%～-17.36%，平原水面蒸發量變幅要小于山區。自2005 年以來，山區選用站臺蘭水文站水面蒸發量圍繞多年均值上下波動，而平原區選用站阿克蘇市氣象站水面蒸發量則維持在多年均值以下。

6 干旱指數分析

干旱指數是反映某一地區氣候干、濕程度的指標之一。干旱指數是以年水面蒸發能力與年降水量的比值來表示。干旱指數與氣候干、濕分帶關系極為密切。由于缺乏水面蒸發能力的實測資料，這里近似以E601 型蒸發器水面蒸發量代替水面蒸發能力。本次采用2 種方法進行干旱指數的計算：對于有水面蒸發量實測資料的選用站，根據各站多年平均年水面蒸發量和多年平均年降水量計算各站的干旱指數；對于無水面蒸發量實測資料的選用站，則根據多年平均年降水量等值線圖與多年平均年水面蒸發量等值線圖重疊在一起，找出交叉點的多年平均年降水量和多年平均年水面蒸發量，進而計算該點干旱指數。山區和平原區各站干旱指數計算結果，詳見表4。

表4 山區和平原區各站干旱指數計算結果

降水、蒸發、徑流之間既相互關聯又相互制約，每個要素的變化都影響到其他要素。通過計算表明，在海拔較高的山區，氣溫較低，降水量豐沛，則蒸發能力較弱。干旱指數的地區分布與水面蒸發量的地區分布基本一致，存在明顯的垂直地帶性分布規律。干旱指數隨著高程的增加、降水量的增大、水面蒸發量的減少而減小，山區小于平原區。干旱指數越大，氣候干旱程度越強烈。總體而言，氣溫、降水、風速是影響干旱指數的重要因素。

7 結語

通過分析探討可知，由于阿克蘇市地勢北高南低，造成氣候上山區和平原區相比，夏季溫度較低，冬季溫度相對較高，溫差小，降水多，氣候比較濕潤；出山口以下平原地區冬季嚴寒，夏季酷熱，氣溫年較差和日較差大，日照充足而干旱少雨。水面蒸發量山區小于平原區，高山區的水面蒸發量在600 mm 左右，中山區在800～1000 mm，平原區在1200～1900 mm，干旱指數在5.6～26.9，為當地灌溉制度制定和水資源調配提供了科學依據。