喀什地区1957-2013年潜在蒸散量变化及其影响因子

凯丽比努尔·克热木, 海米提·依米提, 麦麦提吐尔逊·艾则孜

(1.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁术齐830046;2.新疆师范大学 干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁术齐830054)

喀什地区1957-2013年潜在蒸散量变化及其影响因子

凯丽比努尔·克热木1, 海米提·依米提2,3, 麦麦提吐尔逊·艾则孜2,3

(1.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁术齐830046;2.新疆师范大学 干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁术齐830054)

基于喀什地区4个气象站点1957—2013年的最高气温、最低气温、月平均气温、相对湿度、风速、日照时数以及降水量数据，采用Penman-Monteith模型、一元回归分析、累积距平和Mann-Kendall非线性突变检验法，分析其年潜在蒸散量的时间序列变化及其影响因子。结果表明：近57 a来，喀什和巴楚的潜在蒸散量呈减少趋势，倾向率分别为-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a；塔什库尔干与莎车的潜在蒸散量呈现增加趋势，倾向率分别为8.27 mm/10 a，6.25 mm/10 a；在四季变化中，夏季最多，春、秋季次之，冬季最少；喀什地区潜在蒸散量突变点存在明显差异：喀什年潜在蒸散量突变点为1981年，巴楚的为1962年，塔什库尔干的为1974年和1983年，莎车年潜在蒸散量突变点为1961年、1965年、1968年和1978年；喀什地区年蒸散量最主要受风速和日照时数的影响。

潜在蒸散量; Penman-Monteith模型; 影响因子; 喀什地区

潜在蒸散量是作物需水预测中的关键参数，对合理和节约用水，缓解水资源的供需矛盾具有重要意义[1]。蒸发作为地表热量平衡和水平衡的重要组成部分，具有增加空气湿度、调节温度，进而影响生态环境和社会经济发展的作用[2]。王琼等研究得出，近51 a(1961—2011年)来长江流域潜在蒸散量呈下降趋势，年际变化倾向率为-0.34 mm /a[3]。李鹏飞等对京津冀地区潜在蒸散量进行分析，结果表明近50 a(1960—2010年)来整个地区潜在蒸散量都在减少[4]。普宗朝等研究得出，1961—2008年新疆夏半年参考作物蒸散量总体以20.09 mm /10 a的倾向率呈极显著的减小趋势[5]。张山清等的分析结果表明，近48 a(1961—2008年)新疆参考作物蒸散量呈显著减小趋势[6]。张明军等对中国天山山区潜在蒸发量的研究得出，年潜在蒸发量的年际变化倾向率为-2.48 mm/a，潜在蒸发量总体上呈减小趋势[7]。王健等对北疆潜在蒸散量分析得出，潜在蒸散量在时间分布上整体呈下降趋势，主要受该地区相对湿度和风速的影响[8]。黄艳等对喀什地区降水量变化特征分析结果表明，喀什地区平原和山区年降水量呈现增加的趋势[9]。阿布都克日木·阿巴司等研究得出，过去50 a喀什地区各地年平均气温呈升高趋势，年降水量呈增加趋势[10]。

从上述可知，前人已对新疆的气候和蒸散量变化有大量研究分析，但对喀什地区潜在蒸散量的研究却尚未见到。由于喀什地区水资源缺乏较严重，潜在蒸散又是水资源评价中的重要变量，因此研究喀什地区潜在蒸散量及其影响因子具有实际的研究意义，同时为喀什地区水资源的合理利用和整体规划提供参考依据。

1 研究区概况

喀什地区地处欧亚大陆中部,我国西北部,新疆维吾尔自治区西南部。位于35°28′—40°16′N，71°39′—79°52′E，东西宽约750 km，南北长535 km，全区总面积16.2万km2，约占新疆土地总面积的8.3%[11]。喀什地区属于暖温带大陆干旱气候，四季分明，蒸发强烈，日照充足，气温和降水变化显著[12]。

2 资料与研究方法

2.1 资 料

选取喀什地区平原和山区4个代表站(图1)1957年1月至2013年12月的月最高和最低气温、月平均气温、月相对湿度、月平均风速和月日照时数资料，资料来源于中国气象科学数据共享服务网(http：∥cdc.cma.gov.cn)中国地面气候资料月值数据集。季节划分为春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。年代以10 a为一代。

2.2 研究方法

本文采用Penman-Monteith公式计算月潜在蒸散，并进行逐月、逐年的统计。公式具体如下：

式中：ET0表示参考作物需水量(mm/d)；Rn表示作物表面的净辐射量[MJ/(m2·d)]；G表示土壤热通量[MJ/(m2·d)]；u2表示2m高处的日平均风速(m/s)；ea表示饱和水汽压(KPa)；ed表示实际水汽压(kPa)；Δ表示饱和水汽压与温度曲线的斜率(kPa/℃)；γ表示干湿表常数(kPa/℃)。利用Excel和SPSS统计软件进行数据处理与统计分析。

图1喀什地区气象站点分布

3 结果与分析

3.1 喀什地区潜在蒸散量的年变化特征

根据P-M方法计算喀什地区4个气象站1957—2013年的年均潜在蒸散量，结果表明，近57a来，喀什地区年潜在蒸散量区域差异明显。喀什和巴楚的潜在蒸散量呈减少趋势，倾向率分别为-7.53mm/10a，-7.47mm/10a，塔什库尔干与莎车的潜在蒸散量呈现增加趋势，倾向率分别为8.27mm/10a，6.25mm/10a(图2)。显然，喀什地区年潜在蒸散量变化不一致，且具有平原偏北(喀什)、偏东地区(巴楚)潜在蒸散量最弱，南部山区(塔什库尔干)和偏南地区(莎车)潜在蒸散量最强的特征。

喀什地区不同平原和山区年代潜在蒸散量的变化存在明显差异，且与年均潜在蒸散量的变化相一致，最大值在偏北地区(喀什)，最小值在南部山区(塔什库尔干)。1957—2006年，喀什年代际潜在蒸散量变化趋势为增—减—减—减—增；巴楚和塔什库尔干的变化趋势为增—减—增—减—减；莎车的变化趋势为增—减—增—减—增。而从2007年开始，潜在蒸散量均呈现增加的趋势(表1)。

图2 喀什地区年潜在蒸散量的变化趋势

时间段喀什巴楚塔什库尔干莎车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 喀什地区潜在蒸散量的季节变化趋势

从季节看，近57 a来，喀什地区潜在蒸散量夏季最多，春、秋季次之，冬季最少，平均潜在蒸散量分别为440.47 mm，275.51 mm，194.09 mm，52.22 mm。塔什库尔干和莎车的潜在蒸散量四季都呈现增加趋势，春季塔什库尔干潜在蒸散量最高，其倾向率为4.07 mm/10 a。喀什潜在蒸散量冬季具有增加趋势以外，其他季节都呈减少趋势。巴楚潜在蒸散量四季都呈现减少趋势。潜在蒸散量减少幅度最高的地区是喀什，出现的季节为夏季，减少倾向率为-5.02 mm/10 a(图3)。

3.3 喀什地区年潜在蒸散量累积距平曲线分析

利用累积距平曲线分析(图4)喀什、巴楚、塔什库尔干和莎车的年潜在蒸散量。1979年喀什年潜在蒸散量出现极高值，1998年出现极低值。1957—1979年、1999—2013年喀什年潜在蒸散量偏多，1980—1998年喀什年潜在蒸散量偏少(图4A)。1994年巴楚年潜在蒸散量出现极高值，1975年出现极低值。1957—1965年、1976—1994年、2001—2013年巴楚年潜在蒸散量偏多，1966—1975年、1995—2000年巴楚年潜在蒸散量偏少(图4B)。1982年塔什库尔干年潜在蒸散量出现极低值。1983—2013年塔什库尔干年潜在蒸散量偏多，1957—1982年塔什库尔干年潜在蒸散量偏少(图4C)。1961年莎车年潜在蒸散量出现极高值，1983年出现极低值。1957—1961年、1984—1994年、1999—2011年莎车年潜在蒸散量偏多，1962—1983年、1995—1998年莎车年潜在蒸散量偏少(图4D)。

3.4 喀什地区年潜在蒸散量突变点分析

采用曼—肯德尔(Mann-Kendall)法，检验喀什、巴楚、塔什库尔干和莎车年潜在蒸散量的突变点(图5)。1957—2013年之间喀什年潜在蒸散量基本上UF<0，潜在蒸散量呈下降趋势。在±1.96临界线之间UF和UB相交于1981年，且曲线UF超过信度线，说明在0.05的显著性水平下，1981年喀什年潜在蒸散量发生突变(图5A)。1957—1975年时段内巴楚年潜在蒸散量基本UF <0，表明巴楚的潜在蒸散量在1957—1975年时段内呈下降趋势。该时段内，在±1.96临界线之间UF和UB相交于1962年，且曲线UF超过信度线，说明在0.05的显著性水平下，1962年巴楚年潜在蒸散量发生突变。1976—1980年和1989—2013年时段内巴楚年潜在蒸散量UF曲线值小于0，年潜在蒸散量呈下降趋势。1981—1997年时段内UF曲线值大于0，年潜在蒸散量呈上升趋势(图5B)。1957—1972年、1984—2013年时段内塔什库尔干年潜在蒸散量UF曲线值大于0，表明塔什库尔干年潜在蒸散量在该时段内呈上升趋势。1972—1983年时段内潜在蒸散量UF曲线值小于0，该时段内塔什库尔干年潜在蒸散量呈现下降趋势。在±1.96临界线之间UF和UB相交于1974年、1983年，且曲线UF超过信度线，说明在0.05的显著性水平下，1974年和1983年塔什库尔干年潜在蒸散量发生突变(图5C)。1957—1961年、1981—2013年时段内莎车年潜在蒸散量UF曲线值大于0，年潜在蒸散量呈上升趋势。1962—1980年时段内潜在蒸散量UF曲线值小于0，年潜在蒸散量呈下降趋势。在±1.96临界线之间UF和UB相交于1961年、1965年、1968年和1978年，且曲线UF超过信度线，说明在0.05的显著性水平下，1961年、1965年、1968年和1978年莎车年潜在蒸散量发生突变(图5D)。

图3喀什地区四季潜在蒸散量的变化趋势

图4喀什地区年潜在蒸散量累积距平曲线

图5喀什地区年潜在蒸散量Mann-Kendall突变判别曲线

3.5 潜在蒸散量影响因子分析

蒸发量受到多种因素的综合影响，主要有气温、风速、相对湿度、日照时数、饱和水汽压差、云量等气象要素。由于影响潜在蒸散量变化的因素众多，不同因素之间也相互影响，所以潜在蒸量的变化成因十分复杂[13]。因此，本文选取最高气温、最低气温、月平均气温、平均相对湿度、平均风速、日照时数、降水量7个气象因子，采用相关性分析方法分析潜在蒸散量与影响因子之间的相关性。

表2 喀什不同地区年平均潜在蒸散量与其他气象因素的显著性相关分析

注：**在0.01水平上显著相关，*在0.05水平上显著相关。

相关性结果表明(表2)，不同平原和山区的年潜在蒸散量与其他气象因素相关性有差异。喀什年潜在蒸散量与最低气温、月平均气温、风速、日照时数显著正相关，与相对湿度显著负相关，与最高气温和降水量无相关。巴楚年潜在蒸散量与风速和日照时数显著正相关，与相对湿度显著负相关，与最高气温、最低气温、月平均气温和降水量无相关。塔什库尔干年潜在蒸散量与最高气温、最低气温、月平均气温和日照时数显著正相关，与风速显著负相关，与相对湿度和降水量无相关。莎车年潜在蒸散量与平均气温、最高气温、最低气温、日照时数显著正相关，与相对湿度、风速和降水量显著负相关。

4 结 论

(1) 近57 a来，喀什地区不同平原和山区年潜在蒸散量各不相同，喀什和巴楚的潜在蒸散量呈减少趋势，倾向率分别为-7.53 mm/10 a，-7.47 mm/10 a，塔什库尔干与莎车的潜在蒸散量呈现增加趋势，倾向率分别为8.27 mm /10 a，6.25 mm /10 a。在四季中，冬季喀什潜在蒸散量增多以外，其他季节都呈减沙趋势。巴楚潜在蒸散量四季都呈减少趋势。塔什库尔干和莎车潜在蒸散量四季都上升趋势。

(2) Mann-Kendall突变检验结果表明，喀什地区潜在蒸散量存在明显差异。喀什年潜在蒸散量突变点为1981年，巴楚年潜在蒸散量突变点为1962年，塔什库尔干年潜在蒸散量突变点为1974年和1983年，莎车年潜在蒸散量突变点为1961年、1965年、1968年和1978年。

(3) 潜在蒸散量与7个气象因素的相关分析表明，喀什年潜在蒸散量主要受最低气温、月平均气温、相对湿度、风速和日照时数的影响。巴楚年潜在蒸散量主要受相对湿度、风速和日照时数的影响。塔什库尔干年潜在蒸散量主要受最高气温、最低气温、月平均气温、风速、相对湿度的影响。莎车年潜在蒸散量受7个所有因素的影响。从以上结果可以得知，喀什地区年蒸散量最主要受风速和日照时数的影响。

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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

国家自然科学基金重点项目—新疆联合基金“新疆博斯腾湖环境演变及对气候变化的响应”(U1138302)

凯丽比努尔·克热木(1992—),女(维吾尔族),新疆阿图什人,硕士研究生,研究方向:干旱区资源与环境。E-mail:1040014059@qq.com

S161.4

：A

：1005-3409(2017)05-0247-05