2000—2013年艾比湖流域干湿气候时空变化特征

徐光岩 张月

摘 要：本文采用新疆艾比湖流域3个气象站点的观测资料和MOD16产品数据，通过对蒸散发（ET）、降水量（P）和湿润指数（K）的时空特征分析，得到以下结果：艾比湖流域蒸散发量的空间分布呈现西南部大于东北部，高海拔区大于低海拔区的特征；主要气象因子年际变化情况为温泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均风速下降幅度最大，平均气温3个站点上升趋势均不明显，平均相对湿度3个站点均为下降趋势。

关键词：蒸散发；干湿气候；湿润状况；时空变化；艾比湖流域

中图分类号：P461 文献标识码：A 文章编号：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

在全球气候增暖的大背景下，地表温度的升高会改变海陆热力性质差异，从而改变大尺度环流结构，影响降水的空间分布；同时，地表温度的升高会加速地表蒸散发，降低土壤保持水分能力。根据地球长时间序列水分平衡原理，陆表蒸散发量的增加势必会引起降水量增加。本文利用艾比湖流域3个气象站2000—2013年的地面观测资料，结合MOD16产品，分析艾比湖流域蒸散发（ET）的时空变化特征，基于湿润指数对艾比湖流域干湿气候进行分区，并筛选影响干湿气候分区的主要气象因子。研究成果，一方面为艾比湖流域“一带一路”倡议中生态环境治理提供理论依据，另一方面对该区域农业生产空间布局、农业气象灾害影响评估具有重要的理论和现实意义。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

艾比湖流域地处欧亚大陆腹地，位于79°53′～85°02′E，43°38′～45°52′N，研究区属于典型的中温带干旱大陆气候，以干旱少雨、气温变化剧烈为特点。年平均气温6.6～7.8℃，年降水量为116.0～169.2mm。近40年来，由于入湖水量的减少，艾比湖湖面常年萎缩，湖面曾缩至不足500km2，水位下降近23m，干涸湖地早已沦为盐漠，也成为浮尘天气的发源地。植被也依次形成旱生、超旱生、沙生、盐生、水生等多种类型，主要植物类型有梭梭、胡杨、柽柳和芦苇等[1]。

1.2 数据来源及预处理

①气象数据。本文采用的气象数据来自中国气象数据共享网（http：//data.cma.cn/），包括艾比湖流域共3个站点2000—2013年的降水量、平均气压、平均风速、平均气温、平均水汽压和平均相对湿度等日值数据集。数据集经过较严格的控制和检查，对缺测的值采用线性插值方法代替。

②遥感数据。本文选用的遥感数据为地表实际蒸散发数据的月合成产品MOD16A2，该数据集能够提供地表实际蒸散发量（ET）及潜在蒸散发量（PET）。数据基本信息：卫星轨道号h23v04/h23v05，时间为2000年1月至2013年12月，空间分辨率1km，数据来自美国蒙大拿大学官网（http：//www.Ntsg.Umt.edu/）。首先借助MRT投影转换工具将原始的分级数据格式转换为GeoTiff格式，将SIN投影转换为WGS-1984/Geographic经纬坐标系，对影像进行拼接；其次根据网站提供的数据说明剔除无效值并还原真实值；最后对数据进行矢量裁剪获取研究区各年、月实际蒸散发量（ET）[2]。

1.3 研究方法

1.3.1 濕润指数（K）[3]。本文采用表征自然条件下的大气水汽输入的降水量（R）和输出的蒸散量（ET）计算湿润指数：

K=R/ET （1）

式（1）中R和ET分别为降水量和蒸散量（mm/d）。根据1977年联合国教科文组织给出的地区干旱程度定义，本文以湿润指数K作为干湿气候划分标准，对中国气候进行干湿分区：K≤0.03为极干旱区；0.032 结果与分析

2.1 多年平均蒸散发量变化特征分析

选取MODIS16产品数据进行分析，艾比湖流域2000—2013年蒸散发空间分布：阿拉套地区蒸散量降低，温泉县附近蒸散量上升，博尔塔拉、博乐、精河及奎屯地区附近蒸散量明显上升且范围扩大，而北天山支脉附近蒸散量下降。近14年，艾比湖流域平均蒸散发量年均值多在90～500mm，蒸散发量高值区大多分布在阿拉套山、温泉县及北天山支脉附近，此区域海拔偏高，降水量大，植被较为丰富，因此蒸散量大；低值区主要分布在四棵树河及奎屯河下游附近，即艾比湖东部，此区域主要为裸地及稀疏灌木林，降水贫乏、植被盖度低，因此蒸散发量小。总体来看，艾比湖流域蒸散发量的空间分布呈现西南部大于东北部、高海拔区大于低海拔区的特征。

2.2 2000—2013年湿润指数空间分布特征

本文基于艾比湖流域3个气象站点的降水数据进行空间插值，获得全流域近14年平均降水量的空间分布状况。由图1中降水分布图可知，全流域降水年均值大多变化在26～80mm，且不同地区间差异较大，以阿拉山口、艾比湖及精河为分界线，东部降水较为丰富，西部降水相对贫乏，其中，以玛伊力山脉及北天山支脈附近降水最丰富。

由图2可知，2000年流域内干旱与半干旱区分界线为阿拉山口、艾比湖及精河一带，与降水量分界线趋于一致，东部主要为半干旱区，西部主要为干旱区。其中，夹杂着博尔塔拉河中段的极干旱区。由图3可知，2013年流域内干旱区与半干旱区分界线不甚明显。其中，干旱区主要分布在温泉县及北天山支脉附近，半湿润区主要分布于四棵树河及奎屯河附近，其余均为半干旱区，对比2000年与2013年的湿润指数分布图可以明显看出，该流域内湿润指数整体上升。由图4可知，近14年流域内湿润指数均值分布与2013年情况类似，这进一步说明研究区湿润指数趋于上升。

2.3 2000—2013年主要气象因子年际变化

由图5可以看出，近14年3个气象站点主要气象因子年际变化情况。从降水量来看[见图5（a）]，精河及阿拉山口均为下降趋势，温泉站呈上升趋势，其中温泉站降水量变化幅度最大，2007年降水量最大，约75mm，2000年降水量最小，约2mm；温泉站变化幅度最小，最大值为2001年的45mm，最小值为2008年的20mm。从平均风速来看[见图5（b）]，阿拉山口站呈下降趋势，精河站及温泉站呈上升趋势，其中阿拉山口变化幅度最大，2000年平均风速最大，约59m/s，2013年平均风速最小，约40m/s；精河站变化幅度最小，年际变化均在13m/s左右有轻微浮动。从平均气温来看[见图5（c）]，3个站点变化趋势均为上升趋势，且幅度均不大，精河与阿拉山口多年平均气温较高，且均在10℃上下浮动，温泉多年平均温度较低，最高为2000年-7℃，最低为2001年-15℃。从平均相对湿度来看[见图5（d）]，3个站点均为下降趋势，其中精河与温泉下降幅度较大，且多年平均相对湿度总体上由大到小分布，为温泉>精河>阿拉山口。

3 结论

通过研究，本文主要得出以下结论。①艾比湖流域蒸散发量的空间分布呈现西南部大于东北部、高海拔区大于低海拔区的特征。②主要气象因子年际变化情况为温泉站降水量上升幅度最大，阿拉山口站平均风速下降幅度最大，平均气温3个站点上升趋势均不明显，平均相对湿度3个站点均为下降趋势。

艾比湖流域蒸散发量受气象因子、地形及植被盖度的综合影响，后期的研究应考虑并细化地形与植被盖度等因素对蒸散量的影响，全面考虑各种自然因素对湿润指数的作用。另外，不同的区域因地理位置不同、地形差异等，其湿润指数对各个气象因素的相关性肯定有较大差异，因此，可针对每个区域进行气象因子相关性分析，由此细化对艾比湖流域湿润指数的研究。

参考文献：

[1]宋鑫博.基于 MODIS 数据的湖西区地表蒸散发遥感估算[D].南京：南京师范大学，2013.

[2]张仁华，孙晓敏，刘纪远，等.定量遥感反演作物蒸腾和土壤水分利用率的区域分异[J].中国科学：地球科学，2001（11）：959-968.

[3]邱新法，曾燕，刘昌明.陆面实际蒸散研究[J].地理科学进展，2003（2）：118-124.

[4]张长春，魏加华，王光谦，等.区域蒸发量的遥感研究现状及发展趋势[J].水土保持学报，2004（2）：174-177.