2015―2016年塔克拉玛干沙漠腹地天然绿洲气温及相对湿度变化特征∗

黄晶晶，张峰†，师庆东，金莉莉

(1.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐830046；2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站，新疆乌鲁木齐830002)

0 引言

达理雅博依绿洲位于克里雅河尾闾沙漠腹地，受人类垦殖影响较小，依然保持着天然的状态，为一处原始绿洲[1,2]．该绿洲现处于由原始绿洲向人工绿洲演化的初始阶段，在沙漠绿洲环境研究中有着十分重要的科学价值[3,4]，为诸多学者所关注[5]．通过对该天然绿洲的研究可获取能够反映过去时期的绿洲环境及绿洲效应等问题的细节，亦可分析天然与人工绿洲气候与生态系统的差异性．然而该绿洲的实测资料，尤其是基本观测资料依然稀缺，影响到许多相关问题的深入探究，如绿洲与沙漠这对共存复合体的关系[6]、沙漠与天然绿洲的小气候特征[7]，天然与人工绿洲的小气候差异[8]等．已有学者对塔克拉玛干沙漠及其周缘人工绿洲的气候特征和绿洲效应进行过大量研究[9−11]，然而对天然绿洲的相关工作较少．也有学者从理论上研究了孤立绿洲系统的演变特征[12]，但是缺少实地观测数据的支持．本文以达理雅博依天然绿洲为研究区，利用2015—2016年该绿洲首台区域气象站所观测的气温和相对湿度数据，分析了该绿洲气温及相对湿度的变化特征，以及其平均变化、日变化及季节变化的特征，并对达理雅博依天然绿洲与人工绿洲及沙漠地区的气候差异进行分析讨论，为研究绿洲生态环境与过程[9]，绿洲环境的演化[13]与变迁[14,15]，及绿洲发展趋势的预测等提供基础[16]．

1 研究区概况

达理雅博依绿洲位于塔克拉玛干沙漠腹地克里雅河下游238 km处呈扇状分布的平原干三角洲上[1,17,18]（图1）．该干三角洲现存面积约324 km[17]，极为干燥，多浮尘天气[3]．由于间歇性洪水作用，河岸两侧河漫滩分布胡杨林、红柳与芦苇等灌草植被[19]．绿洲水源补给主要依赖于克里雅河，其沿岸及东西两侧风沙地貌类型多样[20]．

图1 研究区及气象站地理位置Fig 1 The location of study area and meteorological stations

2 材料与方法

达理雅博依绿洲的气象数据来源于2015年1月9日在乡政府附近建立的该绿洲首架区域自动气象站（38◦22′N，81◦52′E）（图2），该气象站南至于田气象站约170 km，东至塔中气象站约170 km．空气温度传感器采用ZQZ-TW系列铂电阻式，湿度传感器采用江苏省无线电科学研究所生产的DHC2型，数据采集时间间隔为1 min，气象站采用地方时（较北京时间晚2.54 h）．由于自动气象站故障，2015年8月至11月部分数据缺测．通过SPSS（19.0）软件采用回归分析方法对2015年各月均温、月均相对湿度进行拟合．月均温拟合方程为：y=−0.024x3−0.646x2+12.186x−20.137，R2=0.971；月均相对湿度拟合方程为：y=−0.016x3+1.046x2−10.478x+59.959，R2=0.741．根据拟合结果对2015年9月和11月月均温和月均相对湿度做了插值处理．8月和10月各值则基于实测值由各月每日气温和相对湿度数据作算术平均得出．年平均气温为各月月均温的平均值；月均温则由各月每日气温作算术平均得出；日均温为同一月份同一时刻不同日期的值进行累加后的平均值．2015年各季典型月份选取分别为4月、7月、10月和12月．

图2 区域自动气象站现场图Fig 2 The scene diagram of automatic meteorological station

3 结果分析

3.1 年内变化特征

达理雅博依绿洲2015―2016年平均气温的年变化接近正弦曲线变化（图3），其中2015年1月、5月和6月的变化幅度比其他月份相对较小．最高气温出现在2015年7月29日，为33.1℃，最低气温出现在2015年12月30日，为−14.8℃．

图3 达理雅博依2015—2016年气温和相对湿度变化曲线（实测值）Fig 3 Temperature and relative humidity variation of Daliyaboyi from 2015 to 2016 based on the observed values

达理雅博依绿洲2015―2016年平均相对湿度年变化亦具有明显的周期性，且与气温呈反相位变化（图3），其中2015年3月、4月和7月的变化幅度比其他月份相对较小．2015年平均相对湿度最高值出现在12月17日，为83.6%，6月26日次之为81.1%，可能受到云量影响；最低值出现在5月11日，为13.3%．

3.2 月平均变化特征

达理雅博依绿洲2015年年平均气温为11.8℃，气温年较差为36.3℃．各月平均气温处于0℃以上的月份有9个，低于0℃的月份有3个．月均温最高值（28.6℃）出现在7月，最低值（-6.7℃）出现在1月．该绿洲2015年平均相对湿度为40.2%．12月为月均相对湿度的最高值（60.3%），4月为最低值（25.6%）（图4）．

图4 达理雅博依2015―2016年月平均气温和月平均相对湿度的变化曲线Fig 4 Monthly mean temperature and relative humidity variation of Daliyaboyi from 2015 to 2016

达理雅博依与塔中地区、于田县2015—2016年月均温的变化趋势基本一致（图5 a），均在7月达到最高，1月降至最低．该绿洲2015年月均温最高值为28.6℃（7月），低于塔中地区的30℃（7月）；2015年月均温最低值为-6.7℃（1月），高于塔中地区的-8.2℃（1月），显示出绿洲与沙漠气温环境的差异性，以及在同一沙漠大环境中不同植被覆盖度下的小气候的差异性．相比其上游于田县2015年的月平均气温最高值26.8℃（7月），达理雅博依高出1.8℃，最低值则比于田县的-2.7℃（1月）低4℃，由此可见植被覆盖度引起的小气候差异性以及广袤的沙漠对其腹地绿洲的影响较其边缘绿洲要大．

达理雅博依与塔中地区、于田县2015—2016年平均相对湿度的变化趋势基本一致（图5 b），均在12月达到最高，该绿洲与塔中地区在4月降至最低，于田县3月降至最低．该绿洲2015年月平均相对湿度最高值为60.3%（12月），高于于田县（55%，12月），低于塔中地区（63%，12月）．最低值25.6%（4月）高于塔中的21.0%（4月），高于于田县的23.0%（3月）．可见天然绿洲植物蒸腾作用所导致的水汽上升、气压减小对相对湿度的影响较为剧烈．

图5 塔中地区、于田县、达理雅博依2015—2016年气温和相对湿度变化曲线Fig 5 Temperature and relative humidity variation of Tazhong region,Yutian county and Daliyaboyi from 2015 to 2016

达理雅博依6月平均气温略有下降，且平均相对湿度略有上升，塔中地区和于田县亦同（图4、图5）．根据NASA LAADS数据（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）对塔里木盆地2015年5月、6月和7月的MODIS 1B影像（MOD02Q KM 250M）云量进行目视主观判读，得出塔里木盆地6月间多云和阴天的天数较多，7月次之，5月最少（图6，表1）．克里雅河6月至8月为洪水期[21]，此间多发洪水，造成克里雅河上游于田县以及尾闾达理雅博依得到较多水分，使得相对湿度明显增高．然而塔中地区相对湿度也较高，因而可认为这期间的气温和湿度变化是受云量影响所致．

图6 MODIS 1B数据云量主观判读标准Fig 6 The subjective identification standard of MODIS 1B data on cloud amount

表1 塔里木盆地2015年5月、6月及7月MODIS 1B数据（MOD02Q KM 250M）影像云量目视主观判读统计Tab 1 The visual subjective identification statistics of MODIS 1B data(MOD02Q KM 250M)on cloud amount of Tarim Basin in May,June and July in 2015

3.3 典型月份日变化特征

3.3.1 气温变化特征

达理雅博依绿洲2015—2016年各月气温的日平均变化亦具有周期性（图7），曲线形态与沙漠地区的气温日变化曲线相似[7]，表现出沙漠气候的特征，且该绿洲每月气温的日平均变化规律基本一致，一天中均有一个最高值和一个最低值．2015年春季（4月）气温平均值为17.0℃，夏季（7月）为28.6℃，秋季（10月）为9.9℃，冬季（12月）为-6.4℃．

该绿洲2015年每月气温日平均最高值均出现在17:00—18:00，但各季节最低气温出现的时间不同．春、夏季节最低气温出现在07:00—08:00，而秋、冬季节出现在09:00—10:00，这是由于日出时间秋、冬季节较春、夏季节晚，并且该绿洲秋、冬季节的日平均相对湿度比春、夏季节的高（图8），日出晚，空气湿润程度高，从而使得气温的降低减慢．由于绿洲所处的沙漠地区比热容较小，加之植被覆盖相对缺乏，随着太阳升起，大气因吸收地面辐射急剧增温，反之则随着日落而骤然减小，故在日出至12:00，18:00至日落这两个时段，该绿洲气温变化曲线斜率明显较大．冬季日落至日出这时段的曲线斜率较春、夏、秋季小，可能是由于冬季太阳辐射较夏季偏低所致．

图7 达理雅博依绿洲2015年典型月份气温的日平均变化Fig 7 Daily variation of temperature in typical months of the Daliyaboyi Oasis in 2015

图8 达理雅博依绿洲2015年典型月份相对湿度的日平均变化Fig 8 Daily variation of relative humidity in typical months of the Daliyaboyi Oasis in 2015

3.3.2 相对湿度变化

达理雅博依绿洲2015—2016年各月相对湿度的日平均变化规律一致（图8），一天中均有一个最高值和一个最低值．2015年春季（4月）相对湿度平均值为25.6%，夏季（7月）为33.7%，秋季（10月）为36.2%，冬季（12月）为60.3%．冬季相对湿度较大，春季、夏季及秋季相对湿度较小．

该绿洲2015年每月相对湿度的日平均最低值均出现在17:00—18:00，而最高值出现的时间不同，春、夏、秋季节最高相对湿度均出现在08:00，而冬季出现在10:00．夜间近地面水汽积累比白天多，故相对湿度较白天高．与气温日变化相似，受日照及蒸发强度的影响，日出至12:00与18:00至日落这两时段的曲线斜率同样较大．冬季日落至日出这时段的曲线斜率较春、夏、秋季小，可能是由于冬季日出时间较晚，气温较低，水汽较高，从而使得相对湿度的增加减慢．

该绿洲日相对湿度与日气温最大、最小值出现的时间一致，二者的变化幅度与程度相似，变化趋势相反．

3.4 日温极值与日较差变化特征

2015—2016年该绿洲日最高温和最低温的变化趋势基本一致（图9），均在7月达到最高，12月降至最低．2015年7月26日出现日最高温的最大值43.2℃，日最低温的最小值-21.6℃出现在12月25日．

图9 达理雅博依绿洲2015—2016年日温极值变化（实测值）Fig 9 Measured value of daily maximum and minimum temperature of the Daliyaboyi Oasis from 2015 to 2016

2015年该绿洲气温日较差（日最高温和最低温的差值）平均值为18℃（图10）．最大气温日较差出现在夏季（29.3℃，7月25日），这一天最高温为42.5℃，最低温为13.2℃．最小气温日较差出现在冬季（4.4℃，12月12日），这一天最高温1.1℃，最低温−3.3℃．夏季日照时数长，下垫面吸收太阳短波辐射，对大气的升温作用明显；冬季反之．

图10 达理雅博依绿洲2015—2016年气温日较差变化（实测值）Fig 10 The observed annual variation of daily temperature range of the Daliyaboyi Oasis from 2015 to 2016

4 结论

达理雅博依绿洲2015年平均气温为11.8℃，年内气温的最高值28.6℃出现在7月，最低值−6.7℃出现在1月．该绿洲与同纬度下的沙漠腹地气温环境存在差异，年内气温最高值较塔中地区低1.4℃，最低值高1.5℃，显示着沙漠地区不同下垫面的小气候差异．沙漠对于腹地天然绿洲的影响较其边缘人工绿洲要大，该绿洲气温的最高值比于田县高1.8℃，最低值低4℃，可见随着植被覆盖度的变化，天然与人工绿洲的小气候特征也发生改变．该绿洲各月气温日平均变化亦具有周期性，气温日变化曲线斜率随日出日落急剧变化，与沙漠相类似．该绿洲2015年日最高气温和最低气温的变化趋势基本一致，均在7月达到最高，12月降至最低．气温日较差平均值为18℃．

达理雅博依绿洲2015—2016年平均相对湿度年变化与气温呈反相位．2015年该绿洲月均相对湿度最高值为60.3%，出现在12月，低于该月塔中地区的63.0%，高于于田县的55.0%；最低值为25.6%，出现在4月，高于该月塔中地区的21.0%，高于于田县3月份的23.0%．可见天然绿洲植物蒸腾作用对相对湿度的影响较为剧烈．受云量影响，三地区6月平均气温均略有下降，且平均相对湿度略有上升．该绿洲每月相对湿度的日平均变化规律一致，冬季相对湿度的日变幅较其他季节更为平缓，且相对湿度较春、夏、秋季大．