簡介： 應(yīng)用距平及差積曲線分析和坎德爾(Kendall)秩次相關(guān)檢驗表明，和田綠洲氣溫存在著遞增趨勢，處于變暖期；受氣溫影響，蒸發(fā)能力、空氣濕度也呈增加趨勢，但不顯著；降水年際變化較大，年內(nèi)分配趨于集中，有降水異�，F(xiàn)象出現(xiàn)；由于人類活動，河流徑流減少十分顯著。
關(guān)鍵字：和田河流域 氣溫 濕度 蒸發(fā) 降水 徑流
中圖分類號：P339文獻標識碼：A
由于人類活動影響，目前全球氣候有增溫趨勢[1,2]，研究氣候變化對水循環(huán)的影響已成為水文工作者關(guān)注的焦點。和田綠洲氣候變化引起了水循環(huán)要素的變化，蒸發(fā)和空氣濕度呈增加趨勢，但不明顯；降水異�，F(xiàn)象出現(xiàn)；由于人口增長，灌溉面積擴大，引水量顯著加大，導(dǎo)致河流徑流顯著減小。
1 和田綠洲概況
和田綠洲位于新疆塔里木盆地南部邊緣，曾經(jīng)是絲綢之路上一顆璀璨的明珠。綠洲內(nèi)灌溉農(nóng)業(yè)歷史悠久，形成了獨具特色的綠洲小氣候。和田綠洲內(nèi)有墨玉縣、和田縣、洛浦縣及和田市，綠洲與沙漠交錯分布，生態(tài)環(huán)境極其脆弱[3]。和田綠洲降水稀少，蒸發(fā)劇烈，光熱資源豐富，屬典型的大陸性干旱氣候。綠洲內(nèi)是以維吾爾族為主的少數(shù)民族聚居區(qū)，又是一個以灌溉農(nóng)業(yè)為生存依據(jù)的經(jīng)濟落后地區(qū)，氣候條件及人類活動所引起的變化，導(dǎo)致
河流徑流銳減，威脅了綠洲的生存。和田綠洲年降水量3.4～100.9mm，多年平均為36.4mm，農(nóng)作物依賴和田河水灌溉。和田河發(fā)源于昆侖山和喀拉昆侖山北麓，流出高山峽谷，澆灌了和田綠洲，自南向北縱貫塔北克拉瑪干大沙漠，匯入塔里木河，目前是塔里木河三大源流之一。和田河多年平均流入和田綠洲的水量為44.8億m3，由于綠洲用水以及沿程蒸發(fā)滲漏損失，注入塔里木河多年平均水量僅10.47億m3。和田河屬冰川融雪及降水混合補給型河流，豐枯與氣候變化密切相關(guān)，直接影響綠洲內(nèi)各種經(jīng)濟活動，也影響向塔里木河干流的輸水。
2 氣溫變化
和田綠洲內(nèi)有洛浦、和田、墨玉3個氣象站，分析中采用了1954～2000年實測的年平均氣溫，以及1971～1995年的月平均氣溫。
2.1 氣溫的年際變化 表1列出了1954～1995年實測氣溫、比濕、降水和蒸發(fā)變化情況。由表1可知，從1954年到2000年，和田綠洲氣溫持續(xù)上升，增加了0.86℃，說明該段時期氣候處于變暖期，與全球氣候變化相一致[1]。50～60年代氣溫變化不大；而70～80年代氣溫增加顯著。
表1 和田綠洲氣溫及水循環(huán)要素歷年變化
時段 | 1954～1959 | 1960～1969 | 1970～1979 | 1980～1989 | 1990～2000 |
平均溫度(℃) 平均比濕(%) 平均降水量/mm 平均蒸發(fā)量/mm | 12.00 41.33 38.0 2466 | 12.01 42.04 34.1 2543 | 12.28 42.47 32.8 2649 | 12.42 41.96 57.6 2803 | 12.86 42.02 37.6 2694 |
氣溫逐年增長主要受全球氣候變暖趨勢的影響，同時也與綠洲內(nèi)人類經(jīng)濟活動規(guī)模擴大有關(guān)。氣候的變暖必然導(dǎo)致和田河流域的水循環(huán)時空的變化，依賴和田河水資源生存和發(fā)展的和田綠洲因而面臨新問題。
2.2 氣溫年內(nèi)變化 和田綠洲多年平均氣溫12.2℃。以多年平均值為基礎(chǔ)分析各月氣溫，全年大于平均氣溫的時間從4月持續(xù)到10月，共7個月。用變差系數(shù)Cv作為衡量年內(nèi)各月平均氣溫相對變化性[3]，其結(jié)果見表2。其中5～9月的變率相對較小，多年來其平均氣溫的變化幅度在3～4.9℃，即夏季氣溫相對穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)極端酷暑或涼夏的異�，F(xiàn)象。冬季，11～2月為最寒冷季節(jié)，氣溫變率相對較大，極端最低氣溫可達到-23.2℃，比該年的月平均最低氣溫低10.1℃。冬季氣溫的急劇變化會給當?shù)厝嗣裆詈徒】祹硪欢ǖ呢撁嬗绊懀欣谕甑牟∠x害防治，農(nóng)業(yè)豐收。
表2 和田綠洲多年月平均氣溫及其變率
月 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 年平均 |
最小 最大 平均 Cv | -12.1 -1.9 -4.7 -0.46 | -6.8 3.2 0.0 / | 6.5 10.8 8.5 0.15 | 14.2 19.4 16.5 0.08 | 18.2 23.1 20.8 0.06 | 22.0 26.1 23.9 0.05 | 22.7 27.7 25.5 0.04 | 22.3 26.8 24.4 0.05 | 17.7 20.7 19.7 0.04 | 10.6 14.4 12.4 0.08 | 1.7 7.4 4.3 0.30 | -8.8 0.1 -3.0 -0.72 | 11.1 13.2 12.2 0.04 |
注：上表中溫度單位為℃；Cv為系列的變差系數(shù)。 | |||||||||||||
2.3 氣溫變化的趨勢性 圖1表明過去近50年來和田綠洲氣溫具有遞增趨勢。依據(jù)坎德爾(Kendall)秩次相關(guān)檢驗[4]，當n=47，信度水平α=0.05時，檢驗統(tǒng)計量U=-2.37，其絕對值大于Uα/2=1.96，表明和田綠洲氣溫遞增趨勢明顯。和田綠洲氣溫線性趨勢回歸方程為：
T=11.92+0.0147t | (1) |
式中：T表示年平均氣溫；t表示時間，t=1,2,…47。利用線性趨勢的回歸檢驗[4]，統(tǒng)計量T=2.57，大于Tα/2=2.23；可判定和田綠洲氣溫的線性趨勢顯著。
依據(jù)這一趨勢性預(yù)測的2050年平均氣溫為13.3℃；即比1954年增長1.4℃。文獻[9]應(yīng)用Hadley中心海-氣耦合模式，同時考慮溫室氣體和氣溶膠的作用預(yù)測塔里木盆地氣溫變化趨勢，其結(jié)果與本研究基本相符；但本研究表明冬季增溫顯著，夏季氣溫穩(wěn)定；這則與文獻[9]差異較大。與IPCC最新公布的4個大氣與海洋耦合GCMs情景模擬的平均結(jié)果相比，也很接近；IPCC4個模式在該區(qū)域 |
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圖1 和田綠洲氣溫差積與距平曲線 |
2020～2039年平均增溫0.9℃(引自http//ipcc-ddc.cru. uea. ac. uk)，本研究表明在這一時段內(nèi)增溫約0.7℃。
3 蒸發(fā)變化
和田綠洲氣候干旱，實測年蒸發(fā)量為2219～3137mm，多年平均2684mm，遠大于降水量，足以說明和田綠洲的蒸發(fā)劇烈程度。用干燥指數(shù)來描述氣候干旱程度，則和田綠洲的干燥指數(shù)為25～842。最小值發(fā)生在1987年，降水量達最大100.9mm，但蒸發(fā)量2505mm不是最小值；最大值發(fā)生在1985年，降水量為最小3.4mm，蒸發(fā)量則高達2864mm。
3.1 蒸發(fā)的年際變化 由表1和圖2可知，和田綠洲的蒸發(fā)量在80年代后呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，與氣溫變化基本一致。和田氣候變暖會引起蒸發(fā)加劇，從而降低作物的水分利用效率，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利。
3.2 蒸發(fā)的年內(nèi)變化 和田綠洲年內(nèi)各月蒸發(fā)量實測值見表3。月蒸發(fā)量隨季節(jié)變化而變化，冬季(11～2月)蒸發(fā)最小，只占蒸發(fā)總量的953%；初春秋末(3月和10月)由于氣溫升降快，蒸發(fā)變化迅速，占總蒸發(fā)量的13.8%；年內(nèi)蒸發(fā)主要集中在4～9月，與氣溫變化一致。 |
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圖2 和田綠洲年蒸發(fā)量的距平和差積曲線 |
從蒸發(fā)變率來看，蒸發(fā)量越大，蒸發(fā)變率越小，蒸發(fā)越穩(wěn)定；冬季蒸發(fā)變率大于夏季，即夏季蒸發(fā)較冬季穩(wěn)定。分析冬季(11～2月)蒸發(fā)序列表明，存在與冬季氣溫變化一致的顯著遞增趨勢，其線性回歸方程為：
E=232.9+1.95t R=0.419 | (4) |
式中：E為冬季蒸發(fā)量；其余符號同上。
表3 和田綠洲歷年各月蒸發(fā)及其變率(單位：mm)
月 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 年 |
最小 最大 平均 均值比 Cv | 16 58 42 1.54 0.25 | 28 106 76 2.81 0.26 | 136 248 195 7.22 0.17 | 226 391 311 11.5 0.11 | 289 444 376 13.9 0.11 | 329 474 397 14.7 0.09 | 314 497 393 14.5 0.09 | 284 406 339 12.5 0.10 | 185 359 260 9.60 0.13 | 145 221 178 6.58 0.10 | 67 128 96 3.55 0.15 | 20 63 44 1.63 0.25 | 2219 3137 2648 0.08 |
注：上表中月數(shù)據(jù)統(tǒng)計時段為1971～1995年，年數(shù)據(jù)統(tǒng)計時段為1954～1995年；均值比例指各月的平均值與多年平均值(2707mm，即1971～1995年的均值)之比。 | |||||||||||||
從以上分析得知，和田綠洲蒸發(fā)主要受氣溫的影響。通過冬季氣溫與蒸發(fā)的相關(guān)分析，二者的相關(guān)系數(shù)為0.853，遠遠高于年氣溫與蒸發(fā)之間的相關(guān)系數(shù)(0.490)，而在其余季節(jié)，二者的相關(guān)系數(shù)為0.507，即冬季氣溫對冬季蒸發(fā)的影響更大，其余季節(jié)次之。和田綠洲氣溫，尤其是冬季氣溫的升高，對當?shù)氐乃胶夂蜕鷳B(tài)環(huán)境將會產(chǎn)生重要影響，值得關(guān)注。
4 濕度變化
4.1 比濕的年際變化 比濕是衡量空氣濕度的重要指標，收集到和田1954年以來年平均值和1970以來的月平均值。蒸發(fā)的增大一般會使空氣濕度增大，但和田綠洲內(nèi)部綠地與沙漠交錯分布，外部又三面被塔克拉瑪干大沙漠包圍，蒸發(fā)的水汽迅速擴散消耗，導(dǎo)致綠洲濕度沒有增加。由圖3可以看出，47年來比濕變化與蒸發(fā)相接近；依據(jù)坎德爾(Kendall)秩次相關(guān)檢驗[4]，當n=47，信度水平α=0.05時，檢驗統(tǒng)計量U=1.68，其值小于Uα/2=1.96，表明濕度無明顯遞增趨勢。
4.2 濕度的年內(nèi)變化 表4列出了1970～2000年比濕的各月特征值。由表4可知，冬季(12～2月)比濕較高，但變化也較大，反映在Cv較大上；春季(3～5月)較低；夏季比濕相對穩(wěn)定，Cv較小。冬季和田綠洲沒有農(nóng)作物生長，這時空氣濕度高沒有實際意義。春季因風(fēng)多，空氣中的水汽擴散很快，因此濕度最低，故需要大量灌水，以滿足作物發(fā)芽和生長。 |
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圖3 和田綠洲比濕距平與差積曲線 |
表4 和田綠洲歷年各月比濕及其變率
月 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 年均 |
最大 最小 平均 Cv | 75 38 54.7 0.15 | 81 24 45.7 0.28 | 53 27 35.0 0.22 | 39 24 29.5 0.16 | 47 26 34.8 0.15 | 48 31 38 0.14 | 55 34 43.2 0.13 | 55 35 45.1 0.10 | 59 37 44.1 0.12 | 57 33 42.7 0.13 | 59 37 45.6 0.13 | 76 37 45.6 0.13 | 48.7 35.5 42.8 0.08 |
注：上表中月均值計算時段為1971～1995年，年均值為1954～1995年；比濕單位為kg/kg。 | |||||||||||||
5 降水變化
和田綠洲降水量極少，不直接產(chǎn)流，是該地區(qū)干旱的主要原因之一。降水變化特征分析，對了解其變化趨勢及未來雨水資源利用具有重要意義。
5.1 降水的年際變化 和田綠洲降水實測值如表1所示。從50年代到70年代，年平均降水量逐漸減少，到80年代開始上升，90年代降水量達到最高。年降水量存在不明顯的遞增趨勢，降水變率Cv 為0.59，比甘肅敦煌的0.57稍大[3]。
由表1可知，50年代中后期到70年代末，降水量都小于多年平均降水量(36.4mm)，并且在逐漸減��；其中70年代為枯水期，降水量比多年平均值低9.9%。80年代與90年代降水都高于多年平均情況，其中80年代為豐水期，降水量超出多年平均值的30.8%。年降水量差積曲線如圖4所示，和田綠洲的年降水量變化可分為3個階段，1954～1971年之間，年降水量呈遞減趨勢，但不十分明顯；1972年為偏豐年，使差積曲線抬升，隨后從1973～1986年之間，年降水量逐漸遞減，較前一遞減段的趨勢更明顯；第3段初期，1987年和1988年連續(xù)出現(xiàn)豐水年；進入90年代后降水豐枯交替頻繁。
利用氣候異常的概念[5]來分析年際降水量的變化。如果某年降水量Pi滿足下式則認為該年降水量異常：
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式中：σ為年降水系列的均方差，經(jīng)分析計算σ=21.4。在42年的實測序列中，只有72、87和88年降水量偏多異常，而沒有出現(xiàn)降水量偏少異常，見圖4。
5.2 降水的年內(nèi)變化 和田綠洲歷年降水的年內(nèi)分配見表5。降水主要集中于5～８月，降水量為25.9mm，占全年降水量的72.8%。初春和晚秋時降水最少，不利于春季播種。同月年際間的降水變化很大，從0.0～42.3mm，導(dǎo)致降水變率也大。從降水變率分析可知，降水較多季節(jié)的降水相對較穩(wěn)定，而降水稀少季節(jié)的變率大，穩(wěn)定性差。 |
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圖4 和田綠洲降水量距平與差積曲線 |
表5 和田綠洲歷年月降水及其變率
月 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 年 |
最小 最大 邊續(xù)無降水日數(shù) 平均 Cv | 0.0 11.1 11 1.6 1.68 | 0.0 11.9 8 2.3 1.54 | 0.0 9.9 16 0.8 2.81 | 0.0 11.2 10 1.6 1.75 | 0.0 42.3 4 7.3 1.56 | 0.0 27.5 2 8.3 1.08 | 0.0 21.7 3 5.6 1.17 | 0.0 28.7 5 4.7 1.58 | 0.0 20.6 14 2.1 2.23 | 0.0 14.2 20 1.2 2.59 | 0.0 1.1 22 0.1 2.91 | 0.0 7.9 14 1.7 2.39 | 3.4 100.9 22 35.6 0.59 |
注：上表中降水單位mm；以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自1971～1995年；無降水月數(shù)是在25年的實測月降水資料中統(tǒng)計得到；Cv 為系列的變差系數(shù)，又稱做降水變率。 | |||||||||||||
6 徑流
如前所述，和田河是綠洲生存的命脈。由于氣候原因，和田河支流玉龍喀什河與喀拉喀什河在出山口處的流量已表現(xiàn)出不明顯的遞減趨勢。和田河流入灌區(qū)后，由于人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴大，灌溉面積逐年增加，灌溉用水也不斷增大。70年代以后，隨著節(jié)水灌溉措施的推廣，引水量有減少傾向，但不明顯。這導(dǎo)致和田河匯入塔里木河的水量遞減趨勢相當明顯，其線性趨勢以方程表達為：y=-0.1555t+12.562[6]。如果按此趨勢發(fā)展下去，和田河
將在80年后斷絕與塔里木河的水力聯(lián)系[7]。為了和田綠洲自身的發(fā)展，也為了塔里木河下游生態(tài)環(huán)境的重建，和田綠洲都需要加大節(jié)水力度，特別是農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水。這樣，才能保證綠洲經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
7 結(jié)語
近半個世紀以來和田綠洲正處于變暖期，氣溫總體呈遞增趨勢，經(jīng)Kendall秩次檢驗趨勢性顯著。蒸發(fā)量主要受氣溫變化影響，其變化與氣溫較一致，存在遞增趨勢。和田綠洲由于土壤母質(zhì)、氣候以及人類活動等原因，灌區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化和次生鹽堿化較嚴重。降水變化與氣溫相差甚大，隨氣溫的增加，降水是先減少后又增加，年際之間的變化很大，從3.4～100.9mm。由于和田綠洲三面為塔克拉瑪干大沙漠包圍，盡管蒸發(fā)增大，但因水汽迅速向周圍干燥的沙漠擴散，故空氣濕度并無明顯變化。從水循環(huán)角度看，由于氣溫升高，蒸發(fā)增大，降水趨于集中，而濕度無明顯變化。這表明水分在和田綠洲滯留時間變短，換言之，側(cè)支水循環(huán)增大而河川地表徑流減少，使這一極端干旱區(qū)可利用水資源更加短缺。對農(nóng)業(yè)而言，這將導(dǎo)致土壤蒸發(fā)增大會使土壤積鹽更為嚴重；因為少量降水只能濕潤土壤，達不到洗鹽的效果，反而會引起下層土壤鹽分的上升[8]，不利于作物生長。因此，有必要在研究氣溫變化對水資源影響的同時，關(guān)注其對土壤水鹽運動的影響。
參 考 文 獻：
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收稿日期：2002-04-10
作者簡介：沈冰（1948-），男，浙江湖州人，教授，主要從事旱區(qū)水文水資源研究。
