近百年塔吉克斯坦潜在蒸散量时空分布特征

加依娜古丽·窝扎提汗，巴特尔·巴克，吴燕锋，Rasulov H H

（1.新疆农业大学 草业与环境科学学院，乌鲁木齐830052；2.塔吉克农业大学 水文气象系，塔吉克斯坦 杜尚别734003）

2013年IPCC第五次评估报告第一工作组报告中指出，1983—2012年这近三十年可能是北半球自1400年以来最热的三十年，1901—2012年全球海陆表面平均气温上升了0.89℃（0.69～1.08℃）［1］，1951—2012年平均气温上升了0.72℃（0.49～0.89℃）［1］。气候变暖已成为“不可争论”的事实。气候变暖不仅改变着水资源的时空分布，还严重影响了各地的社会经济、生态环境和人们的日常生活。气候变化对水资源的影响中，潜在蒸散量变化是一个不可忽略的影响因子。潜在蒸散量是水循环的重要组成部分，在水量平衡和能量平衡中起到非常关键的作用［2－5］。近几年来国内学者对潜在蒸散量进行了研究，得出较一致的结果是全国不同地区，太阳辐射和风速的减少是潜在蒸散量下降的主要原因［6－11］。这表明，影响潜在蒸散量的气候因子较多，不同地区的气候特征决定着潜在蒸散量的变化和主要因子存在区域性差异。

塔吉克斯坦位于中亚东南部，是个多山及干旱的国家，分布在亚热带边界和温带气候区。塔吉克斯坦有丰富的水资源，所以被称为中亚国家中的“水塔”，是中亚国家包括我国新疆南疆地面水资源的主要来源。但是，最近全球气候变暖，使帕米尔高山上的冰川快速消融，使得这一区域的干旱、山体滑坡以及粮食短缺和疾病现象不断加剧［12－13］，当地冰雪覆盖面积也减少了1／3［14］。塔吉克斯坦两大河流阿姆河和锡尔河最终流入咸海，但是最近几十年咸海面积急剧缩小，已经分成3个小湖，到了2007年3个小湖总面积缩小到咸海极盛时的10%，咸海已经不存在了［15］。因此，在全球气候变暖的大背景下，本文讨论该区潜在蒸散量的时空变化特征，为水资源的合理开发与利用提供科学依据并为生态环境保护措施提供参考依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

塔吉克斯坦位于欧亚大陆的中心，是中亚独联体南部的一个国家，纬度36°40′—41°05′，经度67°31′—75°14′。塔吉克斯坦国土面积是14.31万km2，东西长达700km，南北跨越350km。北边和西边分别与乌兹别克斯坦和吉尔吉斯斯坦接壤，南邻阿富汗，东边与中国接界。该国边界周长共计3 000km。国土划分为4个行政区域：索格特州、哈特隆州、戈尔诺—巴达赫尚自治州以及国家直辖区。塔吉克斯坦全境属典型的大陆性气候，气温变化明显，南北温差较大，降水稀少。塔吉克斯坦有三条较大的河流和卡腊库利湖，由北到南依次是锡尔河、泽拉夫尚河、阿姆河及其支流喷赤河、瓦赫什河。由高原奔腾而下的河水落差大，形成丰富的水力资源。塔吉克斯坦是一个“山地之国”。山区面积约占国土总面积的93%。其中，50%以上的地区海拔高于3 000m。海拔高度从海拔300m到7 495m不等。西部沙漠和图兰低地的半沙漠缓慢转变为丘陵地带。向东是青藏高原和巨大的天山山脉。这种地理位置使其自然条件和环境极具多样性。该国地形形态不一，北面是费尔干纳盆地（Ferghana valley）和苦拉敏（Kuramin）山岭。共和国的中央地区是科希斯坦山脉，东面是帕米尔高原——塔吉克斯坦最严寒的山区（最高峰是索莫尼峰Ismoil Somoni），海拔高度为7 495m。

1.2 数据来源

采用英国 East Anglia大学 Climatic Research Unit（CRU）最近释放的1901—2010年全球陆面月平均地面数据集CRU－TS－3.1，其空间分辨率为0.5°×0.5°（http：∥badc.nerc.ac.uk／browse／badc／cru／data），是nc格式数据。

1.3 研究方法

采用趋势分析、滑动平均、累计距平、Mann－Kendall突变检验法、小波分析法以及Kriging插值法对塔吉克斯坦近百年（1901—2011年）潜在蒸散量时空变化进行分析［16－21］。潜在蒸散量数据四季划分是：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）。

2 结果与分析

2.1 潜在蒸散量的时间变化趋势

2.1.1 潜在蒸散量的年代际变化 塔吉克斯坦1901—2011年平均潜在蒸散量为937.70mm，最高值出现在1917年，其值为1 009.53mm，最低值出现在1969年，其值为866.24mm，极差为143.29mm。塔吉克斯坦百年潜在蒸散量总体上呈微弱的减少趋势（图1A），气候倾向率为－1.25mm／10a。从塔吉克斯坦地区累计距平（图1B）可知，在1901—1947年呈增加趋势，1947年达到最大值。1947—2011年呈较少趋势，1988年达到最小值而后增加。

图1 1901－2011年塔吉克斯坦百年年平均潜在蒸散变化趋势

2.1.2 潜在蒸散量的季节变化 塔吉克斯坦四季潜在蒸散量均呈小幅下降趋势（图2）。春季平均潜在蒸散量为231.31mm（图2A1），呈微弱的增加趋势，其气候倾向率为0.2mm／10a，潜在蒸散量最高值出现在2000年，其值为272.59mm，最低值出现在1906年，其值为190.83mm。从累计距平曲线（图2A2）可知，该区潜在蒸散量在1901—1919年期间呈显著的增加趋势，1947年达到最高值后逐渐减小，1998年达最低值而后呈增加趋势。夏季平均潜在蒸散量为433.21mm（图2B1），呈明显的下降趋势，气候倾向率为－1.36mm／10a，潜在蒸散量最高值出现在1914年，其值为462mm，最低值出现在1993年，其值为387.61mm。从塔吉克斯坦夏季累计距平曲线（图2B2）可知，1901—1927年呈显著增加趋势，1927年达到最高值，而后呈下降趋势，到1999年降至最低，而后开始增加。秋季平均潜在蒸散量呈微弱的下降趋势（图2C1），其值为201.14mm，气候倾向率为－0.36mm／10a，最高值出现在1915年，其值为217.42mm，最低值出现在1982年，其值为180.81mm。从累计距平曲线（图2C2）可以看出，该区秋季累计距平曲线在1901—1956年期间呈增加趋势，到1956年达最大值，而后下降，到1996年至最低。冬季平均潜在蒸散量为71.17mm，呈微弱的增加趋势（图2D1），气候倾向率为0.01mm／10a，最高值出现在1965年，其值为82.83mm，最低值出现在1968年，其值为57.56mm。从冬季累计距平曲线（图2D2），可知，该区冬季累计距平曲线在1901—1927年期间呈呈增加趋势，1927年达到最高值，而后呈明显的下降趋势，到1934年最低，然后开始波动增加。

图2 塔吉克斯坦地区四季潜在蒸散量的年际变化趋势（1901－2011年）

2.1.3 潜在蒸散量的突变分析 塔吉克斯坦年平均潜在蒸散量M－K检验结果表明（图3A），UF和UB曲线在1911年超出a＝0.05的临界线（y＝±1.96），UF和UB曲线多次相交于临界线之间，20世纪30年代开始发生突变，突变后塔吉克斯坦年平均潜在蒸散量呈现出明显的下降趋势。春季平均潜在蒸散量（图3B）可知，UF和UB曲线多次相交于临界线之间，并在1913年超过了临界线，春季平均潜在蒸散量在20世纪50年代开始发生突变，突变后呈现出显著的下降趋势。塔吉克斯坦夏季平均潜在蒸散量（图3C）可知，UF和UB曲线相交于临界线之间，并在1910年超过了临界线，突变年年份为1948年，突变后也呈现出显著的下降趋势。秋季平均潜在蒸散量（图3D）和冬季平均潜在蒸散量（图3E）的UF和UB曲线没有超过临界线，没有显著的变化趋势，因此，判定没有突变。

图3 1901－2011年塔吉克斯坦地区、季潜在蒸散量的M－K分析

2.1.4 潜在蒸散量的小波分析 研究区域潜在蒸散量Morlet小波趋势结果表明，年潜在蒸散量变化存在10～25a左右的周期（图4A），通过计算年降水的小波方差，小波在24a尺度上达到峰值，表明在过去百年研究区域的年潜在蒸散量以24a为准变化周期；春季存在17～30a左右的潜在蒸散量周期（图4B），通过计算春季的小波方差，小波30a尺度上达到峰值，表明在过去百年研究区域的春季以30a为准变化周期；夏季存在24a左右的降水周期（图4C），通过计算夏季的小波方差，小波在24a尺度上达到峰值，表明其以18a为准变化周期；秋季存在5～10a的变化周期（图4D），通过计算秋季的小波方差，小波在7a尺度上达到峰值，表明其以7a为准变化周期；冬季存在10～25a左右的降水周期（图4E），通过计算冬季的小波方差，小波在21a尺度上达到峰值，表明其以21a为准变化周期。

图4 1901－2011年塔吉克斯坦地区年、季潜在蒸散量的小波分析

3 潜在蒸散量的空间变化特征

3.1 年平均潜在的空间变化特征

塔吉克斯坦百年年平均潜在蒸散量在空间上表现为西部高东部低，自西部向东部递减（图5A）。年潜在蒸散量的变化范围为653.19～1 324.12mm。其中，西南和西北地区的增加趋势较为明显，西部偏中地区产生潜在蒸散量高值中心，而东部地区产生低值中心，其值不足600mm。1901—1930年，塔吉克斯坦地区年潜在蒸散量距平值（图5B）可知，潜在蒸散量在该时段除西北地区表现为明显的较少趋势外，其他绝大地区呈微弱的增加趋势，其中西南地区增加的趋势较为明显，潜在蒸散量增加21.24mm。1931—1960年，研究区域的年潜在蒸散量（图5C）在西南和北部地区增加较明显，其增加14.43mm，而东部大部分和西部一小部分地区呈下降趋势，其值下降－8.55mm。1961—1990年，研究区域的年潜在蒸散量（图5D）在空间上有东部地区向西部和西南地区递减的趋势，其中下降趋势最明显的地区是西南地区，下降－18.79mm，而东部地区增加趋势较明显，其增幅达4.81mm。1991—2011年，研究区域潜在蒸散量（图5E）在空间上除北部地区明显增加之外，其它大部分地区呈减少趋势，其中东部地区减少趋势最为明显，潜在蒸散量减少－22.28mm，而北部地区则增加14.64mm。

3.2 潜在蒸散量的季节分布特征

从图6可知，四季潜在蒸散量与年潜在蒸散量基本一致，都呈西部向东部递减的趋势。春季潜在蒸散量（图6A）的变化范围为158.52～350.65mm，其中西部地区增加趋势较为明显，并在西部偏中地区产生高值中心，而东部地区则产生低值中心。夏季潜在蒸散量（图6B）的变化范围为319.50～631.43mm，其中最小值依然出现在东部地区，而最大值出现在西部地区。秋季潜在蒸散量（图6C）的变化范围为143.16～268.16mm，其中最大值出现在西部地区，而最小值出现在东部地区。冬季潜在蒸散量（图6D）的变化范围为39.61～112.92mm，最大值和最小值依然依次出现在西部和东部地区。四季潜在蒸散量中夏季潜在蒸散量最多，春季和秋季较多，而冬季则最少。

4 结论与讨论

图5 1901－2011年塔吉克斯坦年平均潜在蒸散量的空间分布

图6 1901－2011年塔吉克斯坦年平均季节潜在蒸散量的空间分布

塔吉克斯坦近百年和四季潜在蒸散量在时间上呈微弱的减少趋势，气候倾向率为－1.25mm／10a，其中春季潜在蒸散量减少趋势最明显；年平均潜在蒸散量在1901—1947年呈增加趋势，1947年达到最大值，在1947—2011年呈减少趋势，1988年达到最小值而后增加；年平均潜在蒸散量、春季和夏季平均潜在蒸散量分别在20世纪30年代、50年代和40年代开始发生突变，突变后都呈现显著的下降趋势，秋季平均潜在蒸散量和冬季平均潜在蒸散量没有发生突变；年潜在蒸散量、春季、夏季、秋季和冬季潜在蒸散量分别以24，30，18，7，21a为准变化周期。在空间上，塔吉克斯坦近百年和四季潜在蒸散量都呈西部向东部递减的过程，四季潜在蒸散量中夏季潜在蒸散量最多，春季和秋季较多，而冬季则最少。这结果表明，气候变暖背景下潜在蒸散量存在经纬度差异，另一方面反映了潜在蒸散量受区域和地形差异的影响。塔吉克斯坦东西复杂的地形条件影响到该区域的气温、降水量和水汽压等气象要素的分布，因而影响到该区域潜在蒸散量的变化趋势和空间分布。

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