新疆新源县野果林气象要素年变化特征

摘" " 要：为了给新疆新源县野果林的更新与复壮工作提供气象资料支撑，对2019—2021年新源县野果林平地、阴坡和阳坡3种生境类型的气象观测数据进行监测分析，探讨气温、空气相对湿度、光照、土壤温湿度、降雨、风速与风向关键气象要素的年变化规律。结果显示：气温呈现明显的单峰年变化模式，7月气温最高，月平均温度为22.87 ℃，而1月气温最低，月平均温度为-8.59 ℃，不同试验地间的温差不超过2.04 ℃；空气相对湿度在6—7月达到峰值，并且极端湿度事件频繁发生；光照强度从1—6月逐渐增强，随后在7—12月逐渐减弱，3种试验地的年均光照强度差异小于1 876 lx；随着深度的增加，土壤温度和含水量变化幅度减小，7月土壤温度达到最高，而1月最低，3月和9月为土壤温度的交汇期；土壤含水量在5—6月达到最高，在8—9月降至最低；降水主要集中在4—6月，占全年降水量的49.1%；年均风速为1.19 m·s-1，东南风向占主导地位，占比45.45%；除了风向外，其他气象要素之间存在显著的正相关性。总体而言，新源县野果林全年气候条件普遍适宜野果林的自然更新，但冬季极端天气对生态系统的稳定性和更新能力构成了显著挑战，需要在生态保护过程中予以重视。

关键词：野果林；气象要素；年变化

中图分类号：S716" " " " "文献标识码：A" " " " " DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.08.003

Annual Variation of Meteorologic Elements of Wild Fruit Forest in Xinyuan County， Xinjiang

CHENG Gong1，2， LIU Liqiang1， ZHOU Weiquan1， LIAO Kang1，" MANSUR·Nasir1

（1. College of horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052，China; 2. Handan Academy of Agricultural Sciences， Handan， Hebei 056000， China）

Abstract： In order to provide meteorological data support for the regeneration and restoration work of wild fruit forest in Xinyuan County， Xinjiang， by analyzing the meteorological observation data of the wild fruit forest in Xinyuan County from 2019 to 2021 for three habitat types of flat land， shady slope， and sunny slope， this study explored the annual variation patterns of key meteorological elements such as temperature， air relative humidity， light， soil temperature and humidity， rainfall， wind direction and speed.The results showed that the temperature exhibited a clear unimodal annual variation pattern， reaching the highest monthly average temperature of 22.87 ℃ in July， and the lowest monthly average temperature of -8.59 ℃ in January， with the temperature difference between different experimental sites not exceeding 2.04 ℃. The air relative humidity peaked in June and July， with frequent extreme humidity events. Light intensity gradually strengthened from January to June， then gradually weakened from July to December， with the annual average light intensity difference among the three experimental sites being less than 1 876 lx. Soil temperature and moisture content change with depth， with the highest soil temperature in July and the lowest in January， and the intersection period of soil temperature in March and September. Soil moisture content peaked in May and June， and dropped to the lowest in August and September. Precipitation was mainly concentrated in April to June， accounting for 49.1% of the annual precipitation. The annual average wind speed was 1.19 m·s-1， with the southeast wind direction being dominant， accounting for 45.45%. In addition to wind direction， there was a significant positive correlation between other meteorological elements. Overall， the climate conditions of the Xinyuan wild fruit forest are generally suitable for the natural regeneration of the wild fruit forest throughout the year. However， extreme weather phenomena in winter pose a significant challenge to the stability and regeneration capacity of the ecosystem， which needs to be given attention in ecological protection.

Key words： wild fruit forest; meteorological elements; annual change

新疆位于我国西北边陲，深居中纬度欧亚大陆腹地，地域辽阔，自然环境多样，气候条件各异，因此孕育了丰富的野果林资源。野果林由重要的野生果树资源如野杏、野苹果等组成，其包含着重要的特异优良性状基因，具有重要的研究价值。近年来，野果林大量死亡，野生资源基因库遭受损失[1-2]，迫切需要进行更新恢复。充分掌握野果林原生境微气候条件，对于指导野果林人工更新和恢复野果林具有重要意义。2008—2011年新疆新源县交吾托海野果林气象监测研究表明，夏季最高气温达30 ℃以上，出现在7—8月，但持续时间非常短，7—8月平均气温为19 ℃，冬季最低气温为-15 ℃，12—2月平均气温为-4 ℃，年平均气温为7.8 ℃。2012年气象监测结果表明，大西沟山区最高气温为32 ℃，出现时间较短，7—8月平均气温为20 ℃左右，冬季最低气温为-26 ℃，冬季月平均气温为-6 ℃左右，年平均气温为8.25 ℃，山区热量低于平原[3]。杨铭伦等[4]研究发现，林冠能增加空气相对湿度，空气相对湿度变化与气温变化趋于对称，土壤温度变化与气温变化有明显的滞后性，土壤含水量的变化较小，春夏季风速高，秋冬季风速低。何荥等[5]研究发现，新疆天然光年总照度下降趋势明显，其中伊宁年总照度自1987年以后逐渐下降。李晔等[6]研究表明，近10年来，新疆日照时数明显减少，南疆日照时数增加，东疆气候暖湿化变化与日照时数呈负相关。翟朝阳等[7]研究表明，伊犁大西沟不同坡向和坡位的土壤温度范围为12.71～16.99 ℃，土壤含水量范围为18.41%～52.37%，坡度、坡向与土壤温度和含水量呈显著相关。山区的降雨主要以小雨为主，降雨主要出现在午后至傍晚[8]。马亚林等[9]研究表明，暴雨集中在5—8月，暴雨分布有明显的地域性，受地形影响明显，高海拔山区更容易出现暴雨。

本研究选择新源县野果林的平地、阴坡、阳坡3种生境类型，监测主要气象指标，探究气象规律，为高效利用气候资源，优化调整种植模式和采取趋利避害的栽植管理措施，提高野生果树成活率和加快野果林恢复速度提供基础数据和科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于新疆新源县伊犁植物园，在试验区选择平地、阴坡和阳坡3种生境类型试验地，基本概况如表1所示。

1.2 试验方法

本研究参照GB/T 35221—2017《地面气象观测规范》[10]进行布置，分别在3种试验地安装EL-USB-2.0温湿度记录仪（英国LASCAR公司）、光照记录仪（美国Onset HOBO）、ECH2O土壤监测系统（美国METER公司），记录3种试验地的气温（℃）、空气相对湿度（%）、光照（lx）、土壤温度（℃）、土壤含水量（m3·m-3），数据采集间隔设为1 h。同时，为减小林间小气候的影响，在试验区野果林开阔地带放置1台自动气象站（美国Davis公司），记录野果林的风速（m·s-1）、降雨量（mm）和光照（lx）等气象因子作为对照（CK）。各气象要素的观测时间为2019年5月—2021年4月。

1.3 数据处理

本研究采用Microsoft Excel 2019软件进行数据处理和图表制作，使用SPSS19.0软件进行野果林各气象因子之间相关性分析。

2 结果与分析

2.1 空气温度

本研究以野果林安装的Davis自动气象站观测记录的气象资料为依据，进行月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的研究（图1）。结果显示，新源县野果林年平均气温为9.37 ℃，1月平均最低气温为-12.28 ℃，日最低气温为-25.42 ℃，7月平均最高气温为18.72 ℃，日最高气温为32.65 ℃，气温年较差为39.74 ℃。由图1可知，野果林地区气温变幅较大，存在极端低温现象。

通过EL-USB-2.0温湿度记录仪记录的数据，笔者计算出3种试验地年日均气温变化。由图2可知，3种试验地气温变化具有相同的变化趋势。1—7月，气温在波动中逐渐上升，其中1月28日出现最低温，极端低温为-28.0 ℃。3月中旬、4月中旬和5月上旬，由于试验地区降雪，气温在上升过程中出现下降。7月以后，气温在波动中逐渐下降。11月上旬，气温出现小范围回升。12月，气温降至最低。

3种试验地与对照观测值存在差异（表2）。平地和阴坡日平均气温均低于对照，分别低1.98 ℃和1.99 ℃。阳坡日平均气温高于对照0.05 ℃。阳坡日最高气温最高，高于对照1.61 ℃，阴坡日最高气温高于对照0.31 ℃，而平地日最高气温低于对照0.04 ℃。3种试验地日最低气温均低于对照，其中平地比对照低2.87 ℃，阳坡比对照低0.75 ℃，阴坡比对照低3.30 ℃。3种试验地日较差均大于对照，气温差异较小。

2.2 空气相对湿度

通过EL-USB-2.0温湿度记录仪记录的数据，笔者计算出3种试验地年日均空气相对湿度变化。由图3可知，平地、阳坡、阴坡年平均空气相对湿度分别为70.46%、57.66%、67.83%。3种试验地空气相对湿度年变化幅度较大，出现极端空气相对湿度的现象较为频繁，阳坡空气相对湿度最小。6月和7月上旬，3种试验地空气相对湿度较大且变化幅度较小。

本研究将水汽压值与温度进行拟合（图4），其拟合效果极显著，R2=0.752。拟合方程如下：

y=0.352e0.055x

式中，y为水汽压（KPa）；x为温度（℃）。

2.3 光照

通过HOBO光照记录仪记录的数据，笔者计算出3种试验地年日均光照强度变化。由图5可知，野果林3种试验地全年光照强度呈现单峰曲线，即1—6月光照强度逐渐上升，6—12月光照强度逐渐降低。6月光照强度最强，但6月中旬和下旬出现1次光照强度降低现象。原因是6月下旬出现7 d阴天和降雨。3—6月，光照强度变动幅度较大。原因是野果林降雨集中在春季和夏季，降雨天气使光照强度降低。6月日平均日照时数为10.11 h，12月日平均日照时数为3.97 h。平地、阳坡和阴坡年平均光照强度分别为25 722.76、26 789.84、24 913.84 lx，差异较小。原因是3种试验地以杂草为主，野生果树使试验地无郁闭度，阳光可直射试验区。

2.4 土壤温度

通过气象站记录的数据，笔者计算出野果林0～50 cm深度土壤年日均温度变化，如图6所示。由图6可知，野果林各层土壤温度在1—3月中旬较为稳定，变化幅度小。3月下旬开始，各层土壤温度逐渐上升，7月底达到全年最高温。10 cm深度土壤温度最高（26.95 ℃），50 cm深度土壤温度最低（21.39 ℃），此后各层土壤温度开始下降。1—3月和10—12月，土壤温度随着深度的增加而升高，即地表温度低于地下土壤温度；5—8月，地表土壤温度高于地下土壤温度；3月和9月是土壤温度变化的过渡期，这2个月各层土壤温度差异最小。10 cm深度土壤温度在1—2月低于0 ℃，其中1月平均最低温度为

-0.31 ℃，极端最低温度为-0.37 ℃。全年土壤日均温度变化范围较大，变化范围为-0.84～22.00 ℃。土壤温度的变化随着土壤深度的增加存在滞后现象，并且随着深度的增加，滞后时间变长。土壤温度波动幅度随着土层深度的增加而减小，即10 cm深度土壤温度变化幅度最大，50 cm深度土壤温度变化幅度最小。

由表3可知，不同试验地得到的热量不同，10 cm深度土壤日平均最高温度排序由高到低为阳坡gt;平地gt;阴坡，其中阳坡高于对照1.07 ℃，平地和阴坡分别比对照低1.84 ℃、2.24 ℃。原因是平地和阴坡杂草较多，白天阻挡了阳光照射地面，地温不会太高，而阳坡杂草少，阳光可直射地面，阳坡地温升高较快。10 cm深度土壤日平均最低温均低于对照土壤温度。由表3可以看出，阳坡降温较快，平地和阴坡有杂草覆盖，其与对照的最低温差值小于最高温差值。阳坡各深度土壤的日平均温度均高于对照，平地和阴坡土壤日均温度均低于对照，其中平地比对照低1.47 ℃，阴坡比对照低1.99 ℃。

2.5 土壤含水量

根据自动气象站记录的数据，可以计算出野果林0～50 cm深度土壤的年日均土壤含水量变化。由图7可知，在观测范围内，野果林各层土壤含水量年变化范围较大且变化趋势较一致。1—3月上旬，各层土壤含水量较为接近，并且呈现微弱变化趋势。3月中旬开始，各层土壤含水量急剧上升，表层10 cm土壤含水量上升最快。原因是3月中旬后，气温开始上升，积雪融化后渗入土壤，使其含水量上升。4—6月，10、20 cm深度土壤含水量显著高于其余深度土壤含水量。原因是该时期为野果林年内主要降雨时期，降雨频繁且降雨量大，雨水不会形成地表径流，而是直接渗入地下。7月中下旬至8月上旬，气温为年内最高，降雨减少，使各层土壤含水量急剧下降至年内最低值，各土层含水量差异较小。8—9月，土壤含水量短暂回升后又下降。10月以后，土壤含水量上升。11月中旬，野果林开始降雪且不再融化，各层土壤含水量达到稳定，随后有微弱的下降过程。由此说明，表层土壤含水量的变化幅度大于深层土壤，各层土壤含水量的变化存在滞后现象，其滞后时间随着深度的增加而变长。

由表4可以看出，不同试验地土壤含水量不同，10 cm深度土壤日平均最高含水量由高到低排序为平地gt;阴坡gt;阳坡，其中平地和阴坡土壤含水量分别比对照高0.049、0.022" m3·m-3，仅阳坡低于对照0.027 m3·m-3。10 cm深度土壤最低土壤含水量由高到低排序为平地gt;阴坡gt;阳坡，平地和阴坡分别高于对照0.044、0.017 m3·m-3。各层土壤含水量差值比较结果显示，平地和阴坡土壤含水量均高于对照，平地和阴坡土壤含水量在10～20 cm深度时逐渐下降，在20～50 cm深度时逐渐上升。原因是2种试验地杂草生长旺盛，蒸腾作用消耗掉部分表层土壤水分，而深层土壤水分得以储存下来，阳坡土壤含水量在10～40 cm深度时低于对照，在50 cm深度时高于对照，阳坡土壤含水量在10～30 cm深度时逐渐降低，在30～50 cm深度时逐渐增高。由此可见，在观测范围内，阳坡储水层主要分布在40～50 cm深度。

2.6 降水量

根据自动气象站记录的数据，可以计算出野果林年日均降水量变化。由图8可知，作为主要气象因子之一的降雨是新源野果林陆地水分的主要来源。大气降水特征主要包括降水量、降水持续时间、降水强度等因素。新源野果林年降水97次，年降水量556.8 mm，年降水天数为117 d。年内各月降水量变化很大，降水主要集中在4—6月，占全年降水总量的49.1%。最大日降水量为30.6 mm，出现在2019年5月19日，次降雨量超过10 mm的次数为15次，占总降雨次数的15.5%。日降雨量超过10 mm的天数为15 d，其降水量占总降水量的46.7%，平均次降水量为5.7 mm。从单次降水持续时间来看，单次降水持续时间小于5 h的降水总量超过年内降雨总量的81%。这说明野果林夏季降雨以阵雨和小雨为主。

2.7 风速与风向

由图9可知，野果林全年平均风速1.19 m·s-1，以东南向和东南偏南方向频率较高，其频率分别为19.43%、26.02%，平均风速分别为1.79、1.43 m·s-1，而新源野果林山脉的走向为东南至西北，山脉走向与风向接近，所以常刮东南风。最大风速达到8.75 m·s-1，出现在2019年12月27日。风速达到4 m·s-1的天数为75 d，占全年刮风天数的20.5%，但持续时间短。刮风时间主要集中在22时至次日3时，即夜间风速大于白天，全年风速不会对野果林植被产生影响。

2.8 各气象因子相关性分析

如表5所示，除降水量和气温、风向和土壤含水量、风向和降水量外，其余气象因子之间均达到显著和极显著相关。空气相对湿度与气温、光照、土壤温度、风向、风速为负相关，光照与降水量为负相关，其余气象因子之间均为正相关。正相关中，气温与土壤温度的相关性最高，相关性指数为0.919；负相关中，气温与空气相对湿度的相关性最高，相关性指数为-0.401。

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究中，新源县野果林年平均气温为9.37 ℃，这与黄娟等[11]研究结果较为接近，其对伊宁县气温分析认为，该地区年平均气温为10.2 ℃，年内气温变化幅度大，1月降至最低温，然后开始逐渐回暖。普宗朝等[12-13]研究表明，伊犁河谷地区9—10月平均气温为14～15 ℃，11月下旬降至0 ℃，1月气温降至最低点（-9 ℃），伊犁河谷1月极端低温为-30～-25 ℃，这与本研究结果一致。冬季北疆降雪较多[14]，为春季果树生长提供了较高的土壤含水量[15]。野果林年平均气温9.37 ℃，高于闫俊杰等[16]和李聪等[17]研究结果。殷剑虹等[18]认为，年平均气温范围为3.5～9.5 ℃，这与本研究结果一致。空气相对湿度变化范围大，波动幅度明显，3种试验地空气相对湿度的年变化中，平地和阴坡相对空气湿度较为接近，高于阳坡。野生果树大量死亡，使试验地变为裸地，平地和阴坡杂草生长旺盛，覆盖度高，雨水蒸发和自身的蒸腾作用增加了空气相对湿度，阳坡杂草类别单一，更易受大风影响，因此空气相对湿度较低。本研究中，野果林光照充足，年日照时数2 809 h，这与何荥等[5]研究结果相似。但3种类型试验地光照差异小，原因是3种试验地距离较近，同时野生果树死亡，森林无郁闭度，阳光可直射地面。地温包括下垫面温度和不同深度土壤温度，是土壤热状况综合表征指标，其分布和变化特征对气候的变化会产生重要影响[19]。野果林各层土壤温度的年内变化呈现单峰曲线趋势，3—8月地温随着土壤深度的增加而降低，9月至次年3月地温随着土壤深度的增加而升高，3月与9月各有1个交汇点，各层土壤温度达到均衡状态，野果林年平均地温9.17 ℃，这与贾效禄[20]研究结果一致。野果林夏季表层土壤温度较低，并且温度随着土壤深度的增加而降低。原因是新源县野果林位于天山山脉，同时海拔较高，这与符传博等[21]研究结果一致。3种试验地之间温度差异较小，阳坡温度最高，是因为阳光直射地面，地面获得较多的热量，而平地和阴坡有杂草遮挡，阻碍了阳光射入地面。3种试验地土壤含水量差异的原因主要与杂草量和地形有关。野果林年降水量556.8 mm，这与殷剑虹等[18]研究结果一致。殷剑虹等[18]认为，伊犁河谷山区某些地带的降水量范围为505～800 mm。降水集中在春夏季，为野生果树的萌芽生长提供了良好的条件[22]，但也是引起农业次生灾害的主要因素[23]。日降水量最大值出现在23：00，最小值出现在11：00，降水量最高值出现在21：00—次日7：00，降水主要以短时间降雨为主，持续1 h的降雨经常发生，持续10 h以上的降雨偶有发生[24]，这与黄秋霞等[25]和陈春艳等[26]研究结果相似。野果林全年受地形和昼夜温差影响，常刮东南风，刮风时间集中在傍晚。

3.2 结论

本研究表明，新源县野果林年内气温变化呈现单峰曲线趋势，1—7月温度逐渐上升，7—12月气温逐渐下降。其中，1月温度最低，月平均气温-8.59 ℃，7月气温最高，月平均气温22.87 ℃。空气相对湿度年内变化范围较大，6月和7月空气相对湿度较高。年内光照强度变化为单峰变化，1—6月上升，7—12月光照强度下降。土壤温度从3月开始升高，7月到达年内最高值。年内土壤含水量从3月开始逐渐上升，表层土壤含水量变化大于深层土壤。土壤温度与含水量变化存在滞后现象，滞后时间随着深度的增加而变长。降水量主要集中在4—6月，占年内总降雨量的46.7%，以小雨和阵雨为主。风向主要以东南方向为主，占全年风向的45.45%，以微风为主。除风向外，各气象因子间具有显著的相关性，以正相关为主。

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