乌-昌地区近50 a湿润指数变化特征分析

2013-10-22邢文渊

山西农业科学 2013年7期

石玉，邢文渊，李聪

（新疆气候中心，新疆乌鲁木齐830002）

气候湿润指数是由联合国荒漠化防治公约（UNC-CD）在1994年定义的，是年降水量与年潜在蒸散量之比[1]，它给出了由气候条件（降水量和气温等）确定的气候干湿状况。气候的干湿状况直接关系到农作物生长的水分条件，因而，也直接影响到农业的生产类型和作物布局。在农业、农业气候区划中，气候湿润指数是重要的参考指标，其一直受气候学者特别是农业气候学者的重视[2]。2005年，中国气象局发布的《生态质量气象评价规范》将湿润指数列为生态质量气象评价的评价要素之一，将其作为判断某一地区气候干湿程度的指标[3]。

因而，湿润指数目前广泛应用于干旱研究、气候干湿状况区划以及生态环境变化等研究中[4-13]。在全球气候变化的背景下，降水量与潜在蒸散量也必将发生变化，因而，开展湿润指数的变化研究十分必要。

乌-昌地区位于新疆中天山以北，是新疆政治、经济、文化的中心；天山北坡是新疆重要的经济作物生长带，研究该区域的湿润指数，可以更好地了解该区域农作物生长的水分条件。同时，借助地表湿润指数对半干旱区域的干湿状况进行研究，将有助于各级政府和相关领导及时了解旱情的分布及程度，并且采取积极有效的防旱抗旱措施，合理调配水资源，为科学指挥农业生产提供重要保障。

1 材料和方法

1.1 数据资料

采用乌-昌地区9个气象站点1963—2012年逐月的气象观测资料，包括气温、气压、风速、相对湿度、降水量等，用于湿润指数的计算。由于计算的时间序列较长，为了能较好地进行分析比较，借鉴世界气象组织的统一标准要求，以1971—2000年30 a的平均值作为气候标准值。

1.2 研究方法

湿润指数由前苏联B.B.多库恰耶夫和Γ.H.维索茨基在20世纪初提出，用降水量与蒸发力之比描述气候相对干湿程度[5-7]。中国气象局发布的《生态质量气象评价规范》将湿润指数列为生态质量气象评价的评价要素之一，并且定义了利用气象要素计算湿润指数的方法。

式中，K为湿润指数，R为降水量，ET为潜在蒸散量。该指数的物理基础在于体现了2个最重要的地表水分收支分量：大气的降水和最大潜在蒸发，而这2个量正是地表热能和水分变化的关键参量[6-7]。

计算月湿润指数时，R为月降水量，ET为月潜在蒸散量。月潜在蒸散量ETi（mm）计算公式[3]为：

式中，i是编号，Pi是月平均气压（mb），ti是月平均气温（℃），di是月的天数，Ui是在10～12 m高度处观测的月平均风速（m/s），Woi是在温度为ti时的饱和水汽压（mmHg），hi是月平均相对湿度。饱和水汽压Wo（mmHg）的计算公式为：当月平均温度0 ℃＜t≤30 ℃时

当月平均温度-40℃≤t＜0℃时，wo＝2.6366×

K＜1表示大气降水少于植被生理过程需水量；K＝1表示该区域大气降水与植被生理需水达到平衡；K＞1表示大气降水大于植被生理过程需水量，降水条件不成为当地植被生理需水的限制因子。如果K＞1，设定K＝1。

2 结果与分析

2.1 湿润指数年际变化特征分析

由图1可知，1963—2012年间，乌-昌地区湿润指数最低为2007年（0.44），最高为1987年（0.86）；50 a间，湿润指数呈中间高、两头低，总体略微上升的趋势。经过线性回归的方法得到，湿润指数平均每10 a增加0.01，与30 a气候标准值（0.69）相比，在1963—1980年间湿润指数负距平明显多于正距平；其中，1981—2000年间湿润指数多为正距平；2001—2012年间湿润指数正负距平数基本相等且交替发生；1987年和2007年出现了近50 a间的最大正负距平值。

2.2 湿润指数月变化特征分析

通过对逐月的湿润指数计算，发现乌-昌地区湿润指数有明显的季节变化，呈两头高，中间低的分布态势（图2）；夏季7，8月份湿润指数最低，仅为0.3～0.4，较为干旱，冬春季湿润指数较高，在0.8左右；在整个植被生长季（4—10月），湿润指数平均在0.3～0.7之间；尤其是在夏季，湿润指数持续偏低，属于半干旱区，这对农作物的生长有一定的影响。将近50 a均值与30 a气候标准值比较发现，月变化总体趋势较为一致，除7，8月份较气候标准值略偏高外，其他月份均略低于气候标准值。

2.3 2012年湿润指数月变化特征分析

进一步选取2012年逐月湿润指数与30 a气候标准值进行比较，结果（图3）表明，2012年的湿润指数4—6月显著低于30 a气候标准值，8月略低于30 a气候标准值，9，10月高于30 a气候标准值，其他月份接近或略高于30 a气候标准值。4—6月湿润指数较气候标准值明显偏低，说明该时期气候条件偏旱，对春季农作物的生长将会产生不利的影响。