克拉玛依1957 年至2019 年湿润指数变化特征的分析

王光辉 杨 琳

克拉玛依地处准噶尔盆地西北缘，历来以大风、高温、干旱而闻名，生态环境恶劣，给人们的生产生活带来了不便。为了能够为克拉玛依地区生态环境的改善提供理论依据，我们一直致力于从气象与其他生态因子之间的关系方面着手，研究在一定时间和空间的生态系统或部分生态因子的组合对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度。干旱是限制克拉玛依生态环境改善和经济发展的主要因素之一，其本质上是指土壤表面的缺水过程，而土壤表面干湿变化主要受降水和蒸发的影响，湿润指数是降水量与潜在蒸散量之比，能客观地反映水热平衡状况，是判断气候干旱与湿润状况的良好指标。

国内大多限于内地较湿润地区的研究，如王冰在空间序列分析中，发现气候湿润条件与植被覆盖的相关性存在一定的地区差异，马国柱利用地表湿润指数对中国北方4 个典型地区干湿演变进行了分析；对干旱和半干旱地区，有新疆的邢文渊等的巴里坤绿洲1960—2006 年湿润指数变化的研究。

1 资料和方法

1）资料来源：克拉玛依区气象局63 年常规观测资料。

2）湿润指数的计算：湿润指数的以降水量与潜在蒸散量的比值来表示，它综合考虑了水分和热量平衡，能更好地判断一个地区的干旱与湿润状况。其表达式为K=R/ET 其中：K 为湿润指数，R 为降水量，ET 为潜在蒸散量。

ET 采用下列公式计算：

其中：d 为月天数，u 为月平均风速，W 为温度为t 时的饱和水汽压，h 为月平均湿度，p 为月平均气压，t 为月平均温度。

季度湿润指数 K季=R季/∑ET季；年湿润指数 K年=R年/∑ET年。

3）方法

（1）利用线性倾向估计、累积距平法分析各季度和年度湿润指数的变化趋势及年代、年际变化特征。

（2）利用Mann- Kendall 法对各季度及年度湿润指数序列做突变检测。

2 结果与分析

2.1 湿润指数的变化趋势分析

2.1.1 总体趋势分析

表1 湿润指数线性倾向值及其与时间序列的相关系数

由63 年来各季节及全年的湿润指数分别计算线性倾向值（b 值），可以看出湿润指数均呈增加趋势，其中冬季湿润指数增加趋势系数最大。

2.1.2 湿润指数的年际变化

从累积距平图可以看出，各季节和年变化差异较大：冬季1957 年—1958 年呈减少趋势，1959 年—1960 年呈增加趋势，1961 年—1976 年是以减少为主，1977 年—1981 年向上波动，1983—1987 年向下波动，1988 年—2003 年缓慢增加，2004年—2007 年增加速度较快，2008 年后波动幅度较小；1995 年以前春季、夏季、秋季和全年的变化情况基本一致：1957 年—1960 年呈增加趋势，1961 年—1973 年缓慢下降，1973 年—1985 年快速下降，1986 年—1994 年迅速上升；1995 年以后，春季后变化不大，夏季和全年在1996 年 —2000 年经历了一波快速下降，2001 年—2006 年又一次迅速回升，2005 年—2009 年变化不大，2010 年—2014 年再次快速增加，2015 年以后变化不大，而秋季1997 年—2001 年快速上升，2003 年—2007 年上下波动，2008 年—2016 年快速上升，2017 年以后以波动为主。

2.1.3 湿润指数的年代际变化

表2

图1 冬季、春季、夏季、秋季及全年湿润指数累积距平

图3 冬季、春季、夏季、秋季及全年突变检验图

从表2 看出湿润指数存在明显的年代际变化：冬季90 年代和21 世纪20 年代减少，其他各年代间均呈增加趋势，其中80 年代、70 年代及21 世纪10 年代增加的较明显；春季80 年代和21 世纪20 年代增加，其余各年代间呈减少趋势；夏季70世纪减少幅度较大，90 年代较80 年代略有减，其余年代呈增加趋势；秋季各年代间均呈增加趋势，其中70 代、21 世纪10 年代增加的尤为明显；全年与夏季湿润状况相似，其中80 年代和10年代增加最为明显。

进入21 世纪以来，各季节湿润指数较21 世纪前44 年的平均值均为增加趋势，尤其夏季和秋季增加最为明显，分别增加了29.8%、28.7%，春季增加最少，为10.8%。

2.2 湿润指数的突变检验

突变检验：冬季突变点为1988 年，由干旱年份向相对湿润状况转变，突变前后增加了26.1%；春季以波动为主，1988 年后向湿润转变，突变前后增加了27.3%；夏季1990 年为突变年，由干旱年份向相对湿润状况转变，突变前后增加了21.7%，2016 年后向相对干旱的状况转变；秋季呈缓慢的上升趋势，1997年为突变年，突变前后增加了32.0%；全年的变化是1997 年前以波动为主，1997 年以后向湿润年份转变， 突变前后增加了22.1%。

3 小结

1）通过线性倾向估计和趋势变化的突变检测可以看出：63年来克拉玛依的湿润指数呈明显增加趋势，尤其21 世纪10 年代夏季增加非常显著，从而可以看出克拉玛依引水工程、农业开发及小区绿化，对克拉玛依的生态环境的改善有非常明显的作用。

2）进一步分析63 年来的湿润指数的季节变化看出，冬季（12 月—2 月）湿润指数较高，表明冬季降雪增加，对来年春旱有所缓解；春季迅速减少，不利于春耕春播；夏季和秋季的湿润指数虽然呈上升趋势但总体仍偏少，表明作物生长季节及成熟期降水量远少于其生理需水量，对我区的作物生长发育造成一定影响。

3）湿润指数的变化，可以间接反映出局地气候变化与当地植被生长之间的相互影响及其对生态环境变化的影响。由湿润指数在时间序列上的变化，可以反映出特定区域内由于气候因子变化所造成的当地的干湿变化，及因干湿变化所造成的植被生长变化和生态环境等的变化，进而可以作为反映本地生态环境变化的指标，为科学合理地进行生态环境的变化监测提供依据。