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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的影響已成為水文工作者關注的焦點。和田綠洲氣候變化引起了水循環要素的變化，蒸發和空氣濕度呈增加趨勢，但不明顯；降水異常現象出現；由于人口增長，灌溉面積擴大，引水量顯著加大，導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，曾經是絲綢之路上一顆璀璨的明珠。綠洲內灌溉農業歷史悠久，形成了獨具特色的綠洲小氣候。和田綠洲內有墨玉縣、和田縣、洛浦縣及和田市，綠洲與沙漠交錯分布，生態環境極其脆弱[3]。和田綠洲降水稀少，蒸發劇烈，光熱資源豐富，屬典型的大陸性干旱氣候。綠洲內是以維吾爾族為主的少數民族聚居區，又是一個以灌溉農業為生存依據的經濟落后地區，氣候條件及人類活動所引起的變化，導致

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，農作物依賴和田河水灌溉。和田河發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，直接影響綠洲內各種經濟活動，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、降水和蒸發變化情況。由表1可知，從1954年到2000年，和田綠洲氣溫持續上升，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，同時也與綠洲內人類經濟活動規模擴大有關。氣候的變暖必然導致和田河流域的水循環時空的變化，依賴和田河水資源生存和發展的和田綠洲因而面臨新問題。

2.2氣溫年內變化和田綠洲多年平均氣溫12.2℃。以多年平均值為基礎分析各月氣溫，全年大于平均氣溫的時間從4月持續到10月，共7個月。用變差系數Cv作為衡量年內各月平均氣溫相對變化性[3]，其結果見表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℃，即夏季氣溫相對穩定，沒有出現極端酷暑或涼夏的異?，F象。冬季，11～2月為最寒冷季節，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地人民生活和健康帶來一定的負面影響，但有利于同年的病蟲害防治，農業豐收。

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。

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。依據坎德爾(Kendall)秩次相關檢驗[4]，當n=47，信度水平α=0.05時，檢驗統計量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。

依據這一趨勢性預測的2050年平均氣溫為13.3℃；即比1954年增長1.4℃。文獻[9]應用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測塔里木盆地氣溫變化趨勢，其結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情景模擬的平均結果相比，也很接近；IPCC4個模式在該區域

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增溫約0.7℃。

3蒸發變化

和田綠洲氣候干旱，實測年蒸發量為2219～3137mm，多年平均2684mm，遠大于降水量，足以說明和田綠洲的蒸發劇烈程度。用干燥指數來描述氣候干旱程度，則和田綠洲的干燥指數為25～842。最小值發生在1987年，降水量達最大100.9mm，但蒸發量2505mm不是最小值；最大值發生在1985年，降水量為最小3.4mm，蒸發量則高達2864mm。

3.1蒸發的年際變化由表1和圖2可知，和田綠洲的蒸發量在80年代后呈現逐漸增加的趨勢，與氣溫變化基本一致。和田氣候變暖會引起蒸發加劇，從而降低作物的水分利用效率，對農業生產不利。

3.2蒸發的年內變化和田綠洲年內各月蒸發量實測值見表3。月蒸發量隨季節變化而變化，冬季(11～2月)蒸發最小，只占蒸發總量的953%；初春秋末(3月和10月)由于氣溫升降快，蒸發變化迅速，占總蒸發量的13.8%；年內蒸發主要集中在4～9月，與氣溫變化一致。

圖2和田綠洲年蒸發量的距平和差積曲線

從蒸發變率來看，蒸發量越大，蒸發變率越小，蒸發越穩定；冬季蒸發變率大于夏季，即夏季蒸發較冬季穩定。分析冬季(11～2月)蒸發序列表明，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+1.95tR=0.419

(4)

式中：E為冬季蒸發量；其余符號同上。

表3和田綠洲歷年各月蒸發及其變率(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：上表中月數據統計時段為1971～1995年，年數據統計時段為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，和田綠洲蒸發主要受氣溫的影響。通過冬季氣溫與蒸發的相關分析，二者的相關系數為0.853，遠遠高于年氣溫與蒸發之間的相關系數(0.490)，而在其余季節，二者的相關系數為0.507，即冬季氣溫對冬季蒸發的影響更大，其余季節次之。和田綠洲氣溫，尤其是冬季氣溫的升高，對當地的水平衡和生態環境將會產生重要影響，值得關注。

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。蒸發的增大一般會使空氣濕度增大，但和田綠洲內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，蒸發的水汽迅速擴散消耗，導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相接近；依據坎德爾(Kendall)秩次相關檢驗[4]，當n=47，信度水平α=0.05時，檢驗統計量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；夏季比濕相對穩定，Cv較小。冬季和田綠洲沒有農作物生長，這時空氣濕度高沒有實際意義。春季因風多，空氣中的水汽擴散很快，因此濕度最低，故需要大量灌水，以滿足作物發芽和生長。

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，不直接產流，是該地區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?。黄渲?0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年連續出現豐水年；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：

式中：σ為年降水系列的均方差，經分析計算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，而沒有出現降水量偏少異常，見圖4。

5.2降水的年內變化和田綠洲歷年降水的年內分配見表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，導致降水變率也大。從降水變率分析可知，降水較多季節的降水相對較穩定，而降水稀少季節的變率大，穩定性差。

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

邊續無降水日數

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；以上統計數據來自1971～1995年；無降水月數是在25年的實測月降水資料中統計得到；Cv為系列的變差系數，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出不明顯的遞減趨勢。和田河流入灌區后，由于人類農業生產規模擴大，灌溉面積逐年增加，灌溉用水也不斷增大。70年代以后，隨著節水灌溉措施的推廣，引水量有減少傾向，但不明顯。這導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]。如果按此趨勢發展下去，和田河

將在80年后斷絕與塔里木河的水力聯系[7]。為了和田綠洲自身的發展，也為了塔里木河下游生態環境的重建，和田綠洲都需要加大節水力度，特別是農業灌溉節水。這樣，才能保證綠洲經濟和生態環境的可持續發展。

7結語

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Kendall秩次檢驗趨勢性顯著。蒸發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、氣候以及人類活動等原因，灌區內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。從水循環角度看，由于氣溫升高，蒸發增大，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，側支水循環增大而河川地表徑流減少，使這一極端干旱區可利用水資源更加短缺。對農業而言，這將導致土壤蒸發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，主要從事旱區水文水資源研究。