馬鐵成，馬千雅，宋蕾，張慧

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，烏魯木齊，830000)

引言

天山北坡是新疆經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，主要覆蓋烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、瑪納斯縣、沙灣縣等區(qū)域，約占新疆總?cè)丝诘?3%，是我國(guó)開展國(guó)土綜合開發(fā)重點(diǎn)片區(qū)之一，更是西部大開發(fā)重點(diǎn)地區(qū)。天山北坡屬于典型內(nèi)陸干旱區(qū)，干旱少雨、生態(tài)環(huán)境脆弱促使當(dāng)?shù)毓喔刃娃r(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)，水資源短缺已成為影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，只有大力開發(fā)第一用水大戶農(nóng)業(yè)用水的節(jié)水潛力，才能有效緩解水資源供需矛盾。參考作物騰發(fā)量(ET0)是評(píng)價(jià)作物耗水量的重要參數(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展相關(guān)研究，主要通過(guò)彭曼公式計(jì)算出區(qū)域ET0數(shù)值，再進(jìn)一步分析存在的內(nèi)在規(guī)律[1-2]，采用MK檢驗(yàn)法對(duì)ET0進(jìn)行特征年突變檢驗(yàn)并分析產(chǎn)生的原因[3]，以及使用反距離權(quán)重空間分布法分析區(qū)域時(shí)空分布特征和潛在變化[4]。目前，針對(duì)天山北坡開展參考作物騰發(fā)量的相關(guān)研究較少，因此，在該區(qū)域開展ET0技術(shù)分析，可為當(dāng)?shù)亻_展作物耗水和水資源配置提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

選擇新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的沙灣縣、昌吉市兩個(gè)典型氣象站1952-2019年實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，以月為單位的氣象站緯度、高程、平均氣溫、水氣壓、2米處風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)6項(xiàng)要素為研究對(duì)象。

1.2 方法

采用國(guó)際上通用的計(jì)算方法彭曼-蒙特斯(Penman-Monteith)公式計(jì)算出1952-2019年各月ET0值，進(jìn)行年內(nèi)變化規(guī)律分析；選擇線性傾向估計(jì)法進(jìn)行年際變化趨勢(shì)分析；采用Matlab小波分析研究ET0周期性規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 ET0年內(nèi)變化

以天山北坡兩個(gè)典型氣象站67年農(nóng)業(yè)觀測(cè)氣象資料為基礎(chǔ)，采用修正彭曼公式得到ET0。通過(guò)分析沙灣縣和昌吉市年內(nèi)ET0變化趨勢(shì)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)年內(nèi)ET0變化均滿足正態(tài)分布關(guān)系曲線，ET0峰值主要出現(xiàn)在6-8月，其中，沙灣縣的ET0峰值出現(xiàn)較早，自6月開始最大值為7月的108.84mm/月，最小值出現(xiàn)在昌吉市1月為10.72mm/月，僅占全年1.51%。研究區(qū)域四季分明，年內(nèi)ET0變化趨勢(shì)整體相似，在灌溉季節(jié)3-9月占全年80%以上，春季氣溫上升作物進(jìn)入生長(zhǎng)期ET0逐漸變大，ET0最大值往往是氣溫最高時(shí)間段；秋季氣溫漸低ET0隨之降低。ET0年內(nèi)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 天山北坡典型氣象站ET0年內(nèi)變化

2.2 ET0年際變化

通過(guò)繪制天山北坡1952-2019年參考作物騰發(fā)量變化圖形，擬合一元線性方程發(fā)現(xiàn)，沙灣縣和昌吉市年際ET0變化趨勢(shì)均表現(xiàn)遞減走勢(shì)，其中，沙灣縣線性斜率較大，線性斜率為-0.0112mm/10a，均值為1.71mm/d，最大值出現(xiàn)在1954年為2.40mm/d，在2009年達(dá)到最小值1.25mm/d后，ET0極值相差1.92倍；昌吉市線性斜率較小僅為-0.0004mm/10a，均值為1.64mm/d，最大值出現(xiàn)在1985年2.34mm/d，在1954年達(dá)到最小值1.13mm/d后，ET0極值相差2.07倍。對(duì)比兩地ET0極值發(fā)現(xiàn)，1954年均出現(xiàn)最大值和最小值，歷年最大值相差僅為0.06mm/d，最小值相差0.12mm/d。天山北坡典型區(qū)域ET0年際變化見(jiàn)圖2。

(a)沙灣縣

(a)沙灣縣

(b)昌吉市

2.3 ET0周期變化

采用小波法分析天山北坡1952-2019年長(zhǎng)系列尺度參考作物騰發(fā)量周期變化。由圖3(a)可以看出，沙灣縣ET0時(shí)間周期主要在8a～11a、17a～26a兩種尺度規(guī)律。其中，中心時(shí)間尺度約10a的9次交替變化出現(xiàn)在1953-1995年間；中心時(shí)間尺度約23a的5次交替變化出現(xiàn)在1968-2008年間，23a時(shí)間尺度變化周期趨勢(shì)最明顯為主要周期變化規(guī)律。由圖3(b)可以看出，昌吉市ET0時(shí)間周期主要在4a～8a、15a～25a兩種尺度規(guī)律，其中，中心時(shí)間尺度約6a的3次交替變化出現(xiàn)在2000-2015年間；中心時(shí)間尺度約20a的5次交替變化出現(xiàn)在1965-2012年間，20a時(shí)間尺度變化周期趨勢(shì)最明顯為主要周期變化規(guī)律。

(b)昌吉市

3 結(jié)論

選擇新疆天山北坡東西兩個(gè)典型氣象站1952-2019年農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)資料為基礎(chǔ)計(jì)算出ET0，分析其年內(nèi)、年際變化規(guī)律和周期性特點(diǎn)，得到以下主要結(jié)論：

(1)各區(qū)年內(nèi)ET0變化趨勢(shì)相似，滿足正態(tài)曲線圖形特征，高峰值出現(xiàn)在氣溫較高的6-8月，最大值出現(xiàn)在7月，最小值則在全年氣溫最低的1月出現(xiàn)。天山北坡西部片區(qū)ET0峰值出現(xiàn)時(shí)段略早于東部區(qū)域。

(2)通過(guò)線性傾向斜率法分析天山北坡各區(qū)ET0變化，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域整體呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，西部斜率變化更為顯著。ET0最值交替出現(xiàn)，西部區(qū)域最大值早于東部區(qū)域出現(xiàn)，東部最小值出現(xiàn)較早。

(3)小波法分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)域主要出現(xiàn)兩種尺度變化周期，小尺度以10a以內(nèi)為主，大尺度為20a附近，主要變化規(guī)律為大尺度周期趨勢(shì)。