天山北坡参考作物腾发量变化分析

马铁成，马千雅，宋蕾，张慧

(新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心，乌鲁木齐，830000)

引言

天山北坡是新疆经济最发达的地区，主要覆盖乌鲁木齐市、昌吉市、石河子市、玛纳斯县、沙湾县等区域，约占新疆总人口的23%，是我国开展国土综合开发重点片区之一，更是西部大开发重点地区。天山北坡属于典型内陆干旱区，干旱少雨、生态环境脆弱促使当地灌溉型农业较为发达，水资源短缺已成为影响经济发展的瓶颈，只有大力开发第一用水大户农业用水的节水潜力，才能有效缓解水资源供需矛盾。参考作物腾发量(ET0)是评价作物耗水量的重要参数，国内外学者已开展相关研究，主要通过彭曼公式计算出区域ET0数值，再进一步分析存在的内在规律[1-2]，采用MK检验法对ET0进行特征年突变检验并分析产生的原因[3]，以及使用反距离权重空间分布法分析区域时空分布特征和潜在变化[4]。目前，针对天山北坡开展参考作物腾发量的相关研究较少，因此，在该区域开展ET0技术分析，可为当地开展作物耗水和水资源配置提供参考依据。

1 数据与方法

1.1 数据

选择新疆天山北坡经济带的沙湾县、昌吉市两个典型气象站1952-2019年实测资料为基础，以月为单位的气象站纬度、高程、平均气温、水气压、2米处风速、日照时数6项要素为研究对象。

1.2 方法

采用国际上通用的计算方法彭曼-蒙特斯(Penman-Monteith)公式计算出1952-2019年各月ET0值，进行年内变化规律分析；选择线性倾向估计法进行年际变化趋势分析；采用Matlab小波分析研究ET0周期性规律。

2 结果与分析

2.1 ET0年内变化

以天山北坡两个典型气象站67年农业观测气象资料为基础，采用修正彭曼公式得到ET0。通过分析沙湾县和昌吉市年内ET0变化趋势规律，发现年内ET0变化均满足正态分布关系曲线，ET0峰值主要出现在6-8月，其中，沙湾县的ET0峰值出现较早，自6月开始最大值为7月的108.84mm/月，最小值出现在昌吉市1月为10.72mm/月，仅占全年1.51%。研究区域四季分明，年内ET0变化趋势整体相似，在灌溉季节3-9月占全年80%以上，春季气温上升作物进入生长期ET0逐渐变大，ET0最大值往往是气温最高时间段；秋季气温渐低ET0随之降低。ET0年内变化趋势见图1。

图1 天山北坡典型气象站ET0年内变化

2.2 ET0年际变化

通过绘制天山北坡1952-2019年参考作物腾发量变化图形，拟合一元线性方程发现，沙湾县和昌吉市年际ET0变化趋势均表现递减走势，其中，沙湾县线性斜率较大，线性斜率为-0.0112mm/10a，均值为1.71mm/d，最大值出现在1954年为2.40mm/d，在2009年达到最小值1.25mm/d后，ET0极值相差1.92倍；昌吉市线性斜率较小仅为-0.0004mm/10a，均值为1.64mm/d，最大值出现在1985年2.34mm/d，在1954年达到最小值1.13mm/d后，ET0极值相差2.07倍。对比两地ET0极值发现，1954年均出现最大值和最小值，历年最大值相差仅为0.06mm/d，最小值相差0.12mm/d。天山北坡典型区域ET0年际变化见图2。

(a)沙湾县

(a)沙湾县

(b)昌吉市

2.3 ET0周期变化

采用小波法分析天山北坡1952-2019年长系列尺度参考作物腾发量周期变化。由图3(a)可以看出，沙湾县ET0时间周期主要在8a～11a、17a～26a两种尺度规律。其中，中心时间尺度约10a的9次交替变化出现在1953-1995年间；中心时间尺度约23a的5次交替变化出现在1968-2008年间，23a时间尺度变化周期趋势最明显为主要周期变化规律。由图3(b)可以看出，昌吉市ET0时间周期主要在4a～8a、15a～25a两种尺度规律，其中，中心时间尺度约6a的3次交替变化出现在2000-2015年间；中心时间尺度约20a的5次交替变化出现在1965-2012年间，20a时间尺度变化周期趋势最明显为主要周期变化规律。

(b)昌吉市

3 结论

选择新疆天山北坡东西两个典型气象站1952-2019年农业气象观测资料为基础计算出ET0，分析其年内、年际变化规律和周期性特点，得到以下主要结论：

(1)各区年内ET0变化趋势相似，满足正态曲线图形特征，高峰值出现在气温较高的6-8月，最大值出现在7月，最小值则在全年气温最低的1月出现。天山北坡西部片区ET0峰值出现时段略早于东部区域。

(2)通过线性倾向斜率法分析天山北坡各区ET0变化，发现该区域整体呈现出递减趋势，西部斜率变化更为显著。ET0最值交替出现，西部区域最大值早于东部区域出现，东部最小值出现较早。

(3)小波法分析发现该区域主要出现两种尺度变化周期，小尺度以10a以内为主，大尺度为20a附近，主要变化规律为大尺度周期趋势。