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2023 年第 1 期31内 蒙 古 气 象文章编号 1005-8656（2023）01-0031-05岱海湖流域生态质量干湿指标气象评价研究陈海英（凉城县气象局，内蒙古 凉城 013750）摘要 选取岱海湖流域 3 个国家一般气象站 60 年的气象资料，采用 Penman-Monteith 模型计算出岱海湖流域的参考蒸散量和干湿指数，表征岱海湖流域地表干湿状况。岱海湖流域地表多年平均干湿指数为 0.42，属于气候半干旱区。20 世纪60、70、90 年代湿润指数距平为正距平，气候偏半湿润状态；20 世纪80 年代后期和21 世纪初期（20002009 年）为负距平，气候偏干旱化。干湿指数主要受降水量、潜在蒸散量、相对湿度、日照时数影响，这些气象因子共同作用影响岱海湖流域气候干湿状况，其中降水量是最主要的影响因子。研究结果可以更好地认识区域气候条件及未来变化方向，为岱海湖的生态评价提供科学参考。关键词 蒸散量；干湿指数；主导因子；岱海湖流域 中图分类号 X823 文献标识码 A doi：10.14174/ki.nmqx.2023.01.006 0 引言岱海湖是内蒙古自治区第三大内陆湖，作为“一湖两海”的重要组成部分，与呼伦湖、乌梁素海共同担负祖国北疆重要生态屏障功能。然而，岱海湖水域面积呈持续萎缩态势。习近平总书记在 2018 年和2019 年曾前后两次对“一湖两海”作出重要讲话指示精神。近年来政府部门调动一切积极因素，全力推进岱海水生态综合治理工作。关于一个地区的生态质量的评价研究方面，气候干湿现状及演化规律一直是学术界研究的热点问题之一。湿润指数指降水量与潜在蒸散量之比，是判断某一地区气候干、湿程度的指标。潜在蒸散是指矮的绿色植物充分覆盖地面，对水流没有或仅有微小阻力的一个广阔表面，经常有充足水分供应时的蒸散。目前计算参考作物蒸散量的常用模型是 Penman-Monteith 模型1-7，在全球气候变化的背景下，参考作物蒸散量的时空变化及其成因的研究得到国内外学者的广泛关注，并开始采取定量化的分析方法，取得一定成果。环海军等8对鲁中地区参考作物蒸散量时空变化特征及主要气象因子的贡献作了分析，基于 19802014 年鲁中地区气象资料，采用 Penman-Monteith 模型计算该区域 19802014 年的参考作物蒸散量（ET0），分析不同时间尺度 ET0及主要气象因子的时空变化规律。石慧兰等9利用德州市 19712000 年气象资料,定量分析湿润指数变化,发现湿润指数平均 10 年减小 0.07，潜在蒸散量平均 10 年增加 24.42 mm，在生态质量气象评价中定量分析德州气候呈干旱化势。钱多等10利用毛乌素沙地逐日气候资料，得出 ET0呈上升趋势，气温和风速是 ET0变化的主导因素。王晓东等11研究表明，淮河流域 ET0对相对湿度的变化最敏感，风速是对 ET0贡献最大的气象因子；刘小莽等12的分析表明海河流域 ET0在年尺度上对水汽压最敏感，不同时间尺度其敏感因子不同。赵志平等13利用青海三江源区气象站19662010 年日值观测数据,计算了各站点潜在蒸散和湿润指数,结果表明：19662010 年 45 年来三江源区潜在蒸散下降,湿润指数呈现小幅上升趋势,长江源和澜沧江源区均表现出暖湿趋势,黄河源区表现出暖干趋势。目前岱海湖流域生态综合治理工作已深入开展，刘烨焜14利用卫星遥感影像数据，采用水体指数法和人机交互修正提取方法，对岱海湖面积变化进行时空分析，并对影响其变化的气象条件和人为因素进行研究。程玉琴等15通过分析论证岱海湖流域地理特点、径流量分布情况、水热气候趋势和工农业用水量对岱海湖面积的影响,得出自然降水量偏少和气候变暖及工农业用水量增加,是岱海湖这个内陆湖面积减少的主要原因，据此提出水生态环境保护的具体措施。但是目前关于岱海湖干湿状况方面的研究甚少。1 数据来源及方法1.1 数据来源选取岱海湖流域 3 个国家一般气象站（凉城县2023 年第 1 期32内 蒙 古 气 象气象站、卓资县气象站、丰镇市气象站）1961 年1 月2020 年 12 月的月平均气温、月平均最高气温和月平均最低气温、月降水量、月相对湿度、月平均风速和月日照时数资料，资料全部来源于内蒙古气象局气象资料数据库。岱海湖面积资料来源于内蒙古气象信息中心，因为不同月份岱海湖面积是有变化的，本文岱海湖面积年值通常采用每年 5 月份的数值。1.2 研究方法从19602013 年小型蒸发量（小型蒸发皿观测值）和参考蒸散量的对比来看，平均蒸发量为 1810.4 mm，约为参考蒸散量的 2 倍，两者相差较大。关于蒸散发的获取方法较多，包括蒸发皿观测法、微气象学法以及遥感影像法。但区域实际蒸散发的获取仍旧较为困难，如蒸发皿观测为水面蒸发，而非陆面蒸发，观测值偏大，从 2014 年开始，国家一般气象站取消了此项观测项目；遥感影像法尚不成熟，需要与其他方法进行对比校正。因此，本文采用 Penman-Monteith 模型计算的参考作物蒸散量进行替代。Penman-Monteith 模型以能量平衡和水汽扩散理论为基础，综合考虑了众多气象因子及植被生理特征，估算结果相对较为精确，能够为区域农业发展和气候干湿评估提供指导，并于 1998 年被联合国粮农组织（FAO）推荐为计算参考作物蒸散量的标准方法，在世界范围内得到广泛使用。潜在蒸散量和干湿指数根据内蒙古自治区地方标准 DB15/T 20052020干湿指数气候类型等级中的定义和计算方法求得。目前，在众多蒸散量的估算方法中，Penman-Monteith 公式计算结果与实测值最为接近，干湿指数是表示某一地区干湿状况的变量，可以反映区域气候干湿变化，能够揭示在不考虑地表储水及过境水资源情况下的区域水资源量变化特征5-10。干湿指数是表示某一地区干湿状况的变量，常用降水量与蒸散量之比来表示：0PAIET=(1)式中：P为年降水量(mm)；ET0为年潜在蒸散量(mm)。蒸散量表达式为：2029000.408()()+273(10.34)nsaRGUeeTETU+=+(2)44maxminso0.77(0.20.79)()2KKnTTnRRN+=+(0.560.25)(0.10.9)aneN+(3)式(2)和(3)中：为干湿表常数，单位为 kPa-1；为饱和水汽压与空气温度关系曲线的斜率，单位为kPa-1；Rn为灌层表面净辐射，单位为 MJm-2d-1；G 为土壤热通量，单位为 MJm-2d-1；T 为 2 m 高处平均气温，单位为；U2为地面以上2 m高处的风速，单位为 ms-1；es为饱和水汽压，单位为 kPa；ea为实际水汽压，单位为 kPa；n/N 表示日照率；Rso表示晴天时辐射量，单位为 MJm-2d-1；为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；Tmaxk 和 Tmink分别表示日最高气温和日最低气温，单位为。逐年各月的潜在蒸散量之和，即为逐年潜在蒸散量。根据干湿指数计算公式，年干湿指数用年降水量与年潜在蒸散量之比求得，年代干湿指数由各年代内每年的年干湿指数累加后求平均计算得到。2 岱海湖流域干湿气候特征2.1 潜在蒸散量的变化特征岱海湖流域地表多年平均潜在蒸散量为967.3 mm,最大值为 1089.1 mm，出现在 1972 年，最小值为822.3 mm，出现在 2003 年，近 60 年岱海湖流域潜在蒸散量呈减少趋势，线性倾斜率为-1.07 mm(10 a)-1，从年际变化曲线（见图 1）来看，近 60 年降水量总体呈波动减少趋势，潜在蒸散量也呈减少趋势，这在一定程度上使岱海湖流域干旱化程度减慢。图 1 19612020 年岱海湖流域潜在蒸散量和降水量变化020040060080010001200010020030040050060070019611964196819711974197719801983198619891992199519982001200420072010201320162019年蒸发量/mm年份年降水量/mm年平均降水量年平均蒸散量线性(年平均降水量)线性(年平均蒸散量)2023 年第 1 期33内 蒙 古 气 象2.2 干湿指数的变化特征图 2 为岱海湖干湿指数随时间变化，表 1、表 2分别为干湿指数气候类型等级和岱海湖干湿指数年代际距平。综合分析，岱海湖流域地表多年平均干湿指数为0.42，属于气候半干旱区，最高值为 0.73（2003年），最低值为 0.19（1965 年），变化幅度较大。近60 年AI 线性趋势总体不显著，年际变化波动较大，其 中 1961、1964、1967 年 和 2003 年 AI 0.65，气候偏湿润；从表 2 可以看出，20 世纪 60、70、90 年代以及 21 世纪 10 年代湿润指数距平为正距平，且 20 世纪 60 年代初期、70 年后期及 90 年代初期AI 0.5，气候偏半湿润状态；20 世纪 80 年代后期和21 世纪初期（20002009 年）为负距平，20 世纪 80 年代后期、20052011 年这两个阶段 AI 0.65半湿润区0.5AI 0.65半干旱区0.2AI 0.5干旱区0.05AI 0.2极干旱区AI 0.05 表 2 岱海湖干湿指数年代际距平 年代干湿指数年代际距平20 世纪 60 年代 0.0020 世纪 70 年代 0.0220 世纪 80 年代-0.0520 世纪 90 年代 0.0221 世纪 00 年代-0.0121 世纪 10 年代0.02图 2 19612020 年岱海湖干湿指数时间变化3 岱海湖干湿指数气象因子相关分析为了进一步探究气象要素对干湿状况的影响，对干湿指数（AI）与相关的气象要素进行相关分析。由表 3 可以看出，AI 与降水量呈正相关，与潜在蒸散量、日照时数呈负相关。AI 与降水量的关系最为密切，相关系数在 0.9 以上（通过了 95%的显著性检验），说明降水量的变化状况直接影响着 AI 的波动状况，其次是潜在蒸散量和日照时数，相关系数分别为-0.693、-0.391（通过了 95%的显著性检验）。AI 与相对湿度、平均气温和平均风速相关系数未通过 95%的显著性检验，说明平均气温和平均风速对AI 的影响相对较小。总体来看，AI 主要受降水量、潜在蒸散量、日照时数影响，这些气象因子的共同作用影响着岱海湖流域气候干湿状况，其中降水量是最主要的影响因子。表 3 19612020 年岱海湖 AI 与气象因子的相关系数 气象因子降水量潜在蒸散量日照时数平均气温相对湿度平均风速干湿指数0.945900*-0.69341*-0.390567*-0.0702120.0692250.044373 注：*表示通过 0.05 水平的显著性检验。4 与岱海湖面积的关联分析有岱海湖面积历史数据资料以来，从 19732020 年收集到的岱海湖面积演变数据和干湿指数的对应关系中，可以看出，当 AI 0.5，岱海湖面积呈增长趋势，如：1995年（AI为 0.61）、2003年（AI 为0.73）、2004 年（AI 为 0.52）、2013 年（AI 为 0.54），岱海湖0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 干湿指数年份岱海平均干湿指数线性(岱海平均干湿指数)岱海湖平均干湿指数（线性）岱海湖平均干湿指数2023 年第 1 期34内 蒙 古 气 象面积比上一年分别增长了 1.06、4.06、1.45 km2 和3.97 km2，其中 2003 年 AI 为 0.73，是近 50 年 AI 年涨幅最大的年份，2003 年岱海湖面积也是历年来年涨幅最大，为 4.06 km2，可见，一个地区的气候干湿状态是与周边的生态环境息息相关的。由于多年平均 AI 为 0.42，小于 0.5，所以岱海流湖域仍处于半干旱气候区。20 世纪 70 年代岱海湖 AI 年代际变化正距平为 0.02，岱海湖面积维持在 140 km2以上；20 世纪 80 年代 AI 年代际变化负距平为-0.05，气候偏干旱化，岱海湖面积年平均缩减 4.4 km2；20 世纪 90 年代岱海湖 AI 年代际变化出现正距平，为 0.02，其中有 3 个年份（1990、1991、1995 年）气候偏半湿润，岱海湖面积年平均缩减 2.5 km2，比 20 世纪 80 年代年平均缩减速度减小 1.9 km2；21 世纪初，AI 年代际变化为负距平-0.01，其中 2003 年 AI 为 0.73，气候指数等级达到湿润，岱海湖面积比上一年度增长了 4.06 km2，由于 21 世纪初后期持续干旱，所以岱海湖面积仍以平均 1.3 km2a-1的速率在减少。2016 年政府部门开始实施岱海水生态综合治理以来，实施了“两节两补两恢复”（农业节水、工业节水、河道疏浚、应急补水、生态恢复、水质恢复）六大措施，岱海湖面积缩减呈放缓趋势，年平均缩减1.8 km2，20162020 年平均 AI 为 0.43，比多年平均值上升了 0.01，岱海湖流域生态环境逐步改善。图 3 19732020 年岱海湖 AI 和岱海湖面积变化5 结论(1)岱海湖流域地表多年平均湿润指数为 0.42，属于气候半干旱区，最高值为 0.73（2003 年），最低值为 0.19（1965 年），变化幅度较大。20 世纪 60、70、90 年代湿润指数距平为正距平，气候偏半湿润状态；20 世纪 80 年代后期和 21 世纪初期（20002009 年）为负距平，气候偏干旱化。(2)岱海湖流域干湿指数主要受降水量、潜在蒸散量、相对湿度、日照时数影响，这些气象因子的共同作用影响着岱海流域气候干湿状况，其中降水量是最主要的影响因子。(3)一个地区的气候干湿状况是与周边的生态环境息息相关的，20 世纪 80 年代岱海湖 AI 年代际变化呈负距平为-0.05，岱海湖面积年平均缩减4.4 km2；20 世纪 90 年代出现正距平，为 0.02，岱海湖面积年平均缩减 2.5 km2，比 80 年代年缩减率减小1.9 km2；21 世纪初为负距平-0.01，其中 2003 年干湿指数为 0.73，气候类型等级达到湿润，湖体面积大幅增加，但是后期持续干旱，岱海湖面积仍以平均 1.3 km2a-1的速率在减少。从 19732020 年收集到的岱海湖面积演变数据和 AI 的对应关系中，可以看出，当 AI 0.5，岱海湖面积呈增长趋势。参考文献1 刘扬,杨永春,张轲,等.19602011 年河西走廊地表干湿状况的时空变化及影响因素 J.水土保持通报,2015,35(1)：54-60.2 徐羽,吴艳飞,徐刚,等.长三角地区地表干湿状况及极端干湿事件特征研究 J.自然资源学报,2017,32(9)：1579-1590.3 陈建伟,张煜星.湿润指数与干操度关系的探讨 J.中国沙漠,1996(1)：79-82.y=0.0015x+0.3863R2=0.0243y=2E-17x+0.42R2=1E-1500.10.20.30.40.50.60.70.80204060801001201401601973197719831984198519861987198919901993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020AI岱海面积/km2年份岱海面积干湿指数平均干湿指数线性(干湿指数)线性(平均干湿指数)岱海湖面积/km2岱海湖面积2023 年第 1 期35内 蒙 古 气 象4 符静,秦建新,黎祖贤,等.变化中的参考作物蒸散量及其对气候的响应 J.长江流域资源与环境,2018,27(7)：1615-1624.5 陈明荣.对于干湿气候区划指标问题的探讨 J.西北大学学报(自然科学版),1974(2)：111-119.6 张彩霞,花婷,郎丽丽.河西地区潜在蒸散发量变化及其敏感性分析 J.水土保持研究,2016,23(4)：357-362.7 刘涛,丁媛媛,郝晓雷.菏泽市气候干湿特征评估以及干湿风险区划研究 J.成都信息工程学院学报,2015,30(2)：199-203.8 环海军,杨再强,刘岩,等.鲁中地区参考作物蒸散量时空变化特征及主要气象因子的贡献分析 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basin is was characterized.The average dry and wet index of the surface of the Daihai Lake basin is 0.42,which belongs to the semi-arid climate zone.In the 1960s,1970s and 1990s,the humidity index anomaly was positive and the climate was semi-humid;In the late 1980s and early 21st century(20002009),it was negative anomaly,and the climate was slightly arid.The dryness and wetness index is mainly affected by precipitation,potential evapotranspiration,relative humidity and sunshine hours.These meteorological factors jointly affect the dryness and wetness of the climate in the Daihai basin,of which precipitation is the most important factor.The research results can better understand the regional climate conditions and the future change direction,and provide scientific reference for the ecological evaluation of Daihai Lake.Keywords Evapotranspiration;Wet and dry index;Dominant factor;Daihai Lake basin