 Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2012, 2, 21-24 http://dx.doi.org/10.12677/aep.2012.23004 Published Online September 2012 (http://www.hanspub.org/journal/aep.html) Study on the Climate Change and Its Effects to Water Resources in Xinjiang* DilinuerAji School of Geographic Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi Email: dilnuraji@gmail.com Received: Jun. 25th, 2012; revised: Jul. 26th, 2012; accepted: Aug. 10th, 2012 Abstract: Through spatial analysis of average temperature, annual precipitation in recent 50 years in Xinjiang from the CRUTS2.0 data set and the quantitative analysis of the same climatic factor in recent 22 years from the observation data for 29 observ ation points in Xinjiang , and by studding the water area change of main lakes, the climate change and its effects to water resources in Xinjiang were presented in this paper. The result shows that the average temperature in Xinjiang has been increased at the speed of 0.6˚C/10a since the end of 1980s, in northern Xinjiang increased at 0.4˚C/10a, in southern Xinjiang at 1.5˚C/10 a in it; In the sa me period, the annu al precipitation has been in creased 55%, in northern Xinjiang increased with a rate of 80.9 mm/10a, in southern Xin jiang with 54.2 mm/10a; In the spatial char- acteristic of the changes, there are a better coincidence with the increased area of the average temperature and annual precipitation; Analysis on the hydrological data of the same time shows that the warming and wetting climate in Xinji- ang is the dominant factor that resulted the increasing tendency for water resources factor, as the water area of main lakes; By comparison the water area of Lake Aibi and the climatic data of Xinjiang, it shows that the water area of Lake Aibi is positively correlated with annual precip itation and average temperature in Xinjiang, the coefficient of the water area between a nnu a l pr ec ipitation and average temperature are RP = 0.87 and RT = 0.57 respectively. Keywords: Xinjiang; Climate Change; Water Resources 新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应* 迪丽努尔·阿吉 新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐 Email: dilnuraji@gmail.com 收稿日期：2012年6月25 日；修回日期：2012年7月26日；录用日期：2012 年8月10 日 摘 要：通过对 CRUTS2.0 数据集所示的新疆近 50 年平均气温、降水资料的空间化分析和新疆 29 个气象观测 站观测的近 22 年的年平均气温、降水等气象要素的定量化统计分析，以及对新疆典型湖泊水域面积变化等具有 指示性意义的水资源要素指标 进行研 究，揭 示了新 疆气候 变化特 征及其 对湖泊 水资源 的影响 效应。 结果表 明： 从变化趋势上看，自 80 年代后期以来，新疆的年平均气温表现出 0.6℃/10年的增温趋势，其中，北疆地区年平 均气温增幅为0.4℃/10 年，南疆地区则为 1.5℃/10 年；在同一时期内，新疆的年总降水量增加了55 %，其中， 北疆地区年总降水量增幅为 80.9 mm/10年，南疆地区则为 54.2 mm/10年；从空间分布上看，气温升高的区域和 降水量增加的区域具有较好的 吻合性 ；在与 新疆同 期湖泊 遥感水 文资料 的分析 对比后 发现， 暖湿化 气候趋 势是 湖泊水域面积等水资源要素增 加的主 导因素 ；通过 艾比湖 水域面 积和同 期新疆 整体气 象资料 的分析 ，艾比 湖水 域面积与当年新疆降水量呈显 著正相 关，与 新疆年 均气温 呈正相 关，水 域面积 与降水 量、气 温的相 关系数 分别 为R降水 = 0.87、R气温 = 0.57。 *资助信息：新疆维吾尔自治区自然科学基金(2010211A18)项目资助。 Copyright © 2012 Hanspub 21  新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应 Copyright © 2012 Hanspub 22 关键词：新疆；气候变化；湖泊水资源效应 1. 引言 气候变化将改变全球水循环的现状，导致水资源 时空分布的重新分配，并对降水、河流径流量、湖泊 水域面积等造成直接影响[1]。近些年来，干旱、洪水 等极端事件的发生在全世界范围内急剧增加[2]。在干 旱半干旱地区，水资源对气候变化十分敏感，降水和 温度较小的变化会引起湖泊水域等水资源要素较大 幅度的变化[3-5]。内陆湖泊是气候变化敏感的指示器 [6]，利用内陆湖泊变化研究其反映的气候问题已有许 多研究，胡汝骥等利用天山湖泊变化分析其所示的气 候趋势[7]；施雅风利用青海湖和伊塞克湖水位变化等 资料分析其所指示的气候干暖化趋势[8]；王树基研究 了我国干旱区湖泊受人类活动的影响[9]；遥感技术由 于不受时间和空间限制，是地域广大的西部干旱地区 进行湖泊水资源要素动态变化研究的强而有力的工 具[10]。早在 20 世纪 70 年代，美国 NESDIS 就利用 NOAA/AVHRR 可见光和红外图像监测五大湖湖冰的 变化[11]，中国国家卫星气象中心气象卫星水情监测已 形成业务产品[12]。本文利用 80 年代后期以来不同时 期的 LANDSATTM 和LANDETM + 卫星遥感图像， 分析研究了新疆典型湖泊水域面积等水资源要素与 气候变化的关系，以论证气候变化对湖泊水资源的影 响效应。 2. 资料与方法 气象资料选自新疆 28 个气象站从 1982 年~2003 年共 22 年的逐月平均气温和降水资料，为了定量地 描述气象要素随时间变化的趋势，经过整理和计算， 分别得到了 1982 年~2003年新疆的年平均气温、年平 均降水总量、1982 年~1992年以及 1993 年~2003 年的 年平均气温和年平均降水总量的算术平均值，用一元 线性回归法分析气象要素序列的线性趋势，对气象要 素趋势分析的结果，通过方差分析 F统计量进行显 著性检验，确定线性趋势是否显著，还是一种随机 振荡。 本文中，对于艾比湖湖泊水域面积的变化和气象 要素的线性关系的对比分析中，1983 年之后的数据来 自气象站观测资料，而前的数据则来自 CRUTS2.0 数 据集。作为观测数据，新疆 28 个气象观测站获取的 近22 年的逐月平均气温和降水资料能够较准确的反 映气象要素的变化趋势，但是时间序列较短；而 CRUTS2.0 数据集是根据气象观测资料经插补分析获 取的栅格数据集，虽然存在一定的误差，但是其时间 序列长，且在表现气象要素空间格局的变化方面具有 独特的优势。本文中，将上述两种数据互补使用，各 显其利；湖泊水域面积来自相应年份和季节的 MSS 遥感卫星数据、TM 遥感卫星数据和 ETM + 遥感卫星 数据的测算，其中，1942 年和 1966 年艾比湖的数据 来自文献资料。 3. 结果与分析 3.1. 气候变化特征 3.1.1. 新疆降水量变化趋势 对观测资料进行了线性回归分析，气温和降水量 的10年滑动平均曲线表明，自 80 年代后期以来，新 疆年平均气温呈逐年缓慢上升趋势(图1)，90 年代升 温迅速，1993 年~2003 年与 1982 年~1992 年相比，年 平均气温上升了约 0.6℃。其中，北疆地区年平均气 温增幅为 0.4℃/10 年，南疆地区则更为显著，为1.5℃/10 年(图1)，明显高于全国年平均增温率0.208℃/10 年 及全球增温率 0.04℃/10 年~0.08℃/10年的幅度。 3.1.2. 新疆降水量变化趋势 在同一时期内，新疆的降水量呈增加态势(图2)， 进入 90 年代增加迅速，年平均降水量由 1982 年~1992 年的 126.7 mm增加到 1993 年~2003 年的 196.6 mm， 增加了约 55%，其中，北疆地区年总降水量增幅为 80.9 mm/10 年，南疆地区则为 54.2 mm/10年(图1)。在全 球气候变暖的背景下，明显的表现出新疆气候向暖湿 转型的特点。 3.2. 气候变化对湖泊水资源的影响 从新疆北、南、东和西北 4个不同方向分别选择 了乌伦古湖、博斯腾湖、艾丁湖和艾比湖等典型湖泊 作为研究对象，对其湖泊水域面积的动态变化，展开 了遥感监测与研究，由于水在整个反射红外波段相对  新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应 5 6 7 8 9 10 11 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003year temperature(℃） 10 years MA of temperatu re in NXJ 10 years MA of temperatu re in SXJ 10 years MA of temperatu re in XJ 0 50 100 150 200 250 300 19821985 1988 1991 19941997 2000 2003 year Precipitation(mm) 10y ears MA of precipitation in NXJ 10y ears MA of precipitation in SXJ 10y ears MA of precipitation in XJ 2003 yea r 2003 yea r (a) (b) NXJ——北 疆 ， SXJ——南 疆 ，XJ——新 疆 。 Figure 1. Moving average of temperature (a) and precipitation (b) in Xinjiang 图1. 新疆气温和降水量 10年滑动平均曲线 0 400 800 1200 1600 19892002 year water area(km 2) 0 400 800 1200 1600 1990 2000year 0 5 10 15 20 1990 1999year 0 400 800 1200 1600 19421966 19721977 19902003year 乌伦古湖 博斯腾湖 艾丁湖 艾比湖 Figure 2. Comparison for water area of main lakes in different year in Xinjiang 图2. 新疆主要湖泊不同年份水域面积比较 与植物或土壤来说具有很突出的低反射特征[13]，在 通 道1和通道 2图像上，水体的色调非常暗，与周围陆 地有很大差别，这在通道 2图像上尤其突出，水陆界 限十分明显，很容易将其识别出来[12]，监测结果表明， 自80 年代后期以来，新疆的湖泊水域面积呈现不同 程度的扩大趋势，乌伦古湖水域面积由1989 年的 862.1 km2扩大到 2002 年的 899.3 km2；与 1990 年相 比，2000 年的博斯腾湖域面积增大了 369.9 km2；1999 年的艾丁湖与 1990 年相比，约有 16.7 km2的新水域 的生成；艾比湖的水域面积在历史资料中有 1942年、 1966 年和 1972 年分别为 956.4 km2、578.8 km2和528.2 km2的记载，本文中，遥感影像监测的数据显示，其 水域面积由 1977 年和 1990 年的 524.8 km2和547.6 km2增加到2003 年的 1029.2 km2(图2)，艾比湖正在 结束其水域面积趋向减少的一个时期而走向其水域 面积恢复的阶段。 自80 年代后期以来，位于新疆不同方向的四大 湖泊均表现出面积逐年扩大的趋势，湖泊水域面积的 这种变化特点与新疆整体气温及降水量的变化规律 有很好的一致性，这说明，暖湿化气候趋势是导致新 疆湖泊水域面积等水资源要素增加的主导因素。 3.3. 气候变化对艾比湖的影响机理 通过艾比湖水域面积和同期新疆气象资料的分 析，1942年~1966 年间，艾比湖水域面积由 956.4 km2 减少为 578.8 km2时，降水量减少了 30.3 mm；水域面 积由 1972 年的528 .8 km2减少为 1977 年的 524.8 km2 时，降水量呈现 3.9 mm微弱的减少；水域面积在 1977 年、1990 年和 2000 年分别为 524.8 km2、547.6 km2 和1029.2 km2的渐序扩大趋势时，降水量相应呈现为 132.6 mm、142.4 mm和200.0 mm的增大态势。同期， 新疆年均气温表现为有升有降规律的同时，整体呈上 升趋势。艾比湖水域面积与当年新疆降水量呈显著正 相关，和新疆年均气温呈正相关关系。水域面积与降 Copyright © 2012 Hanspub 23  新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应 水量、气温的相关系数分别为 R降水 = 0.87、R气温 = 0.57 (图3)。这说明艾比湖水域面积是随着新疆整体降水量 的增加和气温的升高而呈扩大趋势，降水量的增加和 气温升高对艾比湖水域面积的影响起着主导作用。 4. 结论 通过对 CRUTS2.0 数据集所示的新疆近 50 年平 均气温、降水资料的空间化分析和新疆 29 个气象观 测站观测的近 22 年的年平均气温、降水等气象要素 的定量化统计分析，以及对新疆典型湖泊水域面积变 化和典型河流的径流量变化等具有指示性意义的水 资源要素指标进行研究，揭示了新疆气候变化特征及 其对水资源的影响效应，结论如下： 1) 自80 年代后期以来，新疆的年平均气温表现 出0.6℃/10 年的增温趋势，其中，北疆地区年平均气 y = 161.9x - 501.78 R2 = 0.3251 0 200 400 600 800 1000 1200 0.0 2.0 4.06.0 8.010.0 temperature(℃) water area(km 2) y = 7.8682x - 486.62 R2 = 0.7545 0 200 400 600 800 1000 1200 050100150 200 250 precipitation(mm) water area(km 2) Figure 3. R el ati on shi p between the water area of Lake Aibi and the change of temperature and precipitation in Xinjiang 图3. 艾比湖水域面积与新疆气温、降水量变化关系 温增幅为 0.4℃/10年，南疆地区则为 1.5℃/10 年。在 同一时期内，新疆的年总降水量增加了 55%，其中， 北疆地区年总降水量增幅为 80.9 mm/10年，南疆地区 则为 54.2 mm/10年。 2) 自80 年代后期以来，分布与南北新疆的主要 河流径流量呈增加态势的同时，位于新疆不同方向的 四大湖泊均表现出面积逐年扩大的趋势，河流径流量 和湖泊水域面积的这种变化特点与新疆整体气温及 降水量的变化规律有很好的一致性，说明暖湿化气候 趋势是导致新疆典型湖泊水域面积等水资源要素增 加的主导因素。 3) 通过艾比湖水域面积和同期新疆整体气象资 料的分析，艾比湖水域面积与当年新疆降水量呈显著 正相关，和新疆年均气温呈正相关，水域面积与降水 量、气温的相关系数分别为 R降水 = 0.87、R气温 = 0.57。 这说明艾比湖水域面积是随着新疆整体降水量的增 加和气温的升高而呈扩大趋势，降水量的增加和气温 升高对艾比湖水域面积的影响起着主导作用。 参考文献 (References) [1] 於凡, 张光辉, 柳玉梅. 全球气候变化对黄河流域水资源影 响分析[J]. 水文, 2008, 25(5): 52. [2] 李卫红, 陈亚宁, 赫兴明. 新疆天山北坡河川径流对气候变 化的响应研究[J]. 地球科学, 2006, S2: 36-39. [3] 陈仁升, 康尔泗, 张济世. 小波变换在河西地区水文和气候 周期变化分析中的应用[J]. 地球科学进展, 2001, 16(3): 339- 345. [4] 王栋, 朱元蛀. 基于MEMI 谱分析的水文时间序列隐含周期 特性研究[J]. 水文, 2002, 22(2): 19-23. [5] 龚原, 袁玉江, 何清. 气候转暖及人类活动队北疆中小河流 降水–径流关系的影响[J]. 中国沙漠, 2003, 23(5): 569-572. [6] 郭铌, 张杰, 梁芸. 西北地区近年来内陆湖泊变化反映的气 候问题[J]. 冰川冻土, 2003, 25(2): 211-214. [7] 胡汝骥, 杨川德, 马虹等. 天山冰川与湖泊变化所示的气候 趋势[J]. 干旱区地理, 1994, 17(2): 1-7. [8] 施雅风. 山地冰川与湖泊萎缩所指示的亚洲中部气候甘暖化 趋势与未来展望[J]. 地理学报, 1990, 45(1): 1-11. [9] 王树基. 近四十年来人类活动对我国干旱湖泊的影响[J]. 干 旱区地理, 1989, 12(1): 1-5. [10] Research Institute of Desert. Desert problem and desertification in Central Asia. Berlin: Springer, 2000. [11] 许健民等译. 气象卫星——系统、资料及其在环境中的应用 [M]. 北京: 气象出版社, 1994: 368-374. [12] 董超华. 气象卫星业务产品释用手册[M]. 北京: 气象出版社, 1999: 129-138. [13] P. H. 斯韦恩, S. M. 戴维. 遥感定量方法[M]. 北京: 科学出 版社, 1984: 160-163. Copyright © 2012 Hanspub 24 |