吐哈盆地是古丝绸之路与“一带一路”的经济命脉,同时也是新疆三大含油气盆地之一,在国家能源安全与自治区八大产业集群布局中具有重要的战略地位。然而,随着能源和矿产的开发,以及水资源长期不平衡严重影响了当地的可持续发展。吐哈盆地自然环境恶劣,日照时间长且降水稀少,这可能是导致区域水资源供需不平衡的重要原因。因此亟需厘清气候因子和土地利用变化对吐哈地区实际蒸散量的影响,以期为吐哈盆地水资源可持续利用和生态环境保护提供科学依据。
研究发现吐哈盆地实际蒸散发ETa在空间分布上存在显著的区域差异和季节变化,高值主要分布在降水量较大的山区河谷地带和邻近河流、水源地带的平原区,与土地利用、降水的空间格局相似(图 1)。从季节尺度来看,夏季ETa对年ETa的影响较强,春、秋、冬三个季节对年ETa变化趋势的影响较弱(图 2)。1980–2021年吐哈年际ETa整体呈波动减少的趋势(图 3),月均ETa呈单峰型,与气温、降水变化特征基本一致,表明吐哈ETa与水热变化基本同期(图 4),降水和气温变化是导致ETa持续变化的重要气候因素。
图 1 1980–2021年吐哈盆地多年平均(a)实际蒸散发、(b)气温和(c)降水的空间分布
图2 1980–2021年吐哈盆地多年平均实际蒸散发、气温和降水的季度分布
图3 1980–2021年吐哈盆地实际蒸散发、气温和降水的年际变化
图4 1980–2021年吐哈盆地实际蒸散发、气温和降水的月变化
1980–2021年吐哈盆地大部分地区的实际蒸散发表现出减少趋势,不显著降低区域占比63.16%。从空间上来看,山脉周边、伊州区西南部、巴里坤北部和伊吾部分地区的蒸散量有所增加,而吐鲁番市南部的蒸散量则表现出了减少的特点(图 5)。在吐哈盆地,ETa波动较大的地区主要集中在吐哈南部、巴里坤县及伊吾东北部,这些地区主要被裸地和耕地覆盖,其较大的ET波动可能是由于吐哈生态恢复项目的实施和城市化的增加。此外,吐哈盆地实际蒸散发的演变趋势显示出显著的反持续性,预计未来蒸散量上升的地区远超过下降的地区。
图5 吐哈盆地实际蒸散发、气温和降水变异系数的空间分布及统计
研究发现,仅在气温和降水的影响下,吐哈盆地实际蒸散发预测值的空间分布仍呈现由绿洲向外递减的趋势(图 6)。此外,人类活动对吐哈地区的影响具有轻微减少的趋势,不同土地利用类型ETa强度差异显著:耕地 >林地>建设用地>水域>草地>未利用地。研究期内,耕地、草地、水域、建设用地和未利用地年均ETa呈下降趋势,森林的ETa比较稳定,这表明土地利用覆被变化一定程度上影响ETa的变化(图 7)。
图6 1980–2021年吐哈盆地实际蒸散发的二元线性回归残差分析
图7 1980–2021年吐哈盆地不同地类上实际蒸散量的变化