马志福1 谭芳2 熊建国3
（1．中国科学院 地理研究所， 北京100101；2．新疆气象科学研究所，新疆 乌鲁木齐市 830002；
3．塔里木石油勘探开发指挥部，新疆 库尔勒 841000）
提 要 建立了塔里木盆地光照、温度模式，该模式可以预测出塔里木盆地无资料地区各网格点的日照时数和冬季（1 月）、夏季（7 月）平均气温。在此基础上，应用统计学导出的极值分布和正态分布概率模式，预测了塔里木盆地各站上述要素不同概率的设计值。首次揭示了塔里木盆地无资料地区光照时间、温度分布规律。该模式为塔里木油田石油工业总体规划和大型工程设计及农业合理布局等提供了有效的科学依据。
关键词 无资料地区；光温模式；塔里木盆地
中图分类号 P422.1+1；P423.7
文献标识码 A
文章编号 1000-3037(2000)02-0175-05
光温模式是指光照模式和温度模式。它是气候资源研究的重要内容之一，传统研究光温模式主要用于农业和城市建筑，而且多数研究山地、坡度、城市光温资源及其应用[1-13]，本文研究光温模式主要用于塔里木盆地工业规划和大型工程建设。这在气候资源研究领域尚属首次。
本文采用地理学与统计学、气候学相结合的方法，建立塔里木盆地腹部无资料地区年日照时数、冬季（1 月）、夏季（7 月）平均温度预测模式（以下简称为塔里木盆地光温模式）。从而揭示了塔里木盆地无资料地区年日照时数、冬季（1 月）、夏季（7 月）平均温度分布规律。这对于塔里木盆地油气田工业规划和大型工程设计以及 21 世纪塔里木盆地外围绿洲农业总体规划等都具有重要科学意义和工程价值。
1 研究范围与资料
塔里木盆地占地面积约 56万km2，浩瀚的塔克拉玛干沙漠位于盆地腹部。研究范围为地理 37N°～42N°、77E°～89E°区域。本研究所依据的基本资料为塔里木盆地外围近 20 个气象站近 36 年（1961～1996 年）年日照时数资料和冬季
（1 月）、夏季（7 月）温度资料、塔里木油气田地区 6 个短期观测站近 10 年（1988～1999 年）资料以及塔里木油气田地区地理纬度、经度、海拔高度资料[14]。
2 模式的建立
2.1 塔里木盆地光照模式（日照时数模式）
塔里木盆地年日照时数随着纬度、经度的增加而增大，其中纬度每增加 1 度，年日照时数增加 66.1h，经度每增加 1 度，年日照时数增加 31.5h。由年日照时数与地理经度、纬度建立了塔里木盆地无资料地区年日照时数预测模式为[15]：
R=0.92471 (1)
式 (1) 中 S0 为塔里木盆地腹部无资料地区年日照时数预测值，φ为地理纬度，λ为经度，R 为复相关系数。研究结果表明：其预测结果与塔里木盆地腹部肖塘气象站近 10 年的实测值基本相等，相对误差为 7%。
2.2 塔里木盆地光照概率模式
塔里木盆地油气资源开发规划和大型工程设计以及油气管道中间站的太阳能电站工程设计等，均要求一定概率下年日照时数的设计值，即一定重现期下年日照时数的设计值。根据规划指标和工程寿命长短，需要计算年日照时数 30 年、50 年、100 年一遇设计值。由此，应用统计学理论导出的极值分布[16-18]，其概率模式为：
Sxp=e-e-y (2)
式 (2) 中的 y=(α－x)/β，其中α、β为参数。根据参数和文献 18 进一步推论可导出塔里木盆地年日照时数 30 年、50 年、100 年一遇设计值的计算式：
式 (3) 中 Sxp 为塔里木盆地年日照时数 30 年、50 年、100 年一遇设计值，X 为年日照时数的均值，Cv 为年日照时数的变差系数，φp 为离均系数，计算时可查极值分布（Ⅰ型极值分布）的φ值表[16]。
2.3 塔里木盆地冬夏季平均温度模式
塔里木盆地冬季（1 月）平均气温随着地理经度、纬度、海拔高度的增加而递减，其中地理纬度每增加 1 度，温度递减 0.5℃，经度增加 1 度，温度递减
0.2℃，海拔高度每增加 100m，温度降低 0.3℃；夏季（7 月）平均气温 (T7) 只随着地理纬度 (φ)、海拔高度 (H) 的变化而变化，纬度增加 1 度，温度降低
0.6℃，海拔高度每增加 100m，温度降低 0.6℃。其预测模式为[19]：
T1=31.0069-0.2038λ-0.4556φ-0.003H
R=0.8583 (4)
T7=57.0155-0.6425φ-0.0055H
R=0.9770 (5)
式 (4)、(5) 中φ、λ同上，H 为海拔高度，R 为复相关系数。其中式 (4) 为塔里木盆地腹部无资料地区冬季（1 月）多年平均气温预测模式，式 (5) 为塔里木盆地腹部无资料地区夏季（7 月）多年平均气温预测模式。
2.4 塔里木盆地冬夏季温度概率模式
在塔里木石油工业总体规划和大型工程设计中，需要一定概率下冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度的设计值，即一定重现期下冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度的设计值。首先假设塔里木盆地某个气象站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度为随机变量，应用统计学导出的正态分布，其概率密度为：
式 (6) 中的σ和 x 为参数，根据参数σ、x 进一步推论可导出塔里木盆地某个测站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度不同概率设计值的预测模式：
式 (7) 中 xp 为塔里木盆地某个测站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度不同概率设计值，x 为冬季 (1 月 ) 和夏季（7 月）平均温度均值，σ为标准差，k 为系数[20]。
3 模式的应用
3.1 光照模式应用及分布特征
将塔里木盆地腹部无资料地区各网格点和短期观测站地理纬度、经度换算成十进制代入式 (1) 计算，得到塔里木盆地无资料地区各网格点和短期观测站多年（1961～1996 年）平均日照时数（表 1）。
表 1 冬小麦各生育期的η值
Table 1ηvariable in different
winter wheat development period
短期观测站
和各网格点 |
经度
(°E) |
纬度
(°N) |
年日照时数
预测值 (h) |
年日照时数不同概率设计值 (h) |
| 30 年一遇 |
50 年一遇 |
100 年一遇 |
| 肖塘 * |
84°10′ |
40°50′ |
3008.3 |
3459.6 |
3528.8 |
3598.0 |
| 满参 * |
84°21′ |
40°35′ |
2997.5 |
3447.5 |
3516.0 |
3653.7 |
| 塔中三 * |
83°53′ |
38°38′ |
2853.9 |
3281.9 |
3347.5 |
3481.4 |
| 网格 3 |
83°53′ |
40°35′ |
2853.9 |
3231.2 |
3295.8 |
3360.4 |
| 网格 7 |
82°57′ |
41°24′ |
3007.5 |
3357.5 |
3424.7 |
3491.8 |
注：表中打 * 的测站为短期观测站
3.2 塔里木盆地日照时数概率模式应用及适度检验
将塔里木盆地外围各测站年日照时数均值和变差系数代入式 (7) 可预测出塔里木盆地外围近 20 个气象测站的年日照时数 30 年、50 年、100 年一遇设计值
（表 2）。对塔里木盆地各测站年日照时数理论分布与经验分布进行了柯尔莫哥洛夫 (k-S) 检验，通过率达 100%。从而证实了塔里木盆地年日照时数遵循极值分布。这就为推算塔里木盆地腹部短期观测站和无资料地区年日照时数设计值提供了较为可靠的理论依据。在此基础上，采用不同概率比值求出塔里木盆地腹部短期观测站和各网格点年日照时数不同概率设计值（表 1），塔里木盆地年日照时数 30 年一遇设计值空间分布特征为：由东北向西南递减。其中东北部为 3300.0h 以上，西南部为 2900.0～3000.0h，腹部为 3100.0～3300.0h。这对于塔里木沙漠输油管道中间站太阳能电站工程设计等具有使用价值。
表 2 塔里木盆地外围不同测站年日照时数设计值分布
Table 2 Distribution of supshine duration design values at
different meteorological stations in the peripheral
area of the Tarim Basin
| 测站名 |
均值 |
变差系数 |
年日照时数不同概率设计值 (h) |
| 30 年一遇 |
50 年一遇 |
100 年一遇 |
| 库车 |
2743.2 |
0.09429 |
3309.6 |
3413.0 |
3471.5 |
| 轮台 |
2718.0 |
0.05314 |
3034.3 |
3092.1 |
3306.8 |
| 阿克苏 |
2867.2 |
0.04883 |
3173.8 |
3229.8 |
3315.4 |
| 喀什 |
2867.2 |
0.06673 |
3141.6 |
3214.8 |
3287.0 |
| 和田 |
2591.6 |
0.08545 |
3076.6 |
3165.2 |
3555.3 |
3.3 塔里木盆地冬夏季温度预测模式应用及分布特征
将塔里木盆地无资料地区各网格点的经纬度（换算成十进制）、海拔高度代入式 (4) 和式 (5) 计算，得到塔里木盆地无资料地区各网格点冬季（1 月）和夏季
（7 月）多年（1961～1996 年）平均温度值（表 3）。并且进行了预测模式的精度检验（运用肖塘气象站近 10 年的实测值与模式预测值进行了预测模式的精度检验），相对误差为 6%～8% 以下，误差范围 0.0～1.3℃之间。从而证实预测模式精度较高。
表 3 塔里木盆地腹部无资料地区不同网格点冬季（1 月）
和夏季（7 月）平均温度分布情况
Table 3 Distribution of winter(January)and summer
(July)average temperature at different net points in
no-data area of the Tarim Basin
| 站名 |
经度
(°E) |
纬度
(°N) |
海拔高度
(m) |
冬季（1 月）
平均温度 (℃) |
夏季（8 月）
平均温度 (℃) |
| 肖塘 |
84°10′ |
40°83′ |
943.9 |
-7.6 |
25.6 |
| 满参 |
84°21′ |
40°10′ |
977.0 |
-7.4 |
26.0 |
| 塔中三 |
83°53′ |
38°63′ |
1143.0 |
-7.2 |
26.0 |
| 网格 3 |
82°00′ |
40°00′ |
1039.0 |
-7.0 |
25.6 |
| 网格 7 |
86°00′ |
39°00′ |
1073.0 |
-7.5 |
26.0 |
3.4 塔里木盆地冬夏季温度概率模式应用及适度检验
将塔里木盆地外围各测站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度均值、标准差 (S)、k 值代入式 (7)，得到塔里木盆地外围各观测站冬季（1 月）和夏季
（7 月）不同概率设计值（表 4 和表 5）。对塔里木盆地各观测站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度理论分布与经验分布进行了正态概率检验和χ2 检验，通过率达 100%。从而证实了塔里木盆地冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度遵循正态分布。根据不同概率比值求出塔里木盆地腹部无资料地区各观测站冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度不同概率设计值。该地区冬季（1 月）平均温度设计值在 -8.6～-12.3℃之间；夏季（7 月）平均温度 30 年一遇设计值以盆地腹部最高
（28℃以上），逐步向周围递减。目前这一研究成果已应用在塔里木石油工业总体规划和大型工程设计中[21]，为塔里木石油工业总体规划和大型工程设计提供了可靠的设计参数和规划指标。
表 4 塔里木盆地外围不同测站冬季（1 月）平均温度设计值分布情况
Table 4 Design value distribution of winter(January)average temperature at different meteorological
stations in the periphery of the Tarim Basin
| 测站名 |
冬季（1 月）平均温度 (℃) |
| 均值 (℃) |
标准差 |
30 年一遇 |
50 年一遇 |
100 年一遇 |
| 轮台 |
-8.2 |
2.0 |
-11.8 |
-12.2 |
-13.0 |
| 库尔勒 |
-7.5 |
2.3 |
-11.6 |
-12.1 |
-13.0 |
| 阿克苏 |
-8.3 |
2.3 |
-12.5 |
-13.0 |
-13.6 |
| 喀什 |
-5.9 |
2.1 |
-9.6 |
-10.1 |
-11.0 |
| 和田 |
-4.8 |
2.1 |
-8.6 |
-9.1 |
-9.6 |
表 5 塔里木盆地外围不同测站夏季（7 月）平均温度设计值分布情况
和夏季（7 月）平均温度分布情况
Table 5 Design value distribution of summer(July)average temperature at different meteorological
atations in the periphery of the Tarim Basin
| 测站名 |
夏季（7 月）平均温度 (℃) |
| 均值 (℃) |
标准差 |
30 年一遇 |
50 年一遇 |
100 年一遇 |
| 轮台 |
25.0 |
1.0 |
26.8 |
27.1 |
27.5 |
| 库尔勒 |
26.2 |
1.0 |
28.1 |
28.5 |
26.8 |
| 阿克苏 |
23.6 |
1.0 |
25.3 |
25.5 |
26.0 |
| 喀什 |
25.5 |
1.2 |
27.7 |
28.0 |
28.5 |
| 和田 |
25.4 |
1.1 |
27.3 |
27.5 |
28.0 |
4 模式的应用
(1) 本文运用塔里木盆地光温模式，揭示了塔里木盆地腹部无资料地区日照时数和温度的分布规律。同时，进行了光温预测模式的精度检验，相对误差为 6%～8% 之间。并且将研究成果应用于塔里木石油工业总体规划和大型工程设计中，这在气候资源研究领域尚属首次；
(2) 塔里木盆地年日照时数随着纬度、经度的增加而增大，其中纬度每增加 1 度，年日照时数增加 66.1h，经度每增加 1 度，年日照时数增加 31.5h；
(3) 塔里木盆地冬季（1 月）平均气温随着地理经度、纬度、海拔高度的增加而递减，其中地理纬度每增加 1 度，温度递减 0.5℃，经度增加 1 度，温度递减
0.2℃，海拔高度每增加 100m，温度降低 0.3℃；夏季（7 月）平均气温 (T7) 只随着地理纬度 (φ)、海拔高度 (H) 的变化而变化，纬度增加 1 度，温度降低
0.6℃，海拔高度每增加 100m，温度降低 0.6℃；
(4) 塔里木盆地年日照时数遵循统计学导出的极值分布，并进行了 k-S 检验，通过率 100%。塔里木盆地腹部年平均日照时数 30 年一遇设计值分布特征为：由东北向西南递减。其中东北部年日照时数 30 年一遇设计值为 3300.0h 以上，西南部为 2900.0～3000.0h，腹部为 3100.0～3300.0h。这对于塔里木沙漠输油管道中间站太阳能电站工程设计等具有使用价值；
(5) 塔里木盆地冬季（1 月）和夏季（7 月）平均温度遵循统计学导出的正态分布，并进行了正态概率检验和χ2 检验，通过率 100%。塔里木盆地冬季（1 月）平均温度 30 年一遇设计值为 -8.6～-12.3℃之间；夏季（7 月）平均温度 30 年一遇设计值仍然是以盆地腹部最高（28℃以上），逐步向四周递减至 27℃以下。
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第一作者简介
马志福 (1958－)，男，江苏省南京市人，副研究员，博士后。主要研究方向：自然资源开发利用研究和中国陆疆建设研究。
基金项目：国家自然科学基金资助 (Kj-03-02)；塔里木石油勘探开发指挥部资助项目 (GH9733)。
致谢：我们感谢冯乐功高级工程师对本研究工作给予的积极支持和帮助。
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