2020, Vol. 40
2. 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002; 3. 新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046;
4. 克拉玛依市气象局，新疆 克拉玛依 834000;
1. School of Geography Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China
2. Institute of Desert Meteorology, China Meteorological Administration, Urumqi 830002, China;
4. School of Resource and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;
1. Karamay Meteorological Bureau, Karamay 834000, China
瓜达尔深水港(25.2°N，62.19°E)位于巴基斯坦西南部俾路支斯坦省瓜达尔市，地区面积14 637 km2。瓜达尔港受副热带高气压和信风交替控制，属热带沙漠气候，干旱少雨且风沙较多; 年平均气温高，又因临近海洋，使得气温变化具有均匀性。瓜达尔港还处在向赤道低压带移动的东北信风路径上，来源于印度洋上的东南信风穿越赤道后受地球自转偏向力影响转向西南方向，由此瓜达尔港盛行风向除东北风外还包括西南风。
作为巴基斯坦第三大港口，东亚国家转口贸易及中亚内陆国家出海口，瓜达尔港南临印度洋的阿拉伯海，紧挨波斯湾，距霍尔木兹海峡约400 km，是中巴经济走廊的终点，同时又是21世纪海上丝绸之路和陆上丝绸之路的关键节点[1-4]。研究其气象要素特征对于当地的经济建设、生态环境，海运及航空等方面都有重要影响，对于中巴走廊以及丝绸之路建设也有重要意义[5-6]。ZHENG et al.[7-8]及郑崇伟等[9-10]利用ERA-Interim风场资料对瓜达尔港的风能资源进行了分析与评估，指出瓜达尔港风能资源常年可用，表现出单峰型月变化特征，峰值出现在4-5月，波谷出现在11-12月，且夏季的风能资源比冬季丰富，稳定性也明显优于冬季。根据分析风能玫瑰图，瓜达尔港的风能常年稳定由偏西南(SW)向的风贡献，其6级及以上大风频率常年在1.5%以内，出现频率最高的为3级风，其次是4级风和2级风。目前关于瓜达尔港气象要素的研究还较为稀少，亟需开展更为详细的研究。
本文采用克拉玛依-瓜达尔友好城市气象站2018-2019年逐日及逐小时气温、气压、降水、相对湿度、水汽压、风向风速等气象数据，分析了瓜达尔港气象要素特征，揭示其变化原因，以期为合理开发利用气候资源，保护和改善瓜达尔港的生态环境，推动地方社会经济与生态环境协调可持续发展提供科学依据。
1 资料来源中亚五国和巴基斯坦大部分区域气象观测设施缺乏，个别气象站点甚至处于停止运行状态，目前这些地区仅有的可正常运行的观测站点远远不能满足其气候研究和灾害监测、预报预警的需求[11]。2017年底，克拉玛依-瓜达尔友好城市气象站建立。整个气象站由一套先进的自动气象采集设备组成，采用太阳能供电，是中巴经济走廊首座完全自动化的多要素气象观测站[12-13]。自动气象站落成以来，通过北斗卫星和GPRS无线传输数据，探测获取的要素包括温度、相对湿度、降水以及风向风速等。本文所涉及气象要素观测仪器均来自于航天新气象科技有限公司，其中温湿传感器型号为DHC2，观测高度为1.5 m; 气压传感器型号为DYC1，观测高度为1.2 m; 降水采用翻斗雨量传感器，其型号为SL3-1，观测高度为0.7 m; 风向风速传感器型号为ZQZ-TF，观测高度为10 m。
本文利用2018年1月1日至2019年12月31日克拉玛依-瓜达尔友好城市气象站所探测的逐日及逐小时气温、气压、降水、相对湿度、水汽压、风向风速观测资料，采用平均分析法和对比分析法等统计方法[14-15]，分析瓜达尔港基本气象要素特征。文中分别以2、5、8、11月作为冬、春、夏、秋季的代表月，小时资料统一采用地方时。巴基斯坦时区上属于东五区，自2008年6月1日起为节省电力而实行夏时制，地方时早于协调世界时6 h。由于仪器发生故障、系统误差以及数据传输和记录过程出现错误等原因，须先对数据进行误差订正或剔除无效数据。其中，由于自动气象观测站采集仪器出现异常，2019年6月整月的气温、气压、降水及风向风速等数据缺失。
2 瓜达尔港气象要素特征 2.1 气温瓜达尔港2018年和2019年年平均气温为26.9 ℃。其中，2018年年平均气温为27.5 ℃，年平均最高气温为30.2 ℃，年平均最低气温为23.6 ℃; 2019年年平均气温为26.3 ℃，年平均最高气温为29.7 ℃，年平均最低气温为23.2 ℃。瓜达尔港位于北回归线附近，受副热带高压控制，其属于热带沙漠气候，故呈现出常年高温的特征。
2.1.1 月气温根据表 1可知，瓜达尔港2018年气温最高月为6月，月平均气温达31.6 ℃; 其次是5月，为31.3 ℃; 气温最低月为1月，为17 ℃。极端高温出现在5月，达到42.7 ℃，极端低温出现在2月，为12.2 ℃。2019年气温最高月为7月，月平均气温达30.4 ℃; 最冷月为1月，月平均气温为20.0 ℃。极端高温出现在9月，为40.1 ℃; 极端低温出现在1月，为11.9 ℃。
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表 1 2018年和2019年瓜达尔港平均、最高、最低气温和气温日较差
Table 1 Mean, maximum, and minimum air temperature and daily air temperature range at Gwadar Port in 2018 and 2019 |
2018年月平均气温年较差为14.6 ℃，2019年月平均气温年较差为10.4 ℃，2018-2019年月平均气温年较差仅相差4.2 ℃，均值为12.5 ℃。瓜达尔港处于中低纬度地区，并且靠近印度洋的阿拉伯海，深受海洋影响，故气温变化较为平缓。
综上，瓜达尔港最热月为5-7月，最冷月为12月和1-2月。南亚地区是典型的热带季风气候，5月正处在一年中季风抵达前的干热高温季节，高温天气异常强势。随着6月22日太阳直射北回归线，达到全年太阳辐射最强，气温受地面长波辐射影响，大气受热相对滞后，造成7月大气温度也相对升高。同理，1-2月和12月太阳直射点位于南半球，导致了北半球地区获得太阳辐射热量少，气温较低。
2.1.2 日气温瓜达尔港平均气温、最高气温和最低气温日变化峰值、谷值出现时间较为一致(图 1)。分析平均气温、最高气温和最低气温的日变化，最小值同时出现时间为08:00，分别为24.2 ℃、24.5 ℃和23.9 ℃; 最大值同时出现时间为15:00，分别为30.2 ℃、30.8 ℃和29.7 ℃。
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图 1 2018-2019年瓜达尔港平均气温、最高气温和最低气温日变化 Fig.1 Diurnal variation of mean, maximum, and minimum air temperature at Gwadar Port from 2018 to 2019 |
根据表 1可知，瓜达尔港2018-2019年平均气温日较差均值为6.5 ℃。其中，2018年平均气温日较差为6.7 ℃，10月气温日较差最大，为10.0 ℃，12月最小，为0.9 ℃。2019年平均气温日较差为6.2 ℃，气温日较差最大月为11月，达9.1 ℃，最小月为1月，为0.2 ℃。瓜达尔港两年气温日较差变化较为相似，都是3-5月和9-11月气温日较差较大，6-8月、12月、1-2月气温日较差较小，即春秋两季昼夜温差较大，夏冬两季昼夜温差较小。
2.2 气压瓜达尔港2018年年平均气压为1 008.3 hPa，最高气压年均值为1 010.2 hPa，最低气压年均值为1 005.9 hPa。2019年年平均气压为1 009.9 hPa，最高气压年均值为1 012.0 hPa，最低气压年均值为1 007.6 hPa。2018-2019年年平均气压仅相差1.6 hPa，均值为1 009.1 hPa。
2.2.1 月气压2018年平均气压、最高气压与最低气压最大值均出现在12月，分别为1 016.6 hPa、1 018.9 hPa和1 014.2 hPa; 其次出现在1月，分别为1 015.2 hPa、1 017.2 hPa和1 013.0 hPa。最小值均出现在7月，分别为997.2 hPa、998.7 hPa和994.8 hPa。
2019年平均气压、最高气压与最低气压最大值出现在1月，分别为1 019 hPa、1 021.2 hPa和1 016.5 hPa; 其次出现在12月，分别为1 016.5 hPa、1 018.7 hPa和1 014.3 hPa。最小值与2018年一样出现在7月，分别为999.1 hPa、1 000.6 hPa和996.5 hPa。
2.2.2 日气压瓜达尔港平均气压、最高和最低气压日变化曲线(图 2)相似，其中平均气压最大值出现在11:00和12:00，为1 010 hPa; 最高气压最大值出现在11:00-13:00，为1 010.1 hPa; 最低气压最大值出现在12:00，为1 009.9 hPa。平均气压谷值出现在05:00和18:00，为1 007.5 hPa和1 006.7 hPa; 最高气压谷值出现时间在06:00和19:00，分别为1 007.7 hPa和1 006.8 hPa; 最低气压谷值出现时间在05:00、06:00和19:00，分别为1 007.4 hPa、1 007.4 hPa和1 006.5 hPa。
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图 2 2018-2019年瓜达尔港平均气压、最高和最低气压日变化 Fig.2 Diurnal variation of mean, maximum, and minimum atmospheric pressure at Gwadar Port from 2018 to 2019 |
瓜达尔港位于北回归线附近，受副热带高压下沉气流控制，属热带沙漠气候，常年干旱少雨。2018年累计降水量为0.3 mm，总降水日数为1 d。2019年累计降水量为67.6 mm，总降水日数为20 d(图 3a)。通过对比发现，2018年降水量偏少，2019年降水量偏多，2019年降水量是2018年降水量的225倍。2018年降水日数偏少，2019年降水日数偏多，两者之间相差19 d，2018年降水日数仅为2019年降水日数的5%。
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图 3 2018-2019年瓜达尔港降水情况(a)和2019年降水量月际分布(b. 1-3月，c. 10-12月) Fig.3 Precipitation information from 2018 to 2019 (a) and monthly distribution of precipitation in 2019 (b. from January to March, c. from October to December) at Gwadar Port |
由图 3可以看出，瓜达尔港降水量月际分布不均。2018年仅3月出现降水，降水日数为1 d，降水量为0.3 mm。2018年日降水量最大值是0.3 mm，出现在2018年3月3日(图 3a)。2019年降水量较2018年充沛，降水主要集中在1-3月和10-12月，其中降水量最大值出现在11月，达到54.7 mm，其次是12月，为9.0 mm(图 3b和图 3c)。月累计降水日数最多为6 d，出现在2月; 其次是12月，共4 d; 3月、10月以及11月降水日数相同，均为3 d。2019年日降水量最大值是29.6 mm，出现在2019年11月22日。
瓜达尔港终年降水较少，主要集中在冬季，这源自冬季来自阿拉伯海的暖湿气流导致降水较多; 夏秋季节虽然湿度较大，但受副热带高压下沉气流控制，干旱少雨。除冬季海洋带来的湿润气流，中纬度地区的低压系统有时会导致西南亚的气旋穿过地中海向东进入伊朗、阿富汗、巴基斯坦和印度，则被称为西风扰动并导致狂风、多云和降雨，瓜达尔港正处于其冬季(12月至次年2月)路线[16]。
2.3.2 相对湿度与水汽压2018年相对湿度年均值为68.5%，水汽压年均值为25.0 hPa。2019年相对湿度年均值为66.1%，水汽压年均值为23.7 hPa。2018-2019年相对湿度和水汽压的年均值分别为67.3%和24.3 hPa。
如表 2所示，2018年相对湿度最小月是12月，为56.0%，最大月是6月，为76.8%;月平均水汽压最大值为35.6 hPa，出现在6月，最小值是14.5 hPa，出现在1月。2019年相对湿度最小月是11月，为50.2%，最大月是9月，为76.5%;月平均水汽压最大值为32.6 hPa，出现在9月，最小值是15.3 hPa，出现在2月。
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表 2 2018年和2019年瓜达尔港相对湿度和水汽压月均值 Table 2 Monthly mean relative humidity and water vapor pressure at Gwadar Port in 2018 and 2019 |
整体而言，瓜达尔港6-9月相对湿度值较高，6-7月水汽压值较高。其中，7-8月为季风季节，即季风季节及其前后相对湿度和水汽压值较高。
根据图 4中瓜达尔港相对湿度和水汽压日变化曲线可知，相对湿度最大值出现在08:00，为78.6%;谷值出现在14:00，为54.8%。即清晨相对湿度较大，午间相对湿度值较小。水汽压曲线呈现“W”形分布特征，峰值出现在00:00时为25.6 hPa，出现在09:00、10:00时为25.0 hPa，出现在22:00、23:00时为25.7 hPa。水汽压谷值出现在07:00时为24.5 hPa，出现在13:00、14:00时为24.0 hPa。即水汽压值在夜间较大，白天较小。
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图 4 2018-2019年瓜达尔港相对湿度和水汽压平均日变化 Fig.4 Diurnal variation of relative humidity and water vapor pressure at Gwadar Port from 2018 to 2019 |
瓜达尔港2018年10 min平均风速年均值为2.4 m·s-1，最大风速年均值为5.4 m·s-1。瞬时风速年均值为2.4 m·s-1，极大风速年均值为8.9 m·s-1; 2019年10 min平均风速年均值为2.5 m·s-1，最大风速年均值为5.4 m·s-1。瞬时风速年均值为2.4 m·s-1，极大风速年均值为9.0 m·s-1。
2018-2019年10 min平均风速年均值为2.4 m·s-1，最大风速年均值为5.4 m·s-1。瞬时风速年均值为2.4 m·s-1，极大风速年均值为8.9 m·s-1。
2.4.1 月风速根据表 3可知，2018年10 min平均风速最大值出现在5月，为3.1 m·s-1，最小值出现在12月，为1.8 m·s-1。最大风速最大值出现在4月，为6.7 m·s-1; 最小值出现在1月和12月，均为4.4 m·s-1。瞬时风速最大值出现在4月和5月，均为3.1 m·s-1，最小值出现在12月和1月，均为1.7 m·s-1。极大风速的最大值出现在4月，为11.1 m·s-1，最小值是6.8 m·s-1，出现在1月。
2019年10 min平均风速最大值出现在4月，为3.3 m·s-1，最小值出现在11月和12月，为2.0 m·s-1。最大风速最大值出现在4月，为7.0 m·s-1，最小值出现在12月，为4.4 m·s-1。瞬时风速最大值出现在4月，为3.3 m·s-1，最小值出现在12月，为1.9 m·s-1。极大风速的最大值出现在4月，为11.6 m·s-1，最小值是7.0 m·s-1，出现在12月。
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表 3 2018年和2019年瓜达尔港风速月变化情况
Table 3 Monthly variation of wind speed at Gwadar Port in 2018 and 2019 |
综上，10 min平均风速、最大风速、瞬时风速和极大风速值整体偏小，年变化不大，可能与自动气象站建于瓜达尔港港区围墙内，围墙的遮挡对风速的削弱有一定作用有关。一年中风速最大值均出现在4月和5月，最小值均出现在1月和12月。即瓜达尔港平均风速春季偏大; 夏、秋季次之; 冬季偏小。
2.4.2 日风速根据图 5可知，冬季，10 min平均风速在17:00和19:00达到最大值，最大风速在19:00达到最大值，瞬时风速在18:00达到最大，极大风速在19:00达到最大。10 min平均风速在09:00为最小值，最大风速在05:00-09:00为最小值，瞬时风速在04:00-06:00和09:00为最小值，极大风速在09:00为最小值。
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图 5 瓜达尔港风速不同季节日变化(a. 2月代表冬季，b. 5月代表春季，c. 8月代表夏季，d. 11月代表秋季) Fig.5 Diurnal variation of wind speed at Gwadar Port in different seasons (a. February represents winter, b. May represents spring, c. August represents summer, d. November represents autumn) |
春季，10 min平均风速和最大风速分别在17:00和18:00达到最大，瞬时风速在20:00达到最大，极大风速在18:00达到最大。10 min平均风速在07:00和08:00为最小值，最大风速在07:00为最小值，瞬时风速在08:00为最小值，极大风速在07:00为最小值。
夏季，10 min平均风速、最大风速、瞬时风速均在17:00达到最大，极大风速在18:00达到最大。10 min平均风速、瞬时风速、极大风速均在08:00出现最小值，最大风速在07:00和08:00为最小值。
秋季，10 min平均风速在16:00达到最大，最大风速在16:00、17:00、19:00达到最大，瞬时风速在11:00、12:00和15:00达到最大，极大风速在18:00、19:00达到最大。10 min平均风速在23:00为最小值，最大风速在23:00和00:00为最小值，瞬时风速和极大风速在00:00为最小值。
综上，10 min平均风速、最大风速、瞬时风速和极大风速在各季白天风速大于夜晚风速。
2.4.3 风向在港口风能资源开发过程中，风向频率是十分重要的因素。风向稳定，或者有一至两个主导风向，将有利于风能资源的捕捉和转换。瓜达尔港临近阿拉伯海，日风向变化为白天吹海风，夜晚吹陆风，海风风力一般强于陆风，海风风速也大于陆风。为分析不同季节风向的变化，本文将风向分为16个方位，统计每个方位不同等级风出现的频率，分别以2、5、8、11月作为冬、春、夏、秋季的代表月，绘制瓜达尔港各季10 min平均风速风向玫瑰图(图 6)[10]。
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图 6 不同季节10 min平均风速风向(a. 2月代表冬季，b. 5月代表春季，c. 8月代表夏季，d. 11月代表秋季) Fig.6 Ten-min mean wind speed and direction in different seasons (a. February represents winter, b. May represents spring, c. August represents summer, d. November represents autumn) |
由图 6可知，瓜达尔港的10 min平均风速风向明显具有季节性变化。冬、春季以东北和东北东向风为主，夏季主要是东北风和北风，秋季除东北东向风外，还包括西南西向风。瓜达尔港在各季盛行风向会有所差异，但主要盛行东-北向风和西-南向风。这可能源于瓜达尔港处于向赤道低压带移动的东北信风路径上，东北信风与来自南半球的东南信风在赤道附近合并，东北信风减弱，东南信风穿过赤道，被科里奥利力偏转，变成西南风在印度洋上空发生风型和方向上的完全反转。
2.4.4 风力等级频率以蒲氏风力等级表为标准[10]，统计了瓜达尔港2018-2019年各季节风力等级频率分布情况，见表 4。
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表 4 瓜达尔港2018-2019年不同季节风力等级频率分布 Table 4 Frequency distribution of wind scale at Gwadar Port in different seasons from 2018 to 2019 |
冬季，出现频率最高的是2级风，其次是1级风以及3级风，6级及以上大风频率为0。春季，出现频率最高的是2级风，其次是3级风，1级风和4级风次之，6级及以上大风频率为0。夏季，出现频率最高的是2级风，其次是3级、1级风，6级及以上大风频率为0。秋季，出现频率最高的是2级风，其次是1级风和3级风，6级及以上大风频率为0。从全年来看，出现频率最高的是2级风，其次是1级风和3级风，4级风次之，6级及以上大风频率为0。
综上，瓜达尔港以2级风为主，其次是1级风和3级风，4级风次之，6级以上大风出现频率为0。与ZHENG et al.[8]得出的瓜达尔港6级及以上大风频率常年在1.5%以内，出现频率最高的为3级风，其次是4级风和2级风的结论有所差异，本研究所得结论整体偏小。可能是因为自动气象站建于瓜达尔港港区围墙内，围墙的遮挡对于风速有削弱作用，对风频等级也造成了一定的影响。
3 结论本文基于克拉玛依-瓜达尔友好城市气象站2018年1月1日至2019年12月31日逐日及逐小时气温、气压、降水、相对湿度、水汽压、风向风速等观测资料，对瓜达尔港的气象要素特征进行了初步分析。基于以上论述，可得出瓜达尔港2018-2019年气象要素有如下特征：
1) 瓜达尔港处于北回归线附近，受副热带高压控制，属热带沙漠气候，年平均气温较高。其年平均气温达到26.9 ℃，一年中最热月为5-7月，最冷月为1月，极端高温达42.7 ℃，极端低温为11.9 ℃。由于瓜达尔港邻近阿拉伯海，受到海洋的影响，气温变化较为平缓，气温年较差与气温日较差均较小，分别为12.5 ℃和6.5 ℃。
2) 瓜达尔港年平均气压值为1 009.1 hPa。气压值最大月为12月和1月，此后开始下降至7月，7月之后气压开始回升。瓜达尔港的气压分布在夏季和冬季表现出明显的对比，夏季气压值较低，而冬季气压值较高。
3) 瓜达尔港邻近阿拉伯海，其年相对湿度和水汽压分别为67.3%和24.3 hPa，且相对湿度和水汽压值具有明显的季节变化规律，其中季风季节，即雨季及其前后值较大，旱季较小。瓜达尔港处于北回归线附近，受副热带高压控制，呈现出热带沙漠气候的干旱少雨特征，降水年季之间分布不均，变化较大。2018年年降水量为0.3 mm，集中于冬季; 2019年年降水量为67.6 mm，主要集中于秋冬两季。
4) 瓜达尔港年平均风速为2.4 m·s-1。白天风速大于夜晚风速，四季中春季平均风速偏大，夏季、秋季次之，冬季偏小。瓜达尔港除盛行东北风外，还包括西南风，四季和全年出现频率最高的是2级风，其次是1级风和3级风，6级以上大风出现频率为0。
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