江蘇省近50 a氣候干濕特征研究

趙晶,包云軒,張仁陟,孟翠麗,申雙和

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.南京信息工程大學(xué) 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210044;3.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044;4.武漢農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站,湖北 武漢 430040)

江蘇省近50a氣候干濕特征研究

趙晶1,包云軒2,3,張仁陟1,孟翠麗4,申雙和2,3

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.南京信息工程大學(xué) 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210044;3.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044;4.武漢農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站,湖北 武漢 430040)

根據(jù)江蘇省1960—2009年54個(gè)氣象臺(tái)站常規(guī)氣象觀測資料,利用Penman-Monteith公式計(jì)算了全省各地區(qū)50 a的逐日潛在蒸散量,結(jié)合逐日降水量,推算出了相對(duì)濕潤度指數(shù)值,并采用國家標(biāo)準(zhǔn)《氣象干旱等級(jí)》(GB/T20481-2006)中的相對(duì)濕潤度分級(jí)指標(biāo)對(duì)全省干濕狀況進(jìn)行了評(píng)估,分析其時(shí)空變化特征。研究表明:1)就全年而言,江蘇省半干旱區(qū)與濕潤區(qū)各占50%左右的面積,其中淮北、江淮北部、蘇北沿海的北部為半干旱區(qū),江淮南部、蘇北沿海的南部、沿江、蘇南地區(qū)為濕潤區(qū);2)降水量和潛在蒸散量是影響相對(duì)濕潤度指數(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵因子,降水量的變化對(duì)相對(duì)濕潤度的時(shí)空分布起著主導(dǎo)作用,潛在蒸散量起著輔助作用。3)江蘇省1 a中冬季的南北氣候干濕反差最大、夏季最小,濕潤區(qū)范圍夏季最大、秋季最小,半干旱區(qū)范圍秋季最大、夏季沒有,干旱區(qū)范圍春季最大、夏季和秋季沒有。夏季氣候最濕潤、春季氣候最干燥。4)淮北和蘇北沿海地區(qū)的相對(duì)濕潤度指數(shù)年變化呈“單峰型”,江淮、沿江和蘇南地區(qū)的年變化呈“雙峰型”,蘇北沿海地區(qū)相對(duì)濕潤度年內(nèi)變化最大,沿江地區(qū)最小。

干濕狀況;Penman-Monteith公式;潛在蒸散;相對(duì)濕潤度指數(shù);時(shí)空變化

0 引言

江蘇省位于我國東部沿海的中部及長江、淮河的下游地區(qū),屬于東亞季風(fēng)區(qū),又屬亞熱帶和暖溫帶的過渡區(qū)。全省年降水量為724～1 210 mm,降水季節(jié)分配不均勻,夏季多,冬季少,且地區(qū)差異明顯,全省年蒸發(fā)量為900～1 050 mm,呈自東向西遞增,其干濕時(shí)空變化極為復(fù)雜。

一個(gè)地區(qū)的氣候干濕狀況主要取決于大氣水分收支的兩個(gè)主要分量,即降水量和潛在蒸散量。孫永罡等(2004)認(rèn)為溫度升高、蒸發(fā)量加大是近50 a來東北地區(qū)干旱日趨嚴(yán)重的主要原因,而降水減少的影響相對(duì)較小。榮艷淑和屠其璞(2004)、馬柱國等(2000)的研究表明,潛在蒸散量是影響一個(gè)地區(qū)水熱平衡的重要因子和氣候特征參數(shù),是主要的水分支出項(xiàng),它在很大程度上會(huì)影響到該地區(qū)氣候的干濕狀況。郭建平等(2001)利用相關(guān)氣象資料,分析了中國北方地區(qū)與干旱有關(guān)的氣象因素(可能蒸散量、水面蒸發(fā)量和降水量)的區(qū)域分布,認(rèn)為可能蒸散量的變化對(duì)地區(qū)干旱有直接影響。氣候變暖導(dǎo)致蒸發(fā)量增加可能是影響氣候干濕狀況的主要因素,但目前江蘇省氣候狀況的研究,大多側(cè)重于汛期降水分析(周連童,2010;潘敖大等,2011;祁海霞等,2011;毛宇清等,2012),缺少對(duì)蒸發(fā)的考慮。

國內(nèi)外已有多種表征氣候干濕狀況的指標(biāo),主要可歸結(jié)為4類:降水量、干燥度、水熱系數(shù)和相對(duì)濕潤度指數(shù)。如Palmer(1965)提出的帕爾默干旱指標(biāo)。Mckee et al.(1993)提出的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(Standardized Precipitation Index,SPI)。Bordi et al.(2005)還利用Gamma最高概率預(yù)測法計(jì)算滯后一個(gè)月的SPI序列,發(fā)現(xiàn)預(yù)測月的降水分布符合實(shí)際降水序列,尤其對(duì)于春夏季節(jié),效果較好,并在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。孫鳳華等(2006)通過分析遼西地區(qū)干燥度指數(shù),研究該地區(qū)氣候干濕的年代際變化特征。孫力等(2003)通過計(jì)算地表最大潛在蒸散、大氣干燥度指數(shù)和地表水分盈虧量,分析了東北地區(qū)及其7個(gè)不同氣候區(qū)域地表干濕狀況的時(shí)空分布規(guī)律及其演變趨勢。在干旱指標(biāo)方面,降水量距平百分率、濕潤度或干燥度、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)和土壤相對(duì)濕度等應(yīng)用較多。相對(duì)濕潤度指數(shù)是比較理想的區(qū)域站干旱監(jiān)測指標(biāo)(孫智輝等,2011),但目前只在一定區(qū)域得到應(yīng)用(江和文等,2010;王備等,2011)。

在氣候干濕評(píng)估研究中,潛在蒸散量的計(jì)算是一個(gè)關(guān)鍵問題,目前常見的計(jì)算方法有3種:1)用觀測的蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料來代替(楊建平等,2002),這種方法的缺點(diǎn)在于蒸發(fā)皿蒸發(fā)并不等同于潛在蒸散。2)采用Thornthwalte方法計(jì)算潛在蒸散,這種方法計(jì)算簡單,在一定程度上能反映氣溫變化對(duì)蒸發(fā)的影響(馬柱國和符涂斌,2005),但由于該方法是基于美國東部具有充足土壤水份的流域推算出的月平均氣溫與潛在蒸散之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系(Thomthwaite,1948),具有一定的局限性。在中國,南北氣候差異明顯,尤其是北方比較干的地區(qū),用該方法計(jì)算出的結(jié)果準(zhǔn)確性值得商榷。3)由世界糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization,FAO)推薦的Penman-Monteith公式綜合考慮了降水、氣溫、風(fēng)速、濕度、太陽輻射等多個(gè)氣象因子的影響,具有明確的物理意義,能夠更加客觀真實(shí)地反映實(shí)際氣候的干濕狀況,最重要的是該公式在很多國家和地區(qū)(包括中國的大部分區(qū)域)使用后都得到了很好的結(jié)果(劉群昌和謝森傳,1998;李曉軍和李取生,2004)。

為了客觀評(píng)價(jià)江蘇省近50 a來氣候干濕變化特征,引用Penman-Monteith公式計(jì)算了江蘇省54個(gè)常規(guī)氣象臺(tái)站的逐日潛在蒸散量,并結(jié)合逐日降水量推算出了各站逐日相對(duì)濕潤度指數(shù)(IRM)值,分析了其時(shí)空變化規(guī)律,初步探討了降水和潛在蒸散兩大關(guān)鍵因子對(duì)江蘇省氣候干濕的影響,旨在為江蘇省有關(guān)部門科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化提供借鑒。

1 資料和方法

1.1 資料

選用1960—2009年江蘇省54個(gè)地面氣象臺(tái)站的逐日降水、日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象要素實(shí)測資料。對(duì)個(gè)別臺(tái)站的缺測資料進(jìn)行插補(bǔ)處理,經(jīng)過訂正處理后的54個(gè)測站的各要素資料具有較好的連續(xù)性。

1.2 計(jì)算方法

相對(duì)濕潤度指數(shù)IRM的計(jì)算公式為:

(1)

其中:IRM為相對(duì)濕潤度指數(shù),是表征某時(shí)段降水量與蒸發(fā)量之間平衡的指標(biāo)之一,可反映作物生長季節(jié)的水份平衡特征,適用于作物生長季節(jié)旬以上時(shí)間尺度的干濕狀況監(jiān)測和評(píng)估;P是某時(shí)段的降水量;E為某時(shí)段的潛在蒸散量(單位:mm),采用FAO推薦的Penman-Monteith蒸散公式:

(2)

式中:Rn表示作物表面凈輻射量(單位:MJ·(m2·d)-1);G為土壤熱通量(單位:MJ·(m2·d)-1,G?Rn,計(jì)算過程中可忽略);Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率(kPa·℃-1);γ為濕度計(jì)常數(shù)(kPa·℃-1);T為空氣平均溫度(℃);U2為在地面以上2 m高處的風(fēng)速(m·s-1);es為空氣飽和水汽壓(kPa);ea為空氣實(shí)際水汽壓(kPa)。

計(jì)算得到潛在蒸散量E后,可結(jié)合實(shí)測降水量資料計(jì)算得到相對(duì)濕潤度指數(shù)IRM,對(duì)IRM按表1進(jìn)行分級(jí)處理,再對(duì)研究區(qū)氣候干濕特征進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。

表1相對(duì)濕潤度氣候干濕等級(jí)劃分

Table 1 Grade divisions of relative moisture index in climate

類型相對(duì)濕潤度干旱區(qū)-100%0

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省氣候干濕狀況的空間分布

根據(jù)計(jì)算得到的江蘇省54個(gè)氣象臺(tái)站1960—2009年期間逐日IRM值,參照全國干濕劃分標(biāo)準(zhǔn)(劉波和馬柱國,2007),結(jié)合表1,對(duì)各站點(diǎn)IRM值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)所有臺(tái)站的多年平均IRM值都在-30%～25%之間,表明這些臺(tái)站的氣候都是半干旱型或濕潤型,再以IRM=0作為半干旱區(qū)與濕潤區(qū)的分界線,在ArcGIS中將各臺(tái)站IRM值制成空間等值線分布(圖1)。從圖1可以看出,江蘇省半干旱區(qū)與濕潤區(qū)各占50%左右的面積,其中淮北、江淮北部、蘇北沿海的北部為半干旱區(qū),江淮南部、蘇北沿海的南部、沿江、蘇南地區(qū)為濕潤區(qū)。豐縣為相對(duì)濕潤度指數(shù)最小(IRM=-30%)的半干旱區(qū),也是江蘇省氣候最干燥的地區(qū)。在半干旱區(qū)內(nèi),從西北的豐縣向東南直至里下河地區(qū)北界IRM值依次遞增,氣候逐漸由半干旱向濕潤轉(zhuǎn)變。太湖西南岸的宜興為相對(duì)濕潤度指數(shù)最大的濕潤區(qū),IRM值達(dá)24%,從宜興向北至里下河地區(qū)北界IRM值依次增減,氣候逐漸由濕潤向半干旱轉(zhuǎn)變。

實(shí)際上,降水是影響一個(gè)地方氣候干濕(IRM值)的第一關(guān)鍵因子。從近50 a(1960—2009年)江蘇省年平均降水量的空間分布(圖2)上可以直觀地看出:降水量與IRM值有極為相似的空間分布格局,年平均降水量由北向南依次遞增,淮北、江淮北部和蘇北沿海北部的年平均降水量均小于1 000 mm,且同緯度上西部較東部少;而蘇南、沿江、江淮南部(除江都市外)和蘇北沿海南部的年平均降水量基本上都大于1 000 mm,西南部多于東北部;年平均降水量的最小值出現(xiàn)在豐縣,僅714 mm;最大值出現(xiàn)在宜興,達(dá)1 199 mm。

圖1 1960—2009年江蘇省年平均相對(duì)濕潤度指數(shù)的空間分布(單位:%)Fig.1 Spatial distribution of multi-year mean relative moisture index in Jiangsu Province from 1960 to 2009(units:%)

圖2 1960—2009年江蘇省年平均降水量空間分布(單位:mm)Fig.2 Spatial distribution of multi-year mean precipitation in Jiangsu Province from 1960 to 2009(units:mm)

潛在蒸散是影響氣候干濕(IRM)的另一關(guān)鍵因子。從圖3所示的江蘇省近50 a的多年平均潛在蒸散量的空間分布上可以看出:淮北地區(qū)年潛在蒸散量均大于1 000 mm,最大值出現(xiàn)在銅山縣,達(dá)1 056 mm;江淮地區(qū)較淮北地區(qū)年潛在蒸散量略小,且區(qū)內(nèi)西部E值最大,中部最小,東部居中;蘇北沿海地區(qū)年潛在蒸散量從北部向南部遞減,南部的南通地區(qū)也是全省年潛在蒸散量的最小值區(qū),最小值中心在如皋(963 mm);蘇南地區(qū)西南部的寧鎮(zhèn)丘陵山區(qū)是江蘇省年潛在蒸散量的另一低值區(qū),低值中心出現(xiàn)在宜興市(967 mm),從寧鎮(zhèn)丘陵腹地向東西兩側(cè)E值快速遞增,特別是位于其東面太湖平原的吳江市成為該省多年平均潛在蒸散量的次高值區(qū)(達(dá)1 045 mm),而從此向北經(jīng)沿江地區(qū)西部再至里下河地區(qū)年潛在蒸散量呈微增趨勢,蘇南東部、沿江地區(qū)東部、蘇北沿海南部從南向北年潛在蒸散量則呈明顯的遞增趨勢。

圖3 1960—2009年江蘇省年平均潛在蒸散量空間分布(單位:mm)Fig.3 Spatial distribution of multi-year mean potential evapotranspiration in Jiangsu Province from 1960 to 2009(units:mm)

相對(duì)濕潤度指數(shù)IRM受降水量P和潛在蒸散量E兩個(gè)關(guān)鍵因子的共同影響,盡管從IRM的定義(式1)可以看出:P值越大,IRM值越大;E值越大,IRM值越小。但I(xiàn)RM的空間分布與P空間分布一致,且由于P的空間變化率(標(biāo)準(zhǔn)差為94.14 mm)大于年平均E(標(biāo)準(zhǔn)差為24.67 mm),因此,P的空間分布對(duì)IRM空間分布起著主導(dǎo)作用。

圖4 1960—2009年江蘇省歷年降水量(黑線)、潛在蒸散量(紅線)和相對(duì)濕潤度指數(shù)(藍(lán)線)曲線Fig.4 Curves of the annual precipitation(black line),potential evapotranspiration(red line) and relative moisture index(blue line) in Jiangsu Province from 1960 to 2009

2.2 江蘇省干濕狀況的時(shí)間變化特征

2.2.1 江蘇省干濕狀況的年際變化

分析江蘇省歷年降水量、潛在蒸散量和相對(duì)濕潤度指數(shù)的時(shí)間變化曲線(圖4)可以發(fā)現(xiàn):全省平均的年降水量(圖中黑線)最大值為1 391 mm,出現(xiàn)在1991年;最小值為556 mm,出現(xiàn)在1978年;近50 a來全省平均的年降水量沒有顯著的線性變化趨勢,但存在較大的年際波動(dòng),多年平均值為937.67 mm,振幅為835 mm,標(biāo)準(zhǔn)差為155.22 mm。全省平均年潛在蒸散總量(圖中紅線)最大值為1 108 mm,出現(xiàn)在1978年;最小值為919 mm,出現(xiàn)在1991年;近50 a來全省平均的年潛在蒸散量也沒有顯著的線性變化趨勢,且年際波動(dòng)較小,多年平均值為1 004 mm,振幅為189 mm,標(biāo)準(zhǔn)差為46.8 mm。可見年降水量的年際變化要比年潛在蒸散量小得多。再從IRM值的年際變化來看,最大值為51.56%,出現(xiàn)在1991年,最小值為-49.69%,出現(xiàn)在1978年。其波動(dòng)曲線(圖中藍(lán)線)與年降水量變化趨勢基本一致,近50 a線性變化趨勢也不顯著,但年際波動(dòng)較大,說明IRM值主要受降水量變化的影響。從圖4中還可以看出:1966、1967、1968、1978、1994、2004年是IRM低值年,與年降水量少的歷史偏旱年(1966年夏秋連旱,1967年冬春連旱,1978年春夏秋連旱,1994年春夏連旱、2004年夏秋連旱)較為吻合;而1974、1987、1991、1993、2003年是IRM高值年,與年降水量多的歷史偏澇年有關(guān)。

2.2.2 江蘇省干濕狀況的季節(jié)變化

對(duì)歷年各站逐日IRM值按多年季平均計(jì)算后得到圖5所示的GIS空間分布,可以看出:江蘇省春季相對(duì)濕潤度值(圖5a)空間差異顯著,由北向南IRM值依次遞增,淮北地區(qū)北部春季IRM值小于-50%,屬于干旱區(qū);蘇南地區(qū)南部IRM值大于0,屬于濕潤區(qū);兩者之間的淮北地區(qū)南部、江淮地區(qū)大部、沿江地區(qū)大部、蘇南地區(qū)北部和蘇北沿海的南部IRM值均在0～-50%之間,屬于半干旱區(qū)。夏季全省各地平均相對(duì)濕潤度(圖5b)均大于0,皆為濕潤區(qū),從等值線分布看,緯向分布不顯著,出現(xiàn)多個(gè)閉合中心,濕潤度最大值的中心出現(xiàn)在東部的蘇北沿海地區(qū)中、北部,最小值中心在淮北地區(qū)豐縣。秋季除蘇南西南部的部分站點(diǎn)外均屬于半干旱區(qū)(圖5c),淮北地區(qū)及江淮地區(qū)的相對(duì)濕潤度值沿緯向從北向南依次遞增,東部的IRM值大于西部,沿江、蘇北沿海南部及蘇南地區(qū)的IRM值較淮北地區(qū)顯著減小,除宜興站出現(xiàn)濕潤區(qū)中心外,其他地區(qū)東部均較西部濕潤。冬季是全省南北干濕反差最明顯的季節(jié),相對(duì)濕潤度值(圖5d)呈顯著的緯向分布,淮北地區(qū)西北角為干旱區(qū),淮北的其他地區(qū)、江淮中北部和蘇北沿海的北部為半干旱區(qū),江淮南部、蘇北沿海的南部、沿江和蘇南地區(qū)均屬濕潤區(qū),豐縣和宜興分別成為江蘇北部氣候最干燥和南部氣候最濕潤的兩大極值中心。綜合圖5可以看出:江蘇省一年中冬季的南北氣候干濕反差最大、春季次大、夏季最小、秋季次小;濕潤區(qū)范圍夏季最大、冬季次大、秋季最小、春季次小;半干旱區(qū)范圍夏季沒有、秋季面積最大、春季次大、冬季較小;干旱區(qū)范圍夏季和秋季沒有、春季面積大、冬季面積小。

從圖6所示的1960—2009年江蘇省四季相對(duì)濕潤度IRM值的年際變化曲線上可以看出:春季IRM值小于-50%的年份有1962、1978、1981、1986、2000、2001年(圖6a),夏季有1978年(圖6b),秋季有1963、1995、1998、2005年(圖6c),冬季有1960、1961、1962、1963、1967、1980、1983、1986、1995、1999年(圖6d),與歷年典型旱情發(fā)生的記錄基本一致。綜合圖6可以看出:江蘇省歷年夏季的IRM值最大,冬季次大,春季最小、秋季次小,表明該省氣候夏季最濕潤、冬季次濕潤,春季最干燥、秋季次干燥。此外,冬季IRM值線性傾向率為11.3 a-1,呈增大趨勢,表明江蘇省的冬旱在減輕,且這種趨勢通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)(圖6d)。

圖5 1960—2009年江蘇省多年平均的四季相對(duì)濕潤度指數(shù)空間分布(單位:%) a.春季;b.夏季;c.秋季;d.冬季Fig.5 Seasonal distribution of multi-year mean relative moisture index in Jiangsu Province from 1960 to 2009 a.spring;b.summer;c.autumn;d.winter (units:%)

圖6 1960—2009年江蘇省四季相對(duì)濕潤度值的年際變化曲線 a.春季;b.夏季;c.秋季;d.冬季Fig.6 Seasonal change curves of relative moisture index in Jiangsu Province from 1960 to 2009 a.spring;b.summer;c.autumn;d.winter

2.2.3 江蘇省干濕狀況的月變化

從多年平均的降水量、潛在蒸散和相對(duì)濕潤度指數(shù)的月變化曲線(圖7)可以看到:降水量年變化為“單峰型”,7月最大,1月最小;潛在蒸散也為“單峰型”,7月最大,12月最小;而IRM值則呈“雙峰型”,兩峰兩谷,最大值出現(xiàn)在7月,次大值出現(xiàn)在11月,最小值出現(xiàn)在5月,次小值出現(xiàn)在10月。降水量和相對(duì)濕潤度指數(shù)的年內(nèi)變幅大,潛在蒸散量的變幅小,降水量變化對(duì)相對(duì)濕潤度指數(shù)變化的影響仍占主導(dǎo)地位。從降水量實(shí)測資料中也可以分析發(fā)現(xiàn):P的年內(nèi)變幅大,具有明顯的汛期、非汛期特征,汛期(4—9月)累計(jì)降水占年總降水量的74.3%,7月平均降水量最大,達(dá)199 mm,1月最小,只有31 mm,變幅為168 mm。從潛在蒸散量的時(shí)間變化序列中可以看到,E全年的變化較平緩,7月為全年最大值,達(dá)136 mm,12月最小,為28 mm,變幅為108 mm;IRM值的年內(nèi)波動(dòng)比較大,1—5月,P、E均呈遞增趨勢,且E增速較P大,因此IRM值呈明顯減小趨勢;6—7月P的增速較E大,IRM值呈顯著增大趨勢;8月以后,P、E均呈減小趨勢,其中8—9月、11—12月P的減速較E大,IRM呈顯著減小趨勢;10月,E的減速較P大,IRM呈弱增加趨勢。IRM的曲線變化在5—10月趨勢與P基本一致,說明主要受P影響。6—8月之間IRM值大于0,屬于濕潤期;IRM值較低的月份為5月、10月和12月,說明江蘇省不易發(fā)生夏旱,但春、秋、冬旱發(fā)生的可能性較大。

圖7 1960—2009年江蘇省多年平均的降水量(黑線)、潛在蒸散量(點(diǎn)黑線)和相對(duì)濕潤度指數(shù)(藍(lán)線)逐月變化曲線Fig.7 Monthly change curves of multi-year mean precipitation(black line),multi-year mean potential evapotranspiration(dotted black line) and multi-year mean relative moisture index(blue line) in Jiangsu Province from 1960 to 2009

為了探明江蘇省各地區(qū)年內(nèi)氣候干濕的月變化,選取淮北地區(qū)的豐縣(圖8a)、江淮地區(qū)的高郵(圖8b)、蘇北沿海的贛榆(圖8c)、沿江地區(qū)的南京(圖8d)和蘇南地區(qū)的常州(圖8e)作為代表性臺(tái)站,來考察其IRM值的年內(nèi)變化,發(fā)現(xiàn)IRM最大值均出現(xiàn)均在7月,其中淮北地區(qū)的相對(duì)濕潤度年變化呈“單峰型”,7月最大,3月最小;其他地區(qū)呈“雙峰型”,兩峰出現(xiàn)在7月(最大)和11月(次大),兩谷出現(xiàn)在5月(最小,個(gè)別臺(tái)站3月最小)和10月(次小);蘇北沿海地區(qū)的相對(duì)濕潤度年內(nèi)變化最大,沿江地區(qū)的相對(duì)濕潤度年內(nèi)變化最小。

3 結(jié)論和討論

潛在蒸散的估算一直是氣象學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。研究表明(鄧云根,1979),當(dāng)水體面積增大到20 m2以上時(shí)其蒸發(fā)量才趨于穩(wěn)定且接近于自由水面蒸發(fā)量,因此,目前氣象站的蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量大于實(shí)際潛在蒸發(fā)量。本文采用由FAO推薦的具有明確物理意義的Penman-Monteith公式計(jì)算了逐日潛在蒸發(fā)量,并結(jié)合逐日降水量,推算出了相對(duì)濕潤度指數(shù)(IRM)值,據(jù)此評(píng)估了江蘇全省的干濕狀況。主要結(jié)論如下:

1)從空間分布看:江蘇省半干旱區(qū)與濕潤區(qū)各占一半,這與江蘇省的地形狀況、水系分布密切相關(guān)。蘇南以丘陵為主,地形起伏,有利于大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生;而其湖泊眾多,水網(wǎng)密集,給水汽供應(yīng)帶來了良好的條件,因此,這一地區(qū)降水容易形成和維持,為濕潤區(qū)。蘇北大部為平原地帶,水系發(fā)達(dá)程度不如蘇南,為半干旱區(qū)。IRM受降水和潛在蒸散量兩個(gè)因子的共同影響,IRM的空間分布特征與降水基本一致,即由北向南依次增大。降水的空間分布對(duì)IRM的空間分布起著主導(dǎo)作用。

圖8 1960—2009年江蘇省典型站點(diǎn)的多年平均相對(duì)濕潤度指數(shù)逐月變化曲線 a.豐縣;b.贛榆;c.高郵;d.南京;e.常州Fig.8 Monthly change curves of multi-year mean relative moisture index at typical stations in Jiangsu Province from 1960 to 2009 a.Fengxian;b.Ganyu;c.Gaoyou;d.Nanjing;e.Changzhou

2)年際變化上:雖然E的年際波動(dòng)與氣溫的年際變化一致,但I(xiàn)RM的年際波動(dòng)曲線與年降水量P的變化曲線一致,說明IRM受降水量變化的影響較大。

3)季節(jié)變化上:江蘇省春季IRM由北向南依次增大;夏季全省都屬濕潤區(qū),南北差異小;秋季除蘇南部分站點(diǎn)外全省均屬半干旱區(qū);冬季IRM呈顯著的緯向分布,從北向南顯著遞增。一年中夏季的IRM最大,冬季次大,春季最小,秋季次小,這與該省四季降水和潛在蒸散量的時(shí)空變化密切相關(guān)。

4)淮北和蘇北沿海地區(qū)的相對(duì)濕潤度年變化呈“單峰型”,江淮、沿江和蘇南地區(qū)的年變化呈“雙峰型”,蘇北沿海地區(qū)的相對(duì)濕潤度年內(nèi)變化最大,沿江地區(qū)的相對(duì)濕潤度年內(nèi)變化最小。

鄧根云.1979.水面蒸發(fā)量的一種氣候?qū)W計(jì)算方法[J].氣象學(xué)報(bào),37(3):87-96.

郭建平,高素華,毛飛.2001.中國北方地區(qū)干旱化趨勢與防御對(duì)策研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),10(3):32-36.

江和文,遲春艷,陳紅磊.2010.盤錦作物生長季氣象干旱特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),38(1):231-233.

李曉軍,李取生.2004.東北地區(qū)參考作物蒸散確定方法研究[J].地理科學(xué),24:212-216.

劉波,馬柱國.2007.過去45年中國干濕氣候區(qū)域變化特征[J].干旱區(qū)地理,30(1):7-15.

劉群昌,謝森傳.1998.華北地區(qū)夏玉米田間水分轉(zhuǎn)化規(guī)律研究[J].水利學(xué)報(bào),1:62-68.

馬柱國,符涂斌.2005.中國干早和半干早帶10年際演變特征[J].地球物理學(xué)報(bào),48(3):519-525.

馬柱國,魏和林,符淙斌.2000.中國東部區(qū)域土壤濕度的變化及其與氣候變率的關(guān)系[J].氣象學(xué)報(bào),58(6):278-287.

毛宇清,吳海英,裴海瑛,等.2012.近50 a南京夏季降水的氣候特征[J].氣象科學(xué),32(6):646-652.

潘敖大,王珂清,曾燕,等.2011.長江三角洲近46 a氣溫和降水的變化趨勢[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),34(2):180-188.

祁海霞,智協(xié)飛,白永清.2011.中國干旱發(fā)生頻率的年代際變化特征及趨勢分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),34(4):447-455.

榮艷淑,屠其璞.2004.天津地區(qū)蒸發(fā)演變及對(duì)本地氣候干旱化影響的研究[J].氣候與環(huán)境研究,9(4):575-584.

孫鳳華,吳志堅(jiān),李麗光.2006.遼寧西部地區(qū)的氣候變化及干濕狀況年代際變化特征[J].中國沙漠,26(6):969-975.

孫力,沈柏竹,安剛.2003.中國東北地區(qū)地表干濕狀況的變化及趨勢分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),14(5):542-552.

孫永罡,白人海,謝安.2004.中國東北地區(qū)干旱趨勢的年代際變化[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,40(5):806-813.

孫智輝,雷延鵬,曹雪梅,等.2011.氣象干旱精細(xì)化監(jiān)測指數(shù)在陜西黃土高原的研究與應(yīng)用[J].高原氣象,30(1):142-149.

王備,高文明,龍俐.2011.黔西南州越冬作物生長季氣象干旱特征分析[J].貴州氣象,35(1):18-21.

楊建平,丁永建,陳仁升.2002.近50年來中國干濕氣候界線的年際波動(dòng)[J].地理學(xué)報(bào),57(6):654-661.

周連童.2010.歐亞大陸干旱半干旱區(qū)感熱通量的時(shí)空變化特征[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),33(3):299-306.

Bordi I,Fraedrich K,Petitta M,et al.2005.Methods for predicting drought occurrences[C]//Proceedings of the 6th international conference of the European water resources association.Menton:7-10.

Mckee T B,Doesken N J,Kleist J.1993.The relationship of drought frequency and duration to time scales [C]//Eighth conference on applied climatology.Anaheim:Amer Meteor Soc:179-184.

Palmer W C.1965.Meteorological drought[R]//Research paper No.45.US Weather Bureau.Washington:NOAA Library and Information Services Division.

Thomthwaite C W.1948.An approach toward a rational classification of climate[J].Geographical Review,38:55-94.

(責(zé)任編輯：孫寧)

AridandmoistclimatecharacteristicsinJiangsuProvinceinrecent50years

ZHAO Jing1,BAO Yun-xuan2,3,ZHANG Ren-zhi1,MENG Cui-li4,SHEN Shuang-he2,3

(1.Resource and Environment Faculty of Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Jiangsu Key Lab of Agricultural Meteorology,NUIST,Nanjing 210044,China;3.School of Applied Meteorology,NUIST,Nanjing 210044,China;4.Wuhan National Agricultural Meteorology Station,Wuhan 430040,China)

Based on the conventional weather observational data from 54 meteorological stations in Jiangsu Province from 1960 to 2009,the daily potential evapotranspiration at different stations in this province was calculated by Penman-Monteith Equation.Relative moisture index(IRM),an index reflecting arid and moist climate characteristics,was used to evaluate the arid and moist climate conditions in a region.The dailyIRMvalues at different stations in the province were computed from the observed precipitation and the calculated evapotranspiration.According to the Chinese Meteorological Drought Grades in the National Standard GB/T20481-2006 of China,the computedIRMvalues were classified into three grades and the different statistical parameters ofIRMwere used to analyze the arid and moist characteristics in different regions of Jiangsu Province.The research results indicate:1) In a year,the semi-arid area and the moist area occupied a half of the total area in Jiangsu province respectively.Among them,the northern side of the Huaihe River,the north part of the region between the Yangtze River and the Huaihe River and the north part of the coastal region were semi-arid area and the south part between the Yangtze River and the Huaihe River,the south part of the coastal region,the valley of the Yangtze River and the south part of Jiangsu Province were the moist area;2) The precipitation and the potential evapotranspiration in a region were the two key factors influencing the relative moisture index and the climatic dryness and wetness characteristics in the region.The change of precipitation played a dominant role in the tempo-spatial changes ofIRMand the variation of the potential evapotranspiration played an auxiliary effect;3) In winter,there was the most obvious arid and moist contrast between the south and north parts of Jiangsu Province while it was the least in summer.The scope of moist area was largest in summer but it was smallest in autumn.The scope of semi-arid area was largest in autumn but it had no distribution in summer.The scope of arid area was largest in spring but there were no arid area in summer and autumn.The climate in Jiangsu Province was moistest in summer but it was aridest in spring;4) The annual change ofIRMpresented a single peak on the north side of the Huaihe River and the coastal region and there were two peaks in the region between the Yangtze River and the Huaihe River,the Valley of the Yangtze River and the south part of Jiangsu Province.The interannual variability ofIRMwas largest in the coastal region but it was smallest in the valley of the Yangtze River.

arid and moist climate characteristics;Penman-Monteith Equation;potential evapotranspiration;relative moisture index(IRM);tempo-spatial change

2013-11-28；改回日期2014-03-09

江蘇省科技支撐計(jì)劃(BE2009680)

包云軒,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)闅庀笈c農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)病蟲害測報(bào)、交通氣象、資源遙感與環(huán)境信息系統(tǒng),baoyx@nuist.edu.cn.

13878/j.cnki.dqkxxb.20131128001.

1674-7097(2014)05-0623-08

P462.1

A

13878/j.cnki.dqkxxb.20131128001

趙晶,包云軒,張仁陟，等.2014.江蘇省近50 a氣候干濕特征研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),37(5):623-630.

Zhao Jing,Bao Yun-xuan,Zhang Ren-zhi,et al.2014.Arid and moist climate characteristics in Jiangsu Province in recent 50 years[J].Trans Atmos Sci,37(5):623-630.(in Chinese)