“蒸發(fā)悖論”在秦嶺南北地區(qū)的探討

蔣 沖，王 飛，2，* ，劉思潔，穆興民，2，李 銳，2，劉焱序

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100;2.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，楊凌 712100;3.北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京 100871;4.陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062)

潛在蒸散量(ET0)是指在一定氣象條件下水分供應(yīng)不受限制時(shí)，某一固定下墊面土壤蒸發(fā)量和植物蒸騰量的總和，它是實(shí)際蒸散量的理論上限，也是計(jì)算實(shí)際蒸散量的基礎(chǔ)，又被稱之為參考作物蒸散量［1-4］。由于蒸散過程本身消耗大量能量并且將大量水汽源源不斷的輸送到大氣，因此蒸散在全球水循環(huán)和能量平衡中占有非常重要的地位，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水資源利用和評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)田灌溉用水和地表旱情監(jiān)測(cè)等研究中［1］。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于 ET0的估算方法［2-4］、時(shí)空變化［1，5-20］及其影響因素［1，5-20］進(jìn)行了廣泛而深入的討論。全球變暖已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)，地球表面在過去50a間的升溫速率為0.13℃/10a［21-22］。研究普遍認(rèn)為溫度升高會(huì)影響大氣中的水汽含量和大氣環(huán)流，加速近地表空氣中水汽分子運(yùn)動(dòng)速度，因此在氣候變化的研究中也通常會(huì)得出ET0隨溫度而增加的結(jié)論。盡管近50年全球溫度普遍上升，但眾多研究表明不論是ET0(計(jì)算值)還是蒸發(fā)皿蒸發(fā)量(實(shí)測(cè)值)都表現(xiàn)出下降趨勢(shì)［1，5-20］。Roderick等［23］將全球氣溫上升而ET0減少的水文氣象現(xiàn)象稱之為“蒸發(fā)悖論”，目前“蒸發(fā)悖論”問題已經(jīng)成為ET0研究中的熱點(diǎn)問題［1］，中國(guó)的大部分地區(qū)也都發(fā)現(xiàn)了“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象［5-20］。眾多學(xué)者對(duì)實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量資料和根據(jù)Penman-Monteith公式計(jì)算得到的 ET0進(jìn)行了分析，在全國(guó)尺度［5-7］、干旱半干旱地區(qū)［8］、西北地區(qū)［9］、黑河流域［10］、黃河流域［11］、渭河流域［12］、漢江流域［13］、海河流域［14］、黃土高原［15］、青藏高原［16］、松嫩平原［17］等地均得出了蒸發(fā)皿蒸發(fā)量或ET0呈下降趨勢(shì)的結(jié)論。此外，部分學(xué)者注意到了與ET0變化密切相關(guān)的氣象要素的變化(風(fēng)速減慢、太陽輻射減少等［5-20］)和人類活動(dòng)(農(nóng)業(yè)灌溉［6，18］、下墊面變化［5，9-11］等)的影響。關(guān)于“蒸發(fā)悖論”的機(jī)理目前尚無定論，McVicar［1］等人認(rèn)為美國(guó)、俄羅斯和印度等地區(qū)ET0減小歸因于北半球相對(duì)濕度的增加及輻射減少;Roderick［23］等人則認(rèn)為澳洲和新西蘭地區(qū)ET0減小是由于南半球云量和氣溶膠濃度的增加。對(duì)ET0下降的原因歸納起來包括:云量和氣溶膠等污染物的增加引起的太陽輻射下降［5-20］;空氣濕度的增加導(dǎo)致的水汽壓差減小［5-6，16］;夏季風(fēng)變化引起的風(fēng)速下降等［5-20］。但從全球范圍來看，云量或氣溶膠增加引起的輻射量下降是 ET0下降的主要原因［1］。

秦嶺橫亙于中國(guó)中部地區(qū)，植被類型和氣候條件具有明顯的南北過渡特點(diǎn)，本區(qū)還是南水北調(diào)中線工程的水源地，在地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、水土保持和水文學(xué)等相關(guān)學(xué)科的研究中具有極其重要的地位。以往對(duì)于這一地區(qū)的研究大多局限于植被景觀類型、旅游資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等［24］，對(duì)于氣候變化的研究較少［25-26］，少數(shù)關(guān)于氣溫、降水等單一要素的分析也局限于陜西境內(nèi)的關(guān)中陜南地區(qū)，研究的代表性、覆蓋面和時(shí)效性明顯不足。關(guān)于秦嶺南北及其周邊地區(qū)水資源特別是ET0的研究更多的是以流域?yàn)閱挝?，即秦嶺以北的渭河流域(黃河一級(jí)支流)［11-12，15，20］和漢江流域(長(zhǎng)江一級(jí)支流)［13］。但這些研究更多的是以流域水資源為出發(fā)點(diǎn)，并沒有關(guān)注重要地理界線南北ET0的空間分布差異，也沒有對(duì)不同地理單元以及不同時(shí)間尺度(年和季節(jié)尺度)是否存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象及其時(shí)空差異進(jìn)行討論。雖然目前對(duì)于“蒸發(fā)悖論”的研究重點(diǎn)已經(jīng)由單純分析現(xiàn)象轉(zhuǎn)向了其形成原因的探討，但是從區(qū)域尺度上揭示ET0的時(shí)空變化和“蒸發(fā)悖論”是否存在及其細(xì)節(jié)特征對(duì)于秦嶺南北水資源管理、水利工程設(shè)計(jì)以及氣候變化研究仍具有重要意義。本文利用1960—2011年逐日氣象資料，采用目前普遍使用的Penman-Monteith模型計(jì)算ET0，試圖通過對(duì)比分析過去52a間ET0和氣溫、降水量的變化趨勢(shì)，探究秦嶺南北是否存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象及其時(shí)空差異。

1 研究區(qū)概況

秦嶺南北包括4個(gè)地理單元(圖1［26］)，一是秦嶺北坡及其以北的暖溫帶地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“秦嶺以北”);二是秦嶺南坡，包括伏牛山及其以東平原(因大部分區(qū)域?qū)偾貛X南坡山地，下簡(jiǎn)稱“秦嶺南坡”);三是秦嶺以南的漢水谷地、巴山、涢水谷地及淮河上游北亞熱帶地區(qū)(因大部分區(qū)域?qū)贊h水流域，下簡(jiǎn)稱“漢水流域”);四是巴山南麓、巫山谷地及江漢平原西北部(下簡(jiǎn)稱“巴巫谷地”)［26］。該區(qū)地處暖溫帶與北亞熱帶過渡區(qū)，是中國(guó)氣候上的南北分界線。年均氣溫12—17℃，≥10℃的年積溫為3700—4900℃，年均降水量600—1200mm，降水變率大，季節(jié)分配不均勻，無霜期200—250d［24-26］。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文使用的是國(guó)家氣象中心整編的秦嶺南北47個(gè)氣象站1960—2011年的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和平均風(fēng)速等觀測(cè)資料，分別計(jì)算出各站的ET0，按照3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12—次年2月為冬季的原則統(tǒng)計(jì)出季節(jié)ET0。需要說明的是，日照時(shí)數(shù)是記錄某一地區(qū)一天內(nèi)接受太陽輻射強(qiáng)度大于或等于120 W m－2的時(shí)間長(zhǎng)度，在我國(guó)由于日照時(shí)數(shù)比太陽輻射的觀測(cè)歷史更長(zhǎng)，因此在研究太陽輻射的演變趨勢(shì)及成因分析中被普遍用作其替代指標(biāo)。

2.2 研究方法

2.2.1 Penman-Monteith 公式

采用世界糧農(nóng)組織(FAO)1998年修正的Penman-Monteith公式［2-4］計(jì)算ET0，研究表明Penman-Monteith公式計(jì)算的ET0在不同的氣候條件下都與實(shí)測(cè)值非常接近［2-6，9-12］。

圖1 研究區(qū)范圍及氣象觀測(cè)站點(diǎn)分布［26］Fig.1 Location ofthestudy area and distribution of meteorological stations［26］

式中，ET0為潛在蒸散量(mm/d);Rn為地表凈輻射(MJ·m－2·d－1);G為土壤熱通量(MJ·m－2·d－1);T為2m高處日平均氣溫(℃);u2為2m高處風(fēng)速(ms－1);es為飽和水氣壓(kPa);ea為實(shí)際水汽(kPa);Δ為飽和水氣壓曲線斜率(kPa/℃);γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃)。我國(guó)觀測(cè)氣溫、濕度的氣象儀器高度一般為1.5m左右，風(fēng)速感應(yīng)器(風(fēng)杯中心)距地高度10—12m。由于1.5m和2m高處的氣溫、濕度相差不大，在本研究中將1.5m和2m高處的氣溫、濕度差別忽略不計(jì)，以常規(guī)1.5m處的氣溫、濕度記錄近似代替2m處的氣溫、濕度值，并利用公式(2)訂正到2m高處的風(fēng)速:

式中，μ2為2 m高處的風(fēng)速(m/s);μz為Z m高處測(cè)量的風(fēng)速(m/s);Z為風(fēng)速計(jì)距地面高度(m)。

2.2.2 Pettitt突變點(diǎn)檢驗(yàn)

Pettitt變點(diǎn)檢測(cè)方法由Pettitt提出，基于非參數(shù)檢測(cè)一個(gè)序列的變點(diǎn)，計(jì)算較簡(jiǎn)便，可以明確變化的時(shí)間，能夠較好地識(shí)別序列分布的突變點(diǎn)，在變點(diǎn)檢測(cè)方法中應(yīng)用較多且物理意義明確［27］，具體算法參見文獻(xiàn)［27］。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫和ET0的時(shí)空變化及年際“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象

秦嶺南北不同地區(qū)氣溫變化步調(diào)基本一致，由累積距平曲線(圖2)可知1993年是氣溫變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，經(jīng)Pettitt突變檢測(cè)1993年也是氣溫突變點(diǎn)，1993年以前起伏較大，整體上表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，1994年起快速上升。1960—1993年，64%(30個(gè))的站點(diǎn)氣溫微弱下降，各區(qū)氣溫下降的站點(diǎn)所占比例排序?yàn)榘臀坠鹊?80%)＞漢水流域(71%)＞秦嶺以北(57%)＞秦嶺南坡(44%)，降溫速率排序?yàn)闈h水流域(－0.08℃/10a)=巴巫谷地(－0.08℃ /10a)＞秦嶺南坡(－0.06℃/10a)＞秦嶺南北(－0.05℃ /10a)＞秦嶺以北(－0.01℃ /10a)。秦嶺以南地區(qū)氣溫下降的站點(diǎn)所占比例和速率均高于秦嶺以北，因此這一地區(qū)降溫趨勢(shì)更為明顯。1994—2011年83%(39個(gè))的站點(diǎn)氣溫上升，升溫的站點(diǎn)所占比例排序?yàn)榍貛X以北(86%)=漢水流域(86%)＞巴巫谷地(80%)＞秦嶺南坡(78%)，升溫速率排序?yàn)榘臀坠鹊?0.13℃/10a)＞秦嶺南北(0.07℃/10a)＞漢水流域(0.05℃/10a)＞秦嶺南坡(0.02℃/10a)＞秦嶺以北(0.01℃/10a)。1960—2011年秦嶺南北所有站點(diǎn)呈升溫趨勢(shì)，升溫速率排序依次為秦嶺以北(0.25℃/10a)＞秦嶺南北(0.18℃/10a)＞秦嶺南坡(0.17℃/10a)＞漢水流域(0.16℃/10a)＞巴巫谷地(0.14℃/10a)，其升溫趨勢(shì)均通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。

圖2 年平均氣溫和ET0累積距平Fig.2 Curves of accumulative anomalies of annual average temperature and ET0

ET0的變化分為3個(gè)階段，由累積距平曲線(圖2)和突變檢驗(yàn)可知1979年既是轉(zhuǎn)折點(diǎn)也是突變點(diǎn)，1993年未通過99%的突變顯著性檢驗(yàn)，因此只是轉(zhuǎn)折點(diǎn)而非突變點(diǎn)，并分別以1979年和1993年為分界點(diǎn)劃分為1960—1979、1980—1993和1994—2011共3個(gè)不同的時(shí)段進(jìn)行分析(表1)。1979年以前ET0整體上表現(xiàn)出增加趨勢(shì)(0.4mm/10a)，1980—1993 年大幅減少(－18.6mm/10a)，1994—2011 年微弱減少(－2.6mm/10a)。1960—1979年間各子區(qū)變化趨勢(shì)不一，巴巫谷地(7.0mm/10a)和秦嶺以北(5.2mm/10a)增加，而秦嶺南坡(－7.1mm/10a)和漢水流域(－3.7mm/10a)減少，其中秦嶺以北和秦嶺南坡ET0與同一時(shí)期氣溫變化趨勢(shì)相同，而漢水流域和巴巫谷地則相反，表現(xiàn)出“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象;1980—1993年81%(38個(gè))的站點(diǎn)ET0減少，各子區(qū)減少速率排序?yàn)榍貛X以北(－33.0mm/10a)＞漢水流域(－20.2mm/10a)＞秦嶺南坡(－14.2mm/10a)＞巴巫谷地(－6.8mm/10a)，全部存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象;1994—2011年秦嶺南北氣溫大幅上升，而ET0則減少，各區(qū)下降速率排序依次為秦嶺南坡(－63.1mm/10a)＞秦嶺南北(－26.5mm/10a)＞漢水流域(－23.6mm/10a)＞秦嶺以北(－16.8mm/10a)＞巴巫谷地(－2.4mm/10a)。另外，由于前人眾多研究是將過去50年整體作為研究對(duì)象，本文為了方便與之對(duì)比，也將1980—2011和1960—2011兩個(gè)時(shí)間段單獨(dú)整理分析。1980—2011年研究區(qū)整體和各個(gè)子區(qū)ET0與氣溫呈同向變化趨勢(shì)，而1960—2011年則與之相反，發(fā)現(xiàn)了明顯的“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。除了時(shí)間變化趨勢(shì)之外，研究“蒸發(fā)悖論”的空間分布特征也很有必要，限于篇幅問題本文只列舉1960—2011年間氣溫和ET0變化的空間分布(圖3)。存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的站點(diǎn)比例高達(dá)85%(40個(gè))，兩者呈同向變化趨勢(shì)的站點(diǎn)零星分布于各個(gè)子區(qū)，且升溫趨勢(shì)均不顯著。

表1 不同時(shí)段ET0和氣溫變化趨勢(shì)Table 1 Change trend of ET0and temperature in different periods

圖3 年平均氣溫(a)與ET0(b)變化趨勢(shì)的空間分布Fig.3 Spatial distribution of annual average temperature(a)and ET0(b)change trend

3.2 “蒸發(fā)悖論”的季節(jié)分布

為了進(jìn)一步分析季節(jié)尺度上氣溫和ET0變化的差異，以1979和1993年為分界點(diǎn)，分別計(jì)算各子區(qū)不同時(shí)段氣溫和ET0的均值、氣候傾向率及其顯著性檢驗(yàn)值(表2)。1960—2011年，研究區(qū)整體除夏季不顯著降溫(－0.02℃/10a)外，其它3個(gè)季節(jié)均呈升溫趨勢(shì)，按增溫速率大小排序?yàn)榇杭?0.26℃/10a)＞冬季(0.22℃/10a)＞秋季(0.20℃/10a)，各子區(qū)的變化規(guī)律與研究區(qū)整體基本一致。ET0方面，除春季(2.3mm/10a)呈增加趨勢(shì)外，其余3個(gè)季節(jié)均減少，按遞減速率大小排序?yàn)橄募?－11.1mm/10a)＞冬季(－1.1mm/10a)＞秋季(－0.6mm/10a)，以上分析表明各季節(jié)“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的規(guī)律存在差異。

分別對(duì)比1960—1979、1980—1993和1994—2011年3個(gè)時(shí)段內(nèi)溫度和ET0的變化趨勢(shì)(表2)。春季，研究區(qū)整體和各子區(qū)在不同時(shí)段的氣溫和ET0的氣候傾向率均表現(xiàn)出同向變化趨勢(shì)，前20年(1960—1979)呈微弱升溫趨勢(shì)，中間14a(1980—1993)顯著降溫，而后17a(1994—2011)增加幅度明顯大于前20a，兩個(gè)時(shí)段平均值相差0.4℃。ET0也經(jīng)歷了“升—降—升”的變化過程，后17a(1994—2011)增加幅度明顯大于前

20a，兩個(gè)時(shí)段平均值相差9.8mm。由圖4(a，b)可知，1960—2011年研究區(qū)47個(gè)站點(diǎn)中只有32%(15個(gè))的站點(diǎn)氣溫和ET0存在相反的變化趨勢(shì)，即存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，各個(gè)子區(qū)表現(xiàn)出的變化規(guī)律與研究區(qū)整體基本一致;夏季，研究區(qū)整體在前20a呈現(xiàn)出不顯著的降溫趨勢(shì)，中間14a微弱升溫，而后32a又微弱降溫。ET0與氣溫基本呈同向變化趨勢(shì)，經(jīng)歷了“降—升—降”的變化過程，區(qū)域整體未發(fā)現(xiàn)“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。但研究區(qū)有36%(17個(gè))站點(diǎn)存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，空間分布無明顯規(guī)律［如圖4(c，d)］;秋季，前20a和中間14a氣溫和ET0均表現(xiàn)出上升趨勢(shì)，但均未達(dá)到0.05以上的顯著水平，后17a氣溫繼續(xù)上升，但增溫速率明顯快于前34a，與氣溫形成對(duì)比的是ET0在后17a呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。52a整體氣溫表現(xiàn)出0.05顯著水平上升趨勢(shì)，而ET0不顯著下降，也呈現(xiàn)出“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象?？臻g分布上［圖4(e，f)］，57%(27個(gè))的站點(diǎn)存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，均勻分布于整個(gè)區(qū)域;冬季，研究區(qū)整體和各子區(qū)氣溫經(jīng)歷了“升—升—降”的變化過程，中間14a的增溫速率要明顯快于前20a，兩時(shí)段平均值相差0.3℃，而這2個(gè)時(shí)段的ET0則保持下降趨勢(shì)，近52a整體以亦是如此，即表現(xiàn)出“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。由圖4(g，h)可知，64%(30個(gè))的站點(diǎn)存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。

表2 不同時(shí)段季節(jié)平均氣溫和ET0變化趨勢(shì)Table 2 Change trend of seasonal average temperature and ET0in different periods

圖4 季節(jié)平均氣溫和ET0變化趨勢(shì)空間分布Fig.4 Spatial distribution of seasonal average temperature and ET0change trend

3.3 ET0與降水的關(guān)系

降水與蒸發(fā)是水文循環(huán)中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，根據(jù)Budyko假設(shè)，在能量條件不變時(shí)，隨降水的增加，ET0將有所下降。秦嶺南北大部分地區(qū)雨熱同期，高溫與降水集中于夏秋季節(jié)，降水的多寡影響ET0，因此有必要就降水與ET0之間的關(guān)系進(jìn)行分析。由于研究區(qū)域地形較為復(fù)雜，高大山脈阻隔作用明顯，大氣環(huán)流和季風(fēng)環(huán)流影響復(fù)雜，降水的季節(jié)分配極不均勻，表現(xiàn)出冬春少，夏秋多的特征。因此，本文主要分析降水年際和夏秋兩季變化，最后對(duì)降水和ET0之間的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。1993年是降水變化的突變點(diǎn)，1960—1993年間70%以上的站點(diǎn)降水減少，1994—2011年70%以上站點(diǎn)的降水增多。近52年來，部分地區(qū)降水表現(xiàn)出不顯著的下降趨勢(shì)，且區(qū)域特征明顯(圖5)。年尺度上，降水與ET0變化呈相反變化趨勢(shì)的站點(diǎn)占53%(25個(gè))，夏季為79%(37個(gè))，秋季則達(dá)到45%(21個(gè))，相較于年尺度，夏季降水與ET0逆向變化趨勢(shì)更為明顯。

圖5 年度和夏秋兩季降水和ET0變化趨勢(shì)的空間分布Fig.5 Spatial distribution of precipitation and ET0change trend in summer and autumn

3.4 “蒸發(fā)悖論”原因分析

如前文所述，秦嶺南北地區(qū)存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，這與國(guó)內(nèi)外同類研究［1-20］的結(jié)論基本一致。但影響ET0變化的氣象因子有很多，包括動(dòng)力學(xué)因素(風(fēng)速)、熱力學(xué)因素(平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫)和水汽條件(相對(duì)濕度)等，上述各因子之間相互影響，其間互作機(jī)理復(fù)雜，單一因子的變化以及多因素的綜合作用都可能導(dǎo)致ET0發(fā)生變化，因此很有必要對(duì)這一地區(qū)ET0下降的內(nèi)在原因進(jìn)行研究。選取平均氣壓(P)、最高溫度(Tmax)、最低溫度(Tmin)、日照時(shí)數(shù)(H)、相對(duì)濕度(RH)和平均風(fēng)速(V)6個(gè)氣象要素，通過相關(guān)分析和回歸分析來研究各氣象要素對(duì)ET0的影響，分析結(jié)果見表3。

從各站ET0和氣象要素的相關(guān)系數(shù)來看，ET0與日照時(shí)數(shù)、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和平均風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，而與平均氣壓和相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)。日照延長(zhǎng)、溫度升高和風(fēng)速增加都會(huì)導(dǎo)致ET0增加，而氣壓和濕度的上升則會(huì)對(duì)ET0的上升起到負(fù)向作用。在各個(gè)要素中，除最低氣溫以外其它要素與ET0的相關(guān)關(guān)系均達(dá)到了0.05以上的顯著水平，秦嶺南北整體按各要素影響大小排序依次為日照時(shí)數(shù)＞平均風(fēng)速＞最高氣溫＞相對(duì)濕度＞平均氣溫＞平均氣壓＞最低氣溫。其中，ET0與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)關(guān)系最好，變化范圍介于0.507—0.914，均通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。年尺度上，通過ET0與各氣象因子的相關(guān)分析和多元回歸分析比對(duì)發(fā)現(xiàn)，日照時(shí)數(shù)的變化是影響秦嶺南北地區(qū)ET0變化的主導(dǎo)因素，其貢獻(xiàn)率普遍高于60%，因此太陽輻射(日照時(shí)數(shù))的減少是造成ET0下降即“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主要原因。但是從季節(jié)尺度上看，導(dǎo)致ET0下降的主導(dǎo)因子并不相同。春季，風(fēng)速為主導(dǎo)因子，其次為相對(duì)濕度;夏季，日照時(shí)數(shù)為主導(dǎo)因子，其次為風(fēng)速和相對(duì)濕度;秋季，日照時(shí)數(shù)仍然為主導(dǎo)因子，風(fēng)速為次要因子;冬季，日照時(shí)數(shù)起主要作用，其次為氣溫。總體上看，各個(gè)氣象要素對(duì)ET0的影響程度不同，日照、風(fēng)速、濕度和氣溫是主要因素，而氣壓和最低氣溫起到的作用相對(duì)較小。

表3 典型站點(diǎn)ET0與氣象要素的相關(guān)系數(shù)及主次排序Table 3 Correlation coefficient and sequence of the main influencing factors between annual ET0and each climate factor at the typical stations

由有上述分析可知，年和季節(jié) ET0的主要影響因素為日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速，因此這一部分對(duì)這兩個(gè)要素進(jìn)行詳細(xì)分析。據(jù)計(jì)算，近52年秦嶺南北89%的站點(diǎn)日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，且部分站點(diǎn)達(dá)到0.05及以上的顯著水平。下降站點(diǎn)所占比例排序?yàn)榘臀坠鹊?100%)＞漢水流域(93%)＞秦嶺以北(84%)＞秦嶺南坡(78%)，秦嶺以南的廣大地區(qū)相對(duì)于秦嶺以北而言下降更明顯。季節(jié)尺度，按下降站點(diǎn)所占比例排序依次為夏季(98%)＞冬季(94%)＞秋季(77%)＞春季(53%)。另外，研究區(qū)整體和各子區(qū)日照時(shí)數(shù)的突變年份均位于1979年前后，與3.1部分分析得出的ET0的突變時(shí)間基本一致，也從側(cè)面印證了日照時(shí)數(shù)為ET0主導(dǎo)因素的結(jié)論。太陽輻射作為地球上所有生命過程的初級(jí)能量來源，深刻影響著大氣、水循環(huán)以及生態(tài)系統(tǒng)。自20世紀(jì)50年代以來，世界大部分地區(qū)太陽輻射出現(xiàn)下降趨勢(shì)，即全球變化研究熱點(diǎn)之一的“全球變暗”現(xiàn)象，到達(dá)地表的太陽輻射減少會(huì)削減蒸發(fā)所需的潛熱通量，減緩地表水循環(huán)過程，目前這一效應(yīng)也被廣泛用來解釋在“全球變暖”的背景下出現(xiàn)的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和ET0的下降趨勢(shì)。風(fēng)速方面，各區(qū)風(fēng)速減小速率排序?yàn)榍貛X南坡(－0.13 m·s－1·10a－1)＞秦嶺以北(－0.11 m·s－1·10a－1)＞秦嶺南北(－0.10 m·s－1·10a－1)＞巴巫谷地(－0.09 m·s－1·10a－1)＞漢水流域(－0.06 m·s－1·10a－1)，減小趨勢(shì)均達(dá)到了0.001以上的顯著水平，下降的站點(diǎn)所占比例排序?yàn)榍貛X南坡(100%)＞秦嶺以北(86%)＞漢水流域(69%)＞巴巫谷地(64%)。季節(jié)尺度上，風(fēng)速減小速率排序?yàn)槎?－0.11m·s－1·10a－1)＞春季(－0.10m·s－1·10a－1)＞秋季(－0.09m·s－1·10a－1)＞夏季(－0.07m·s－1·10a－1)，下降的站點(diǎn)所占比例排序?yàn)槎?83%)＞春季(77%)＞秋季(76%)＞夏季(70%)。年和季節(jié)尺度風(fēng)速的突變集中出現(xiàn)在1969—1974、1978—1981和1990—1994年間，秦嶺南北整體于1981年突變，這一時(shí)間點(diǎn)與ET0的突變時(shí)間也較為接近。由上述分析可知，秦嶺南北ET0的變化趨勢(shì)和“蒸發(fā)悖論”的空間分布規(guī)律與風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)并不完全一致，這主要是因?yàn)镋T0變化是包括風(fēng)速、日照輻射和氣溫在內(nèi)的多種氣象要素綜合作用的結(jié)果，而其中某一主導(dǎo)因素的變化又起到了關(guān)鍵性的作用，其它因子則因其與ET0關(guān)系的緊密程度和其本身變化趨勢(shì)起到增加或抵消趨勢(shì)的作用。另外，研究區(qū)整體和各子區(qū)氣溫和降水的突變時(shí)間也都位于1993年，與ET0發(fā)生轉(zhuǎn)折(非突變)的時(shí)間相一致，二者的共同作用也導(dǎo)致ET0于1993年前后發(fā)生轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論

(1)秦嶺南北地區(qū)年均氣溫呈兩段式變化特點(diǎn)，1993年是突變點(diǎn)，此前緩慢下降，1994年起快速升溫。1960—1993年的降溫速率和1994—2011年的升溫速率均表現(xiàn)出由南向北遞減的規(guī)律，1960—2011年整體升溫速率由北向南遞減。

(2)1979年和1993年是秦嶺南北ET0變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以1979和1993為分界點(diǎn)ET0經(jīng)歷了“升—降—降”的變化階段。1960—1979年僅漢水流域和巴巫谷地存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，1980—1993、1994—2011和1960—2011年3個(gè)時(shí)段區(qū)域整體和各子區(qū)均發(fā)現(xiàn)了“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，而其他時(shí)段則不存在。

(3)春季和夏季秦嶺南北和各子區(qū)整體在不同時(shí)段均未發(fā)現(xiàn)“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，秋季在后18a和52a整體都存在“蒸發(fā)悖論”，冬季在前34a和52a整體也存在，冬季的悖論現(xiàn)象最為明顯。

(4)1993年是降水變化的突變點(diǎn)，呈現(xiàn)由減少到增多的轉(zhuǎn)變，近52a整體降水表現(xiàn)出不顯著的下降趨勢(shì)。年尺度上，降水與ET0變化呈相反趨勢(shì)的站點(diǎn)占53%，夏季和秋季分別為79%和45%。

(5)各要素對(duì)ET0的影響大小排序?yàn)槿照諘r(shí)數(shù)＞平均風(fēng)速＞最高氣溫＞相對(duì)濕度＞平均氣溫＞平均氣壓＞最低氣溫。年尺度上，太陽輻射(日照時(shí)數(shù))下降引起的潛熱通量減少是造成ET0下降即“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主要原因。季節(jié)尺度上，除春季ET0的主導(dǎo)因素為風(fēng)速外，其它季節(jié)均為太陽輻射(日照時(shí)數(shù))。

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