鐵嶺地區(qū)參考作物騰發(fā)量年際演變特征分析

李帥瑩，遲道才

（1.遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110000；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院，遼寧 沈陽 110006）

鐵嶺地區(qū)參考作物騰發(fā)量年際演變特征分析

李帥瑩1，遲道才2*

（1.遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110000；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院，遼寧 沈陽 110006）

參考作物騰發(fā)量（ET0）是農(nóng)業(yè)水的主要消耗部分，又是估算作物需水量的關(guān)鍵參數(shù)，是確定作物灌溉制度和灌溉水量的基礎(chǔ)，是制定流域規(guī)劃、灌溉工程規(guī)劃的基本依據(jù)。本文用累計距平法及spss軟件對參考作物騰發(fā)量演變特征及影響因素進行分析，結(jié)果表明：鐵嶺地區(qū)ET0逐年呈顯著下降趨勢，在空間上呈現(xiàn)由西向東逐漸增高趨勢；日照、風速、相對濕度是影響鐵嶺地區(qū)ET0年際變化的主要氣象因子，溫度和水汽壓對ET0影響不顯著。

參考作物；騰發(fā)量；演變特征；鐵嶺地區(qū)

1 研究目的與意義

參考作物騰發(fā)量（ET0）是指一種假想的參照作物冠層的騰發(fā)速率，假設(shè)作物高度為0.12 m，固定的葉面阻力為70 s/m，反射率為0.23，非常類似于表面開闊，高度一致，生長旺盛，完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的蒸騰和蒸發(fā)量。參考作物騰發(fā)量是估算作物蒸發(fā)蒸騰量的關(guān)鍵參數(shù)，是最主要的農(nóng)業(yè)水消耗部分，是確定作物灌溉制度和地區(qū)灌溉水量的基礎(chǔ)，是制定流域規(guī)劃、地區(qū)水利規(guī)劃，灌溉工程規(guī)劃、設(shè)計、管理和農(nóng)田排灌實施的基本依據(jù)。[1-6]

鐵嶺市位于遼寧東北部，屬沿海省份的內(nèi)陸地區(qū)，南與沈陽，東與撫順，西與內(nèi)蒙古自治區(qū)，北與吉林省接壤，全市區(qū)域面積1.3萬km2。鐵嶺農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達，是遼寧省的主要產(chǎn)糧區(qū)。鐵嶺屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，冬季漫長、干燥寒冷，夏季溫熱多雨。近幾年氣候變化的主要特點為：氣溫偏高、降水略有下降、降雨偏晚頻率增大、積溫增多、初霜拖后、終霜提前、無霜期增長、極端氣候事件頻率增大。鐵嶺地區(qū)的氣候變化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響利弊兼有，應(yīng)根據(jù)其變化規(guī)律，趨利避害合理利用氣候資源，參考作物騰發(fā)量的研究可以為鐵嶺地區(qū)水資源規(guī)劃及農(nóng)田灌溉提供基本依據(jù)，緩解鐵嶺地區(qū)干旱缺水的現(xiàn)狀，促進鐵嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 資料搜集及處理

此次研究搜集鐵嶺地區(qū)4個氣象觀測站（鐵嶺站、西豐站、開原站、昌圖站）的觀測資料，包括逐日平均氣溫（T）、日最高氣溫（Tmax）、日最低氣溫(Tmin)、日平均相對濕度（RH）、日平均風速（U）、日照時數(shù)（N）、日平均水汽壓（ea）等氣象資料。由于數(shù)據(jù)資料起止年份不同，為了便于比較，選擇統(tǒng)一的起始年份1960年，終止年份2006年。

3 計算及分析方法

3.1 ET0計算方法

聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦使用FAO Penman-Monteith公式（P-M）計算參考作物騰發(fā)量，P-M公式不需要專門的地區(qū)修正函數(shù)，使用一般氣象資料即可計算參考作物騰發(fā)量的值，實際應(yīng)用價值和精度都較高。

式中：ET0為參考作物騰發(fā)量，mm/d；Rn為冠層表面凈輻射量，MJ/（m2·d）；G 為土壤熱通量，MJ/（m2·d）；△為飽和水汽壓－溫度關(guān)系曲線斜率，kPa/℃；酌為濕度計常數(shù)，kPa/℃；T為2 m高度處日平均氣溫，℃；u2為 2 m 高處的風速，m/s；es為飽和水汽壓，kPa；ea為實際水汽壓，kPa。

公式（1）中相關(guān)參數(shù)及中間變量的確定：

式中：CP為恒壓下的比熱，CP=1.013×10-3MJ/（kg·℃）；ε為水蒸氣與干空氣分子重量之比，ε= 0.622；P 為大氣壓，kPa；Z 為海拔，m；λ 為蒸發(fā)潛熱，MJ/kg。

式中：VDP為飽和水汽壓差；Tmax為最高氣溫，℃；Tmin為最低氣溫，℃；e0!" T 為飽和水汽壓函數(shù)，kPa。

式中：Rns為凈短波輻射即太陽凈輻射，MJ/（m2· d）；Rnl為凈長波輻射，MJ/（m2·d）。

式中：琢為冠層反射系數(shù)，對于假設(shè)參考作物牧草琢=0.23；Rs為太陽輻射，MJ/（m2·d）。

相對日照時數(shù)計算即：

式中：a，b為回歸系數(shù)。

式中：Rso為完全晴天時的太陽輻射，MJ/（m2·d）。

溫帶地區(qū)可取a=0.18，b=0.5，即：

式中：n為實際日照時數(shù)，h；N為最大可能日照時數(shù)，h；棕s為日落時角，rad；準 為緯度，rad；啄為太陽偏磁角，rad；J為日序號；M為月序號；Ra為理論太

陽輻射；dr為日地相對距離。

式中：滓 為波爾茲曼常數(shù)，滓=4.9×10-9MJ/（K4·m2· d）；Tk，max為日最高絕對溫度，TK=T+273；Tk，min為日最低絕對溫度。

式中：G 為土壤熱通量；Gs為土壤熱容量，MJ/（m3· d）；Ti為時間i時氣溫；Ti-1為時間 i-1時氣溫；△t為時間間隔長度；△z為有效土壤深度。

計算逐日參考作物騰發(fā)量時：

式中：Gday為計算時段為1 d的土壤熱通量，MJ/（m2·d）。

式中：u2為距地面2 m高處的風速，m/s；uz為距地面z高處的風速，m/s；z為風速測量處距地面的高度，m。

3.2 氣候傾向率的計算

氣候要素X的長期系列變化可采用線性回歸方程表示：

b×10稱為氣候傾向率，氣候傾向率可以表示變量長期變化趨勢，可認為是要素與時間建立線性回歸方程的斜率，當b為正（負）時，表示要素在計算的時段內(nèi)線性增加（減弱）。

此次研究氣候傾向率的單位：風速為m/10 a、溫度為℃/10 a、相對濕度為%/10 a、日照為h/10 a、水汽壓為 kPa/10 a、ET0為 mm/10 a。

3.3 累積距平計算方法

累積距平是一種常用的判斷變化趨勢的方法，同時通過對累積距平曲線的觀察，也可以劃分變化的階段。對于時間序列x，在某一時刻的累積距平表示為：

4 鐵嶺地區(qū)ET0的年際變化分析

對研究區(qū)年累積ET0的年際變化進行分析，結(jié)果見表1，研究區(qū)年ET0的累積距平分析如圖1所示。

表1 鐵嶺地區(qū)年累積ET0變化趨勢（1960—2006）

圖1 研究區(qū)年ET0累積距平圖（1960—2006）

5 ET0影響因素分析

利用spss軟件對ET0的年累積值與各氣象要素的年累積值做相關(guān)性分析，確定影響ET0變化的主要氣象要素，結(jié)果見表2。

由表2可知，鐵嶺地區(qū)對ET0的年際變化影響較顯著的是日照、風速、相對濕度，這3個氣象要素對ET0年際變化的影響都通過了顯著水平為a= 0.01的t檢驗。其中，日照對ET0的影響最大，由前面的氣象要素分析可知，多年來日照時數(shù)呈顯著下降趨勢，而它又與ET0呈正相關(guān)關(guān)系，說明日照時數(shù)的下降是影響ET0下降的一個主要原因；其次，風速與ET0也呈顯著的正相關(guān)，風速的年際變化是顯著下降的，所以風速的下降也是影響ET0下降的一個因素；相對濕度與ET0呈顯著負相關(guān)，由于研究區(qū)內(nèi)各站的相對濕度都呈上升趨勢，說明相對濕度的上升是造成ET0下降的又一原因。

表2 鐵嶺地區(qū)年ET0與氣象要素的相關(guān)系數(shù)

各氣象要素中，對ET0影響較小的是平均氣溫和水汽壓；研究區(qū)各氣象站的溫度與ET0的相關(guān)系數(shù)都很小，且均未通過顯著水平檢驗，說明研究區(qū)溫度對ET0變化的影響不明顯；研究區(qū)各站水汽壓均與ET0呈負相關(guān)關(guān)系，但關(guān)系不顯著，只有昌圖站通過了a=0.05的t檢驗，說明水汽壓的上升可能是影響ET0下降的一個原因，但影響作用不大。

6 結(jié) 語

通過對鐵嶺地區(qū)1960—2006年的ET0及其氣候影響因子的演變特征和相關(guān)性分析，得到以下結(jié)論：

1）鐵嶺地區(qū)1960—2006年間，年ET0逐年呈顯著下降趨勢；研究區(qū)的4個氣象站中除鐵嶺站的ET0下降趨勢不顯著外，其它3站ET0均呈顯著下降趨勢。

2）研究區(qū)4個氣象站中，西豐站的年均ET0最低，年均值較其它站低100 mm左右，昌圖站年均ET0最高，約為886 mm；鐵嶺地區(qū)的年均ET0在空間上呈現(xiàn)由西向東逐漸增高趨勢。

3）基于對ET0和氣象要素的演變特征和相關(guān)性分析結(jié)果，日照、風速、相對濕度是影響鐵嶺地區(qū)ET0年際變化的主要氣象因子，溫度和水汽壓對ET0影響不顯著。

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S274

A

1002－0624（2016）04－0054－03

遲道才，教授，從事灌溉排水理論與技術(shù)研究.

2015-11-27