近50年來山東省參考作物蒸散量變化及定量化成因

董旭光，邱粲，王靜

近50年來山東省參考作物蒸散量變化及定量化成因

董旭光，邱粲，王靜

山東省氣候中心，山東 濟南 250031

參考作物蒸散量（ET0）被廣泛應(yīng)用于估算生態(tài)需水、農(nóng)業(yè)灌溉、區(qū)域氣候干濕狀況評價等方面，在氣候和環(huán)境變化中起著非常重要的作用。基于山東省1961—2010年90個氣象站的逐日氣象觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用Penman-M onteith模型估算了區(qū)域內(nèi)的ET0，研究了山東省ET0的空間分布特征和時間演變規(guī)律及主要影響要素，定量分析了各影響要素對ET0變化的貢獻。結(jié)果表明，山東省年平均ET0為1028.4 mm，由東南沿海向西北內(nèi)陸遞增；夏季最高，其次為春季、秋季，冬季最低。年平均ET0變化傾向率為-1.818 mm·a-1，減少趨勢極顯著（P＜0.01）；各季節(jié)均呈減少的變化趨勢，夏季最明顯；魯西和魯西南ET0的減少趨勢最顯著，向東則減少趨勢減弱，至半島東部部分站點則有增加趨勢。全省年平均ET0在1983年前后發(fā)生突變，春季、夏季、冬季分別發(fā)生在1969年、1987年、1971年，秋季沒有突變。主振蕩周期為12 a左右，不同年代表現(xiàn)出的周期性不一致，且多種周期尺度相互交叉。年際和各季節(jié)風(fēng)速和日照時數(shù)呈極顯著的減少趨勢，對ET0變化的負貢獻較大，是山東省ET0減少的主要影響因素；最高和最低氣溫、相對濕度對ET0變化表現(xiàn)為正貢獻，在一定程度上消弱了風(fēng)速和日照時數(shù)的負貢獻。年際和季節(jié)各氣象要素對ET0變化的總貢獻率與ET0的實際變化率較接近，年際、春季、秋季、冬季對ET0減少變化的第一主導(dǎo)氣象要素是風(fēng)速，貢獻率分別為-9.587%、-8.074%、-9.920%、-16.847%，夏季第一主導(dǎo)氣象因素為日照時數(shù)，貢獻率為-8.287%。

參考作物蒸散量；Penman-Monteith模型；氣象要素；貢獻率；山東省

引用格式：董旭光， 邱粲， 王靜. 近50年來山東省參考作物蒸散量變化及定量化成因［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報， 2016， 25（7）：1098-1105.

DONG Xuguang， QIU Can， WANG Jing. Temporal and Spatial Variation Characteristics and Quantification of Causes for Reference Evapotranspiration in Shandong Province in Recent 50 Years ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（7）： 1098-1105.

參考作物蒸散量（ET0）是地表熱量平衡和水分平衡的重要組成部分，作為自然界水分循環(huán)的一個過程，其在氣候與環(huán)境變化中起著非常重要的作用。ET0被廣泛應(yīng)用于估算生態(tài)需水、農(nóng)業(yè)灌溉、氣候干濕狀況評價等方面。ET0反映了區(qū)域蒸散能力的大小，與太陽輻射、氣溫、相對濕度、風(fēng)速等氣象要素有關(guān)。在全球氣候變暖的背景下（Solomon et al.，2007），中國在同時期的增暖更為明顯（丁一匯，2008），受氣候變暖的影響，降水、風(fēng)速、太陽輻射等要素不同程度的變化（任國玉等，2005；王遵婭等，2004）將導(dǎo)致ET0的變化。

ET0的估算方法較多，通常采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）1998年推薦的Penman-Monteith方法，該方法較全面地考慮了影響蒸散的各種因素，而且在氣候條件差異較大（濕潤、干旱或風(fēng)速變化范圍較大等）地區(qū)的應(yīng)用中都取得了較好的結(jié)果（毛飛等，2000；左德鵬等，2011；高歌等，2006；劉普幸等，2012；張守紅等，2010；馬寧等，2012），是目前計算ET0精度最高、應(yīng)用最廣泛的一種方法。該方法具有充分的理論基礎(chǔ)，結(jié)果僅受當(dāng)?shù)貧夂蛞氐挠绊懀c下墊面、土壤類型等無關(guān)（Allen et al.，1998）。近年來許多學(xué)者對中國不同區(qū)域ET0的時空分布進行了分析，表明在中國大部分地區(qū)，ET0呈減少變化趨勢，但空間分布差異明顯，同時對影響其變化的原因進行了討論。高歌等（2006）得出1956—2000年除松花江流域，其它大部分地區(qū)ET0呈減少趨勢的結(jié)論。尹云鶴等（2009，2010）分析了ET0的變化趨勢和影響因子，認為我國ET0減少的主要原因是太陽輻射和風(fēng)速的減小。謝賢群等（2007）、曹雯等（2011a）和段春鋒等（2011）、王瓊等（2013）、張山清等（2011）學(xué)者分別對中國北方、西北地區(qū)、長江流域、新疆等區(qū)域或流域的ET0時空分布進行了探討并分析了主要的影響因子。劉昌明等（2011）、劉小莽等（2009）、曹雯等（2011b）、梁麗喬等（2008）也分別對不同區(qū)域ET0和氣候因子之間的相互作用及敏感性等方面進行研究，從不同的方面證實了ET0在氣候研究中的重要性。由于ET0的變化是溫度、風(fēng)速、濕度、輻射等多種氣象要素共同作用的結(jié)果，因此不同地區(qū)不同的氣候背景條件使得ET0對氣候變化的響應(yīng)具有明顯的區(qū)域差異。

山東省位于中國中東部沿海，是人口密集的農(nóng)業(yè)大省，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，四季分明，受海陸位置及區(qū)域內(nèi)地形地貌特征差異影響，降水時空分布差異明顯，旱澇等自然災(zāi)害頻發(fā)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展帶來不利影響。參考作物蒸散量作為氣候變化響應(yīng)及水分循環(huán)中不可或缺的因素，對其時空特征和變化趨勢的研究顯得尤為重要，過去山東省區(qū)域氣候變化的研究多集中在降水和氣溫等氣象要素方面（高留喜等，2005；徐宗學(xué)等，2007；楊士恩等，2007；遲竹萍等，2009；董旭光等，2014），對ET0的研究很少。同時由于受氣候變暖和山東特殊地形的制約以及人類活動的影響，區(qū)域水循環(huán)發(fā)生了顯著變化，因此研究山東區(qū)域ET0的時空變化特征，有助于深入理解氣候變化對山東省水分循環(huán)的影響，可為科學(xué)評價區(qū)域氣候干濕狀況、合理開發(fā)調(diào)配水土資源提供科學(xué)依據(jù)。本文根據(jù)山東省1961—2010年90個氣象站逐日氣象觀測數(shù)據(jù)，以Penman-Monteith模型計算各站點ET0，分析其時空分布特征、變化趨勢、突變以及周期變化等方面特征，并對ET0與影響要素的關(guān)系及可能原因進行了定量分析。

1　資料和方法

1.1資料

采用山東省氣象信息中心提供的1961—2010年逐日氣象觀測數(shù)據(jù)較完整的90個站點，包括逐日最高氣溫、最低氣溫、日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度、降水量等。計算出各氣象站點逐日ET0，進而得到月、季、年等不同時段的ET0。其中每年3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季。計算某日的ET0需要上述5種氣象要素及站點經(jīng)緯度、海拔高度等信息數(shù)據(jù)，若某日的氣象要素中有任意一個要素缺測，則ET0為空值。山東省行政區(qū)劃、地形及使用的氣象站點等信息見圖1。

1.2方法

1.2.1Penman-Monteith公式

估算ET0的模型有多種，其中FAO在1998年推薦的Penman-Monteith公式以能量平衡和水汽擴散理論為基礎(chǔ)，較全面地考慮了影響潛在蒸散的各種因素，不僅考慮了空氣動力學(xué)和輻射，也考慮了植被的生理特征，有較可靠的物理依據(jù)（Allen et al.，1998），故得到了廣泛運用。該模型被廣泛應(yīng)用于濕潤和干旱等各種氣候條件地區(qū)，并都取得了較好的效果（左德鵬等，2011；劉普幸等，2012；謝賢群等，2007；王瓊等，2013）。其計算公式為：

圖1　山東省行政區(qū)劃、地形及使用的氣象站點地理位置分布圖Fig. 1　Administrative regionalization， terrain and distribution of used meteorological stations of Shandong Province

式中，ET0是參考作物蒸散量（mm·d-1）；Δ是飽和水汽壓溫度曲線斜率（kPa·℃-1）；Rn是地表凈輻射（MJ·m-2·d-1）；G是土壤熱通量（MJ· m-2·d-1）；γ是干濕表常數(shù)（kPa·℃-1）；T是日平均氣溫（℃），為日最高氣溫和日最低氣溫的平均值；u2為2 m高度處的風(fēng)速（m·s-1）；es是飽和水汽壓（kPa-1）；ea是實際水汽壓（kPa-1）。參考作物蒸散量計算過程中所涉及到的其它參數(shù)取值和計算方法均參照國家標準（氣象干旱等級，2006）。

1.2.2氣象要素的貢獻

單個氣象要素對ET0變化的貢獻可表示為該氣象要素的敏感系數(shù)及其多年相對變化的乘積。導(dǎo)致ET0增加為正貢獻，導(dǎo)致ET0減小為負貢獻。表達式如下（尹云鶴等，2010；曹雯等，2011a）：

式中，Convi是氣象要素Vi對ET0變化的貢獻；RCVi是Vi的多年相對變化；SVi為敏感系數(shù)，無量綱；ET0和ΔET0分別為參考作物蒸散量及其變化量；Vi和ΔVi分別為氣象要素和變化量。利用1961—2010年Vi的平均值Vav和線性傾向率Trend計算得到；線性傾向率Trend可由趨勢分析法計算得到。相應(yīng)的ET0的多年實際變化也可用RCVi計算得到。影響ET0變化的氣象因子眾多，實際應(yīng)用中不可能只是單個氣象因子發(fā)生變化，因此，將各因子的貢獻累加后就得到所有氣象因子對ET0變化的總貢獻（尹云鶴等，2010；曹雯等，2011a）。

1.2.3其它方法

采用A rcGIS反距離加權(quán)（馬寧等，2012）空間插值法，研究區(qū)域參考蒸散量的空間分布和時間變化特征。反距離加權(quán)插值法是一種常見而簡便的空間插值方法，它是基于相近相似的原理，即兩個物體離得越近，它們的性質(zhì)就越相似，以插值點與樣本點間的距離為權(quán)重進行加權(quán)平均，離插值點越近的樣本點被賦予的權(quán)重越大；采用Mann-Kendall（尹云鶴等，2009）突變檢驗方法對各季節(jié)和年ET0的變化進行突變檢驗；應(yīng)用M orlet小波（王瓊等，2013；胡乃發(fā)等，2010）的實部和模平方對ET0進行周期分析；采用相關(guān)分析（施能等，2004）等對山東省年和季節(jié)ET0變化的主導(dǎo)因素進行探討。

2　結(jié)果分析

2.1參考作物蒸散量的時空分布特征

2.1.1多年平均空間分布

近50年來，山東省ET0的年平均值為1028.4 mm，榮成最少，為898.4 mm；濟南最多，為1 227.3 mm（圖2）。ET0空間分布存在較大的區(qū)域差異，整體表現(xiàn)為西北部高東南沿海低的特征，高值區(qū)主要位于魯中山區(qū)以北向東延伸至半島西北部一帶，普遍超過1 038.0 mm。東南沿海年平均ET0一般不高于1000 mm，半島東南部最少，少于950 mm。春季和夏季ET0平均值分別為324.4、396.8 mm，占全年比率分別為31.5%、38.6%，其空間分布和年平均ET0相似，高值區(qū)和低值區(qū)的范圍和位置接近。秋季和冬季ET0的空間分布相似，平均值分別為211.0、96.2 mm，占全年比率分別為20.5%、9.4%，但與年均ET0和春夏季ET0的空間分布差異較明顯，高值區(qū)主要在濟南周邊、膠萊平原、環(huán)半島沿海等地，低值區(qū)在魯北、魯西、魯西南、魯中山區(qū)南側(cè)及半島內(nèi)陸等地。

圖2　1961—2010年山東省年平均ET0空間分布Fig. 2　Spatial distribution of the average annual reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

表1　1961—2010年山東省年和季節(jié)ET0的年代際變化Table 1　Decadal variation of the annual and seasonal reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

2.1.2年代際變化

山東省各年代際ET0呈減少趨勢（表1），20世紀60年代最大，為1075.0 mm；至21世紀前10年最小，為999.4 mm；60、70年代 ET0平均值高于1961—2010年平均值，分別多46.6、16.3 mm；80年代以后均低于1961—2010年平均值。1961—2010年逐年代際減少量分別為30.3、29.6、7.5、8.2 mm，20世紀60—80年代減少最明顯。各季節(jié)ET0的年代際變化與多年平均略有不同，春季ET0在21世紀以前逐年代際減少，90年代最小，為310.5 mm，但21世紀前10年有所增加，接近累年春季平均值，為324.2 mm。夏季ET0在各年代際間均最大，平均達396.8 mm，呈逐年代際減小的變化趨勢；20世紀60、70年代超過400.0 mm。秋季、冬季ET0各年代際變化不大，接近平均值。

山東省各年代際ET0空間分布差異顯著（圖3），20世紀60年代僅東南沿海和半島東部地區(qū)ET0低于多年平均值，向西呈明顯的遞增趨勢，魯西、魯西北和魯北大部分地區(qū)高于多年平均值；70年代，低于多年平均ET0地區(qū)的范圍明顯向西擴展，高值區(qū)范圍比60年代明顯縮小；80年代整個山東省ET0進一步減小，僅在魯中山區(qū)北側(cè)至萊州灣一帶高于1116 mm；90年代和21世紀前10年大部分站點ET0低于多年平均值。

2.1.3年際變化

山東省ET0的年際變化傾向率為-1.818 mm·a-1（P＜0.01），表明山東省ET0呈極顯著的減小趨勢（圖4）。20世紀60年代前期ET0逐年減小，1964年接近歷年最小值，1965年迅速增加，之后開始呈現(xiàn)逐年波動減少的變化趨勢。1961—1964年山東全省產(chǎn)生了大面積的洪澇災(zāi)害（李君等，2009），降水量偏多，氣溫低、相對濕度大、日照時數(shù)少是這段時期ET0逐年急劇減小的可能原因。各季節(jié)ET0的年際變化與多年平均年際變化趨勢相似，均呈減小的變化趨勢（圖略），夏季減幅最大（P＜0.01），減小趨勢極顯著。

山東省各站年平均ET0變化趨勢在-5.8～3.1 mm·a-1之間，區(qū)域差異明顯（圖5）。內(nèi)陸的魯西南、魯西等地減少趨勢最明顯，普遍在-3.5 mm·a-1以上。半島地區(qū)減弱趨勢最不明顯，半島東部部分站點有增加趨勢，魯中山區(qū)北側(cè)部分站點有增加趨勢。減少趨勢通過α=0.05置信度水平檢驗的有77個，主要分布在山東中西部，而增加趨勢通過α=0.05置信度水平檢驗的站點僅有8個，主要分布在半島地區(qū)。

各季節(jié)ET0變化趨勢與年變化趨勢類似，均在西部地區(qū)呈現(xiàn)明顯減少趨勢，越向東減小趨勢越不明顯，半島地區(qū)尤其半島東部部分站點有增大變化趨勢，魯中山區(qū)北側(cè)減少趨勢較小，個別站點有增大趨勢。春夏秋冬四季變化趨勢（圖略）分別為-2.0～1.2、-2.7～1.0、-0.9～0.8、-0.6～0.6 mm·a-1，各季節(jié)中減少趨勢通過α=0.05置信度水平檢驗的站點分別有65、83、63、56個，增大趨勢通過α=0.05置信度水平檢驗的站點分別有15、5、19、22個。夏季減少趨勢最強、站點數(shù)最多，春季次之，冬季最弱、最少。

圖3　1961—2010年山東省年代際ET0空間分布Fig. 3　Decadal spatial distribution of the reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

圖4　1961—2010年山東省年和季節(jié)ET0年際變化趨勢Fig. 4　Inter-annual changing trend of the reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

圖5　1961—2010年山東省年平均ET0氣候傾向率空間分布Fig. 5　Spatial distribution of the average annual changing rates of reference evapotranspiration in Shandong Province druing 1961—2010

2.2參考作物蒸散量變化的突變特征

采用Mann-Kendall法對山東省年平均ET0序列進行突變檢驗（圖6e）。ET0在1983年前后產(chǎn)生突變，呈減少變化趨勢，至1985年減少趨勢超過了0.05的臨界線，表明其減少趨勢更為顯著，之后一直呈減少的變化趨勢。春季在1969年產(chǎn)生突變，呈減少變化趨勢，至1985年減少趨勢更為顯著，至1999年有增加的變化趨勢。夏季UF曲線在1968年以前呈上升趨勢，表明ET0有增加的變化趨勢，1969年后開始持續(xù)減少，突變時間出現(xiàn)在1987年，至1990年開始減少趨勢更為顯著。秋季UF曲線不存在顯著變化趨勢，雖有多個交點，但沒有產(chǎn)生突變，秋季ET0呈在波動中逐年減少的趨勢，但趨勢不明顯。冬季UF和UB曲線在1971年以前出現(xiàn)多個交點，但均不是突變點，1971年是冬季ET0的突變點，1971年以后總體呈減少的變化趨勢，至1990年減少趨勢更為顯著，之后有增加的變化趨勢。

2.3參考作物蒸散量變化的周期性

山東省年平均ET0的復(fù)值Morlet小波變換系數(shù)的實部和模平方時頻分布見圖7，實部反映了尺度信號在不同時間上的分布和位相信息，模的大小反映了尺度信號的強弱分布，通過兩者結(jié)合進行周期分析。年ET0存在3、6、12、15、26 a左右多個振蕩周期，其中12 a左右的振蕩周期最強，為第一主周期。12 a左右的周期主要出現(xiàn)在1985年以前且最明顯；3 a左右的周期一直存在，在1970年前表現(xiàn)最明顯；6 a左右的周期在2000年前表現(xiàn)較明顯，在1970年前表現(xiàn)最明顯；15 a左右的周期不明顯；26 a左右的周期主要出現(xiàn)在20世紀70年代末期以后，表現(xiàn)不明顯。春季、夏季、冬季第一主周期分別為7、16、16 a且貫穿整個時域，秋季第一主周期為10 a，在2000年以前最明顯。ET0的周期變換多個同時并存，不同年代表現(xiàn)出的周期性并不一致，且多種周期尺度相互交叉，具有較強的時頻局部特征。

圖6　1961—2010年山東省年和季節(jié)平均ET0Mann-Kendall突變檢驗Fig. 6　The average annual and seasonal Mann-Kendall mutation test in Shandong Province during 1961—2010

圖7　1961—2010年山東省年平均ET0的復(fù)值Morlet小波變換系數(shù)的實部（a）和模平方時頻（b）Fig. 7　Real part of the Morlet wavelet analysis and the modulus square of potential evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

2.4參考作物蒸散量變化成因分析

2.4.1各氣象要素和參考作物蒸散量變化討論

最高與最低氣溫、風(fēng)速、日照時數(shù)、相對濕度等氣象要素的相互作用導(dǎo)致ET0變化的原因比較復(fù)雜。本文采用氣象要素氣候變化傾向率和氣象要素與ET0的相關(guān)性結(jié)合的方法定性探討其變化的成因，進而定量分析各氣象要素的變化對ET0的貢獻。

從表2可知，最高與最低氣溫、風(fēng)速、日照時數(shù)的逐年變化極顯著，均通過了α=0.01置信度檢驗，表明最高與最低氣溫上升趨勢及風(fēng)速、日照時數(shù)下降趨勢均極顯著，相對濕度下降趨勢、降水量增多趨勢不顯著。從各季節(jié)氣候傾向率變化看，冬季最高氣溫上升趨勢極顯著，達到0.031 ℃·a-1，夏季略下降，但變化不顯著；各季節(jié)最低氣溫均呈極顯著的上升趨勢，冬季上升趨勢最大，夏季最小。各季節(jié)風(fēng)速也呈極顯著減小趨勢，春季和冬季最明顯。春季日照時數(shù)減少趨勢不明顯，其它各季節(jié)減少趨勢均極顯著，夏季最明顯。各季節(jié)相對濕度和降水量上升和下降趨勢均不顯著。

各氣象要素與ET0的相關(guān)系數(shù)中，除春夏季和冬季最低氣溫外，其它年和各季節(jié)相關(guān)性均較顯著。最高氣溫、風(fēng)速、日照時數(shù)均與ET0呈正相關(guān)，最低氣溫、相對濕度、降水量呈負相關(guān)。對年ET0影響較大的氣象要素是日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度，春季是日照時數(shù)、相對濕度、降水量、最高氣溫，夏季是日照時數(shù)、相對濕度、風(fēng)速、最高氣溫，秋季是日照時數(shù)、相對濕度、降水量，冬季是相對濕度、降水量、日照時數(shù)、最高氣溫。

綜合各氣象要素和ET0的氣候傾向率的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果來看，雖然年相對濕度、季節(jié)相對濕度、降水量與ET0呈極顯著負相關(guān)，但相對濕度、降水量的變化趨勢不顯著，不是導(dǎo)致山東省參考作物蒸散量減少的主導(dǎo)因素；日照時數(shù)、風(fēng)速與ET0相關(guān)性高且減少趨勢極顯著，對ET0的變化呈負貢獻，是影響山東省ET0減少的主導(dǎo)因素；最高氣溫與ET0相關(guān)性也較高且上升趨勢極顯著，導(dǎo)致ET0增加；最低氣溫與ET0相關(guān)性除在年際和秋季略高外，其它各季節(jié)較低。綜合考慮，日照時數(shù)、風(fēng)速對ET0的變化呈負貢獻，是導(dǎo)致山東省年和季節(jié)ET0減少的主導(dǎo)因素；最高氣溫的極顯著上升對ET0的變化呈正貢獻。

表2　1961—2010年山東省年和季節(jié)ET0和氣候要素的相關(guān)性、氣候傾向率Table 2　Annual and seasonal changing rate and correlation of climate factors and reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

表3　1961—2010年山東省年和季節(jié)氣候要素對ET0的貢獻及ET0實際變化率Table 3　Contribution of Annual and seasonal climate factors variables to reference evapotranspiration and actual relative change for reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010　　　　　　　　　　　　　　　　 %

2.4.2各氣象要素和參考作物蒸散量的定量分析

ET0的變化主要由氣象要素的變化而導(dǎo)致，通過計算各氣象要素的敏感系數(shù)和各氣象要素和ET0的相對變化量，定量分析各氣象要素對ET0變化的貢獻。

由表3可以看出，最高氣溫對年ET0變化的貢獻為2.090%，為正貢獻，表明山東省最高氣溫的升高導(dǎo)致了ET0增多，冬季的極顯著增溫導(dǎo)致ET0增多最明顯。最低氣溫對年ET0變化的貢獻比最高氣溫略高，為2.714%。各季節(jié)最低氣溫的貢獻也比相應(yīng)最高氣溫高。在所有氣象要素中風(fēng)速對年ET0變化的貢獻最大，為-9.587%，春季、秋季和冬季風(fēng)速對ET0變化貢獻在所有氣象要素中最大，夏季風(fēng)速的貢獻小于日照時數(shù)。相對濕度對年ET0的變化貢獻為1.828%，秋季的正貢獻最大，夏季則有不明顯的負貢獻。日照時數(shù)對年ET0變化的貢獻僅次于風(fēng)速，為-3.257%，夏季日照時數(shù)對ET0變化貢獻在所有氣象要素中最大，冬季日照時數(shù)對ET0減少的貢獻最小。

所有氣象要素對年ET0變化的總貢獻為-6.220%，對夏季ET0變化的總貢獻最大，其它各季節(jié)的總貢獻較接近，與ET0實際變化較接近，表明運用敏感系數(shù)和氣象要素相對變化可以合理地解釋年ET0和季節(jié)ET0實際變化。

綜上所述，對年ET0實際變化負貢獻最大的氣象要素是風(fēng)速和日照時數(shù)，這與尹云鶴等（2010）、謝賢群等（2007）的研究結(jié)論一致。最高最低氣溫的正貢獻和相對濕度相對較小的正貢獻，在一定程度上削弱了風(fēng)速和日照時數(shù)對ET0實際變化的負貢獻；對春季、秋季和冬季ET0實際變化負貢獻最大的是風(fēng)速，日照時數(shù)次之，其它要素為正貢獻；夏季負貢獻最大的是日照時數(shù)，風(fēng)速次之，最低氣溫具有較小的正貢獻。

3　結(jié)論

（1）山東省年際和季節(jié)平均參考作物蒸散量（ET0）由東南沿海向西北內(nèi)陸遞增，夏季最高，其次為春季、秋季，冬季最低。大部地區(qū)ET0在20世紀80年代以前減幅較大，魯中山區(qū)北部至魯北沿海21世紀前10年有較小的增加趨勢。ET0逐年代際遞減，其年際變化傾向率為-1.818 mm·a-1，減少趨勢極顯著，各季節(jié)均呈減少的變化趨勢，夏季最明顯。魯西和魯西南ET0的減少趨勢最顯著，東向總體上減少趨勢變緩，至半島東部部分站點則有增加趨勢。

（2）山東省年平均ET0在1983年前后發(fā)生突變，之后呈減少趨勢，春季發(fā)生在1969年，夏季發(fā)生在1987年，秋季沒有產(chǎn)生突變，冬季則發(fā)生在1971年。年際和各季節(jié)ET0分別存在12、7、16、10、16 a左右的主振蕩周期，不同年代表現(xiàn)出的周期性不一致，且多種周期尺度相互交叉。

（3）整體上，山東省年際和各季節(jié)風(fēng)速和日照時數(shù)呈極顯著的下降變化趨勢，且和ET0顯著正相關(guān)；相對濕度和降水量與ET0呈顯著正相關(guān)，但變化趨勢不顯著；最高氣溫與ET0顯著正相關(guān)。年際和冬季上升趨勢顯著，最低氣溫上升趨勢顯著，但與ET0相關(guān)性較低。

（4）山東省年際和各季節(jié)各氣象要素對ET0變化的總貢獻率與ET0的實際變化率較接近，風(fēng)速和日照時數(shù)對ET0的負貢獻最大，最高和最低氣溫、相對濕度則為正貢獻，在一定程度上削弱了風(fēng)速和日照時數(shù)的負貢獻。導(dǎo)致夏季ET0減少變化的第一主導(dǎo)因子是日照時數(shù)，貢獻率為-8.287%，風(fēng)速次之，為-3.507%；導(dǎo)致年際、春、秋和冬季ET0減少變化的第一主導(dǎo)因子均是風(fēng)速，貢獻率分別為-9.587%、 -8.074%、-9.920%、-16.847%。

影響ET0時空分布和變化的因素比較復(fù)雜，不僅與氣象要素有關(guān)，其它由氣象要素導(dǎo)致的間接影響也不可忽略，同時氣象要素的變化也相互影響。本文定量分析了影響山東ET0變化的主要氣象要素的貢獻，在很大程度上解釋了ET0變化的具體原因。對于其它氣象要素和非氣象要素對ET0變化的影響方式和程度仍有待深入研究。

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Temporal and Spatial Variation Characteristics and Quantification of Causes for Reference Evapotranspiration in Shandong Province in Recent 50 Years

DONG Xuguang， QIU Can， WANG Jing
Shandong Climate Center， Jinan 250031， China

As a main component of the hydrological cycle， reference evapotranspiration （ET0） was widely used for understanding regional moisture conditions， estimating ecology water requirement and irrigating crop. ET0played a very im portant role in the climate and environment change. Based on the daily meteorological data from 90 meteorological stations in Shandong Province from 1961 to 2010， the Penman-Monteith method recommended by FAO was used to calculate the ET0and to analyze its spatial-temporal distribution characteristics. Major factors' contribution to the ET0variation trend was also provided through partial derivative quantification analysis. Temporal variations in ET0were analyzed using the Mann-Kendall method and Morlet wavelet. Results indicated that the mean annual ET0was 1 028.4 mm in Shandong Province during the study period. ET0ascended from southeast coast to northw est inland， peaking in summer and reaching the bottom in w inter. The dam ping of ET0w as greater before 1980s. The annual ET0showed a significant decline w ith a rate of -1.818 mm·a-1. The decreasing trend w as mostly prom inent in w est and southwest of Shandong and the increasing trend appeared in some stations of eastern peninsula. By using Mann-Kendall analysis， it had been found that the annual ET0mutation happened around 1983， and spring-， summer- and w inter-mutation happened in 1969，1987， 1971 respectively w ith no mutation happening in autumn. The annual and seasonal ET0presented oscillations of 12， 7， 16， 10 and 16 a respectively. The oscillation periods was different in each year and various periods crossed each other.As the main factors for ET0decrease in Shandong， the annual and seasonal mean w ind speed and sunshine duration decreased significantly and were dramatically positive-correlated w ith ET0. The total contribution from the annual and seasonal meteorological elements to the ET0variation was close to actual changing in ET0. The main impacting factor on ET0decreasing was wind speed meanly in spring，autumn， w inter and the whole year w ith the negative-contribution of -8.074%， -9.920%， -16.847% and -9.587% respectively. However， in summer， sunshine duration was the dom inant factor with negative-contribution of -8.287%.

reference evapotranspiration； Penman-Monteith model； climate factors； contribution rate； Shandong Province

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.07.002

X16

A

1674-5906（2016）07-1098-08

山東省氣象局科研項目（2015sdqxm05）；中國氣象局氣候變化專項（CCFS201233）

董旭光（1979年生），男，高級工程師，碩士，主要從事氣候變化和氣候應(yīng)用等工作。E-mail： dongxugg@sina.com

2015-04-22