阿勒泰不同氣候區(qū)蒸發(fā)量變化及影響分析

高建江

(新疆阿勒泰水文勘測(cè)局，新疆 阿勒泰 836500)

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阿勒泰不同氣候區(qū)蒸發(fā)量變化及影響分析

高建江

(新疆阿勒泰水文勘測(cè)局，新疆 阿勒泰 836500)

在研究氣候變化及水分平衡過程中，蒸發(fā)量是一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，在不同地域由于地理位置、氣候條件等因素的差異，蒸發(fā)量也呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)和變動(dòng)幅度。從阿勒泰地區(qū)四個(gè)典型測(cè)站實(shí)測(cè)氣象資料出發(fā)，分析蒸發(fā)量變化的一般趨勢(shì)，并進(jìn)行影響因子的探討，結(jié)果表明，從暖干區(qū)向冷濕區(qū)，蒸發(fā)量從明顯的增加趨勢(shì)最后變?yōu)椴蛔兓蛭⑷醯脑黾于厔?shì)，這與國內(nèi)外研究基本一致。

阿勒泰；蒸發(fā)量；變化及影響

蒸發(fā)是地表熱量與水量平衡與否的反映，其是水循環(huán)中直接受到氣候變化影響最大的因素。故而通過研究蒸發(fā)量變化，對(duì)進(jìn)一步探析區(qū)域水分循環(huán)的變化規(guī)律，深入了解氣候變化趨勢(shì)有積極作用。蒸發(fā)量包括三種：蒸發(fā)皿蒸發(fā)量、潛在蒸發(fā)量和實(shí)際蒸發(fā)量。其中蒸發(fā)皿蒸發(fā)量反映了有限水面蒸發(fā)量，其可以和潛在蒸發(fā)量進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；而潛在蒸發(fā)量是當(dāng)前氣候條件下水分因子在最大能力作用下的散發(fā)過程，故而其為實(shí)際蒸發(fā)量的理論上限；將土壤水分、作物類型、作物生長狀況等考慮進(jìn)去的水分因子散發(fā)能力則為實(shí)際蒸發(fā)量，實(shí)際蒸發(fā)量受到環(huán)境、氣候因子影響太大且很難準(zhǔn)確把握和測(cè)算，所以測(cè)算實(shí)際蒸發(fā)量相當(dāng)困難，需要搜集潛在蒸發(fā)量、土壤適度、植物狀況、氣象因子等信息進(jìn)行綜合估算。

縱觀國內(nèi)已有的研究文獻(xiàn)，大多局限于研究實(shí)際蒸發(fā)量，而對(duì)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和潛在蒸發(fā)量的研究少之甚少，而且對(duì)不同氣候區(qū)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)的對(duì)比及影響因子分析的相關(guān)研究較少。因此，筆者根據(jù)阿勒泰氣候區(qū)劃，選擇了其四

個(gè)典型測(cè)站1998-2008的實(shí)測(cè)氣象資料，其中布爾津是亞熱帶濕潤區(qū)代表測(cè)站、克拉他什為高寒濕潤區(qū)代表測(cè)站、阿勒泰為暖干帶干旱區(qū)代表測(cè)站，而福海水文站則是中溫帶干旱區(qū)代表測(cè)站。筆者分析了各測(cè)站主要?dú)庀笠?、潛在蒸發(fā)量變化趨勢(shì)，研究了影響蒸發(fā)量變化的主要?dú)夂蛞蜃?，進(jìn)一步揭示了不同測(cè)站及不同氣候區(qū)蒸發(fā)量變化所反映出的氣候信號(hào)與規(guī)律，為區(qū)域合理灌溉制度的制定及水源的調(diào)配、干旱的監(jiān)測(cè)等工作提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

筆者根據(jù)阿勒泰氣候區(qū)劃，選取了其四個(gè)典型測(cè)站1998-2015這18年資料，其中布爾津是亞熱帶濕潤區(qū)代表測(cè)站、克拉他什為高寒濕潤區(qū)代表測(cè)站、阿勒泰為暖干帶干旱區(qū)代表測(cè)站，而福海水文站則是中溫帶干旱區(qū)代表測(cè)站。各測(cè)站氣象數(shù)據(jù)見表1。

表1 代表站多年平均氣象數(shù)據(jù)(1998-2015)

1.2 蒸發(fā)量計(jì)算方法

根據(jù)各種計(jì)算蒸發(fā)量的方法的適用范圍，并結(jié)合阿勒泰氣候區(qū)實(shí)際情況，筆者選用了以能量平衡和水汽擴(kuò)散為基礎(chǔ)理論的Penman2Monteith公式，這一公式也被認(rèn)為是適用于任何氣候區(qū)結(jié)果最為精確的蒸發(fā)量計(jì)算公式。

將表1相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式中，可以得出布爾津測(cè)站：

其它測(cè)站：

式中：ET0為潛在蒸發(fā)量(mm/d)；Rn為參考作物表面凈輻射(MJ/m2/d)；Rso為晴天輻射(MJ/m2d)；G為土壤熱通量(MJ/m2/d)；γ為干濕表常數(shù)(Kpa.℃)；es為飽和水汽壓(Kpa)；ea為實(shí)際水汽壓(Kpa)；U2、U10為2 m和10 m處的平均風(fēng)速(m/s)；Δ為飽和水汽壓2溫度曲線的斜率(Kpa.℃)；Tmax、Tmin為絕對(duì)溫標(biāo)的最高和最低氣溫(K)；n為實(shí)際日照時(shí)數(shù)(h)；N為最大日照時(shí)數(shù)(h)。

2 結(jié)果分析

2.1 各氣候區(qū)蒸發(fā)量變化

經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)各測(cè)站蒸發(fā)量變化趨勢(shì)如下：隨著日照時(shí)數(shù)的減少，溫度也隨之降低、濕度不斷增大，蒸發(fā)量則依次減少。近年來，阿勒泰四個(gè)氣候區(qū)測(cè)站蒸發(fā)量均在不斷上升。其中暖干區(qū)(布爾津)蒸發(fā)量的上升最為明顯，而福海站蒸發(fā)量上升幅度較小，但是通過了95%的顯著性水平檢驗(yàn)；克拉他什和阿勒泰站蒸發(fā)量上升趨勢(shì)較弱，未通過顯著性檢驗(yàn)，這表明濕潤區(qū)蒸發(fā)量基本圍繞在平均值附近波動(dòng)。

2.2 影響因子分析

能量供給條件和水汽輸送條件是影響蒸發(fā)過程的兩個(gè)重要條件。其中能量供給條件主要受到太陽凈輻射、日照時(shí)數(shù)、溫度等因子影響；而水汽輸送條件主要受到飽和差及風(fēng)速的影響較大。根據(jù)前人的研究結(jié)果，多種氣象因子以非線性方式共同作用的結(jié)果便表現(xiàn)出不同的蒸發(fā)潛力，故而蒸發(fā)量與多種氣候因子均存在相關(guān)關(guān)系。筆者選取了日照時(shí)數(shù)、凈輻射、飽和差、風(fēng)速、相對(duì)適度等5個(gè)因素進(jìn)行了蒸發(fā)量影響分析，通過計(jì)算這5個(gè)氣象因子的統(tǒng)計(jì)值與蒸發(fā)量之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析。

結(jié)合測(cè)站實(shí)際情況與氣象資料的可獲得性，筆者選取了溫度、日照時(shí)數(shù)、凈輻射及風(fēng)速、飽和差、相對(duì)濕度等氣候因子，通過計(jì)算各測(cè)站潛在蒸發(fā)量與實(shí)際蒸發(fā)量及其變動(dòng)趨勢(shì)，對(duì)影響蒸發(fā)量的主要?dú)夂蛞蜃优c蒸發(fā)量之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算與探討(見表2)。

表2 各氣象因子與蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)表

由上表可知，蒸發(fā)量與日照時(shí)數(shù)、凈輻射、飽和差及風(fēng)速等因子存在相關(guān)關(guān)系，并且相關(guān)系數(shù)的取值隨地域的變化而變化。在暖干區(qū)(布爾津)蒸發(fā)量與風(fēng)速相關(guān)系數(shù)為0.98，相關(guān)性最好，而暖干區(qū)凈輻射對(duì)蒸發(fā)量的影響不大。中溫帶干旱區(qū)(克拉他什)蒸發(fā)量與風(fēng)速、飽和差相關(guān)性較為顯著，且通過了α=0.01和α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，與日照時(shí)數(shù)負(fù)相關(guān)；在濕潤區(qū)(阿勒泰和福海站)蒸發(fā)量與風(fēng)速相關(guān)系數(shù)取值最大，但是未通過顯著性檢驗(yàn)。各測(cè)站在1998-2008年以來，溫度具有顯著上升趨勢(shì)，這與各區(qū)顯著變暖有關(guān)，此外，各測(cè)站區(qū)域風(fēng)速具有明顯減小趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)、凈輻射及飽和差顯著增大。

2.2.1 能量供給條件的影響

1)日照時(shí)數(shù)與凈輻射的影響

日照時(shí)數(shù)往往通過直接影響凈輻射而間接影響蒸發(fā)量，一般情況下，凈輻射隨著日照時(shí)數(shù)的增多而逐漸增大并被地面吸收，隨著地面所吸收凈輻射量的增大，地面溫度不斷提升，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生較大的日較差，而這一過程會(huì)引起逐漸增大的蒸發(fā)量?？梢酝ㄟ^eviews軟件輸入四個(gè)典型測(cè)站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得出日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)量之間的線性關(guān)系方程為：y=2.497 3x+2 256.8，其中x為自變量日照時(shí)數(shù)，y為因變量蒸發(fā)量?？梢?，日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)量呈正相關(guān)關(guān)系，即日照時(shí)數(shù)越多，蒸發(fā)量也就越大。

2)凈輻射的影響

凈輻射的量直接反映了日照時(shí)數(shù)的情況，日照時(shí)數(shù)越多則地面吸收的凈輻射量越多，進(jìn)而引起地面溫度的不斷上升，日較差增大，則蒸發(fā)量增大。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，四個(gè)典型測(cè)站凈輻射與蒸發(fā)量之間均呈正相關(guān)關(guān)系，除布爾津之外，其余三個(gè)測(cè)站均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。

3)飽和差的影響

飽和差是空氣的飽和水汽壓與同等條件下實(shí)際水汽壓之間的差值，其取值反映出水分子的蒸發(fā)能力，取值越大則蒸發(fā)能力越強(qiáng)。在表2中，福海水文站飽和差與蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其余三個(gè)測(cè)站都為正相關(guān)，且通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。

2.2.2 水汽輸送條件

1)風(fēng)速的影響

與其余因素不同的是，風(fēng)速是一個(gè)反映大氣運(yùn)動(dòng)的物理因子，大氣的流動(dòng)過程即為風(fēng)，風(fēng)速的大小對(duì)蒸發(fā)量的變動(dòng)起著輔助性影響，在其余氣象因子不變情況下，風(fēng)速越大，單位時(shí)間內(nèi)從水面進(jìn)入空氣的水分子就會(huì)越多，蒸發(fā)量也會(huì)越大。從表2相關(guān)系數(shù)可以看出，風(fēng)速是影響四個(gè)典型測(cè)站蒸發(fā)量的主要因素，相關(guān)系數(shù)取值最大，且均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。

2)相對(duì)濕度的影響

由于蒸發(fā)過程是一個(gè)水分子在水面與空氣之間不斷運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過程，所以水分子的飽和程度對(duì)蒸發(fā)量起著決定性作用。而空氣中相對(duì)濕度越大，則水分子越是飽和，從水面向空氣中運(yùn)動(dòng)的水分子就會(huì)越少，蒸發(fā)量越少。從表2可以看出，四個(gè)典型測(cè)站相對(duì)濕度均與蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是說相對(duì)濕度越大，蒸發(fā)量反而越小，相對(duì)濕度與蒸發(fā)量之間線性相關(guān)性較好，且均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)語

通過對(duì)阿勒泰不同通過氣候區(qū)蒸發(fā)量變化的分析可以對(duì)該地區(qū)蒸發(fā)量的變動(dòng)趨勢(shì)及主要影響因素有一個(gè)大致了解，可以為進(jìn)一步研究阿勒泰不同氣候區(qū)蒸發(fā)情況及對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懙於ɑA(chǔ)，同時(shí)對(duì)阿勒泰地區(qū)水資源利用和水利水電工程效益的提升起到一定積極作用。由于可以獲得的數(shù)據(jù)資料有限，本文只是選取了四個(gè)典型測(cè)站作為代表，但是阿勒泰不同地區(qū)氣候條件各異，又豈能是四個(gè)測(cè)站可以窮盡的，此外，文章未將植被、徑流等因素納入分析范圍，這是本文的一大遺憾。

[1]皮彬.黃河水利委員會(huì)水文局領(lǐng)導(dǎo)考察阿勒泰水文局測(cè)站[Z].阿勒泰年鑒.2013.

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P332.2

B

1004-1184(2016)06-0095-02

2016-07-22

高建江(1969-)，男，湖北浠水人，工程師，主要從事水文勘測(cè)工作。