氣候變化情景下新疆車爾臣河流域E T0變化趨勢研究

魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

氣候變化情景下新疆車爾臣河流域E T0變化趨勢研究

魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

利用改進(jìn)的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Ma nn-K e nda l l(MK)方法進(jìn)行序列趨勢檢驗(yàn)時,因考慮了時間序列自相關(guān)性的影響而使結(jié)果更趨嚴(yán)格。文章采用MK法及改進(jìn)的MK法對新疆車爾臣河流域1957～2011年及2015～2050年作物蒸散量E T0和相關(guān)氣候要素的變化趨勢進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明:1957～2011年和2015～2050年研究區(qū)E T0呈下降趨勢,但其顯著性各異。E T0的趨勢特征對于氣候變化背景下干旱區(qū)作物灌溉制度的制定和防災(zāi)抗旱有重要參考價(jià)值。

蒸散發(fā);氣候變化;作物需水量;趨勢檢驗(yàn);車爾臣河流域

1 概論

E T0是計(jì)算作物需水量的重要參數(shù)，其對作物生理生長極為重要。在得出新疆車爾臣河流域歷史1957～2011及未來2015～2050年E T0序列的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合MK法和改進(jìn)的MK法檢驗(yàn)該區(qū)E T0的長序列變化趨勢，探討序列自相關(guān)結(jié)構(gòu)對E T0趨勢檢驗(yàn)結(jié)果的影響，并給出研究區(qū)內(nèi)各站點(diǎn)最終的趨勢檢驗(yàn)結(jié)果?；诟鼑?yán)格的改進(jìn)MK法得出的E T0的趨勢特征對于氣候變化背景下干旱區(qū)作物灌溉規(guī)劃和防災(zāi)抗旱有重要參考價(jià)值。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

新疆車爾臣河流域上游代表站且末氣象站(38.15°N，85.55°E，海拔1247.2m)與下游代表站若羌?xì)庀笳?39.03°N，88.17°E，海拔887.7m)數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn)，時間尺度為1957～2011年逐日數(shù)據(jù)，包括日最高、最低、日均溫度、日照時數(shù)、水汽壓、風(fēng)速、相對濕度、蒸發(fā)量與降水量這9因素，該套數(shù)據(jù)在發(fā)布前已由上述機(jī)構(gòu)做了一定的質(zhì)量控制。

2.2 ET0計(jì)算方法

潛在蒸散量是水循環(huán)、能量循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，是自然界保持水分平衡的最大需水量，它表示在一定氣象條件下水分供應(yīng)不受限制時，某一固定下墊面可能達(dá)到的最大蒸散量。本文采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的標(biāo)準(zhǔn)Penman-Monteith(P M)公式計(jì)算潛在蒸散量E T0，其公式為:

式中:E T0為作物蒸散量，m m/d;Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率，kP a·℃-1;T為環(huán)境平均溫度，℃;Rn為作物冠層表面凈輻射量，M J·m-2·d-1; G為土壤熱通量，M J·m-2·d-1，逐日計(jì)算時G=0;γ為溫度表常數(shù)，kP a·℃-1;u為2m處風(fēng)速，m/s;es為飽和水氣壓，kP a;ea為實(shí)測水氣壓，kP a。

2.3 改進(jìn)的Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)

傳統(tǒng)Mann-Kendall(MK)檢驗(yàn)中對時間序列x，其統(tǒng)計(jì)量S按下式計(jì)算:

式中:x為第i或j年的數(shù)值，n為序列長度。

根據(jù)零假設(shè)，xi是獨(dú)立且隨機(jī)排列的。當(dāng)n≥8時，S為近似正態(tài)分布，方差(σ2)由下式得出:

檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z值計(jì)算式如下:

在顯著性水平為α?xí)r，若|Z|≥Z1-α/2，則零假設(shè)不成立，其中 Z1-α/2是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布中的(1-α/2)分位數(shù)。如果Z＞0，說明序列x呈上升趨勢，否則，呈下降趨勢。α=0.05時，若|Z|＞1.96，序列趨勢顯著。

Y ue和Wa ng提出用Z統(tǒng)計(jì)量的改進(jìn)方差V a r *(S)來合理限制序列自相關(guān)的影響:

式中:ns為序列自相關(guān)影響下的系數(shù)，按下式計(jì)算:

式中:j為序列自相關(guān)系數(shù)的階數(shù)，ρj為j階自相關(guān)系數(shù)。ρj取樣本自相關(guān)系數(shù)rj:

式中:x是所有xi的平均值，rj在95%置信水平的下限和上限計(jì)算如下:

當(dāng)rj落在置信范圍內(nèi)，則序列x是j階獨(dú)立的。

改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化MK統(tǒng)計(jì)量Z*反映了序列自相關(guān)的影響，表達(dá)式為:

Z*用于判定趨勢及其顯著性的法則與Z類似。Se n提出趨勢斜率變幅的穩(wěn)定估計(jì)計(jì)算式:

式中:Me di a n為中值。

以SL表示序列x與時間的線性斜率。采用MK法結(jié)合改進(jìn)的MK法(簡稱MMK法)，對1957～2011年及2015～2050年的作物騰散量E T0進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)概況

車爾臣河位于塔里木盆地東南緣，發(fā)源于昆侖山北坡的木孜塔格峰(海拔6973m)，為冰雪融水與地下水混合補(bǔ)給型河流，全長813km，流域面積4.86萬km2，河流出山口處(大石門水庫)多年平均徑流量7.96億m3。

車爾臣河流域氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，風(fēng)沙頻繁，為典型的干旱區(qū)大陸性氣候，多年平均氣溫 11.1℃，降水量 25.6m m，蒸發(fā)量2507m m，蒸降比高達(dá)98，年浮塵日數(shù)155d，為極端干旱區(qū)，也是全國浮塵日數(shù)最多的地區(qū)之一。

3.2 研究區(qū)1957～2011年E T0趨勢分析

新疆車爾臣河流域1957～2011年作物全生育期E T0的MK法及MMK法趨勢檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。數(shù)據(jù)右側(cè)的“*”表示E T0序列在α=0.05時變化趨勢顯著。

表1 研究區(qū)1957～2011年E T0趨勢檢驗(yàn)結(jié)果

表1中，1957～2011年E T0序列自相關(guān)階數(shù)j為0的是若羌站，表明該站的E T0序列沒有統(tǒng)計(jì)意義上的時間相依性，因此其趨勢檢驗(yàn)不受序列自相關(guān)的影響，Z值無需改進(jìn)即可反映E T0序列的真實(shí)趨勢。且末站j值大于零，因此該站的E T0趨勢需考慮序列自相關(guān)性的影響。由MMK統(tǒng)計(jì)量Z*的值可知，|Z*|明顯小于|Z|。

此外，若羌站的b和SL值均最小，表明該站E T0在1957～2011年間降低的最多。

3.3 研究區(qū)2015～2050年E T0變化趨勢

類似地，采用MK法和MMK法對研究區(qū)2站在A 2和B 2情景下的E T0變化趨勢(2015～2050年)進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知，在A 2情景下，研究區(qū)2站E T0均呈下降趨勢，且若羌站達(dá)到顯著下降水平;在B 2情景下，2站E T0均呈下降趨勢，此時若羌站仍然達(dá)到顯著下降水平。

T V 122+.1

A

1008-1305(2016)05-0028-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.012

2015-02-22

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(201501059)

魏光輝(1981年—)，男，高級工程師。