橫斷山區(qū)參考作物蒸散量時空變化分析

申官正　王龍　余航　張素凡　高瑞

摘要：參考作物蒸散量是表征氣候干旱程度以及水資源供需平衡的重要指標(biāo)。本研究利用橫斷山區(qū)31個氣象站1960—2013年逐月氣象資料，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的彭曼公式計算研究區(qū)各站點逐月參考作物蒸散量，建立31個站點蒸散量序列，利用氣候傾向率、累積距平法、多元逐步回歸分析以及基于GIS中的反距離插值技術(shù)等方法，分析橫斷山區(qū)蒸散量的空間分布及時間變化趨勢。結(jié)果表明：橫斷山區(qū)參考作物蒸散量由南向北遞減。受氣溫上升、日照時數(shù)減少、風(fēng)速及相對濕度降低的影響，研究區(qū)蒸散量變化呈上升趨勢。1960—1968年研究區(qū)參考作物蒸散量逐步降低，1968—1984年研究區(qū)參考作物蒸散量逐步增加，1984—2004年研究區(qū)參考作物蒸散量逐步降低，2004—2013年研究區(qū)參考作物蒸散量逐步增加。參考作物蒸散量變化趨勢區(qū)域差異性明顯。就貢獻率而言，研究區(qū)北部參考作物蒸散量減少與平均風(fēng)速相關(guān)性大；研究區(qū)南部參考作物蒸散量增加與平均日照時數(shù)相關(guān)性大；研究區(qū)中部參考作物蒸散量增加與平均氣溫相關(guān)性大。

關(guān)鍵詞：橫斷山區(qū)；參考作物蒸散量；貢獻率；傾向率；時空變化

中圖分類號：S161.4 文獻標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2017）04-0104-08

Temporal and Spatial Variation Characteristics of Reference Crop

Evapotranspiration in the Hengduan Mountains

Shen Guanzheng， Wang Long， Yu Hang， Zhang Sufan， Gao Rui

（Department of Water Conservancy， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）

Abstract Reference evapotranspiration （ETo） is an important index for evaluating climate drought， vegetation water-consumption. Based on the meteorological data from 31 meteorological stations during 1960-2013 in the Hengduan Mountainous， the reference crop evapotranspiration was calculated with the Penman formula recommended by FAO. And then， the evapotranspiration sequence of 31 stations was set up to analyze the temporal and spacial changing trend of evapotranspiration in the Hengduan Mountainous by using linear regression method， cumulative anomaly method， multiple stepwise regression analysis and inverse distance interpolation technique based on GIS. The results showed that the reference crop evapotranspiration in the Hengduan Mountainous decreased from south to north. Influenced by temperature rising and decrease of sunshine duration， wind speed and relative humidity， the evapotranspiration of this area increased. The reference crop evapotranspiration gradually reduced from 1960 to 1968， gradually increased from 1968 to 1984， gradually reduced from 1984 to 2004， and gradually increased from 2004 to 2013. The spatial variation tendency of reference crop evapotranspiration was obvious. As for the contribution rate analysis， the decrease of reference crop evapotranspiration in the north research area was largely correlated with the average wind speed； the increase of reference crop evapotranspiration in the south of research area was largely correlated with average sunshine time； and the increase of reference crop evapotranspiration had great relevance with average temperature in the middle of research area.

Keywords The Hengduan Mountains； Reference crop evapotranspiration； Contribution rate； Tendency rate； Temporal and spatial variation

隨著對全球各地差異性氣候的研究，溫度遞增已成為全球范圍內(nèi)氣候變化的主誘因[1]。而氣候的變化很大程度上決定了水資源的時空分布。隨著人們對環(huán)境重視程度的不斷提升，氣候的變化也愈發(fā)得以重視[2，3]。

參考作物蒸散量又稱最大可能蒸散量，是表征氣候干旱程度以及水資源供需平衡的重要指標(biāo)，對水資源利用與規(guī)劃以及節(jié)水農(nóng)業(yè)的推廣有著深遠的指導(dǎo)意義。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）于1998年就參考作物蒸散量作出解釋，假設(shè)作物高度為0.12 m，并有固定的表面阻力為70 s/m，反照率為0.23的參考冠層的蒸散量，相當(dāng)于高度一致、生長旺盛、完全覆蓋地面而不缺水的開闊草地的蒸散量[4，5]。

近百年來，在全球變暖的大背景下，國內(nèi)外學(xué)者利用聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦的公式分析世界各地參考作物蒸散量的變化規(guī)律。研究表明，全球范圍內(nèi)，大部分地區(qū)的參考作物蒸散量呈下降趨勢。就中國而言，參考作物蒸散量呈減小趨勢，但各地差異較大，區(qū)域性明顯[6-11]。

橫斷山區(qū)幅員遼闊，其范圍包括青藏高原東南緣、川滇藏境內(nèi)山川東西并列、南北縱橫的廣大地區(qū)。位于我國第一地形階梯與第二地形階梯交界處，是氣候變化反應(yīng)較為敏感的區(qū)域之一[12]。近年來，許多學(xué)者針對橫斷山區(qū)溫度及降水的變化趨勢及規(guī)律進行了很多研究，但對于參考作物蒸散量的研究還較少[13]。本研究利用橫斷山區(qū)31個地面氣象觀測站點1960―2013年的逐月氣象資料，在采用公式計算出近54年橫斷山區(qū)各站點逐月參考作物蒸散量的基礎(chǔ)上，利用多元逐步回歸分析、氣候傾向率、累積距平法以及地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)方法對橫斷山區(qū)參考作物蒸散量進行分析，以期為保護橫斷山區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境及水資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，進而促進橫斷山區(qū)農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用橫斷山區(qū)31個地面氣象觀測站點1960―2013年的逐月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、日照時數(shù)、平均相對濕度、平均風(fēng)速等氣象資料及各地面氣象觀測站點的經(jīng)緯度及海拔等地理信息，對橫斷山區(qū)參考作物蒸散量的計算及時空分布進行研究?？紤]山脈及河流走向等因素的影響，確定橫斷山區(qū)范圍及所選站點分布情況如圖1。

1.2 研究方法

1.2.1 參考作物蒸散量的計算 利用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的彭曼公式[4，5]進行計算，見式（1）。

1.2.2 反距離加權(quán)插值法 反距離加權(quán)插值法多應(yīng)用于山區(qū)或地面氣象觀測站點較少的區(qū)域，可以提升預(yù)測值的精確度，通過調(diào)整權(quán)重改變等值線分布狀況。

1.2.3 參考作物蒸散量變化趨勢分析方法 采用累積距平法、氣候傾向率、多元逐步回歸和貢獻率的方法分析1960―2013年橫斷山區(qū)參考作物蒸散量的變化趨勢[14，15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 參考作物蒸散量的空間分布特征

通過對橫斷山區(qū)31個氣象站點的氣象要素統(tǒng)計結(jié)果匯總分析得（圖2），橫斷山區(qū)1960—2013年參考作物蒸散量均值在727～1 275 mm范圍內(nèi)波動，呈階梯狀分布。就區(qū)域變化而言，橫斷山區(qū)年蒸散量呈現(xiàn)出由北向南帶狀遞增的趨勢，低值區(qū)位于研究區(qū)東北部若爾蓋、松潘、都江堰一帶，最低值出現(xiàn)在若爾蓋（660 mm，1962年）；高值區(qū)位于研究區(qū)南部元江一帶，最高值出現(xiàn)在元江（1 633 mm，1980年）。參考作物蒸散量均值隨緯度的降低而增大，但受經(jīng)度變化的影響較小。

相較于年平均氣溫、年平均風(fēng)速、年平均日照時數(shù)及年平均相對濕度的空間分布可知，氣溫較高、日照充足、風(fēng)速較大且空氣濕度較小的區(qū)域，其對應(yīng)的參考作物蒸散量較大。

利用多元逐步回歸分析的方法[15]對橫斷山區(qū)31個站點年參考作物蒸散量與各研究站點的年平均氣溫、年平均日照時數(shù)、年平均相對濕度和年平均風(fēng)速等氣象要素進行統(tǒng)計分析，可以得到：

照時數(shù)，h；V為年平均風(fēng)速，m/s。上式通過α=0.05的顯著性檢驗，其具體意義表現(xiàn)為，在橫斷山區(qū)范圍內(nèi)，其它氣候條件保持不變，年平均氣溫每升高1℃，年參考作物蒸散量將增加15.39 mm；年平均相對濕度每增大1%，10年參考作物蒸散量將降低8.49 mm；年平均日照時數(shù)每增加1 h，年參考作物蒸散量將增加38.24 mm；年平均風(fēng)速每增加1 m/s，年參考作物蒸散量將增加43.29 mm。

2.2 參考作物蒸散量時間分布趨勢及成因分析

2.2.1 年參考作物蒸散量變化趨勢 1960―2013年橫斷山區(qū)參考作物蒸散量平均值以4.5 mm/10a的傾向率呈顯著上升趨勢（圖3）。 橫斷山區(qū)參考作物蒸散量距平是對其1960―2013年54年均值的偏差值，從累積距平曲線（圖4）可得，1968、1984和2004年為參考作物蒸散量的轉(zhuǎn)折點。1960―1968年是參考作物蒸散量偏少的階段，以負距平為主，呈現(xiàn)較小的減少趨勢，其傾向率為-1.74 mm/10a；1968―1984年是參考作物蒸散量偏多的階段，以正距平為主，呈現(xiàn)微弱的增長趨勢，其傾向率為0.28 mm/10a；1984―2004年為參考作物蒸散量偏少的階段，以負距平為主，呈現(xiàn)微弱的增長趨勢，其傾向率為0.41 mm/10a；2004―2013年為參考作物蒸散量偏多的階段，以正距平為主，呈現(xiàn)較大的增長趨勢，其傾向率為35 mm/10a。近54年來，最小距平值（-43.88 mm）出現(xiàn)在2000年，最大距平值（52.27 mm）出現(xiàn)在2013年。

2.2.2 參考作物蒸散量變化的氣候成因 為確定近54年影響橫斷山區(qū)參考作物蒸散量變化的氣候成因，本研究利用1960―2013年橫斷山區(qū)31個氣象觀測點54年的氣溫、風(fēng)速、日照時數(shù)及相對濕度等實測氣象數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析各因子與參考作物蒸散量的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，橫斷山區(qū)參考作物蒸散量與年平均風(fēng)速相關(guān)不顯著，與年平均氣溫和年平均日照時數(shù)呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與年平均相對濕度呈顯著負相關(guān)（見表1）。

統(tǒng)計分析1960―2013年各主要氣象因子的變化得出（圖6），近54年來，橫斷山區(qū)年平均氣溫以0.239℃/10a的傾向率呈顯著增加趨勢（P<0.05）；年平均風(fēng)速以0.038 m/（s·10a）的傾向率呈顯著減少趨勢；年平均相對濕度以0.462%/10a的傾向率呈顯著減少趨勢；年平均日照時數(shù)以0.034 h/10a的傾向率呈顯著減少趨勢。結(jié)合參考作物蒸散量與各氣象要素的相關(guān)關(guān)系可知，年平均氣溫的上升趨勢與橫斷山區(qū)參考作物蒸散量上升趨勢保持一致，表明年平均氣溫是橫斷山區(qū)參考作物蒸散量變化的重要誘因。

2.2.3 各氣象因子貢獻率分析 統(tǒng)計分析各氣象因子對參考作物蒸散量變化的貢獻率得到（圖7），平均氣溫對參考作物蒸散量的貢獻率高值分布在研究區(qū)東北部及中部，結(jié)合橫斷山區(qū)參考作物蒸散量傾向率的變化得到影響研究區(qū)中部蒸散量增加的主要因素為平均氣溫；平均日照時數(shù)對參考作物蒸散量的貢獻率高值分布在研究區(qū)的南部及東北部的都江堰一帶，結(jié)合橫斷山區(qū)參考作物蒸散量傾向率的變化得到影響研究區(qū)南部蒸散量增加的主要因素為平均日照時數(shù)；平均相對濕度對參考作物蒸散量貢獻率高值分布在研究區(qū)中部及東北部若爾蓋一帶；平均風(fēng)速對參考作物蒸散量貢獻率高值主要分布在研究區(qū)中北部及南部元江一帶，結(jié)合橫斷山區(qū)參考作物蒸散量傾向率的變化得到影響研究區(qū)中北部蒸散量減少的主要因素是平均風(fēng)速。

3 結(jié)論

（1）參考作物蒸散量是一個衡量氣候變化的重要指標(biāo)，可以很清晰地顯示出氣候變化的進程和類別。橫斷山區(qū)年平均蒸散量分布在727～1 275 mm范圍內(nèi)，從南到北隨緯度增大而減小。

就整個橫斷山區(qū)年際變化而言，1960―1968年屬于逐步降低階段，1968―1984年屬于穩(wěn)步上升階段，1984―2004年屬于穩(wěn)步降低階段，2004―2013年屬于穩(wěn)步上升階段。但是各個站點差異性明顯，對各個站點還有進一步研究的必要。

（2）橫斷山區(qū)31個站點的平均傾向率為4.5 mm/10a，表明研究區(qū)內(nèi)蒸散量呈遞增趨勢。蒸散量呈現(xiàn)增加趨勢的區(qū)域位于研究區(qū)的中部以及南部，蒸散量呈現(xiàn)減少趨勢的區(qū)域集中于研究區(qū)北部。

（3）通過對研究區(qū)氣象因子與參考作物蒸散量相關(guān)性分析，參考作物蒸散量與平均相對濕度呈顯著負相關(guān)，與平均氣溫、平均風(fēng)速、平均日照時數(shù)呈正相關(guān)，其中與平均氣溫和平均日照時數(shù)的相關(guān)性達顯著水平（P<0.05）。研究區(qū)中北部參考作物蒸散量減少主要受平均風(fēng)速影響，研究區(qū)南部參考作物蒸散量的增加主要受平均日照時數(shù)影響，研究區(qū)中部參考作物蒸散量增加主要受平均氣溫影響。

參 考 文 獻：

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