近70年揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)能力變化趨勢的研究

王永東劉海婧趙紅寶張曉影徐 明周 斌

近70年揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)能力變化趨勢的研究

王永東1劉海婧1趙紅寶2張曉影1徐 明1周 斌3

一、引言

揚(yáng)州市位于江蘇省中部，地處江淮流域下游，涉及兩大流域六個水系，地形特征差異明顯，地勢總體低平，區(qū)域內(nèi)河湖交錯，水網(wǎng)縱橫。氣候?yàn)閬啛釒駶櫄夂騾^(qū)，年平均氣溫14.80℃，年平均降水量為1020mm。隨著揚(yáng)州市工業(yè)化、城市化的高速發(fā)展，揚(yáng)州市水災(zāi)害、水環(huán)境、水生態(tài)等方面的問題日益突出。蒸發(fā)量的分析研究，對探討水分循環(huán)變化規(guī)律、深入了解全球氣候變暖和水資源配置特性、指導(dǎo)防汛抗旱和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。近年來，在全球氣候變暖的背景下，水資源區(qū)域性分布發(fā)生了一系列變化，通過對揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)能力的研究，進(jìn)一步了解有蒸發(fā)資料的時間序列中水資源蒸發(fā)消散規(guī)律。蒸發(fā)能力是指充分供水條件下的陸面蒸發(fā)量，蒸發(fā)能力這個指標(biāo)可由水面蒸發(fā)來反映。本文以揚(yáng)州六閘站為代表站，綜合分析當(dāng)?shù)?950～2015年間長序列降雨、蒸發(fā)資料，研究揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)能力的變化趨勢及其影響因素。

二、資料處理

揚(yáng)州地區(qū)僅有六閘、月塘水庫2個蒸發(fā)站，其中，六閘站位于高寶湖區(qū)，蒸發(fā)量觀測始于1950年并延續(xù)至今，可代表揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)情況；月塘水庫站位于儀六區(qū)，1987年始設(shè)蒸發(fā)量觀測項(xiàng)目，1997年暫停，后又恢復(fù)觀測。由于月塘水庫資料系列短，且有停測中斷，故本文不進(jìn)行分析。

揚(yáng)州六閘站地處揚(yáng)州市江都區(qū)邵伯鎮(zhèn)，位于東經(jīng) 119°30′，北緯 32°31′，1917年設(shè)。蒸發(fā)量于1950～1964年、1977～1979年采用Φ80套盆式蒸發(fā)器，其余年份為E601型蒸發(fā)器。該蒸發(fā)站有同步觀測的雨量資料，降水量主要由自記雨量計獲取。年度降水和月度蒸發(fā)資料來源為江蘇省水文水資源勘測局揚(yáng)州分局。

由于E601型蒸發(fā)器可更好地對天然水體水面蒸發(fā)進(jìn)行模擬，為方便分析比較蒸發(fā)量隨時間的變化，不同類型蒸發(fā)器的觀測值需統(tǒng)一折算到E601型號上。折算依據(jù)：六閘站在1982～1993年連續(xù) 12年同時采用E601蒸發(fā)器和Ф80套盆式蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)量觀測，計算出六閘E601型與Ф80套盆式逐月蒸發(fā)折算系數(shù)和年蒸發(fā)折算系數(shù)。

三、研究方法

1.氣候傾向率

氣候傾向率表示氣候要素每10a的變化率，反應(yīng)某一氣候變量隨著時間的變化趨勢，氣候變量與對應(yīng)時間之間建立一元線性回歸方程，見公式（1）。

式中：xi—樣本量為n的某一氣候變量；

ti—i所對應(yīng)的時間；

a—回歸常數(shù)；

b—回歸系數(shù)，b×10表示氣候傾向率，b的符號代表氣候變量x的趨勢，b值表示氣候要素上升或減少的趨勢。

2.突變分析

氣候突變是氣候變化過程中從一種穩(wěn)定態(tài)（或穩(wěn)定的持續(xù)變化趨勢）跳躍式的轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定態(tài)（或穩(wěn)定的持續(xù)變化趨勢），常用氣候要素累積距平曲線來確定，見公式（2）。

式中：（zi-）—標(biāo)準(zhǔn)化距平值；

C（t）—突變年為累積最大值所對應(yīng)的年份。

每個轉(zhuǎn)折年的信噪比（S/N）的計算，可檢驗(yàn)出轉(zhuǎn)折年是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)，見公式（3）。

3.干旱指數(shù)

干旱指數(shù)是反映水分狀況的核心指標(biāo)，作為氣候干濕程度的指標(biāo)來反映氣候的變化狀況。在氣候?qū)W上一般以年蒸發(fā)能力與年降水量之比表示，即I=E0/P，式中I為干旱指數(shù)；E0為年蒸發(fā)能力；P為年降水量。由于年蒸發(fā)能力與E601蒸發(fā)器測得的蒸發(fā)量存在線性相關(guān)，故本次干旱指數(shù)采用年水面蒸發(fā)量與年降水量的比值。

四、結(jié)果分析

1.年際變化有下降趨勢

1950～2015年，蒸發(fā)量氣候傾向率為-59.3mm/10a，說明過去近70a間蒸發(fā)量減少了391.4mm。該階段年蒸發(fā)量為1009.6mm，最大蒸發(fā)量為發(fā)生在1953年的1445.7mm；最小蒸發(fā)量為發(fā)生在1999年的759.0mm；最大蒸發(fā)量是最小蒸發(fā)量的1.9倍，是年平均蒸發(fā)量的1.4倍。

揚(yáng)州城區(qū)年際蒸發(fā)量的減少趨勢與全國其他地方的研究是一致的。申雙和等2008年發(fā)現(xiàn)中國年平均氣溫每10a增加0.2℃，而年蒸發(fā)量卻以-34.12mm/（10a）的趨勢遞減。也有研究發(fā)現(xiàn)，江蘇省、揚(yáng)泰地區(qū)1980年后蒸發(fā)量有較大幅度減少。謝賢群等2007年也發(fā)現(xiàn)，潛在蒸發(fā)和蒸發(fā)皿蒸發(fā)在中國北方20世紀(jì)50年代以來皆呈波動性下降趨勢。買苗等2015年利用江蘇地區(qū)43個氣象站53年蒸發(fā)皿的資料，研究表明江蘇省年蒸發(fā)量平均10a減少18.6mm。

2.季節(jié)變化不均勻

揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)量年內(nèi)季節(jié)性分配具有很大的差異性。主要為夏季高溫，蒸發(fā)量最大，占全年平均蒸發(fā)量的39.8%；冬季溫度低，蒸發(fā)量最小，占全年平均蒸發(fā)量的10.1%；春季秋季蒸發(fā)量居中，各占26.9%與23.3%，說明夏季蒸發(fā)對水循環(huán)有著重要的作用。7、8月份蒸發(fā)量最大，占全年平均蒸發(fā)量的14.0%左右；1月份蒸發(fā)量最小，占全年平均蒸發(fā)量的2.8%；汛期（5～9月）蒸發(fā)量比較集中，占全年平均蒸發(fā)量的61.3%。

季蒸發(fā)量變化存在差異，表現(xiàn)為春、夏、秋季氣候傾向率皆為負(fù)值，分別 為 -110.9mm/10a、-432.0mm/10a、-26.0mm/10a；冬季的氣候傾向率為正值（30.3mm/10a）。從線性相關(guān)性來看，春、夏、秋、冬季相關(guān)系數(shù)分別為0.65、0.90、0.23、0.20。說明秋冬季蒸發(fā)量隨時間變化性不強(qiáng)，年蒸發(fā)量的減少主要是由春夏兩季的減少而造成，而秋冬季影響較小。

圖1 年蒸發(fā)量變化曲線圖

圖2 季度蒸發(fā)量年代變化圖

圖3 5年滑動平均干旱指數(shù)變化曲線圖

3.蒸發(fā)量變化存在突變性

經(jīng)計算1983年的年蒸發(fā)量距平的絕對最大值。1983年為蒸發(fā)量轉(zhuǎn)折年，1983年前蒸發(fā)量偏多，1983年后蒸發(fā)量變少。為了檢驗(yàn)該轉(zhuǎn)折年是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)，對此進(jìn)行了信噪比計算，結(jié)果為信噪比2.52＞1，故1983年為蒸發(fā)量突變年份。

4.由半濕潤區(qū)逐漸變成濕潤區(qū)

多年干旱指數(shù)滑動平均見圖3，揚(yáng)州城區(qū)干旱指數(shù)介于0.78～1.65之間，地區(qū)干旱指數(shù)小于1為濕潤區(qū)、1～2為半濕潤區(qū)，該地區(qū)時間尺度上可分為濕潤區(qū)和半濕潤區(qū)。揚(yáng)州城區(qū)水資源狀況不斷處于波動變化中，1950～1996年，干旱指數(shù)大體大于1，可劃分為半濕潤區(qū)；1996年以后，干旱指數(shù)皆小于1，可劃分為濕潤區(qū)。說明1996年以后揚(yáng)州城區(qū)水資源狀況比較充沛，該地區(qū)從半濕潤區(qū)逐步變?yōu)闈駶檯^(qū)。

在過去的50～60年里，工業(yè)污染所帶來的溫室效應(yīng)造成全球變暖，全球平均氣溫每10年上升0.15℃，人們預(yù)想全球變暖會使空氣干燥，陸地上的水體蒸發(fā)增加。相反，許多地區(qū)的蒸發(fā)都有明顯的下降，因此氣候變暖不會直接影響到蒸發(fā)。國內(nèi)有大量關(guān)于蒸發(fā)量變化的研究，認(rèn)為太陽總輻射下降是導(dǎo)致蒸發(fā)量降低的主要因素。謝賢群等2007年分析表明，空氣濕度增加、人類對能源的消耗導(dǎo)致太陽總輻射到達(dá)地面不斷減少，而太陽總輻射的下降可導(dǎo)致蒸發(fā)逐年降低。曾燕等2007年研究表明，日照百分率下降導(dǎo)致太陽總輻射減少，從而導(dǎo)致蒸發(fā)量不斷下降。在高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中，大氣污染顆粒物濃度不斷增加，大氣污染與特定氣候條件相互作用形成大量的霧霾天氣，造成陽光的散射，使日照強(qiáng)度不斷降低，在很大程度上減少水份的蒸發(fā)。其他的研究發(fā)現(xiàn)日照時數(shù)、風(fēng)速、氣溫日較差等也是影響蒸發(fā)量變化的因素。蒸發(fā)量的變化是多種環(huán)境因素共同作用造成的，任何單一的環(huán)境因子都不能反映蒸發(fā)量的變化趨勢，應(yīng)加強(qiáng)各個環(huán)境因子與蒸發(fā)量變化相關(guān)性的研究。

五、結(jié)論

通過六閘站66年連續(xù)降雨和蒸發(fā)的實(shí)測資料，分析六閘站蒸發(fā)量年際、年內(nèi)變化以及干旱指數(shù)特征趨勢，掌握該地區(qū)的降雨和蒸發(fā)特性，主要得出以下結(jié)論：

1.揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)的氣候傾向率-59.3mm/10a，蒸發(fā)量的年際變化呈下降趨勢，70年間減少了391.4mm。年際變化特征是從20世紀(jì)50年代到21世紀(jì)初期緩慢下降，21世紀(jì)10年代以后小幅度波動增加，是否為線性增加還是周期性波動，還需要進(jìn)一步分析。

2.揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)的季節(jié)性變化，7、8月份最大，1月份最小，夏季最大，冬季最小，蒸發(fā)主要集中在汛期（5～9月）。年蒸發(fā)量的減少主要是春季和夏季兩個季節(jié)的蒸發(fā)減少引起的，秋季和冬季影響較小。

3.揚(yáng)州城區(qū)蒸發(fā)量的突變年份為1983年，1983年前蒸發(fā)量逐漸升高，1983年后蒸發(fā)量逐漸降低。

4.揚(yáng)州城區(qū)干旱指數(shù)的變化呈現(xiàn)出下降的趨勢，自1996年以來已經(jīng)表現(xiàn)出從半濕潤向濕潤氣候的轉(zhuǎn)變的信號，是否為一個世紀(jì)或更長時期的氣候轉(zhuǎn)型亦或是氣候波動，仍需進(jìn)行更加深入的分析研究。

5.不同地形及土地利用方式下蒸發(fā)量變化存在差異，揚(yáng)州地區(qū)蒸發(fā)站總數(shù)偏少，里下河腹部區(qū)、儀六區(qū)、通南沿江區(qū)蒸發(fā)站站網(wǎng)布設(shè)有待進(jìn)一步完善■

（作者單位：1.江蘇省水文水資源勘測局揚(yáng)州分局 225000 2.揚(yáng)州市邗江區(qū)槐泗鎮(zhèn)政府招商辦 225115 3.遼寧省氣象科學(xué)研究所 110166）