渾河上游蒸發(fā)皿蒸發(fā)變化趨勢(shì)及成因分析

(遼寧省白石水庫管理局有限責(zé)任公司,遼寧 朝陽 122000)

1 引 言

氣候變化可直接導(dǎo)致水文循環(huán)系統(tǒng)的改變。自20世紀(jì)中期以來，全球多數(shù)區(qū)域地表氣溫呈明顯上升趨勢(shì)。通常情況下氣溫的上升會(huì)引起蒸發(fā)的增強(qiáng)。但是近50年的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量卻持續(xù)下降，我國很多區(qū)域都存在這種 “蒸發(fā)悖論”的現(xiàn)象[1]。

本研究采用距平法、Mann-Kendall 檢驗(yàn)法及相關(guān)分析法，利用水文站的觀測(cè)資料，分析遼寧省渾河上游1984—2014 年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化特征，并探討影響其變化的主要?dú)夂蛞蜃拥淖兓?guī)律，以期為遼寧省大部分地區(qū)水資源的開發(fā)利用、評(píng)價(jià)和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)

渾河是遼寧省水資源最豐富的內(nèi)河,流域范圍在遼寧省中東部,全長415km，承擔(dān)了遼寧省中心城市群的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水任務(wù)。渾河上游有北口前、營盤兩個(gè)水文站，兩水文站相距35km，可為研究渾河上游水文變化趨勢(shì)提供充足的數(shù)據(jù)支撐。本次選取了北口前站和營盤站的常規(guī)水文資料，包括1984—2014年的日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)皿蒸發(fā)量。由于部分年份的水文資料缺失，采用大伙房水庫站的水文資料進(jìn)行折算，得出北口前、營盤站兩套相對(duì)完整蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的時(shí)間序列，以及一套日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)的時(shí)間序列。

3 分析方法

采用距平法、5a滑動(dòng)平均法、Mann-Kendall檢驗(yàn)法[2-3]分析北口前站、營盤站兩座水文站的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量、日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)，再利用線性相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性分析法，分析各影響因素與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的主導(dǎo)程度。

4 成果分析

4.1 蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)分析

4.1.1 距平法、滑動(dòng)平均法

距平是時(shí)間序列中的某一個(gè)數(shù)值與其均值的差，通常分為正距平和負(fù)距平。5a滑動(dòng)平均法是時(shí)間序列連續(xù)5a數(shù)值的平均值，使原序列光滑。距平法和滑動(dòng)平均法都可以檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)。

利用距平法和5a滑動(dòng)平均法，分析北口前站和營盤站的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)，可以判斷出北口前站和營盤站的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，詳見下圖。

北口前站、營盤站蒸發(fā)量5a滑動(dòng)平均圖

4.1.2 Mann-Kendall檢驗(yàn)法

Mann-Kendall檢驗(yàn)法是國際上公認(rèn)的分析時(shí)間序列變化趨勢(shì)的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，該方法不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾。將北口前站和營盤站的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量、日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)逐月進(jìn)行分析，見表1。

表1 渾河上游各站1984—2014年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量及各影響因素MK統(tǒng)計(jì)值

注*指通過0.05顯著性檢驗(yàn)

通過Mann-Kendall檢驗(yàn)法可以判斷出全年北口前站、營盤站的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯。其中北口前站10—12月的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其他月份的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)不明顯。營盤站10月、11月的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其他月份的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)不明顯。

4.2 各要素與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量之間的相關(guān)性分析

通過分析日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)性[4]，進(jìn)而歸納出影響渾河上游蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的主導(dǎo)因素。采用線性相關(guān)系數(shù)法反映變量之間的相關(guān)程度，結(jié)果見表2。

表2 各影響因素與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)

注*指通過0.05顯著性檢驗(yàn)

4.2.1 日氣溫與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量之間的相關(guān)性分析

通過 Mann-Kendall檢驗(yàn)法可以判斷渾河上游全年日氣溫呈逐年增高的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯；其中10月、11月的日氣溫呈逐年增高的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；1月、2月的日氣溫呈逐年降低的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其他月份的日氣溫變化趨勢(shì)不明顯。

由于渾河上游10月、11月的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，因此說明渾河上游總體上存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，且10月、11月更為明顯。日氣溫與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)為-0.09，說明兩者呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)性較弱，日氣溫對(duì)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的影響不大。因此，日氣溫變化不是造成渾河上游“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主要因素。

4.2.2 日降水量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量之間的相關(guān)性分析

通過Mann-Kendall檢驗(yàn)法可以判斷渾河上游全年日降水量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯；其中7月、8月的日降水量呈逐年增加的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其中1月、11月的日降水量呈逐年減少的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其他月份的日降水量變化趨勢(shì)不明顯。

日降水量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)為0.16，說明兩者呈正相關(guān)，且相關(guān)性較弱，日降水量對(duì)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的影響不大。

根據(jù)Budyko假設(shè)，在能量條件不變時(shí)，隨日降水量增加蒸發(fā)皿蒸發(fā)量應(yīng)有所下降，即日降水量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。但渾河上游的日降水量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈正相關(guān)，且變化趨勢(shì)沒有明顯的相關(guān)性，說明日降水量變化不是造成渾河上游“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主要因素。

4.2.3 日平均風(fēng)速與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量之間的相關(guān)性分析

通過 Mann-Kendall檢驗(yàn)法可以判斷渾河上游全年日平均風(fēng)速呈逐年減小的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯；其中10—12月的日平均風(fēng)速呈逐年減小的變化趨勢(shì)且變化趨勢(shì)明顯，通過0.05顯著性檢驗(yàn)；其他月份的日平均風(fēng)速變化趨勢(shì)不明顯。

日平均風(fēng)速與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)為0.84，呈顯著性正相關(guān)，且通過0.05顯著性檢測(cè)，說明日平均風(fēng)速是蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的重要影響因素。渾河上游日平均風(fēng)速與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)一致，且都出現(xiàn)10月、11月的顯著減小變化趨勢(shì)，說明造成渾河上游出現(xiàn)“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主要原因是渾河上游的日平均風(fēng)速的減小。

4.2.4 日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量之間的相關(guān)性分析

通過Mann-Kendall檢驗(yàn)法可以判斷渾河上游全年日照時(shí)數(shù)呈逐年增高的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯。各月的變化趨勢(shì)都沒有通過0.05顯著性檢驗(yàn)。

日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)為0.70，呈顯著性正相關(guān)，且通過0.05顯著性檢測(cè)，說明日照時(shí)數(shù)是蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的重要影響因素。原則上渾河上游的日照時(shí)數(shù)的增加應(yīng)導(dǎo)致蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的增加，但實(shí)際蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，說明日照時(shí)數(shù)是影響蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的重要影響因素，但不是造成渾河上游“蒸發(fā)悖論”的主要因素。

4.3 “蒸發(fā)悖論”原因分析

渾河上游蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化是由日氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)共同影響下的結(jié)果。在這些影響因子中，日平均風(fēng)速減小是造成渾河上游“蒸發(fā)悖論”的主要因素。渾河上游主要位于遼寧省撫順市境內(nèi)，其上游多為山地，城市發(fā)展相對(duì)落后，因此人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響程度較??；且渾河上游存在多個(gè)森林保護(hù)區(qū)，經(jīng)多年的保護(hù)與生長，森林保護(hù)區(qū)內(nèi)樹木繁茂，對(duì)空氣流動(dòng)造成一定的影響，導(dǎo)致渾河上游的日平均風(fēng)速減少，進(jìn)而導(dǎo)致了蒸發(fā)皿蒸發(fā)量減少，造成渾河上游出現(xiàn)“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

渾河上游的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈逐年減少的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯；日氣溫呈逐年增高的變化趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不明顯，說明渾河上游存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。10月、11月的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈明顯的逐年減少趨勢(shì)，日氣溫呈明顯的逐年增高趨勢(shì)，“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象更為明顯。

通過相關(guān)性分析，對(duì)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量影響最大的是日平均風(fēng)速，其次是日照時(shí)數(shù)，日降水量和日氣溫對(duì)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的影響程度較??；且蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與日照時(shí)數(shù)、日平均風(fēng)速、日降水量呈正相關(guān)，與日氣溫呈負(fù)相關(guān)，但日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)不明顯，日平均風(fēng)速呈逐年減小趨勢(shì)，說明渾河上游的“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象主要是由于日平均風(fēng)速的減小。