汾河流域潛在蒸發(fā)量時(shí)空變化特征

鄭曉燕

（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心，山西 太原 030002）

汾河流域是山西省第一大流域，工業(yè)產(chǎn)值占全省的40%以上，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占全省的60%以上，是全省工農(nóng)業(yè)主要集中區(qū)。20 世紀(jì)80 年代以來，由于氣候變化及不合理的人類活動(dòng)影響，汾河流域水循環(huán)特征發(fā)生深刻變化，出現(xiàn)了地下水位持續(xù)下降，巖溶大泉斷流，水資源量大幅減少等生態(tài)環(huán)境惡化問題。為此山西省于2017 年啟動(dòng)了汾河流域生態(tài)修復(fù)與保護(hù)工程，力爭(zhēng)用10～15 年的時(shí)間全面修復(fù)汾河流域生態(tài)環(huán)境。

蒸發(fā)量是水循環(huán)變化的重要因子[1-2]，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和ArcGIS 空間分析等研究方法，分析汾河流域氣候因子及潛在蒸發(fā)量的時(shí)空變化特征，可為汾河流域生態(tài)修復(fù)提供一定的理論支撐。

1 研究區(qū)域

汾河流域地處山西省中南部，干流全長(zhǎng)713 km，涉及6 市41 縣，面積39 826 km2，多年平均水資源量31.39 億 m3，其中，地表水資源量 20.66 億 m3，地下水資源量10.73 億m3，多年平均氣溫9.22℃，多年平均風(fēng)速2.26 m/s，多年平均相對(duì)濕度65.04%，多年平均凈輻射8.22 MJ/m·2d，多年平均降水量498 mm。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

研究所用氣象因子主要包括：氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、凈輻射等。其中，氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)來自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，凈輻射數(shù)據(jù)來自http：//www.esrl.noaa.gov.，采用彭曼公式計(jì)算潛在蒸發(fā)量，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算各氣象因子及潛在蒸發(fā)量演變特征，采用ArcGIS 進(jìn)行空間分析，研究各氣象因子及潛在蒸發(fā)量空間變化特征。

圖1 氣象因子及潛在蒸發(fā)量演變特征

3 時(shí)間演變特征

圖 1（a～c）為近 50 年來研究區(qū)氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射演變特征?？梢钥闯觯瑲鉁?、凈輻射呈顯著上升趨勢(shì)，上升速率分別為0.28℃/10 年和每十年0.04 MJ/m2·d，相對(duì)濕度則呈顯著下降的趨勢(shì)，下降速率分別為0.26%/10 年?；谘芯繀^(qū)近50 年各氣象因子，利用彭曼公式計(jì)算得到汾河流域近50 年潛在蒸發(fā)量演變特征（圖1-d），可以看出，近50 年來汾河流域潛在蒸發(fā)量呈顯著上升趨勢(shì)，上升速率為31.5 mm/10 年。

4 空間特征分析

基于研究區(qū)35 個(gè)氣象站氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射等氣象數(shù)據(jù)，利用彭曼公式計(jì)算得到各氣象站潛在蒸發(fā)量，利用ArcGIS 空間分析得到各氣象因子及潛在蒸發(fā)量空間分布圖（圖2）。由圖2-a 可以看出，氣溫基本呈北高南低的空間特征，下游地區(qū)臨汾和運(yùn)城地區(qū)偏高，中游晉中地區(qū)的太原、榆次區(qū)、太谷區(qū)、祁縣、平遙縣和文水縣偏高，其余地區(qū)偏低；圖2-b 可以看出，上游的婁煩縣、嵐縣、陽(yáng)曲地區(qū)相對(duì)濕度偏低；圖2-c可以看出，凈輻射呈從南到北逐漸升高的趨勢(shì)，稷山和萬(wàn)榮地區(qū)最高，達(dá)10.2 MJ/m2·d；圖2-d 可以看出，潛在蒸發(fā)量空間分布不均，下游地區(qū)的臨汾和運(yùn)城地區(qū)偏高，達(dá)970 mm/年，中游地區(qū)的汾陽(yáng)、介休、靈石地區(qū)明顯偏低。

圖2 氣象因子及潛在蒸發(fā)量空間特征

圖3 氣象因子與潛在蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系

5 氣候變化對(duì)潛在蒸發(fā)量的影響

圖3 為潛在蒸發(fā)量與氣象因子相關(guān)關(guān)系曲線?？梢钥闯?，潛在蒸發(fā)量與氣溫、凈輻射呈正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。利用spss 軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，得出相對(duì)濕度、凈輻射與潛在蒸發(fā)量在0.01 水平上顯著相關(guān)，氣溫與潛在蒸發(fā)量在0.05 水平上呈顯著相關(guān)，即近50 年來，汾河流域氣溫上升，相對(duì)濕度下降和凈輻射增大共同推動(dòng)了該區(qū)潛在蒸發(fā)量呈快速增大趨勢(shì)。

6 結(jié)論

基于汾河流域35 個(gè)氣象站氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射等氣象數(shù)據(jù)，研究了近50 年來汾河流域潛在蒸發(fā)量時(shí)空特征，結(jié)果表明：第一，近50 年來研究區(qū)氣溫、凈輻射和潛在蒸發(fā)量呈顯著上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度則呈顯著下降趨勢(shì)。第二，氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射及潛在蒸發(fā)量空間分布不均，氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射基本呈北低南高分布，潛在蒸發(fā)量則呈上游及下游偏高，中游偏低的特征。第三，潛在蒸發(fā)量與氣溫、凈輻射呈正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。