近65年彰武水文站氣象要素變化特征及其與蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)分析

郭 浩

（遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽 122000）

1 前言

近些年來，氣候變化對區(qū)域水資源循環(huán)影響逐步成為研究的熱點和關(guān)注的重點領(lǐng)域，蒸發(fā)作物水循環(huán)重要組成項，其主要受氣候要素變化影響，通過分析蒸發(fā)和氣象因子之間的關(guān)聯(lián)度，可以確定區(qū)域蒸發(fā)是影響主要氣象成因[1-2]。彰武水文站主要位于柳河中游，流域?qū)儆诘湫偷臏貛Ъ撅L(fēng)大陸性氣候，流域年蒸發(fā)量主要集中在夏季，蒸發(fā)量多年均值在700mm左右[3]。有研究成果表明柳河流域蒸發(fā)量受氣候變化影響發(fā)生較大變化[4-8]，但對其變化成因研究還較少，為對柳河流域蒸發(fā)變化的主要氣象影響成因進行探討，本文以彰武水文站觀測的氣象要素數(shù)據(jù)對其氣象要素變化特征進行分析，并結(jié)合當(dāng)前變量趨勢分析應(yīng)用較為成熟的M-K非線性趨勢檢驗方法[9-10]對其氣候變化趨勢進行顯著性檢驗，在氣候變化趨勢分析的基礎(chǔ)上基于彰武水文站近65年蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)，對蒸發(fā)皿蒸發(fā)影響的氣象因子進行關(guān)聯(lián)分析，研究成果對于柳河流域蒸發(fā)變化的主要氣象成因進行定量探討。

2 站點概況及趨勢分析方法

2.1 站點概況

彰武水文站地理位置為東經(jīng)122°30′32″，北緯42°21′54″，彰武水文站位于柳河中游，流域面積4 985km2，彰武水文站處于半干旱的季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同季，光照充足，晝夜溫差大，春季風(fēng)大且多，寒冷期長，年平均氣溫7.2℃，最高溫度37.4℃，最低溫度-30.4℃，平均風(fēng)速3.8m/s，最大風(fēng)速38m/s，多年平均日照時數(shù)2 868h，平均相對濕度61%，平均無霜期156d。彰武站多年平均降水量為464.6mm，全年采用E601蒸發(fā)器測量蒸發(fā)，多年蒸發(fā)量均值在700mm左右，蒸發(fā)主要集中在夏季，夏季蒸發(fā)均值占年蒸發(fā)量的60%—70%之間。本文選用彰武水文站1950年—2016年年平均氣溫、年平均相對濕度、年平均風(fēng)速及年平均氣壓作為主要氣象因子進行氣象要素變化特征的分析，蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)系列采用遼寧水文年鑒中統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析。

2.2 分析方法

采用M-K非線性顯著檢驗方法對降水變化特征進行顯著變化特征的分析。該方法將長系列的氣象要素序列作為樣本序列對其統(tǒng)計變量S進行計算：

其中S為降雨樣本序列顯著性檢驗統(tǒng)計變量；xi和xj表示為來自同一個樣本總體的兩個降雨樣本數(shù)據(jù)系列；σs表示為方差標(biāo)準(zhǔn)計算值；sign表示為計算變量；n表示為總的樣本序數(shù)；Z表示檢驗特征變量，當(dāng)Z＞0則表示降雨呈現(xiàn)遞增變化趨勢，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢，當(dāng)則分別表示變化趨勢的顯著性可分別達到99%、95%以及90%的置信水平。

3 氣象要素變化趨勢檢驗

3.1 年尺度氣象要素變化檢驗

結(jié)合彰武水文站1950年—2016年近65年年平均氣溫、年平均相對濕度、年平均風(fēng)速及年平均氣壓進行年尺度氣象要素變化特征分析，結(jié)果如圖1所示，并對各氣象因子年變化特征進行檢驗，檢驗結(jié)果如表1所示。

表1 彰武水文站年尺度氣象因子變化趨勢檢驗結(jié)果

圖1 彰武水文站各氣象因子年尺度變化特征

從彰武水文站近65年各氣象因子的年尺度變化特征可看出，年平均氣溫呈現(xiàn)遞增變化，年平均風(fēng)速和年平均氣壓呈現(xiàn)遞減變化，而年平均濕度變化較為平穩(wěn)。采用M-K趨勢檢驗方法對各氣象因子年平均值變化趨勢進行檢驗，檢驗結(jié)果表明年平均氣溫檢驗統(tǒng)計值為4.745 4，高于2.32，表明彰武水文站年平均氣溫遞增顯著性趨勢可達到99%的水平，均有明顯的遞增變化。年平均氣壓變化趨勢的檢驗統(tǒng)計值達到-5.304 3，其絕對值明顯高于2.32，遞減變化趨勢十分顯著。而年平均風(fēng)速的變化趨勢檢驗統(tǒng)計絕對值也高于2.32，遞減變化的顯著性檢驗也可達到99%水平。從年平均相對濕度變化趨勢檢驗統(tǒng)計值可看出，其檢驗統(tǒng)計值為0.053 4，呈現(xiàn)弱遞增變化趨勢。

3.2 季節(jié)尺度氣象要素變化檢驗

彰武水文站所在流域?qū)儆诘湫偷臏貛Ъ撅L(fēng)大陸性氣候，四季氣候較為分明，為此結(jié)合彰武水文站近65年不同季節(jié)氣溫、氣壓、風(fēng)速、濕度均值，對其不同季節(jié)氣象因子變化進行趨勢檢驗，具體結(jié)果圖表2所示。

表2 不同季節(jié)彰武水文站各氣象因子變化趨勢檢驗分析結(jié)果

從各氣象因子不同季節(jié)變化趨勢檢驗結(jié)果可看出，和年尺度各氣象因子變化趨勢檢驗結(jié)果較為一致，氣溫在各季節(jié)均呈現(xiàn)較為明顯的遞增變化趨勢，均可通過99%的顯著性檢驗水平。而風(fēng)速和氣壓的變化趨勢統(tǒng)計值均為負值，表明呈現(xiàn)遞減變化，其中風(fēng)速在夏季的檢驗值較低，其遞減顯著性檢驗未能達到90%水平，呈現(xiàn)弱遞減變化，其他三個季節(jié)風(fēng)速都呈現(xiàn)明顯遞減變化。而氣壓在冬季和夏季的遞減趨勢特征較弱，而在春、秋兩個季節(jié)的遞減變化趨勢性較為明顯。各季節(jié)相對濕度變化有所差異，其中在春季和夏季相對濕度呈現(xiàn)若遞增變化，而在冬季和秋季呈現(xiàn)遞減變化，其中在秋季的遞減變化最為明顯。

4 蒸發(fā)皿蒸發(fā)與各氣象因子關(guān)聯(lián)分析

4.1 年尺度關(guān)聯(lián)分析

結(jié)合彰武水文站1950—2016年實測蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)，對其年蒸發(fā)皿蒸發(fā)進行統(tǒng)計，和年平均氣壓、年平均氣溫、年平均相對濕度及年平均風(fēng)速進行相關(guān)圖進行年尺度關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)分析如圖2所示。

圖2 彰武水文站年尺度蒸發(fā)皿蒸發(fā)和各氣象因子年均值關(guān)聯(lián)分析結(jié)果

從彰武水文站年平均蒸發(fā)皿蒸發(fā)和各氣象因子關(guān)聯(lián)分析結(jié)果可看出，就年尺度而言，年平均濕度和蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)度最高，其次為年平均氣溫，年平均濕度是彰武水文站年蒸發(fā)變化的主因，年平均風(fēng)速和蒸發(fā)皿蒸發(fā)的關(guān)聯(lián)度在4個氣象因子中最低，因此其對彰武水文站年蒸發(fā)皿蒸發(fā)的影響程度較小，這主要和彰武水文站所在的流域氣候有關(guān)，彰武水文站所在流域為典型的溫帶季風(fēng)大陸性氣候，夏季和秋季高溫且濕度較高，而夏季和秋季是區(qū)域蒸發(fā)量分配較大的兩個季節(jié)，因此年平均濕度和年平均氣溫和彰武水文站年平均蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)較高。

4.2 季節(jié)尺度關(guān)聯(lián)分析

在彰武水文站年蒸發(fā)皿蒸發(fā)和各氣象因子年均值關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)上，考慮到其不同季節(jié)氣候以及各季節(jié)蒸發(fā)變化的差異性，對彰武水文站不同季節(jié)蒸發(fā)皿蒸發(fā)進行統(tǒng)計，并對其和各季節(jié)平均氣溫、平均風(fēng)速、平均氣壓以及平均濕度進行關(guān)聯(lián)分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 彰武水文站不同季節(jié)各氣象因子均值和蒸發(fā)皿蒸發(fā)均值關(guān)聯(lián)系數(shù)分析結(jié)果

從彰武水文站不同季節(jié)各氣象因子均值各蒸發(fā)皿蒸發(fā)均值關(guān)聯(lián)分析結(jié)果可看出，相對濕度和蒸發(fā)皿蒸發(fā)在各季節(jié)的關(guān)聯(lián)度也明顯高于其他氣象因子，是彰武水文站蒸發(fā)皿蒸發(fā)影響的主因，其次是氣溫，除春季外，其他季節(jié)氣溫和彰武水文站蒸發(fā)皿蒸發(fā)的關(guān)聯(lián)度均要高于風(fēng)速和氣壓。年平均風(fēng)速在春季和蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)度較高，但在其他季節(jié)其和蒸發(fā)皿蒸發(fā)的關(guān)聯(lián)度均要低于氣象因子。從各季節(jié)氣象因子和蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)分析可看出，冬季相對濕度是彰武水文站蒸發(fā)皿蒸發(fā)影響主要氣象因子，其次為氣溫，春季相對濕度關(guān)聯(lián)度最高，其次為風(fēng)速，夏季氣溫影響程度高于相對濕度，是夏季彰武水文站蒸發(fā)皿蒸發(fā)影響主因，而秋季和冬季較為一致，相對濕度和氣溫是其蒸發(fā)皿蒸發(fā)的主要影響氣象因子，總體而言不同季節(jié)彰武水文站蒸發(fā)皿蒸發(fā)影響氣象因子有所差異。

5 結(jié)論

（1）彰武水文站近65年年平均氣溫呈現(xiàn)顯著遞增變化，年平均風(fēng)速和年平均氣壓呈現(xiàn)顯著遞減變化，而年平均濕度總體變化較為平穩(wěn)；

（2）氣溫在各季節(jié)均呈現(xiàn)較為明顯的遞增變化趨勢，均可通過99%的顯著性檢驗水平。而風(fēng)速和氣壓的變化趨勢統(tǒng)計值均為負值，呈現(xiàn)遞減變化，其中風(fēng)速在夏季的檢驗值較低，其遞減顯著性檢驗未能達到90%水平，呈現(xiàn)弱遞減變化；

（3）年平均濕度和蒸發(fā)皿蒸發(fā)關(guān)聯(lián)度最高，其次為年平均氣溫，年平均濕度是彰武水文站年蒸發(fā)變化的主因，春季相對濕度關(guān)聯(lián)度最高，其次為風(fēng)速，夏季氣溫影響程度高于相對濕度，而秋季和冬季較為一致，相對濕度和氣溫是其蒸發(fā)皿蒸發(fā)的主要影響氣象因子。