王大剛,于 洋,4,MALIK Ireneusz,WISTUBA Malgorzata,張 敏,閆小月,孫凌霄,于瑞德,4
(1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所/荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室,烏魯木齊 830011;2.中國科學院大學,北京 100049;3.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站,策勒 848300;4.波蘭西里西亞大學地球科學學院中波環(huán)境研究中心,波蘭卡托維茲 12,40-007)
塔里木盆地是一個封閉的內陸盆地,位于中國西北干旱區(qū),水資源缺乏,是世界上最干旱的地區(qū)之一[1],氣候變化導致塔里木盆地一些流域河源區(qū)徑流量增加,但人類活動導致河流下游徑流量減少[2],在人類活動和氣候變化的影響下,塔里木盆地生態(tài)環(huán)境退化日益嚴重[3-4]。塔里木盆地綠洲的存在完全依賴于冰川融水和積雪的徑流,在內陸干旱盆地的綠洲,水是極其有限的資源,氣候變化引起的水資源變化對塔里木盆地綠洲的演化起決定性作用[5]。近年以來,隨著城市的發(fā)展和人民生活水平的提高,用水量逐漸增加[6],環(huán)塔里木盆地綠洲城市的發(fā)展和水環(huán)境質量之間的矛盾日益突出[7],隨著水資源開發(fā)利用力度的加大,塔里木盆地的環(huán)境和水文狀況嚴重惡化[8-9],大面積的土壤次生鹽漬化,已成為制約農業(yè)發(fā)展的主要因素之一[10]。內陸干旱區(qū)綠洲社會經濟可持續(xù)發(fā)展和自然生態(tài)保護的主要制約因素是水資源[11],隨著水資源需求的增長,有效重新分配現有的水資源變得非常重要[12]。因此,解決好新疆環(huán)塔里木盆地綠洲城市發(fā)展與水資源規(guī)劃之間的關系,對塔里木盆地脆弱的生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。
蒸散發(fā)(Evapotranspiration,簡稱ET)作為一個重要的氣象要素和水文循環(huán)環(huán)節(jié),直接關系到地表的能量平衡和水量平衡,決定地理環(huán)境的形成和演化[13],同時也是評價農業(yè)用水效率的重要基礎和關鍵環(huán)節(jié)[14]。實際蒸散可以通過參考作物蒸散發(fā)量(Reference crop evapotranspiration,簡稱ET0)乘以經驗作物系數(Kc)進行估算[15]。參考作物蒸散量(ET0)是水循環(huán)的重要組成部分,對水資源管理和評價至關重要[16]。針對ET0的時空變化和ET0對不同關鍵氣象因子的敏感性方面,國內外學者做了大量研究。張山清等[17-19]分析了新疆、涇河流域和福??hET0的時空變化。Biazar等[20-22]分析了伊朗濕潤地區(qū)、洮兒河流域和東北地區(qū)ET0對不同氣象因子的敏感性。也有較少學者分析了ET0時空變化的同時還分析了ET0對氣象因子的敏感性,Nouri等[23]評估了17個干旱區(qū)ET0的時間變化趨勢及相關氣象因子對ET0變化趨勢的貢獻,并分析了ET0對關鍵氣象因子變化的敏感性;Zhang等[24]研究了石羊河流域ET0及敏感系數的空間變化;Yang等[25]分析了黃淮海平原ET0的時空特征及其對氣候因子的敏感性;鄒海平等[26]分析了海南島18個氣象ET0的時空變化特征,并采用敏感系數和氣象因子的相對變化率相結合的方法對年和四季ET0變化成因進行分析。這些研究揭示了不同地區(qū)ET0的時空變化和ET0對不同氣象因子的敏感性,Zheng等[27]所述氣象因子敏感性的空間變化隨季節(jié)變化,且與地理位置密切相關,但目前針對塔里木盆地ET0的時空變化和ET0對關鍵氣象因子敏感性的研究尚不多見。本研究利用2000-2019年塔里木盆地生長季19個地面氣象觀測站逐日氣象資料,應用FAO-56 Penman-Monteith公式計算20a各氣象站生長季逐日ET0的基礎上,通過計算各氣象站點ET0對相對濕度、2m處風速、日照時數、最低氣溫和最高氣溫的敏感系數,結合ArcGIS反距離權重插值法[28]對塔里木盆地ET0及關鍵氣象因子敏感系數的時空變化進行定量分析,闡明生長季塔里木盆地ET0的時空變化,以及ET0對5種關鍵氣象因子的敏感性變化規(guī)律,以期為塔里木盆地干旱區(qū)農業(yè)用水和水資源規(guī)劃方面提供參考依據。
塔里木盆地是中國最大的內陸盆地,位于天山和昆侖山-阿爾金山之間,西靠帕米爾高原,地理位置 34°49' -43°2 2'N ,73°27' -93°00'E (圖1),盆地地勢西高東低,微向北傾斜[29]。行政區(qū)劃包括巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區(qū)以及新疆生產建設兵團的4個農業(yè)師[30]。塔里木盆地為暖溫帶大陸性極端干旱氣候,降水稀少,蒸發(fā)劇烈,溫差大,多風沙和浮塵天氣,日照時間長[31]。多年平均氣溫10.6~11.5℃,綠洲區(qū)多年平均降水量為50~80mm,盆地中心為10mm左右。降水時間分布極度不均,80%以上集中于夏季,其余不到20%集中于冬季[32]。在塔里木盆地的沙漠和戈壁灘的邊緣,分布著喀什、皮山、和田、策勒、于田、民豐、且末和若羌等大小綠洲,該地區(qū)土壤類型主要有風沙土、棕漠土、鹽土、草甸土、潮土和灌淤土等[31]。
圖1 塔里木盆地高程和氣象站點分布Fig.1 Spatial distribution of altitude and meteorological stations in the Tarim basin
選用2000-2019年塔里木盆地19個氣象臺站生長季(4-10月)逐日氣象數據,包括平均相對濕度RH(%)、10m風速u(m·s-1)、日照時數n(h)、日最低氣溫Tmin(℃)、日最高氣溫Tmax(℃)、氣壓P(kPa)等。各氣象站數據均來源于國家氣象科學數據中心(http://data.cma.cn),數據集名稱“中國地面氣候資料日值數據集(V3.0)”。
1.3.1 FAO-56 Penman-Monteith方程
采用1998年聯合國糧農組織(FAO)推薦的FAO-56 Penman-Monteith方程計算參考作物蒸散量[33],表達式為
式中,E0T為參考作物蒸散量(mm·d-1);Rn為作物表面凈輻射(MJ·m-2·d-1);G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1);T為2m高處日平均氣溫(℃);u2為2m高處風速(m·s-1);es為飽合水汽壓(kPa);ea為實際水汽壓(kPa);es-ea為飽和水汽壓差(kPa);Δ為飽和水汽壓曲線的斜率;γ為濕度計常數(kPa·℃-1)。在日計算尺度,G相對于Rn較小,故忽略[31]。
Δ是一個空氣溫度的函數,計算式為
式中,exp(…)為底數是2.7183的指數函數。
濕度計常數γ計算式為
式中,γ為濕度計常數(kPa·℃-1);P為大氣壓(kPa);λ為汽化潛熱,其值為2.45(MJ·kg-1);CP為常壓下的比熱,其值為1.013×10-3(MJ·kg-1·℃-1);ε為水蒸汽分子量與干燥空氣分子量的比,其值為0.662。
為了把10m處測得風速值轉化為2m處風速,采用對數風廓線關系來計算矮草覆蓋面以上的風速,即
式中,u2為地表以上2m處的風速(m·s-1);uZ為地表以上Z米處的風速(m·s-1)。
平均飽和水汽壓(es)為
式中, e0( T)為空氣溫度T(℃)時的水汽壓(kPa)。
實際水汽壓(ea)為
則水汽壓差(es-ea)為
太陽輻射RS通過Angstrom公式計算。該公式與太陽輻射有關,而太陽輻射又與天頂輻射及相對日照持續(xù)時間有關,即
式中,RS為太陽短波輻射(MJ·m-2·d-1);n為實際日照持續(xù)時間(h);N為最大可能的日照持續(xù)時間(h);n/N為相對日照持續(xù)時間(無量綱);Ra為天頂輻射(MJ·m-2·d-1); as、bs為經驗系數,根據FAO技術文檔的建議取as為0.25,bs為0.50。
晴空太陽輻射(Rso)為
式中,Z為測站的海拔高程(m),其余參數同上。
凈太陽輻射或凈短波輻射(Rns)
式中,Rns為短波輻射(MJ·m-2·d-1);α為冠層反射系數,以草為假想的參考作物時,α值為0.23(無量綱),其余參數同上。
凈長波輻射(Rnl)為
式中,Rnl為凈輸出長波輻射(MJ·m-2·d-1);б為Stefan-Boltzmann常數(4.903×10-9MJ·K-4·m-2·d-1);Tmax,k為24h內最高絕對溫度值( k = ℃ +273.6);Tmin,k為24h內最低絕對溫度值。
作物表面凈輻射(Rn)采用凈短波輻射(Rns)與凈長波輻射(Rnl)的差值來計算,即
1.3.2 敏感系數
將參考作物蒸散量變化率與氣象因子變化率之比作為參考作物蒸散量氣候敏感系數[34],即
式中,ET0為參考作物蒸散量,Sx為ET0對氣象因子x的敏感系數,無量綱,式(14)便于不同氣象因子之間的對比[35]。正敏感系數表明ET0隨氣象因子的增加而增加,負敏感系數則相反。敏感系數絕對值越大,表示ET0對該氣象因子的變化越敏感;反之越不敏感[36]。運用逐日氣象資料分別計算E0T對平均相對濕度、2m處風速、日照時數、最低氣溫和最高氣溫的日敏感系數,分別表示為SRH、Su2、Sn、STmin和STmax。生長季(4-10月)平均值由對應時段的逐日敏感系數平均獲得。分別討論ET0對這5個氣象因子的敏感性,表1為敏感系數分類[37]。
表1 敏感系數(Svi)分類Table 1 Classification of the sensitivity coefficient(Svi)
1.3.3 有關要素變化趨勢分析
采用氣候傾向率和Mann-Kendall非參數檢驗法,分析和檢驗ET0以及有關氣象因子等要素的時間變化趨勢。
1.3.4 空間插值
據李澤鳴等[19]研究結果,反距離權重空間插值法適用于站點較少且分布較為散亂的插值問題,其插值結果比其他插值方法更接近真實情況,故采用該插值法對塔里木盆生長季ET0及ET0對有關氣象因子的敏感系數的空間分布進行空間插值模擬。
2.1.1 空間分布
由圖2可見,塔里木盆地生長季和各月ET0日均值的時空分布差異較大,2000-2019年塔里木盆地生長季ET0日均值為4.55mm·d-1,其值在2.80~5.80mm·d-1之間波動(圖2h)。塔里木盆地生長季ET0日均值各月存在明顯差異,其中,6月日均ET0最大,10月日均ET0最小,多年平均逐月ET0日均值呈單峰型變化,峰值出現在6月,谷值出現在4月和10月,日均ET0值從大到小依次為6月(圖2c)、7月(圖2d)、5月(圖2b)、8月(圖2e)、4月(圖 2a)、9月(圖2f)、10月(圖2g),其值依次為5.84、5.73、5.29、4.95、4.23、3.65和2.17mm·d-1,浮動區(qū)間分別在3.48~6.83、3.54~7.02、3.20~6.25、3.29~6.26、2.38~4.97、2.39~4.66和1.35~2.86mm·d-1。由于塔里木盆地面積大,氣候類型多樣,在研究區(qū)內ET0日均值分布存在明顯差異,最小值(1.25mm·d-1)出現在10月的巴音布魯克氣象站,最大值(7.02mm·d-1)出現在7月的塔中氣象站,在4-7月和10月,ET0日均值分布大致為北部低于南部,8月和9月分布大致為西北部低于東南部。整個生長季,ET0日均值分布呈由北向南遞增的趨勢,各月及整個生長季,盆地中間均有高值區(qū)存在。
圖2 2000-2019年塔里木盆地生長季各月及整個生長季ET0日均值的空間分布Fig.2 Spatial distribution of daily mean ET0 in each month and whole crop growing season in the Tarim basin from 2000 to 2019
2.1.2 變化趨勢
由圖3和表2可見,塔里木盆地2000-2019年生長季各月ET0日均值的傾向率在各個月份表現出明顯的差異性(極顯著為P<0.01,顯著為P<0.05,下同)。4月(圖3a)ET0日均值氣候傾向率為-0.30~0.89mm·10a-1,均值為0.16mm·10 a-1。塔里木盆地ET0日均值極顯著增加和顯著增加的氣象站均占到總氣象站個數的15.79%,有10.53%的氣象站呈顯著下降,其余氣象站變化趨勢均不顯著,氣候傾向率為正、負值的氣象站各有6個和5個;5月(圖3b)ET0日均值氣候傾向率為-0.37~0.86mm·10a-1,均值為0.11mm·10 a-1。15.79%的氣象站ET0日均值呈極顯著遞增的變化趨勢,其余氣象站變化趨勢均不顯著,氣候傾向率為正、負值的氣象站各有9個和8個;6月(圖3c)ET0日均值氣候傾向率為-0.54~0.58mm·10 a-1,均值為-0.09mm·10 a-1。分別有5.26%的氣象站ET0日均值呈顯著上升、極顯著上升和極顯著下降趨勢,21.05%的氣象站呈顯著下降趨勢,其余氣象站變化趨勢均不顯著,其中各有5個和7個氣象站的氣候傾向率分別為正、負值;7月(圖 3d)ET0日均值氣候傾向率為-0.29~0.96mm·10 a-1,均值為0.24mm·10 a-1。有31.58%的氣象站ET0日均值呈極顯著上升趨勢,5.26%的氣象站呈顯著上升趨勢,其余氣象站變化趨勢均不顯著,氣候傾向率為正、負值的氣象站各有6個;8月(圖3e)ET0日均值氣候傾向率為-0.50~0.58mm·10a-1,平均值為-0.07mm·10 a-1。分別有5.26%、10.53%和21.05%的氣象站ET0日均值呈顯著上升、極顯著上升和顯著下降趨勢。其余氣象站變化趨勢均不顯著,其中各有5個和7個氣象站的氣候傾向率分別為正、負值;9月(圖3f)ET0日均值氣候傾向率為-0.30~0.70mm·10a-1,其平均值為0.07mm·10a-1。分別有15.79%、5.26%和10.53%的氣象站ET0日均值呈極顯著上升、顯著上升和顯著下降趨勢,其余氣象站變化趨勢均不顯著,氣候傾向率為正、負值的氣象站各有6個和7個;10月(圖3g)ET0日均值氣候傾向率為-0.20~0.55mm·10 a-1,均值為0.08mm·10 a-1。分別有26.32%和10.53%的氣象站ET0日均值呈極顯著上升和顯著下降趨勢,其余氣象站變化趨勢均不顯著,其中巴音布魯克氣象站ET0日均值的傾向率為0,其余各有6個和5個氣象站的氣候傾向率分別為正、負值。
圖3 2000-2019年塔里木盆地生長季各月ET0日均值的變化傾向率Fig.3 Trend rate of monthly mean daily ET0 in the crop growing season of the Tarim basin from 2000 to 2019
表2 2000-2019年塔里木盆地生長季各月ET0日均值變化趨勢的Mann-Kendall非參數檢驗Table 2 Mann-Kendall nonparametric test of change rate of daily mean ET0 during crop growing season month in the Tarim basin from 2000 to 2019
2.2.1 日平均值
由圖4可見,4-10月塔里木盆地各氣象站相對濕度(RH,圖4a)整體上呈遞增趨勢, RH值介于20.34%~60.43%,巴音布魯克氣象站相對其他氣象站較穩(wěn)定,且在生長季各月RH均最大,塔中氣象站的RH在生長季各月均最小。各氣象站2m高處風速(u2,圖4b)整體呈遞減趨勢,所有氣象站u2介于0.62~3.02m·s-1,盆地北部地區(qū)u2變化較小。各氣象站日照時數(n,圖4c)整體上呈先上升后下降的趨勢,研究區(qū)內n值介于7.07~10.95。各氣象站最低氣溫(Tmin,圖4d)整體上呈倒U形變化,所有氣象站Tmin介于-7.52~21.30℃,除巴音布魯克在4、5、9和10月為負值外,其余氣象站在各月份均為正值。4-10月塔里木盆地各氣象站的最高氣溫(Tmax,圖4e)整體上與Tmin變化相似,塔里木盆地的Tmax和Tmin均在7月達到最大值,10月達到最小值。
圖4 2000-2019年塔里木盆地生長季各月氣象因子的日平均值Fig.4 Daily mean values of monthly meteorological factors during crop growing season in the Tarim basin from 2000 to 2019
2.2.2 日平均值變化
由圖5可見,在2000-2019年,塔里木盆地各關鍵氣象因子變化的傾向率各有正負,在6月和7月,RH在塔里木盆地中部、南部和西部地區(qū)以上升為主,其余月份各地區(qū)均以下降趨勢為主;整個生長季,u2在塔里木盆地中部、南部和西部地區(qū)以下降為主,北部和東部地區(qū)則以上升為主;在4月和7月,塔里木盆地n值呈上升趨勢,在8月呈下降趨勢,其余月份無明顯規(guī)律;塔里木盆地在整個生長季Tmin以上升趨勢為主,僅5月和6月在盆地中部地區(qū)以下降趨勢為主;整個生長季塔里木盆地各地區(qū),Tmax在5、6、8月以下降趨勢為主,其余月份均以上升趨勢為主。
圖5 2000-2019年塔里木盆地生長季各月氣象因子日平均值的變化傾向率Fig.5 Trend rates of monthly daily mean values of meteorological factors during crop growing season in the Tarim basin from 2000 to 2019
為考察關鍵氣象因子時間序列變化的顯著性,分別對2000-2019年生長季各月份關鍵氣象因子的變化進行Mann-Kendall非參數檢驗(表2)。4月有5.26%的氣象站RH呈顯著下降,u2呈極顯著下降,u2呈極顯著上升趨勢;5月有10.53%、10.53%和5.26%的氣象站分別表現為RH呈極顯著下降、u2極顯著上升和Tmin極顯著下降趨勢;6月有15.79%、5.26%、10.53%的氣象站分別表現為u2極顯著上升、u2極顯著下降和Tmin顯著下降;7月有36.84%和21.05%的氣象站分別表現為RH呈極顯著下降和Tmax呈極顯著上升趨勢,10.53%的氣象站分別表現為u2極顯著下降、u2極顯著上升和Tmin極顯著上升;8月有5.26%的氣象站RH呈顯著下降趨勢,n呈極顯著下降趨勢,26.32%氣象站u2極顯著上升,而10.53%的氣象站u2極顯著下降;9月,分別有21.05%的氣象站RH呈極顯著下降,u2極顯著上升,10.53%的氣象站u2極顯著下降,各站Tmin均呈極顯著下降趨勢;10月,分別有31.53%、21.05%和10.53%的氣象站RH呈極顯著下降趨勢、u2呈極顯著上升和u2呈顯著下降趨勢。
表2 2000-2019年塔里木盆地生長季各月日均氣象因子變化的Mann-Kendall非參數檢驗Table 2 Mann-kendall nonparametric test of monthly mean meteorological factors during crop growing season in the Tarim basin from 2000 to 2019
由圖6可見,2000-2019年塔里木盆地各月、生長季ET0對關鍵氣象因子的敏感系數的空間差異性較大。塔里木盆地生長季ET0對相對濕度的敏感系數為負值(圖6a8),對風速(圖6b8)、日照時數(圖 6c8)、最低氣溫(圖6d8)、最高氣溫(圖6e8)的敏感系數均為正值。其范圍分別為0.20≤|SRH|≤0.76、0.09≤|Su2|≤0.37、0.19≤|Sn|≤0.32、0.02≤|STmin|≤0.13和0.27≤|STmax|≤0.75,其敏感系數絕對值的平均 值 按 大 小 依 次 為Tmax(0.54)>RH(0.29)>n(0.28)>u2(0.23)>Tmin(0.10),說明研究區(qū)生長季ET0對最高氣溫最為敏感,其次是相對濕度、日照時數、2m處風速,對最低氣溫的敏感性最低。4-10月ET0對各關鍵氣象因子敏感系數絕對值范圍依次為,0.15≤|SRH|≤1.07(圖 6a)、0.05≤|Su2|≤0.40(圖 6b)、0.14≤|Sn|≤0.36(圖 6c)、0.00≤|STmin|≤0.21(圖6)、0.19≤|STmax|≤0.84(圖6e)。在所有計算的|SRH|值中,ET0對RH的敏感程度為中等、高和較高的值占比分別為15.04%、84.21%和0.75%;ET0對u2的敏感程度為中等和高的值占比分別為24%和76%,ET0對n的敏感程度為中等和高的值占比分別為13%和87%,ET0對Tmin的敏感程度為較低和中等的值占比分別為98.50%和1.50%,ET0對Tmax的敏感程度為中等和高的值占比分別為0.75%和99.25%。說明ET0對RH、u2、n、Tmax的敏感程度均以高敏感性為主,對Tmin的敏感程度以較低敏感性為主。時間上,ET0對最高氣溫和最低氣溫最為敏感的月份為7月,而對相對濕度、2m處風速和日照時數最為敏感的月份分別是10月、4月和8月。|SRH|的空間分布具有明顯的地帶性,呈由北向南遞減的趨勢,可能的原因是在生長季塔里木盆地北部降水量明顯高于南部,導致空氣相對濕度由北向南呈遞減分布,從而使得|SRH|相應地在空間上呈由北向南遞減分布。9、10月盆地南部ET0對RH的敏感性明顯增加,但敏感性均小于盆地北部;|Su2|值在空間分布上,同時具有氣溫敏感系數和相對濕度敏感系數的分布特點[38],盆地中部|Su2|值均高于其他地區(qū),可能與盆地中部地區(qū)的沙漠和多大風天氣有關,而塔里木盆地西北部降水多于東南部,綠洲分布較多,可以降低風速可能也是原因之一。在6-9月,|nS|在空間分布上均呈由西北向東南遞減的趨勢,且中等敏感性的氣象站主要分布在盆地的東北部和西部,其余月份無明顯規(guī)律;5月,|STmin|在空間分布上呈由西向東遞減的趨勢,6-8月,盆地北部ET0對最低氣溫的敏感性增加,9月,|STmin|在空間分布上與5月類似,整個生長季ET0對最低氣溫的敏感性從西向東遞減;|STmax|的空間分布規(guī)律以由北向南遞增和由西北向東南遞增為主,|STmax|以塔克拉瑪干沙漠為高值中心,低值區(qū)位于盆地北部和西部,整個生長季,盆地北部和西部地區(qū)ET0對最高氣溫的敏感性低于其他地區(qū)。
圖6 塔里木盆地各月和生長季ET0敏感系數的空間分布特征Fig.6 Spatial patterns of ET0 sensitivity coefficient for five climate variables in monthly and crop growing season in Tarim basin
(1)2000-2019年塔里木盆地月、生長季ET0日均值在時空分布上差異較大,生長季多年ET0日均值為4.55mm·d-1,其值在2.80~5.80mm·d-1之間波動,多年ET0日均值月份從大到小依次為6、7、5、8、4、9和10月,其值依次為5.84、5.73、5.29、4.95、4.23、3.65和2.17mm·d-1,氣候傾向率依次為-0.09、0.24、0.11、-0.07、0.16、0.07和0.08mm·10a-1,在盆地中、西部ET0日均值變化以負傾向率為主,盆地東部則以正傾向率為主。在4-7月和10月,ET0日均值分布大致為北部低于南部,8月和9月,分布大致為西北部低于東南部。整個生長季,ET0日均值分布呈由北向南遞增的趨勢,各月及整個生長季,盆地中間均有高值區(qū)存在。
(2)整個生長季,塔里木盆地的相對濕度逐月增加,2m處風速逐月減小,日照時數則呈先增加后降低的趨勢,最低氣溫和最高氣溫均呈倒U形分布,且均在7月達到最大值。相對濕度的變化以負傾向率為主,說明塔里木盆地在2000-2019年相對濕度具有減小的趨勢,2m處風速變化的傾向率也以正傾向率為主,說明在塔里木盆地2m處風速具有增加的趨勢,日照時數變化的傾向率在4月和7月以正傾向率為主,8月以負傾向率為主,說明4月和7月塔里木盆地日照時數具有增加的趨勢,8月則有減少的趨勢。
(3)敏感性分析表明,在生長季ET0對RH的敏感系數為負值,對u2、n、Tmin和Tmax的敏感系數均為正值。在空間上,ET0對Tmax最為敏感,其次是RH、n和u2,對Tmin的敏感性最低。在生長季各月,ET0對RH、u2、n和Tmax的敏感程度均以高敏感性為主,對Tmin的敏感程度以較低敏感性為主。時間上,ET0對最高氣溫和最低氣溫最敏感的月份是7月,而對相對濕度、2m處風速和日照時數最敏感的月份分別是10月、4月和8月。
(4)不同氣象因子對ET0的敏感性在整個塔里木盆地空間差異較大。|SRH|在空間分布上呈由北向南遞減的趨勢,表明在研究區(qū)北部ET0對相對濕度的變化最為敏感,|Su2|和|STmax|均以塔克拉瑪干沙漠為高值中心,說明盆地中部E0T對風速和最高氣溫較敏感,|Sn|無明顯規(guī)律,|STmin|的空間分布呈由西向東遞減的趨勢,說明盆地西部E0T對最低氣溫變化的敏感性較高。
本研究運用FAO-56PM方程計算了塔里木盆地生長季20a逐日ET0,研究了塔里木盆地生長季各月多年平均ET0的變化規(guī)律及空間分布,定量分析了ET0對不同氣象要素變化的敏感性。由于新疆地域廣,氣象站點較分散且獲取氣象資料難度大,以往很多研究對ET0時空變化及敏感性分析的研究主要集中在地域小且氣象站點密集的地區(qū)[18,22,38],前人對新疆ET0的研究主要以北疆地區(qū)[19,39-40]為主,對塔里木盆地ET0的研究較少見,曹偉[32]僅選取了塔里木盆地5個代表性氣象站分析了ET0的時空變化規(guī)律,而本研究選取的氣象站點較多并分析了ET0對關鍵氣象因子的敏感性。以往對ET0時空變化的研究主要以年、季節(jié)和月時間尺度為主[38,41-42],選擇以生長季時間尺度的研究較少[36],研究作物生長季ET0的時空變化,可以為農業(yè)用水規(guī)劃、灌溉系統(tǒng)設計和估算作物需水量等方面提供參考。關于ET0對關鍵氣象因子敏感性的研究,學者對氣象因子的選擇不盡相同。梁麗喬等[38]選取的氣象因子分別是平均氣溫、風速、日照時數和相對濕度;李思思等[39]選擇的氣象因子分別是氣溫、風速、日照時數和水氣壓;Sharifi等[43]選取的氣象因子分別為平均氣溫、實際水汽壓、風速和凈太陽輻射??紤]到塔里木盆地地域廣,氣候差異大,本研究選擇了相對濕度、風速、日照時數、最低氣溫和最高氣溫,研究ET0對這5個關鍵氣象因子的敏感性。但由于僅使用了20a的氣象數據,加之塔里木盆地氣象觀測站點少且較分散,得到的結果具有一定的局限性,在今后的研究中還應該進行長時間段和多試驗站點綜合研究。