建昌地區(qū)氣候變化對蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的影響

馬永忠 黃英華 蓋小波 劉鳳芝

摘 要：采用建昌氣象站1960-2014年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量資料，運用相關(guān)分析等氣候統(tǒng)計診斷分析方法，研究了該地區(qū)蒸發(fā)量變化特征和主要影響因子，為區(qū)域性水平衡研究提供技術(shù)支撐。結(jié)果表明：建昌地區(qū)蒸發(fā)量減少趨勢明顯，氣候傾向率為-49.28mm/10a，年蒸發(fā)量減少15.2%；地面平均溫度、日照時數(shù)和風(fēng)速是影響蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的主要因子；模擬預(yù)測蒸發(fā)量模式準(zhǔn)確率為87.3%。研究成果可為地方水循環(huán)水平衡研究提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：氣候變化；蒸發(fā)量；特征；影響因子；建昌

中圖分類號 P426.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）08-137-03

Impact of Climate Change on Pan Evaporation in Jianchang Area

Ma Yongzhong et al.

（Liaoning Provincial Meteorological Bureau Jianchang County，Jianchang 125300，China）

Abstract：In order to regional water balance studies provide technical support，using the Climate Diagnostic Statistical analysis Jianchang 1960-2014 weather in pan evaporation data，using correlation analysis，research evaporation characteristics of the region and the major changes affecting factors. The results showed that：reduce evaporation Jianchang region was evident that climate trend rate -49.28mm/10a，15.2% reduction in evaporation；Average surface temperature，sunshine and wind speed are the main factor in pan evaporation；Simulation model to predict the exact amount of evaporation was 87.3%. The research results can provide the basis for local water cycle water balance studies.

Key words：Climate change；Evaporation；Features；Impact factor；Jianchang

在氣候變暖的環(huán)境下[1]，自然界中的氣象要素不斷做著動態(tài)調(diào)整，氣溫升高[2-3]，降水減少[4-5]，日照時數(shù)減少[6-7]等現(xiàn)象均具有區(qū)域性特點，蒸發(fā)量受其影響也表現(xiàn)出動態(tài)變化的特征。近地面水分蒸發(fā)在水資源平衡中占有重要地位，是水分支出中的重要因子，蒸發(fā)量變化對植物生長影響最為明顯，直接影響著水資源利用率。因此，較多學(xué)者采用不同的方式方法研究了蒸發(fā)量的變化特征和影響因子[8-9]，為水循環(huán)研究提供技術(shù)支持。例如，任國玉等[10]研究中發(fā)現(xiàn)，中國水面蒸發(fā)量，東部、南部和西北地區(qū)水面蒸發(fā)量顯著減少，而西南諸河流域和東北的松花江流域減少趨勢不明顯；劉波等[11]研究認(rèn)為影響蒸發(fā)量的主要原因是風(fēng)速和氣溫日較差；而劉瓊芳等[12]認(rèn)為影響蒸發(fā)量減少的主要原因是風(fēng)速和相對濕度。由此看出，地理環(huán)境的不同，蒸發(fā)量變化特征也不同，影響蒸發(fā)量的環(huán)境因子存在較大的差異，因此對區(qū)域性蒸發(fā)量的變化趨勢研究很有必要。本文利用建昌地區(qū)1960-2014年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量資料，研究蒸發(fā)量的變化特征，并運用相關(guān)分析法確定了建昌地區(qū)蒸發(fā)量的主要影響因子，并建立了蒸發(fā)量的估算模型，為水循環(huán)水平衡研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 建昌地區(qū)位于119°12′47″～120°17′46″E，40°24′30″～41°05′57″N，隸屬遼寧省葫蘆島市，屬于丘陵山區(qū)，距離渤海海岸線100km左右。以大陸性季風(fēng)氣候為主，四季分明，春季干燥雨少多大風(fēng)，夏季溫高雨多，秋季雨少氣溫下降迅速，冬季寒冷雨雪少。該地區(qū)以農(nóng)業(yè)為主，4～9月為大田作物生長季，9月至翌年4月為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季。

1.2 資料來源 資料來自建昌縣氣象局檔案室，年限為1960-2014年，共計55a資料。選取資料包括：20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量，年平均氣溫，年平均最高、最低氣溫，氣溫日較差，地面平均溫度，年降水量，相對濕度，水汽壓，云量，年日照時數(shù)，年平均風(fēng)速。

1.3 研究方法

1.3.1 氣候傾向率[13] 應(yīng)用一元線性方程（1）式的斜率a乘以10，來體現(xiàn)氣象要素每10a平均變化趨勢，由a>0、a<0表示上升或下降趨勢。

[y=ax+b] （1）

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)偏差[13] 用標(biāo)準(zhǔn)偏差方法分析蒸發(fā)量異常年，確定極端事件發(fā)生幾率，見公式（2）。

[S=∑yi-y2N] （2）

式中：S為標(biāo)準(zhǔn)偏差，[yi-y]為歷年值減總體平均數(shù)，N為樣本數(shù)。

1.3.3 累積距平和信噪比[14] 通過累積距平最大絕對值所對應(yīng)的時間假定為氣候突變點，并采用信噪比（XZB）對其進(jìn)行檢驗。當(dāng)XZB≥1.0時，氣候突變顯著；當(dāng)XZB<1.0時氣候突變不顯著，見公式（3）。

[XZB=X2-X1S1+S2] （3）

式中：[X1]、[X2]和S1、S2分別為假定突變點（年）前、后序列的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.4 相關(guān)系數(shù)[13] 氣候因子之間的相關(guān)，即蒸發(fā)量與各個氣候因子之間的相關(guān)性，計算見公式（4）。

[rxy=i=1nxi-xy-yi=1nxi-x2y-y2] （4）

式中：x、y分別為氣象要素。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化特征 建昌地區(qū)年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量平均值為1 786mm，最多為2 336mm（1961年），最少為1 463mm（1985年），極差為873mm。標(biāo)準(zhǔn)偏差為±175mm，正常年蒸發(fā)量在1 611～1 961mm；異常偏多（>1 961mm）有8a，幾率為14.5%；異常偏少（<1 611mm）有6a，幾率為10.9%。圖1顯示，1960-2014年近55a蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的減少趨勢明顯，氣候傾向率為-49.28mm/10a，線性序列相關(guān)系數(shù)為0.4465（P<0.01）達(dá)極顯著水平，在近60a里線性減少蒸發(fā)量271mm，占年平均值的15.2%。從年代時間尺度分析，各個年代平均值依次為20世紀(jì)60年代蒸發(fā)量最大（1 930mm）>20世紀(jì)70年代（1 778mm）>21世紀(jì)00年代（1 772mm）>20世紀(jì)90年代（1 962mm）>20世紀(jì)80年代最小（1 735mm），年代最大平均相差288mm，由此看出，除20世紀(jì)60年代蒸發(fā)量較大，其它各年代較為接近。近20a（1995-2014年）平均為1 739mm，前20a（1960-1979年）平均為1 867mm，平均減少蒸發(fā)量128mm。

圖1 1960-2014年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢

年蒸發(fā)量距平累積最大值出現(xiàn)在1983年，根據(jù)信噪比概念，1983、1984年存在假設(shè)氣候突變拐點。根據(jù)公式（3）分析得到信噪比XZB=8.5較為顯著，假設(shè)成立，即1984年蒸發(fā)量出現(xiàn)突變性減少。氣候突變之前，1960-1983年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量平均值為1 872mm，突變之后，1984-2014年為1 719mm，氣候突變前后蒸發(fā)皿蒸發(fā)量平均減少153mm。

2.2 氣象要素變化對蒸發(fā)量的影響 在氣候變暖環(huán)境影響下，氣象要素出現(xiàn)不同程度的改變，如：建昌年平均氣溫每10a升高0.2℃，年日照時數(shù)總量每10a減少104.7h，年平均風(fēng)速每10a減小0.31m/s，年降水量年際變化呈減少趨勢。諸多要素的變化直接或間接對蒸發(fā)皿蒸發(fā)量產(chǎn)生影響。通過對平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、氣溫日較差、地面平均溫度、日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度、水汽壓、降水量及云量等因子與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)統(tǒng)計分析，其中，地面平均溫度（r=0.5418；P<0.01）、日照時數(shù)（r=0.6793；P<0.01）和風(fēng)速（r=0.5292；P<0.01）3個要素對其影響最為顯著，見圖2。

（3）根據(jù)相關(guān)因子建立了建昌地區(qū)年蒸發(fā)量多元回歸模式（r=0.797 8，P<0.01），擬合相對誤差在-16.9%～12.3%，準(zhǔn)確率為87.3%。

（4）在氣溫升高降水量減少的情景下，蒸發(fā)量是減少而不是增加，這給人們在自然規(guī)律變化上提出了新的課題。影響蒸發(fā)量多少的是光照（輻射）、熱量和動力因子，而不是水分因子，有關(guān)這些問題還需作進(jìn)一步的研究。

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（責(zé)編：張宏民）