鄧麗娟

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊830049）

開都河源區(qū)潛在蒸散量時(shí)間變化特征及氣候影響分析

鄧麗娟

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊830049）

潛在蒸散量（ET0）變化對水分循環(huán)與能量平衡的研究具有重要意義。本文利用巴音布魯克氣象站1958～2012年逐日氣象資料，基于FAOPenman-Monteith公式估算了研究區(qū)ET0，分析了ET0的時(shí)間演變規(guī)律，探討了影響該區(qū)域ET0的主導(dǎo)因子，主要結(jié)論如下：研究區(qū)ET0年內(nèi)變化最大值出現(xiàn)在7月，為120.4mm，最小值在12月，為4.22mm，4～9月ET0約占全年的84.1%；近55a來ET0呈顯著上升趨勢，其變化率為0.65mm/a，并通過了1%的置信水平檢驗(yàn)；偏相關(guān)分析表明，溫度與相對濕度是影響研究區(qū)ET0的主導(dǎo)因子，其貢獻(xiàn)率分別為54.7%和26.02%。

ET0；變化特征；偏相關(guān)分析；開都河源區(qū)

引言

潛在蒸散量是實(shí)際蒸散量的理論上限，通常也是計(jì)算實(shí)際蒸散量的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于氣候干濕狀況分析［1］、水資源合理利用和評價(jià)、生態(tài)環(huán)境如荒漠化等研究中。在我國開展的第二次全國水資源綜合評價(jià)中，潛在蒸散量是水資源評價(jià)關(guān)注的主要內(nèi)容之一［2］。就氣候變化對水循環(huán)的影響而言，蒸散發(fā)的變化是一個(gè)不可忽視的影響因子。ET0既是水分循環(huán)的重要組成部分，也是能量平衡的重要部分，它表示在一定氣象條件下水分供應(yīng)不受限制時(shí)，某一固定下墊面可能達(dá)到的最大蒸發(fā)蒸騰量。ET0在地球的大氣圈-水圈-生物圈中發(fā)揮著重要的作用，與降水共同決定區(qū)域干濕狀況，并且是估算生態(tài)需水和農(nóng)業(yè)灌溉的關(guān)鍵因子［3］。

開都河發(fā)源于天山中部的依連哈比爾尕山南坡，流經(jīng)新疆和靜縣、焉耆縣與博湖縣，尾閭注入中國最大的內(nèi)陸淡水湖—博斯騰湖。開都河是新疆博斯騰湖流域國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的主要水源，其地表水資源量約占流域水資源總量的85.5%，對流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起著舉足輕重的作用。開展開都河源區(qū)ET0的時(shí)間變異特征及氣候影響分析，對于探尋該區(qū)域水分平衡規(guī)律、水資源的供給量，保持下游水安全以及對該區(qū)域生態(tài)平衡研究等具有重要意義。

由于影響ET0的氣象因子眾多，不同地區(qū)特有的氣候特征將導(dǎo)致潛在蒸散的變化特征及其主導(dǎo)因子存在明顯的差異性。故本文基于Penman-Monteith公式，利用巴音布魯克氣象站1958～2012年逐日氣象資料，估算開都河源區(qū)多年ET0，分析源區(qū)近55a來ET0的時(shí)間變化規(guī)律，探討影響該區(qū)域ET0的主導(dǎo)因子。

1資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

開都河源區(qū)代表站巴音布魯克氣象站（地理坐標(biāo)43°02′N，84°09′E，海拔高程2458.0m）數(shù)據(jù)來自巴音郭楞蒙古自治州氣象局，包括逐日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、相對濕度、風(fēng)速與日照時(shí)數(shù)，時(shí)間為1958～2012年。

1.2計(jì)算方法

目前，計(jì)算ET0的方法主要包括水平衡法、質(zhì)量傳導(dǎo)法、輻射能量法、溫度估計(jì)法和Penman-Monteith綜合法［4］。FAO推薦的Penman-Monteith模型以能量平衡和水汽擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)，較全面地考慮了影響潛在蒸散的各種因素，得到廣泛運(yùn)用，并且該模型在應(yīng)用于濕潤和干旱等各種氣候條件地區(qū)時(shí)，都取得了較好效果，計(jì)算精度高于其他方法。該模型計(jì)算公式如下，此式為日潛在蒸散量計(jì)算公式：式中：Δ—飽和水汽壓與溫度曲線的斜率，kPa·℃-1；Rn—作物冠層表面凈輻射量，MJ·m-2·d-1；G—土壤熱通量，MJ·m-2·d-1，逐日計(jì)算時(shí)取0；γ—溫度表常數(shù)，kPa·℃-1；T—日均溫度，℃；u—2m處風(fēng)速，m/s；es—空氣飽和水汽壓，kPa；ea—空氣實(shí)際水汽壓，kPa。

通過蒸散與氣象因子之間的偏相關(guān)分析進(jìn)行氣候歸因的討論［5］。偏相關(guān)分析的基本原理是：在對其他變量影響進(jìn)行控制的條件下，衡量多個(gè)變量中某2個(gè)變量之間的線性相關(guān)程度。在計(jì)算偏相關(guān)系數(shù)的過程中，需要同時(shí)有多個(gè)變量的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@樣既可以考慮多個(gè)變量之間可能產(chǎn)生的影響，又可在控制其他變量情況下，檢驗(yàn)2個(gè)特定變量的相關(guān)關(guān)系：式中：R12，3—偏相關(guān)系數(shù)；βi—偏回歸系數(shù)；Yi—因變量，X1i、X2i—自變量。

氣候要素的變化趨勢利用線性趨勢法得到，用最小二乘法線性擬合的斜率表示，正值表示增加趨勢，負(fù)值表示減小趨勢，變化趨勢的信度檢驗(yàn)采用Mann-Kenda11趨勢檢測法，該方法廣泛應(yīng)用于時(shí)間序列趨勢的非參數(shù)檢驗(yàn)，置信水平達(dá)0.1的變化趨勢為顯著。

2結(jié)果分析

2.1ET0的時(shí)間變化

2.1.1年內(nèi)變化

根據(jù)巴音布魯克氣象站1958～2012年逐日氣象資料，利用Penman-Monteith模型計(jì)算得到ET0的多年月均值（見表1）。

由表1可知，ET0年內(nèi)變化趨勢呈單峰曲線形狀，最大值出現(xiàn)在7月，達(dá)到120.4mm，最小值在12月，為4.22mm；全年中ET0主要集中在4～9月（作物生育期），約占全年ET0的84.1%。

表1潛在騰散量的多年月均值

2.1.2年際變化

表2為巴音布魯克站1958～2012年ET0特征值及Mann-Kenda11檢驗(yàn)結(jié)果。近55a來研究區(qū)ET0多年平均值為708.6mm，最大值出現(xiàn)在2004年，為783.8mm，最小值是1964年，為638.8mm；變異系數(shù)0.0395，小于0.1，為弱變異。Mann-Kenda11趨勢檢驗(yàn)表明，近55a來開都河源區(qū)ET0呈上升趨勢，Mann-Kenda11檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為4.12，表明ET0增加達(dá)到極顯著水平（通過1%的置信水平）；根據(jù)線性趨勢法，得到ET0的年變化率為0.65mm/a（如圖1所示），該方程相關(guān)系數(shù)為0.372，通過了1%的置信水平檢驗(yàn)（r0.01=0.345）。

表2開都河源區(qū)1958～2012年ET0特征值及Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果

圖1開都河源區(qū)1958～2012年ET0變化過程

2.2ET0的影響因子分析

2.2.1氣象因子與潛在蒸散量的關(guān)系

根據(jù)巴音布魯克氣象站1958～2012年的逐年氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、相對濕度和ET0數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行相關(guān)分析（結(jié)果見表3）。

表3相關(guān)系數(shù)計(jì)算

由表3可知，日照時(shí)數(shù)對ET0的影響最大（偏相關(guān)系數(shù)r=0.5354），相對濕度次之（偏相關(guān)系數(shù)r=0.4746），日最高溫度影響最弱（偏相關(guān)系數(shù)r=0.044），日照時(shí)數(shù)、相對濕度、風(fēng)速、日最低溫度與日均溫度因素均通過了顯著性為0.01的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，表明是影響ET0的主要?dú)夂蛞蛩亍?/p>

上述影響因素對ET0的貢獻(xiàn)率計(jì)算結(jié)果見表4。

表4標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)

由表4可知，溫度（包括日均與日最低溫度）為第一主導(dǎo)因子，貢獻(xiàn)率為54.7%；相對濕度的貢獻(xiàn)率為26.02%，為第二主導(dǎo)因子；風(fēng)速貢獻(xiàn)率為15.14%，日照時(shí)數(shù)的貢獻(xiàn)率為15.14%。

2.2.2潛在蒸散量對氣象要素的響應(yīng)

為表征日照時(shí)數(shù)、相對濕度、風(fēng)速、日最低溫度與日均溫度對開都河源區(qū)ET0的綜合影響，采用偏最小二乘回歸方程對上述變量進(jìn)行量化分析，結(jié)果見下式：式中：ET0—日潛在騰散量，mm；T—日均氣溫，℃；Tmin—日最低氣溫，℃；h—日照時(shí)間，h；V—日均風(fēng)速，m/s；RH—相對濕度，%。

經(jīng)檢驗(yàn)，回歸方程相關(guān)系數(shù)為0.849，F(xiàn)=10.28，通過顯著性水平為0.01的檢驗(yàn)，說明方程及各因素的方程貢獻(xiàn)是顯著的。

3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

本文基于FAO推薦的Penman-Monteith公式和氣象資料，估算了開都河源區(qū)的ET0，在對ET0的時(shí)間變化特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，定量探討了開都河源區(qū)影響ET0變化的主導(dǎo)因素，得到如下結(jié)論：

（1）研究區(qū)ET0年內(nèi)變化趨勢呈單峰曲線形狀，最大值出現(xiàn)在7月，達(dá)到120.4mm，最小值在12月，為4.22mm；全年主要集中在4～9月（作物生育期），約占全年ET0的84.1%。

（2）近55a來ET0呈上升趨勢，Mann-Kenda11檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為4.12，表明ET0增加達(dá)到極顯著水平；ET0年變化率為0.65mm/a，通過了1%的置信水平檢驗(yàn)。

（3）偏相關(guān)分析表明，日照時(shí)數(shù)、相對濕度、風(fēng)速、日最低溫度與日均溫度是影響研究區(qū)ET0的主要因素。

（4）通過分析主要?dú)庀笠蛩貙T0的貢獻(xiàn)率，發(fā)現(xiàn)溫度（包括日均與日最低溫度）為第一主導(dǎo)因子，貢獻(xiàn)率為54.7%；相對濕度為第二主導(dǎo)因子，貢獻(xiàn)率為26.02%；風(fēng)速貢獻(xiàn)率為15.14%，日照時(shí)數(shù)的貢獻(xiàn)率最小，為15.14%。

3.2建議

（1）本文利用Penman-Monteith公式，計(jì)算了巴音布魯克氣象站1958～2012年的逐日ET0。下一步，還需要結(jié)合實(shí)際觀測資料，對公式中Rn參數(shù)的影響因素Rns（即地面接收的凈短波輻射值）進(jìn)行系數(shù)修正，以提高Penman-Monteith公式計(jì)算精度。

（2）本文在分析影響ET0的氣象要素時(shí)選取了平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、日均風(fēng)速、相對濕度等因子進(jìn)行了分析，然而還有很多其他因子可以間接影響潛在蒸散量，如云量、氣溶膠濃度等，還需深入分析。

［1］楊建平，丁永建.近50年來中國干濕氣候界線的10年際波動［J］.地理學(xué)報(bào)，2002，57（06）：655-661.

［2］高歌，陳德亮，任國玉.1956～2000年中國潛在蒸散量變化趨勢［J］.地理研究，2006，25（03）：378-87.

［3］尹云鶴，吳紹洪，戴爾阜.1971～2008年我國潛在蒸散時(shí)空演變的歸因［J］.科學(xué)通報(bào)，2010，55（022）：2226-2234.

［4］PemanHL.Natura1evaporationfromopenwater，baresoi1andgrass［J］.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonSeriesAMathemati+calandPhysicalSciences，1948，193（1032）：120-145.

［5］國志興，王宗明，宋開山.1982～2003年東北林區(qū)森林植被NDVI與水熱條件的相關(guān)分析［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（12）：1930-1936.

P426.2

A

1008-1305（2016）03-0054-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.03.023

2016-04-01

鄧麗娟（1980年—）女，高級工程師。