賈秋蘭，趙玉兵，王小娟，王 歡，吳云龍

（1邢臺(tái)市氣象局，河北邢臺(tái)054000；2辛集市氣象局，河北辛集052360）

0 引言

全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)[1]，在氣候變暖的大背景下，近100年來中國地表氣溫增加尤為明顯，升溫幅度約為0.5～0.8℃[2-3]。以增溫為主要特征的氣候變化將對(duì)中國的生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響[4-8]。

濕地作為一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，在涵養(yǎng)水源，保護(hù)生物的多樣性，調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，控制碳循環(huán)等方面具有重要的意義[9]。近些年來，一些學(xué)者對(duì)濕地氣候變化開展了一些研究，取得了許多有益的成果，賈志軍[10]對(duì)三江平原典型沼澤濕地蒸散量及其影響因子進(jìn)行研究，認(rèn)為沼澤濕地蒸散量時(shí)間變化特征明顯。羅磊[11]分析認(rèn)為全球氣候變化是青藏高原濕地退化的重要?dú)夂虮尘?。沃曉棠等[12]認(rèn)為扎龍濕地的大氣濕潤度在減小，氣候在向暖干方向發(fā)展。李風(fēng)霞等[13]通過分析，揭示了氣候變化對(duì)青海湖地區(qū)區(qū)域生態(tài)與環(huán)境的影響效應(yīng)。王芳[14]研究認(rèn)為七星河濕地對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚓哂兄匾恼{(diào)節(jié)作用。

白洋淀濕地位于河北省中部，在保定與滄州境內(nèi)，是河北省第一大內(nèi)陸湖，地理坐標(biāo)在38°43′—39°02′N，115°38—116°26′E之間，面積366 km2，素來有“華北之腎”的稱謂，但到目前，對(duì)白洋淀濕地的研究還不多，而潛在蒸散量是指充分供水條件下的區(qū)域蒸散發(fā)能力[15]。目前已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、作物需水量等水資源管理的研究中[16-17]。從氣象學(xué)的角度來看，潛在蒸發(fā)量也是地表水量平衡和能量平衡的重要研究?jī)?nèi)容[18]。因此，筆者立足于白洋淀附近的安新氣象站的多年氣象資料，分析了近54年來白洋淀濕地潛在蒸散量的變化狀況，此研究能夠?yàn)榘籽蟮頋竦氐乃胶獾壬鷳B(tài)保護(hù)問題提供積極地借鑒和參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究數(shù)據(jù)來源于河北省氣象局氣候中心，用白洋淀濕地內(nèi)的安新氣象站1972—2012年逐日平均氣溫（含最高最低）、降水、日照、風(fēng)速、相對(duì)濕度等觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，季節(jié)的劃分按照3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季的劃分方式生成逐季序列。

1.2 研究方法

1.2.1 潛在蒸散量計(jì)算公式的選取 潛在蒸散量又稱參考作物蒸散量，是表征大氣蒸散能力，評(píng)價(jià)氣候干旱程度、植被耗水量、生產(chǎn)潛力以及水資源供需平衡的最重要的指標(biāo)之一[19-24]，在計(jì)算該數(shù)值的過程中選取使用世界糧農(nóng)組織(FAO)推薦使用的修正Penman-Monteinl方程[19]進(jìn)行本區(qū)域潛在蒸散量的計(jì)算，方程式如(1)所示。

ET0是潛在蒸散量，Rn是冠層表面凈輻射，冠層反射系數(shù)α取0.23；G是土壤熱通量，其數(shù)值在本文忽略不計(jì)[25]；T是日平均氣溫；es是飽和水汽壓；ea是實(shí)際水汽壓；△是飽和水汽壓－氣溫關(guān)系曲線在T處的切線斜率；γ是濕度計(jì)常數(shù)；U2是2 m高處的日平均風(fēng)速。

1.2.2 采用方法 采用趨勢(shì)方程、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)差、Morlet小波分析對(duì)白洋淀濕地的地標(biāo)干濕進(jìn)行季節(jié)、年代的變化分析[26-27]。按春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至2月）的季節(jié)劃分生成逐季序列，采用月平均統(tǒng)計(jì)得到逐年平均氣溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 趨勢(shì)變化分析

由表1可以看到，1972—2012年白洋淀濕地年平均潛在蒸散量為993.0mm。其中春季蒸散量為330.3mm，占全年蒸散量的33%；夏季蒸散量402.8mm，占全年的41%；秋季蒸散量181.1mm，占全年的18%；冬季蒸散量79.0mm，占全年的8%。夏季潛在蒸散量最大，其次是春季和秋季，冬季最少。

表1 白洋淀濕地潛在蒸散量變化統(tǒng)計(jì)表（1972—2012年）

對(duì)白洋淀濕地的年、各季潛在蒸散量進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)合圖1和表1可以看到，無論是年際還是各季節(jié)，白洋淀濕地的潛在蒸散量均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，年潛在蒸散量的趨勢(shì)變化為-22.5mm/10 a，各季節(jié)中，春季的趨勢(shì)變化最大，變化量為-9.5mm/10 a，冬季的趨勢(shì)變化最小，變化量為-0.5mm/10 a；在41年的時(shí)間序列中，白洋淀濕地的年變化量、春季變化量、秋季變化量隨時(shí)間的變化減少顯著，趨勢(shì)變化通過了99%的顯著性檢驗(yàn)，夏季和冬季的趨勢(shì)變化沒有通過任何的顯著性檢驗(yàn)；年潛在蒸散量的標(biāo)準(zhǔn)差最大，說明波動(dòng)幅度最大，各季節(jié)的變化過程中，夏季的波動(dòng)性最大，冬季的波動(dòng)性最小。

2.2 時(shí)間序列的突變分析

Mann-Kendall突變檢驗(yàn)簡(jiǎn)稱M-K法，是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，可分析時(shí)間序列資料的變化趨勢(shì)和突變點(diǎn)[26]。通過對(duì)白洋淀濕地年際與各季節(jié)潛在蒸散量的M-K檢驗(yàn)分析圖2發(fā)現(xiàn)，該濕地?zé)o論是年際還是各季均存在隨著時(shí)間變化的突變點(diǎn)。年際潛在蒸散量在1983年發(fā)生突變，在1988年突破-1.96（95%顯著性）的檢驗(yàn)線，下降趨勢(shì)顯著；春季潛在蒸散量在1977年發(fā)生突變過程，在1986年突破-1.96的檢驗(yàn)線，下降顯著，但隨著時(shí)間的變化于2009年又回歸到檢驗(yàn)線之內(nèi)；夏季在1986年發(fā)生突變，在1994年和2001年2次突破-1.96的檢驗(yàn)線，并與2001年后下降顯著；秋季在1987年發(fā)生突變，在1991年下降顯著；冬季在1984年發(fā)生突變，在1991—1997年間下降顯著。

圖1 白洋淀濕地潛在蒸散量變化趨勢(shì)圖（1972—2012年）

2.3 周期變化分析

在實(shí)際變化過程中，氣象要素并非單調(diào)遞增或者單調(diào)遞減，常常在波動(dòng)增減的基礎(chǔ)上疊加了不同的變化周期，因此，采用Morlet小波方法研究了近41年來白洋淀濕地潛在蒸散量的周期性變化特征，正值代表增加，負(fù)值代表減少。在圖3a可以看到，年潛在蒸散量存在8～10年的周期變化特征，在2010年左右潛在蒸散量進(jìn)入減少階段，該階段將延伸至2014—2015年左右；春季潛在蒸散量存在5～7年左右的變化周期，潛在蒸散量在2012年后將進(jìn)入增加階段，此階段的過程將維持3～4年；夏季存在準(zhǔn)8年左右的周期變化特征，該周期在2011年左右進(jìn)入減少階段，預(yù)計(jì)在2015年后進(jìn)入增加階段；秋季存在特征在20世紀(jì)90年代中期以前不明顯，在90年代后存在準(zhǔn)8年左右的振蕩周期，該周期在2008年左右進(jìn)入減少階段，在2012年后將進(jìn)入增加的階段；冬季存在準(zhǔn)10年的變化周期，在2007年左右進(jìn)入增加周期，預(yù)計(jì)在2012年后將進(jìn)入減少的周期。

3 結(jié)論

（1）白洋淀濕地多年潛在蒸散量的年平均為993.0mm，各季節(jié)中，夏季潛在蒸散量最大，冬季最少，41年來該濕地的潛在蒸散量呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，年潛在蒸散量的下降趨勢(shì)為-22.5mm/10 a，各季節(jié)中，春季的趨勢(shì)下降最大，變化量為-9.5mm/10 a，冬季的趨勢(shì)下降最小，變化量為-0.5mm/10 a，在各季節(jié)的變化過程中，夏季的波動(dòng)性最大，冬季的波動(dòng)性最小。

（2）白洋淀濕地的年際、各季潛在蒸散量均存在時(shí)間序列的突變過程，其中年際變化在1988年下降趨勢(shì)顯著，夏季在2001年下降趨勢(shì)顯著，秋季在1991年下降趨勢(shì)顯著；春季在1986—2009年下降趨勢(shì)顯著。冬季在1991—1997年下降趨勢(shì)顯著。

（3）白洋淀濕地的年際、各季潛在蒸散量隨時(shí)間的變化存在大小不同的周期變化特征，年潛在蒸散量存在8～10年的周期變化特征，春季潛在蒸散量存在5～7年左右的變化周期，夏季存在準(zhǔn)8年左右的周期變化特征，秋季在20世紀(jì)90年代后存在準(zhǔn)8年左右的周期特征，冬季存在準(zhǔn)10年的變化周期。

1972—2012年，白洋淀濕地的潛在蒸散量呈減少趨勢(shì)，尤其是在1988年后，其潛在蒸散量的年下降趨勢(shì)呈進(jìn)一步的減少狀態(tài)，這對(duì)白洋淀濕地的水土保持是一個(gè)可喜的結(jié)果，對(duì)該地區(qū)的生態(tài)建設(shè)有促進(jìn)的作用，本研究只分析了白洋淀濕地的潛在蒸散量的變化情況，對(duì)于濕地生態(tài)環(huán)境的其他要素的研究工作將在今后開展。

圖2 白洋淀濕地Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析圖（1972—2012年）

圖3 白洋淀濕地Morlet小波分析圖（1972—2012年）

參考文獻(xiàn)

[1]IPCC,IPCC ForthAssessmentReport(AR4)[M].Cambridge:Cambridge University press,2007:1-12.

[2]秦大河,陳振林,羅勇,等.氣候變化科學(xué)的最新認(rèn)知[J].氣候變化研究進(jìn)展,2007,3(2):63-73.

[3]丁一匯,任國玉,石廣玉,等.氣候變化國家評(píng)估報(bào)告(Ⅰ):中國氣候變化的歷史和未來趨勢(shì)[J].氣候變化研究進(jìn)展,2006,2(1):3-08.

[4]蔡運(yùn)龍,Smit B.全球氣候變化下中國農(nóng)業(yè)的脆弱性與適應(yīng)對(duì)策[J].地理學(xué)報(bào),1996,51(3):202-212.

[5]金之慶,方娟,葛道闊,等.全球氣候變化影響我國冬小麥生產(chǎn)之前瞻[J].作物學(xué)報(bào),1994,20(2):186-197.

[6]熊偉,林而達(dá),居輝,等.氣候變化的影響閾值與中國的糧食安全[J].氣候變化研究進(jìn)展,2005,1(2):84-87.

[7]鄭景云,葛全勝,郝志新.氣候增暖對(duì)我國近40年植物物候變化的影響[J].科學(xué)通報(bào),2002,47(20):1582-1587.

[8]沙萬英,邵雪梅,黃枚.20世紀(jì)80年代以來中國的氣候變暖及其對(duì)自然區(qū)域界限的影響[J].中國科學(xué),2002,32(4):317-326.

[9]張美玲,鹿翠華,張翠.近45年微山湖濕地周邊大氣濕度的變化特征[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2008.18:301-303.

[10]賈志軍,宋長春,王躍思,等.三江平原典型沼澤濕地蒸散量研究[J].氣候與環(huán)境研究,2007,12(4):496-502.

[11]羅磊.青藏高原濕地退化的氣候背景分析[J].濕地科學(xué),2005,3(3):190-199.

[12]沃曉棠,孫彥坤,玄明君,等.氣候變暖背景下扎龍濕地氣候變化特征[J].氣象科技,2011,39(1):38-43.

[13]李鳳霞,伏洋,楊瓊,等.環(huán)青海湖地區(qū)氣候變化及其環(huán)境效應(yīng)[J].資源科學(xué),2008,30(3):348-353.

[14]王芳,高永剛,姜春燕.黑龍江省七星河濕地近50年氣候變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(21):11563-11565.

[15]劉昌明,孫睿.土壤—植被—大氣系統(tǒng)水分能量平衡研究進(jìn)展[I].水科學(xué)進(jìn)展,1999,10(3):23-28.

[16]Peterson T C,Golubev V S,Groisman P Y.Evaporation losing its strength[J].Nature,1995,377:687-688.

[17]Liu C M,Zeng Y.Changes of pan evaporation in the recent 40 years in the Yellow River Basin[J].Water International,2004,29(4):5l0-516.

[18]Bmtsaert W,Parlange M B.Hydrologic cycle explains the evaporation paradox[J].Nature,1998,396:30.

[19]Allen R G,Pereira L S,Raes D,et al.Crop Evapotranspiration and Drainage Paper No.56[M].Rome:FAO,1998.

[20]任國玉,郭軍.中國水面蒸發(fā)量的變化[J].自然資源學(xué)報(bào),2006,2l(1):31-44.

[21]謝賢群,王菱.中國北方近50年潛在蒸發(fā)的變化[J].自然資源學(xué)報(bào),2007,22(5):683-691.

[22]高歌,陳德亮,任國玉,等.1956—2000年中國潛在蒸散量變化趨勢(shì)[J].地理研究,2006,25(3):378-387.

[23]毛飛,張光智,徐祥德.參考作物蒸散量的多種計(jì)算方法及其結(jié)果的比較[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2000,11(增刊):128-136.

[24]劉鈺,Pereira L S,Teixeira J L,等.參照騰發(fā)量的新定義及計(jì)算方法對(duì)比[J].水利學(xué)報(bào),1997(6):27-33.

[25]吳紹洪,尹云鶴,鄭度,等.近30年中國陸地表層干濕狀況研[J].中國科學(xué)D輯地球科學(xué),2005,35(3):276-283.

[26]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京:氣象出版社,1999:69-72.

[27]黃嘉佑.氣象統(tǒng)計(jì)與預(yù)報(bào)方法[M].北京:氣象出版社,2004:28-30.