影響一般氣象站蒸發(fā)量的主要?dú)庀笠蜃臃治?/h1>
2019-10-21 09:19:03薛淑琴趙曉英
農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2019年3期
薛淑琴 趙曉英
摘要 ?對(duì)影響錫林郭勒盟6個(gè)一般氣象站20 cm直徑小型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)氣象因子進(jìn)行分析。選取錫林郭勒盟6個(gè)一般氣象站30年（1981—2010年）日平均氣溫、日平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、日平均相對(duì)濕度，運(yùn)用相關(guān)分析、逐步回歸等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，建立一般氣象站蒸發(fā)量計(jì)算的多元線(xiàn)性回歸模型方程。結(jié)果表明，日蒸發(fā)量與日均氣溫、日均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。采用6個(gè)一般氣象站2011—2012年逐日觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)回代蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式，得出日平均蒸發(fā)估算值是實(shí)際蒸發(fā)量的0.9倍，說(shuō)明此經(jīng)驗(yàn)公式配上適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，適用于錫林郭勒盟一般氣象站停止小型蒸發(fā)觀(guān)測(cè)后蒸發(fā)量的理論估算值計(jì)算，為地方氣象服務(wù)提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞蒸發(fā)量;氣象因子;相關(guān)系數(shù);回歸分析
中圖分類(lèi)號(hào)：P426.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-3305（2019）03-076-02
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.03.031
蒸發(fā)是自然界水循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)重要基本環(huán)節(jié)[1]，既是地表熱量平衡、水量平衡的組成部分，又是決定天氣與氣候條件的重要因子[2]。蒸發(fā)量一直是水資源評(píng)價(jià)、水文研究、水利工程設(shè)計(jì)和氣候區(qū)劃的重要參考指標(biāo)，可以作為一個(gè)地區(qū)評(píng)判干旱級(jí)別的參考依據(jù)，為今后綜合評(píng)述某一地區(qū)氣候特點(diǎn)，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境對(duì)比數(shù)據(jù)提供依據(jù)。因此進(jìn)行蒸發(fā)量的研究，對(duì)深入了解氣候變化規(guī)律及探討氣候變化的原因具有十分重要的意義。按照中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)規(guī)定，自2014年1月1日起全國(guó)一般氣象站停止小型蒸發(fā)觀(guān)測(cè)。為滿(mǎn)足今后社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)氣象服務(wù)的需求，為地方政府引進(jìn)重大建設(shè)項(xiàng)目提供資料的完整性，彌補(bǔ)一般氣象站在蒸發(fā)量停止觀(guān)測(cè)后資料的空缺，深入了解和分析蒸發(fā)量對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)開(kāi)展相關(guān)研究意義重大[3]。為此，筆者主要分析了影響蒸發(fā)量的相關(guān)氣象要素，研究出一般氣象站蒸發(fā)量的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。
1資料與方法
選用錫林郭勒盟的烏拉蓋、蘇尼特右旗、鑲黃旗、正鑲白旗、太仆寺旗、正藍(lán)旗6個(gè)一般氣象站30年（1981—2010年）日均氣溫、日均風(fēng)速、日均相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)觀(guān)測(cè)資料，運(yùn)用相關(guān)分析研究影響一般氣象站蒸發(fā)量的氣象因子的相關(guān)性，通過(guò)運(yùn)用逐步回歸剔除影響不大的因子，建立一般氣象站蒸發(fā)量計(jì)算的多元線(xiàn)性回歸模型方程，回代2011—2012年氣象資料確定修正系數(shù)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)2013年蒸發(fā)量進(jìn)行檢驗(yàn)。
2結(jié)果與分析
2.1影響蒸發(fā)的氣象因素
影響蒸發(fā)的因素有溫度、濕度、液體的表面積、液體表面上方的空氣流動(dòng)速度、光照強(qiáng)度等，通常情況下：溫度越高，蒸發(fā)越快;液體面積越大，蒸發(fā)速度越快，氣象上小型蒸發(fā)量是固定20 cm口徑的蒸發(fā)量，故不考慮表面積的影響;空氣流動(dòng)速度快，通風(fēng)好，蒸發(fā)就越快。因此，該研究把氣溫、風(fēng)速、日照、相對(duì)濕度納為影響蒸發(fā)量變化的主要因子，其他氣象要素也有一定影響，但在以后運(yùn)用過(guò)程中會(huì)逐步完善。
2.2相關(guān)系數(shù)的計(jì)算
利用SPSS軟件建立蒸發(fā)量與氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)矩陣，求得五者間的相關(guān)系數(shù)（表1）。
以上系數(shù)均通過(guò)0.05顯著水平檢驗(yàn)。從日蒸發(fā)量與影響因素的相關(guān)分析可以看出，日蒸發(fā)量與日均氣溫、日均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。其中日蒸發(fā)量與日平均氣溫相關(guān)系數(shù)最大，其次為日照時(shí)數(shù)，與日均風(fēng)速相關(guān)系數(shù)最小。
2.3建立多元線(xiàn)性回歸模型
利用SPSS軟件能夠很好地進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析的復(fù)雜計(jì)算。設(shè)因變量為日蒸發(fā)量（y），自變量（x）為各氣象因子，并分別做各因子與y的散點(diǎn)圖（圖1），基本都在-2～2區(qū)間內(nèi)，二者符合線(xiàn)性規(guī)律，故對(duì)y進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析 （表2） 。
利用偏回歸系數(shù)，建立自變量各氣象因子（x）與因變量日蒸發(fā)量（y）的多元回歸方程：
對(duì)上述方程進(jìn)行多元回歸的假設(shè)性檢驗(yàn)。首先，對(duì)方程的擬合度進(jìn)行檢驗(yàn)。用SPSS軟件做出自變量因子的R值為0.972，此值幾乎接近于1，說(shuō)明方程的擬合度很好。其次，對(duì)回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，設(shè)顯著性水平α=0.05，P值=0<α=0.05，由此可知建立的線(xiàn)性回歸方程是顯著的。最后，對(duì)方程的系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)。由表2可知，Sig.=0<0.05，說(shuō)明方程系數(shù)間存在顯著性關(guān)系。
對(duì)上述方程未進(jìn)行最優(yōu)子集的最終選擇，但該模型符合假設(shè)性檢驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)日蒸發(fā)量有一定的預(yù)報(bào)意義。
2.4回歸模型方程的檢驗(yàn)
為進(jìn)一步說(shuō)明模型方程的有效性，選取錫林郭勒盟6個(gè)一般站2011—2012年逐日日均氣溫（x1）、日均風(fēng)速（x2）、日照時(shí)數(shù)（x3）作為自變量，代入多元線(xiàn)性回歸模型中，計(jì)算出理論日蒸發(fā)量值求取年蒸發(fā)量，并與實(shí)際測(cè)得的年蒸發(fā)量值相比較，得出年平均蒸發(fā)估算值是實(shí)際蒸發(fā)值的0.9倍。通過(guò)對(duì)逐日蒸發(fā)量實(shí)際測(cè)量值與多元線(xiàn)性回歸模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比得知，日蒸發(fā)量較小時(shí)次模擬數(shù)值與實(shí)況有出入，出現(xiàn)正負(fù)偏差，這可能與導(dǎo)致日蒸發(fā)量小的影響氣象因子相對(duì)復(fù)雜有關(guān)，日蒸發(fā)量較大時(shí)次模擬效果較好。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，日蒸發(fā)量越大，擬合值的合格率最高，模擬效果越好。另外，研究結(jié)果顯示在建立回歸模型前引進(jìn)的氣象因子存在一定的局限性，導(dǎo)致模型預(yù)報(bào)有偏差，但總體效果尚好，方法可行。對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程中所涉及的各種相關(guān)氣象要素，在今后的研究中有待進(jìn)一步探討。
為了證明經(jīng)驗(yàn)公式的可用性，利用錫林郭勒盟6個(gè)一般站2013年逐日數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了檢驗(yàn)（表3），平均擬合率達(dá)到96%，只有個(gè)別蒸發(fā)量存在一定差值，其中不排除人為操作因素而引起的日照和實(shí)測(cè)蒸發(fā)量觀(guān)測(cè)存在的誤差，因此回歸模型方程信用程度仍然是很高的。
3結(jié)論與討論
自2014年1月1日起全國(guó)一般觀(guān)測(cè)站停止蒸發(fā)觀(guān)測(cè)，而當(dāng)?shù)貧庀蠓?wù)中要經(jīng)常使用年蒸發(fā)量，經(jīng)過(guò)研究分析計(jì)算出一般氣象站年蒸發(fā)量，使氣象部門(mén)擺脫了在為地方服務(wù)中不能提供蒸發(fā)數(shù)據(jù)的尷尬局面。該研究可以應(yīng)用到實(shí)際工作中，也可用于尚未設(shè)置蒸發(fā)觀(guān)測(cè)項(xiàng)目的區(qū)域自動(dòng)站蒸發(fā)量的計(jì)算，對(duì)于氣象部門(mén)使用連續(xù)、有效的蒸發(fā)氣象數(shù)據(jù)起到訂正和“補(bǔ)缺”的作用，也為水利和環(huán)境部門(mén)研究水、陸面蒸發(fā)等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)[4]。通過(guò)以上分析得出結(jié)果如下：
（1）蒸發(fā)與各氣象要素存在密切關(guān)系，通過(guò)逐步剔除不顯著因子，確定主要相關(guān)因子，表明日蒸發(fā)量與日均氣溫、日均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。
（2）通過(guò)SPSS軟件計(jì)算各統(tǒng)計(jì)數(shù)值建立起多元線(xiàn)性回歸模型，此經(jīng)驗(yàn)公式配上適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，適用于錫林郭勒盟6個(gè)一般氣象站停止小型蒸發(fā)觀(guān)測(cè)蒸發(fā)量的理論估算值計(jì)算，為地方氣象服務(wù)提供依據(jù)。另外，此回歸模型所引進(jìn)的氣象因子存在一定的局限性。導(dǎo)致模型預(yù)報(bào)有偏差，但總體效果尚好，方法可行。對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程中所涉及的各種相關(guān)氣象要素，在今后的研究中有待進(jìn)一步探討。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡微.淺談特殊雨情下E-601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量計(jì)算[J].陜西水利，2011（5）：45-46.
[2] 楊秀芹.蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化及其研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008（5）：1494-1498.
[3] 楊晶，董祝雷，孟玉婧.內(nèi)蒙古小型與E601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量折算系數(shù)分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2018（5）：33-36.
[4] 段旭.預(yù)報(bào)因子選取及方程建立人機(jī)交互平臺(tái)[J].氣象，2010，36（11）：120-125.
責(zé)任編輯：鄭丹丹
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薛淑琴 趙曉英
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關(guān)鍵詞蒸發(fā)量;氣象因子;相關(guān)系數(shù);回歸分析
中圖分類(lèi)號(hào)：P426.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-3305（2019）03-076-02
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1資料與方法
選用錫林郭勒盟的烏拉蓋、蘇尼特右旗、鑲黃旗、正鑲白旗、太仆寺旗、正藍(lán)旗6個(gè)一般氣象站30年（1981—2010年）日均氣溫、日均風(fēng)速、日均相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)觀(guān)測(cè)資料，運(yùn)用相關(guān)分析研究影響一般氣象站蒸發(fā)量的氣象因子的相關(guān)性，通過(guò)運(yùn)用逐步回歸剔除影響不大的因子，建立一般氣象站蒸發(fā)量計(jì)算的多元線(xiàn)性回歸模型方程，回代2011—2012年氣象資料確定修正系數(shù)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)2013年蒸發(fā)量進(jìn)行檢驗(yàn)。
2結(jié)果與分析
2.1影響蒸發(fā)的氣象因素
影響蒸發(fā)的因素有溫度、濕度、液體的表面積、液體表面上方的空氣流動(dòng)速度、光照強(qiáng)度等，通常情況下：溫度越高，蒸發(fā)越快;液體面積越大，蒸發(fā)速度越快，氣象上小型蒸發(fā)量是固定20 cm口徑的蒸發(fā)量，故不考慮表面積的影響;空氣流動(dòng)速度快，通風(fēng)好，蒸發(fā)就越快。因此，該研究把氣溫、風(fēng)速、日照、相對(duì)濕度納為影響蒸發(fā)量變化的主要因子，其他氣象要素也有一定影響，但在以后運(yùn)用過(guò)程中會(huì)逐步完善。
2.2相關(guān)系數(shù)的計(jì)算
利用SPSS軟件建立蒸發(fā)量與氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)矩陣，求得五者間的相關(guān)系數(shù)（表1）。
以上系數(shù)均通過(guò)0.05顯著水平檢驗(yàn)。從日蒸發(fā)量與影響因素的相關(guān)分析可以看出，日蒸發(fā)量與日均氣溫、日均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。其中日蒸發(fā)量與日平均氣溫相關(guān)系數(shù)最大，其次為日照時(shí)數(shù)，與日均風(fēng)速相關(guān)系數(shù)最小。
2.3建立多元線(xiàn)性回歸模型
利用SPSS軟件能夠很好地進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析的復(fù)雜計(jì)算。設(shè)因變量為日蒸發(fā)量（y），自變量（x）為各氣象因子，并分別做各因子與y的散點(diǎn)圖（圖1），基本都在-2～2區(qū)間內(nèi)，二者符合線(xiàn)性規(guī)律，故對(duì)y進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析 （表2） 。
利用偏回歸系數(shù)，建立自變量各氣象因子（x）與因變量日蒸發(fā)量（y）的多元回歸方程：
對(duì)上述方程進(jìn)行多元回歸的假設(shè)性檢驗(yàn)。首先，對(duì)方程的擬合度進(jìn)行檢驗(yàn)。用SPSS軟件做出自變量因子的R值為0.972，此值幾乎接近于1，說(shuō)明方程的擬合度很好。其次，對(duì)回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，設(shè)顯著性水平α=0.05，P值=0<α=0.05，由此可知建立的線(xiàn)性回歸方程是顯著的。最后，對(duì)方程的系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)。由表2可知，Sig.=0<0.05，說(shuō)明方程系數(shù)間存在顯著性關(guān)系。
對(duì)上述方程未進(jìn)行最優(yōu)子集的最終選擇，但該模型符合假設(shè)性檢驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)日蒸發(fā)量有一定的預(yù)報(bào)意義。
2.4回歸模型方程的檢驗(yàn)
為進(jìn)一步說(shuō)明模型方程的有效性，選取錫林郭勒盟6個(gè)一般站2011—2012年逐日日均氣溫（x1）、日均風(fēng)速（x2）、日照時(shí)數(shù)（x3）作為自變量，代入多元線(xiàn)性回歸模型中，計(jì)算出理論日蒸發(fā)量值求取年蒸發(fā)量，并與實(shí)際測(cè)得的年蒸發(fā)量值相比較，得出年平均蒸發(fā)估算值是實(shí)際蒸發(fā)值的0.9倍。通過(guò)對(duì)逐日蒸發(fā)量實(shí)際測(cè)量值與多元線(xiàn)性回歸模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比得知，日蒸發(fā)量較小時(shí)次模擬數(shù)值與實(shí)況有出入，出現(xiàn)正負(fù)偏差，這可能與導(dǎo)致日蒸發(fā)量小的影響氣象因子相對(duì)復(fù)雜有關(guān)，日蒸發(fā)量較大時(shí)次模擬效果較好。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，日蒸發(fā)量越大，擬合值的合格率最高，模擬效果越好。另外，研究結(jié)果顯示在建立回歸模型前引進(jìn)的氣象因子存在一定的局限性，導(dǎo)致模型預(yù)報(bào)有偏差，但總體效果尚好，方法可行。對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程中所涉及的各種相關(guān)氣象要素，在今后的研究中有待進(jìn)一步探討。
為了證明經(jīng)驗(yàn)公式的可用性，利用錫林郭勒盟6個(gè)一般站2013年逐日數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了檢驗(yàn)（表3），平均擬合率達(dá)到96%，只有個(gè)別蒸發(fā)量存在一定差值，其中不排除人為操作因素而引起的日照和實(shí)測(cè)蒸發(fā)量觀(guān)測(cè)存在的誤差，因此回歸模型方程信用程度仍然是很高的。
3結(jié)論與討論
自2014年1月1日起全國(guó)一般觀(guān)測(cè)站停止蒸發(fā)觀(guān)測(cè)，而當(dāng)?shù)貧庀蠓?wù)中要經(jīng)常使用年蒸發(fā)量，經(jīng)過(guò)研究分析計(jì)算出一般氣象站年蒸發(fā)量，使氣象部門(mén)擺脫了在為地方服務(wù)中不能提供蒸發(fā)數(shù)據(jù)的尷尬局面。該研究可以應(yīng)用到實(shí)際工作中，也可用于尚未設(shè)置蒸發(fā)觀(guān)測(cè)項(xiàng)目的區(qū)域自動(dòng)站蒸發(fā)量的計(jì)算，對(duì)于氣象部門(mén)使用連續(xù)、有效的蒸發(fā)氣象數(shù)據(jù)起到訂正和“補(bǔ)缺”的作用，也為水利和環(huán)境部門(mén)研究水、陸面蒸發(fā)等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)[4]。通過(guò)以上分析得出結(jié)果如下：
（1）蒸發(fā)與各氣象要素存在密切關(guān)系，通過(guò)逐步剔除不顯著因子，確定主要相關(guān)因子，表明日蒸發(fā)量與日均氣溫、日均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。
（2）通過(guò)SPSS軟件計(jì)算各統(tǒng)計(jì)數(shù)值建立起多元線(xiàn)性回歸模型，此經(jīng)驗(yàn)公式配上適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，適用于錫林郭勒盟6個(gè)一般氣象站停止小型蒸發(fā)觀(guān)測(cè)蒸發(fā)量的理論估算值計(jì)算，為地方氣象服務(wù)提供依據(jù)。另外，此回歸模型所引進(jìn)的氣象因子存在一定的局限性。導(dǎo)致模型預(yù)報(bào)有偏差，但總體效果尚好，方法可行。對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程中所涉及的各種相關(guān)氣象要素，在今后的研究中有待進(jìn)一步探討。
參考文獻(xiàn)
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[3] 楊晶，董祝雷，孟玉婧.內(nèi)蒙古小型與E601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量折算系數(shù)分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2018（5）：33-36.
[4] 段旭.預(yù)報(bào)因子選取及方程建立人機(jī)交互平臺(tái)[J].氣象，2010，36（11）：120-125.
責(zé)任編輯：鄭丹丹
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