開都河源區潛在蒸散量時間變化特征及氣候影響分析

鄧麗娟

（新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊830049）

開都河源區潛在蒸散量時間變化特征及氣候影響分析

鄧麗娟

（新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊830049）

潛在蒸散量（ET0）變化對水分循環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ET0，分析了ET0的時間演變規律，探討了影響該區域ET0的主導因子，主要結論如下：研究區ET0年內變化最大值出現在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；偏相關分析表明，溫度與相對濕度是影響研究區ET0的主導因子，其貢獻率分別為54.7%和26.02%。

ET0；變化特征；偏相關分析；開都河源區

引言

潛在蒸散量是實際蒸散量的理論上限，通常也是計算實際蒸散量的基礎，廣泛應用于氣候干濕狀況分析［1］、水資源合理利用和評價、生態環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中，潛在蒸散量是水資源評價關注的主要內容之一［2］。就氣候變化對水循環的影響而言，蒸散發的變化是一個不可忽視的影響因子。ET0既是水分循環的重要組成部分，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不受限制時，某一固定下墊面可能達到的最大蒸發蒸騰量。ET0在地球的大氣圈-水圈-生物圈中發揮著重要的作用，與降水共同決定區域干濕狀況，并且是估算生態需水和農業灌溉的關鍵因子［3］。

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

由于影響ET0的氣象因子眾多，不同地區特有的氣候特征將導致潛在蒸散的變化特征及其主導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，估算開都河源區多年ET0，分析源區近55a來ET0的時間變化規律，探討影響該區域ET0的主導因子。

1資料與方法

1.1數據來源

開都河源區代表站巴音布魯克氣象站（地理坐標43°02′N，84°09′E，海拔高程2458.0m）數據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、風速與日照時數，時間為1958～2012年。

1.2計算方法

目前，計算ET0的方法主要包括水平衡法、質量傳導法、輻射能量法、溫度估計法和Penman-Monteith綜合法［4］。FAO推薦的Penman-Monteith模型以能量平衡和水汽擴散理論為基礎，較全面地考慮了影響潛在蒸散的各種因素，得到廣泛運用，并且該模型在應用于濕潤和干旱等各種氣候條件地區時，都取得了較好效果，計算精度高于其他方法。該模型計算公式如下，此式為日潛在蒸散量計算公式：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，逐日計算時取0；γ—溫度表常數，kPa·℃-1；T—日均溫度，℃；u—2m處風速，m/s；es—空氣飽和水汽壓，kPa；ea—空氣實際水汽壓，kPa。

通過蒸散與氣象因子之間的偏相關分析進行氣候歸因的討論［5］。偏相關分析的基本原理是：在對其他變量影響進行控制的條件下，衡量多個變量中某2個變量之間的線性相關程度。在計算偏相關系數的過程中，需要同時有多個變量的數據，因為這樣既可以考慮多個變量之間可能產生的影響，又可在控制其他變量情況下，檢驗2個特定變量的相關關系：式中：R12，3—偏相關系數；βi—偏回歸系數；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，負值表示減小趨勢，變化趨勢的信度檢驗采用Mann-Kenda11趨勢檢測法，該方法廣泛應用于時間序列趨勢的非參數檢驗，置信水平達0.1的變化趨勢為顯著。

2結果分析

2.1ET0的時間變化

2.1.1年內變化

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

由表1可知，ET0年內變化趨勢呈單峰曲線形狀，最大值出現在7月，達到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檢驗結果。近55a來研究區ET0多年平均值為708.6mm，最大值出現在2004年，為783.8mm，最小值是1964年，為638.8mm；變異系數0.0395，小于0.1，為弱變異。Mann-Kenda11趨勢檢驗表明，近55a來開都河源區ET0呈上升趨勢，Mann-Kenda11檢驗統計量為4.12，表明ET0增加達到極顯著水平（通過1%的置信水平）；根據線性趨勢法，得到ET0的年變化率為0.65mm/a（如圖1所示），該方程相關系數為0.372，通過了1%的置信水平檢驗（r0.01=0.345）。

表2開都河源區1958～2012年ET0特征值及Mann-Kendall檢驗結果

圖1開都河源區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系

根據巴音布魯克氣象站1958～2012年的逐年氣溫、日照時數、風速、相對濕度和ET0數據，對其進行相關分析（結果見表3）。

表3相關系數計算

由表3可知，日照時數對ET0的影響最大（偏相關系數r=0.5354），相對濕度次之（偏相關系數r=0.4746），日最高溫度影響最弱（偏相關系數r=0.044），日照時數、相對濕度、風速、日最低溫度與日均溫度因素均通過了顯著性為0.01的統計檢驗，表明是影響ET0的主要氣候因素。

上述影響因素對ET0的貢獻率計算結果見表4。

表4標準回歸系數

由表4可知，溫度（包括日均與日最低溫度）為第一主導因子，貢獻率為54.7%；相對濕度的貢獻率為26.02%，為第二主導因子；風速貢獻率為15.14%，日照時數的貢獻率為15.14%。

2.2.2潛在蒸散量對氣象要素的響應

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

經檢驗，回歸方程相關系數為0.849，F=10.28，通過顯著性水平為0.01的檢驗，說明方程及各因素的方程貢獻是顯著的。

3結論與建議

3.1結論

本文基于FAO推薦的Penman-Monteith公式和氣象資料，估算了開都河源區的ET0，在對ET0的時間變化特征進行分析的基礎上，定量探討了開都河源區影響ET0變化的主導因素，得到如下結論：

（1）研究區ET0年內變化趨勢呈單峰曲線形狀，最大值出現在7月，達到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檢驗統計量為4.12，表明ET0增加達到極顯著水平；ET0年變化率為0.65mm/a，通過了1%的置信水平檢驗。

（3）偏相關分析表明，日照時數、相對濕度、風速、日最低溫度與日均溫度是影響研究區ET0的主要因素。

（4）通過分析主要氣象因素對ET0的貢獻率，發現溫度（包括日均與日最低溫度）為第一主導因子，貢獻率為54.7%；相對濕度為第二主導因子，貢獻率為26.02%；風速貢獻率為15.14%，日照時數的貢獻率最小，為15.14%。

3.2建議

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

（2）本文在分析影響ET0的氣象要素時選取了平均氣溫、日照時數、日均風速、相對濕度等因子進行了分析，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］.地理學報，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年我國潛在蒸散時空演變的歸因［J］.科學通報，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年東北林區森林植被NDVI與水熱條件的相關分析［J］.生態學雜志，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。