近70年揚州城區蒸發能力變化趨勢的研究

王永東劉海婧趙紅寶張曉影徐 明周 斌

近70年揚州城區蒸發能力變化趨勢的研究

王永東1劉海婧1趙紅寶2張曉影1徐 明1周 斌3

一、引言

揚州市位于江蘇省中部，地處江淮流域下游，涉及兩大流域六個水系，地形特征差異明顯，地勢總體低平，區域內河湖交錯，水網縱橫。氣候為亞熱帶濕潤氣候區，年平均氣溫14.80℃，年平均降水量為1020mm。隨著揚州市工業化、城市化的高速發展，揚州市水災害、水環境、水生態等方面的問題日益突出。蒸發量的分析研究，對探討水分循環變化規律、深入了解全球氣候變暖和水資源配置特性、指導防汛抗旱和工農業生產具有重要意義。近年來，在全球氣候變暖的背景下，水資源區域性分布發生了一系列變化，通過對揚州城區蒸發能力的研究，進一步了解有蒸發資料的時間序列中水資源蒸發消散規律。蒸發能力是指充分供水條件下的陸面蒸發量，蒸發能力這個指標可由水面蒸發來反映。本文以揚州六閘站為代表站，綜合分析當地1950～2015年間長序列降雨、蒸發資料，研究揚州城區蒸發能力的變化趨勢及其影響因素。

二、資料處理

揚州地區僅有六閘、月塘水庫2個蒸發站，其中，六閘站位于高寶湖區，蒸發量觀測始于1950年并延續至今，可代表揚州城區蒸發情況；月塘水庫站位于儀六區，1987年始設蒸發量觀測項目，1997年暫停，后又恢復觀測。由于月塘水庫資料系列短，且有停測中斷，故本文不進行分析。

揚州六閘站地處揚州市江都區邵伯鎮，位于東經 119°30′，北緯 32°31′，1917年設。蒸發量于1950～1964年、1977～1979年采用Φ80套盆式蒸發器，其余年份為E601型蒸發器。該蒸發站有同步觀測的雨量資料，降水量主要由自記雨量計獲取。年度降水和月度蒸發資料來源為江蘇省水文水資源勘測局揚州分局。

由于E601型蒸發器可更好地對天然水體水面蒸發進行模擬，為方便分析比較蒸發量隨時間的變化，不同類型蒸發器的觀測值需統一折算到E601型號上。折算依據：六閘站在1982～1993年連續 12年同時采用E601蒸發器和Ф80套盆式蒸發器進行蒸發量觀測，計算出六閘E601型與Ф80套盆式逐月蒸發折算系數和年蒸發折算系數。

三、研究方法

1.氣候傾向率

氣候傾向率表示氣候要素每10a的變化率，反應某一氣候變量隨著時間的變化趨勢，氣候變量與對應時間之間建立一元線性回歸方程，見公式（1）。

式中：xi—樣本量為n的某一氣候變量；

ti—i所對應的時間；

a—回歸常數；

b—回歸系數，b×10表示氣候傾向率，b的符號代表氣候變量x的趨勢，b值表示氣候要素上升或減少的趨勢。

2.突變分析

氣候突變是氣候變化過程中從一種穩定態（或穩定的持續變化趨勢）跳躍式的轉變到另一種穩定態（或穩定的持續變化趨勢），常用氣候要素累積距平曲線來確定，見公式（2）。

式中：（zi-）—標準化距平值；

C（t）—突變年為累積最大值所對應的年份。

每個轉折年的信噪比（S/N）的計算，可檢驗出轉折年是否達到氣候突變的標準，見公式（3）。

3.干旱指數

干旱指數是反映水分狀況的核心指標，作為氣候干濕程度的指標來反映氣候的變化狀況。在氣候學上一般以年蒸發能力與年降水量之比表示，即I=E0/P，式中I為干旱指數；E0為年蒸發能力；P為年降水量。由于年蒸發能力與E601蒸發器測得的蒸發量存在線性相關，故本次干旱指數采用年水面蒸發量與年降水量的比值。

四、結果分析

1.年際變化有下降趨勢

1950～2015年，蒸發量氣候傾向率為-59.3mm/10a，說明過去近70a間蒸發量減少了391.4mm。該階段年蒸發量為1009.6mm，最大蒸發量為發生在1953年的1445.7mm；最小蒸發量為發生在1999年的759.0mm；最大蒸發量是最小蒸發量的1.9倍，是年平均蒸發量的1.4倍。

揚州城區年際蒸發量的減少趨勢與全國其他地方的研究是一致的。申雙和等2008年發現中國年平均氣溫每10a增加0.2℃，而年蒸發量卻以-34.12mm/（10a）的趨勢遞減。也有研究發現，江蘇省、揚泰地區1980年后蒸發量有較大幅度減少。謝賢群等2007年也發現，潛在蒸發和蒸發皿蒸發在中國北方20世紀50年代以來皆呈波動性下降趨勢。買苗等2015年利用江蘇地區43個氣象站53年蒸發皿的資料，研究表明江蘇省年蒸發量平均10a減少18.6mm。

2.季節變化不均勻

揚州城區蒸發量年內季節性分配具有很大的差異性。主要為夏季高溫，蒸發量最大，占全年平均蒸發量的39.8%；冬季溫度低，蒸發量最小，占全年平均蒸發量的10.1%；春季秋季蒸發量居中，各占26.9%與23.3%，說明夏季蒸發對水循環有著重要的作用。7、8月份蒸發量最大，占全年平均蒸發量的14.0%左右；1月份蒸發量最小，占全年平均蒸發量的2.8%；汛期（5～9月）蒸發量比較集中，占全年平均蒸發量的61.3%。

季蒸發量變化存在差異，表現為春、夏、秋季氣候傾向率皆為負值，分別 為 -110.9mm/10a、-432.0mm/10a、-26.0mm/10a；冬季的氣候傾向率為正值（30.3mm/10a）。從線性相關性來看，春、夏、秋、冬季相關系數分別為0.65、0.90、0.23、0.20。說明秋冬季蒸發量隨時間變化性不強，年蒸發量的減少主要是由春夏兩季的減少而造成，而秋冬季影響較小。

圖1 年蒸發量變化曲線圖

圖2 季度蒸發量年代變化圖

圖3 5年滑動平均干旱指數變化曲線圖

3.蒸發量變化存在突變性

經計算1983年的年蒸發量距平的絕對最大值。1983年為蒸發量轉折年，1983年前蒸發量偏多，1983年后蒸發量變少。為了檢驗該轉折年是否達到氣候突變的標準，對此進行了信噪比計算，結果為信噪比2.52＞1，故1983年為蒸發量突變年份。

4.由半濕潤區逐漸變成濕潤區

多年干旱指數滑動平均見圖3，揚州城區干旱指數介于0.78～1.65之間，地區干旱指數小于1為濕潤區、1～2為半濕潤區，該地區時間尺度上可分為濕潤區和半濕潤區。揚州城區水資源狀況不斷處于波動變化中，1950～1996年，干旱指數大體大于1，可劃分為半濕潤區；1996年以后，干旱指數皆小于1，可劃分為濕潤區。說明1996年以后揚州城區水資源狀況比較充沛，該地區從半濕潤區逐步變為濕潤區。

在過去的50～60年里，工業污染所帶來的溫室效應造成全球變暖，全球平均氣溫每10年上升0.15℃，人們預想全球變暖會使空氣干燥，陸地上的水體蒸發增加。相反，許多地區的蒸發都有明顯的下降，因此氣候變暖不會直接影響到蒸發。國內有大量關于蒸發量變化的研究，認為太陽總輻射下降是導致蒸發量降低的主要因素。謝賢群等2007年分析表明，空氣濕度增加、人類對能源的消耗導致太陽總輻射到達地面不斷減少，而太陽總輻射的下降可導致蒸發逐年降低。曾燕等2007年研究表明，日照百分率下降導致太陽總輻射減少，從而導致蒸發量不斷下降。在高速經濟發展的進程中，大氣污染顆粒物濃度不斷增加，大氣污染與特定氣候條件相互作用形成大量的霧霾天氣，造成陽光的散射，使日照強度不斷降低，在很大程度上減少水份的蒸發。其他的研究發現日照時數、風速、氣溫日較差等也是影響蒸發量變化的因素。蒸發量的變化是多種環境因素共同作用造成的，任何單一的環境因子都不能反映蒸發量的變化趨勢，應加強各個環境因子與蒸發量變化相關性的研究。

五、結論

通過六閘站66年連續降雨和蒸發的實測資料，分析六閘站蒸發量年際、年內變化以及干旱指數特征趨勢，掌握該地區的降雨和蒸發特性，主要得出以下結論：

1.揚州城區蒸發的氣候傾向率-59.3mm/10a，蒸發量的年際變化呈下降趨勢，70年間減少了391.4mm。年際變化特征是從20世紀50年代到21世紀初期緩慢下降，21世紀10年代以后小幅度波動增加，是否為線性增加還是周期性波動，還需要進一步分析。

2.揚州城區蒸發的季節性變化，7、8月份最大，1月份最小，夏季最大，冬季最小，蒸發主要集中在汛期（5～9月）。年蒸發量的減少主要是春季和夏季兩個季節的蒸發減少引起的，秋季和冬季影響較小。

3.揚州城區蒸發量的突變年份為1983年，1983年前蒸發量逐漸升高，1983年后蒸發量逐漸降低。

4.揚州城區干旱指數的變化呈現出下降的趨勢，自1996年以來已經表現出從半濕潤向濕潤氣候的轉變的信號，是否為一個世紀或更長時期的氣候轉型亦或是氣候波動，仍需進行更加深入的分析研究。

5.不同地形及土地利用方式下蒸發量變化存在差異，揚州地區蒸發站總數偏少，里下河腹部區、儀六區、通南沿江區蒸發站站網布設有待進一步完善■

（作者單位：1.江蘇省水文水資源勘測局揚州分局 225000 2.揚州市邗江區槐泗鎮政府招商辦 225115 3.遼寧省氣象科學研究所 110166）