近50年廣西蒸發量與太陽輻射關系分析

郭 媛，陳貽亮，何 寬

（1.廣西區防雷中心，南寧 530022；2.廣西梧州市氣象局，廣西 梧州 543002）

引 言

蒸發皿蒸發量作為反映蒸發能力的指標，受輻射、氣溫、濕度、風速等多種要素的影響，且這些要素作用機理復雜，全球許多地區觀測的蒸發皿蒸發量都表現為穩定的下降趨勢，對其成因的探求一直是科學界致力解決的問題之一。Michael［1］根據全球溫度日較差變小的統計結果，得出太陽輻射量是影響蒸發量的關鍵因子，太陽輻射量降低，蒸發量也隨之減少［2］。同時，不少研究表明，在1960到1990年的30年時間里，地表太陽輻射量正在不斷下降。

本文統計廣西區氣象站點觀測數據，計算太陽輻射量，綜合分析蒸發量和太陽輻射變化之間的關系，為合理開發使用廣西區內水資源、太陽能等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源與處理

根據收集的區內92個氣象觀測站的資料，提取20cm口徑蒸發皿蒸發量和日照時數，時段從1961年到2010年。

參考廣西區氣候中心資料，遵循氣候相似性和差異性原則，將全區站點劃分為桂南、桂中和桂北地區（圖略）。

1.2 方法

1.2.1 太陽輻射的計算

太陽輻射R1的計算方法如下：

經驗系數A、B取值為0.15和0.5，S為太陽輻射的單位矢量。R0天文總輻射計算方法如下：

上式（2）：R0是天文輻射日總量（單位為：MJ·m-2·d-1）；T0是一天的周期 （單位為：86400s）；I0是太陽常數（單位為：0.1367×10-2MJ·m-2·s-1）；ρ 是日地相對距離（單位為：km）；ω0是日落時角（rad）；φ 是地理緯度；δ是太陽赤緯（rad）。

1.2.2 分析方法

（1）Mann-Kendall 非參數檢驗方法

該文使用Mann—Kendall非參數檢驗方法，對時間序列變化趨勢的顯著性進行檢驗［3］。當統計變量趨勢值MK＞0時，表示統計值呈上升趨勢；MK＜0時，表示統計值呈下降趨勢；MK＝0時，表示統計值呈現不波動趨勢［4］。

（2）相關分析法

根據全區蒸發皿蒸發量和太陽輻射數據，分別處理上述數據在年際、季節變化方面的Pearson相關系數R，以此分析蒸發量和太陽輻射二者在年際、季節變化上的相關性，以及在時空分布上是否存在一定關聯。

（3）回歸分析法

采用線性回歸分析法來擬合蒸發量和時間變化的關系、太陽輻射和時間變化的關系，建立兩者的回歸模型，計算決定系數R2，用模型檢驗結果的顯著性水平（即Sig.值），模型是否有顯著的統計意義。

2 結果分析

2.1 廣西近50年來20cm口徑蒸發皿蒸發量的變化特征

2.1.1 20cm口徑蒸發皿蒸發量年際變化

統計得出全區實測20cm口徑蒸發皿蒸發量年均值，近50年來蒸發量的年際變化總體呈下降趨勢（圖 1），氣候變化率為-2.9173mm·a-1，通過 0.01 置信度檢驗。

全區蒸發量主要集中在1960年到1980年，之后呈明顯下降趨勢，減少幅度為-29.173mm·（10a）-1（通過0.01顯著性水平檢驗）。

從蒸發量年際變化MK趨勢圖看（圖略），桂北和桂中蒸發量變化曲線和全區變化曲線趨勢吻合度較高；桂南的蒸發能力最強，蒸發量變化曲線處于其他區域變化曲線之上，但蒸發量下降趨勢沒有桂北和桂中地區明顯，下降幅度也不及其他地區大。

分析蒸發量變化MK趨勢值分布圖 （圖略），全區蒸發量變化趨勢具有明顯減少的特點。桂北地區存在顯著減少趨勢的站點多于桂南。

圖1 廣西20cm口徑蒸發皿蒸發量變化趨勢圖

2.1.2 20cm口徑蒸發皿蒸發量的季節變化

全區季節蒸發量變化趨勢MK統計檢驗結果顯示（圖2-圖3，全區蒸發量在季節變化方面呈現十分明顯的下降趨勢，除桂南的秋冬兩季和桂北的秋季，均通過99%的置信度檢驗。除秋季外，全區的蒸發量在其他三季均為顯著減少趨勢。

圖2 廣西20cm口徑蒸發皿蒸發量季節變化MK趨勢值

圖3 廣西20cm口徑蒸發皿蒸發量變化MK趨勢分布圖（春季）

2.2 廣西近50年來太陽輻射的變化特征

2.2.1 太陽輻射年際變化

分析廣西全區太陽輻射量變化 （圖4），20世紀60年代，全區太陽輻射量最大，在多年均值以上平穩波動變化；70、80年代，太陽輻射在多年均值上下變化，從20世紀80年代后期開始，太陽輻射量呈現顯著減少趨勢，其氣候變化速率為-4.43MJ·m-2·（10a）-1。 在 1990年前， 太陽輻射在多年均值2031.03MJ·m-2·a-1附近上下波動，呈平緩下降趨勢；從90年代中期開始，太陽輻射就在多年均值以下顯著減少；2000年代初，恢復到多年均值上下波動變化。桂南、桂中和桂北太陽輻射變化態勢均與全區變化曲線相符，即50年來桂中太陽輻射變化呈顯著下降趨勢，明顯的轉折變化發生在20世紀80年代后期；其中桂中太陽輻射變化曲線和全區太陽輻射變化曲線吻合度最為貼切，桂南變化均值最大，桂北最小；桂南太陽輻射變化在多年均值以上波動變化，而桂北太陽輻射變化在多年均值以下。

根據全區太陽輻射年際變化的MK趨勢值（圖5），得出全區太陽輻射變化呈現顯著下降趨勢。存在顯著減少趨勢的站點分布為桂北多于桂南 （圖6）。

圖4 廣西太陽輻射變化趨勢圖

圖5 廣西太陽輻射年際變化MK趨勢

圖6 廣西太陽輻射MK趨勢分布圖

2.2.2 太陽輻射的季節變化

從季節變化分析，根據通過99%的置信度檢驗的MK統計檢驗結果得出（見圖7），在春夏季節，太陽輻射變化表現出明顯的下降趨勢。20世紀80年代后期以來，春夏季節的太陽輻射減少是全區太陽輻射減少主要因素。對比季節變化和年變化態勢，太陽輻射呈現一致的下降趨勢，20世紀80年代后期開始出現下降轉折變化，桂北下降趨勢明顯于桂南（圖略）。

圖7 廣西太陽輻射季節變化MK趨勢

2.3 近50年來廣西20cm口徑蒸發皿蒸發量與太陽輻射的變化關系

2.3.1 20cm口徑蒸發皿蒸發量與太陽輻射的年際變化關系

根據蒸發皿蒸發量和太陽輻射年際變化相關系數統計，發現蒸發量和太陽輻射呈現顯著正相關關系。全區氣象站點太陽輻射變化和蒸發皿蒸發量變化的Pearson相關系數全大于0，二者變化關系在桂北的顯著相關性最強。

全區蒸發量和太陽輻射在總體、局部方面呈相同的變化趨勢。當太陽輻射強時，蒸發力也強（比如60、70年代）；當太陽輻射明顯減少時，蒸發量也會出現降低態勢（比如80年代末）；當太陽輻射發生轉折變化時，蒸發量也會有相似的轉折變化。太陽輻射的變化是影響蒸發量的關鍵因子之一。

2.3.2 20cm口徑蒸發皿蒸發量與太陽輻射的季節變化關系

計算全區20cm口徑蒸發皿蒸發量和太陽輻射變化在各個季節的Pearson相關系數。蒸發量與太陽輻射變化關系顯著，一致表現明顯下降趨勢，且桂北顯著于桂南。夏季Pearson相關系數呈高度顯著相關的站點最多。

3 結論與討論

（1）在1960年至2010年期間，廣西全區的蒸發能力表現為減少態勢。僅在60～70年代蒸發能力表現較強。自1980年開始蒸發量在多年均值附近區域上下波動式減小；春季、夏季、冬季蒸發皿蒸發量存在顯著減少趨勢，桂南地區的蒸發能力最強，但下降趨勢沒有桂北和桂中地區明顯。

（2）同期，廣西全區的太陽輻射量也呈顯著下降趨勢。20世紀60年代，全區太陽輻射量最大，自20世紀80年代后期開始，表現為顯著減少趨勢。春季、夏季太陽輻射變化存在顯著減少趨勢，桂北太陽輻射變化減少趨勢比桂南明顯。

（3）廣西全區蒸發量變化與太陽輻射變化在總體和局部方面均保持良好一致的變化趨勢，呈顯著正相關關系。

參考文獻：

［1］ Moonen A C， L Ercoli， M Mariotti， et al.Climate change in Italy indicated by agromet eorological indices over 122 years［J］.Agric For Meteor， 2002， 111： 13～ 27.

［2］ Gilgen H.， Wild M.and Ohmura A.Means and trends of shortwave irradiance atthe surface estimated from GlobalEnergy Balance Archive Data. ［J］.Climate.1998， 11， 2042～2061.

［3］魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術［M］.北京：氣象出版社，2007：123～127.

［4］郭媛，王艷君，劉長坤.近50年來（1960—2007年）長江流域20cm口徑蒸發皿蒸發量與太陽輻射變化的對比［J］.南京信息工程大學學報（自然科學版）， 2012，4（6）：496～505.

［5］曾燕，邱新法，劉昌明等.1960-2000年中國蒸發皿蒸發量的氣候變化特征［J］.水科學進展，2007，18 （3） ：311～318.

［6］韋華紅.影響蒸發量的主要氣象因子及蒸發量觀測異常值成因初探 ［J］. 氣象研究與應用， 2011，32（S2）：149，152.

［7］林正揚，唐海榮.永興1981-2010年蒸發特征及其影響因子相關性分析［J］.氣象研究與應用， 2012，33（4）：27～31.

［8］蘇志，涂方旭.廣西太陽總輻射的計算及分布特征［J］.廣西氣象， 2003，24（4）：32～34，45.

［9］譚斐，楊映霞.廣西地面太陽輻射分布特征以及對人體健康的影響 ［J］. 氣象研究與應用， 2012，33 （2）：45～48，54.

［10］陳鳳娟.影響北海總輻射量大小的相關氣象要素［J］.廣西氣象， 2005，26（S2）：65～66.

［11］羅紅磊，何潔琳，李艷蘭等.氣候變化背景下影響廣西的主要氣象災害及變化特征 ［J］.氣象研究與應用，2016，37（1）：10～14.

［12］孫小龍，梁珊珊，游美玲.氣候變暖背景下賀州地區水資源的變化特征 ［J］. 氣象研究與應用， 2012，33（4）：35～37.

［13］杜春麗，沈新勇，陳渭民等.43a來我國城市氣候和太陽輻射的變化特征［J］.南京氣象學院學報，2008，31（2）：200～207.

［14］劉敏，沈彥俊，曾燕等.近50年中國蒸發皿蒸發量變化趨勢及原因［J］.地理學報，2009，64（3）：259～269.

［15］經志梅，雷新玉.羅城近50年降水量與蒸發量變化特征［J］.氣象研究與應用， 2012，S1：112～114.

［16］陳冰廉，潘家友，廖勝石等.廣西區域地面蒸發量的計算及其時空分布與演變特征分析［J］.氣象研究與應用，2008，29（1）：29～33.

［17］ Tomas A.Spatial and temporal characteristics of potential evapotranspiration trends over China ［J］.Int J Clim.2000，20： 381～396.

［18］ Binhui Liu， Ming Xu， Mark Henderson， et al.A spatial analysis of pan evaporation trends in China，1955-2004 ［J］.J Geophys Res，2004，109： 1～ 9.

［19］ Xu J.An analysis of the climatic changes in eastern-Asia using the potential evaporation ［J］.J Soc Hydro Water Resour，2001，14： 151～ 170.

［20］ A.Romanou，B.Liepert，G.A.Schmidt，etal.20th century changes in surface solar irradiance in simulations and observations ［J］.GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS， VOL.34， L05713， 5 PP.， 2007.

［21］ PetersonT.C.， GolubevV.S.， GroismanP.Y.Evaporation losing its strength.Nature，1995，337：687～688.

［22］ Chattopadhyay N， M Hulme.Evaporat ion and potential evapotrans piration in India under conditions of recent and future climate change ［J］.Agric For Meteor，1997，87： 55～72.