近50年廣西蒸發(fā)量與太陽(yáng)輻射關(guān)系分析

郭 媛，陳貽亮，何 寬

（1.廣西區(qū)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(fā)皿蒸發(fā)量作為反映蒸發(fā)能力的指標(biāo)，受輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等多種要素的影響，且這些要素作用機(jī)理復(fù)雜，全球許多地區(qū)觀測(cè)的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量都表現(xiàn)為穩(wěn)定的下降趨勢(shì)，對(duì)其成因的探求一直是科學(xué)界致力解決的問(wèn)題之一。Michael［1］根據(jù)全球溫度日較差變小的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出太陽(yáng)輻射量是影響蒸發(fā)量的關(guān)鍵因子，太陽(yáng)輻射量降低，蒸發(fā)量也隨之減少［2］。同時(shí)，不少研究表明，在1960到1990年的30年時(shí)間里，地表太陽(yáng)輻射量正在不斷下降。

本文統(tǒng)計(jì)廣西區(qū)氣象站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算太陽(yáng)輻射量，綜合分析蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射變化之間的關(guān)系，為合理開(kāi)發(fā)使用廣西區(qū)內(nèi)水資源、太陽(yáng)能等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源與處理

根據(jù)收集的區(qū)內(nèi)92個(gè)氣象觀測(cè)站的資料，提取20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和日照時(shí)數(shù)，時(shí)段從1961年到2010年。

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

1.2 方法

1.2.1 太陽(yáng)輻射的計(jì)算

太陽(yáng)輻射R1的計(jì)算方法如下：

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)A、B取值為0.15和0.5，S為太陽(yáng)輻射的單位矢量。R0天文總輻射計(jì)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(yáng)常數(shù)（單位為：0.1367×10-2MJ·m-2·s-1）；ρ 是日地相對(duì)距離（單位為：km）；ω0是日落時(shí)角（rad）；φ 是地理緯度；δ是太陽(yáng)赤緯（rad）。

1.2.2 分析方法

（1）Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)方法

該文使用Mann—Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法，對(duì)時(shí)間序列變化趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)［3］。當(dāng)統(tǒng)計(jì)變量趨勢(shì)值MK＞0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈上升趨勢(shì)；MK＜0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈下降趨勢(shì)；MK＝0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈現(xiàn)不波動(dòng)趨勢(shì)［4］。

（2）相關(guān)分析法

根據(jù)全區(qū)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，分別處理上述數(shù)據(jù)在年際、季節(jié)變化方面的Pearson相關(guān)系數(shù)R，以此分析蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射二者在年際、季節(jié)變化上的相關(guān)性，以及在時(shí)空分布上是否存在一定關(guān)聯(lián)。

（3）回歸分析法

采用線性回歸分析法來(lái)擬合蒸發(fā)量和時(shí)間變化的關(guān)系、太陽(yáng)輻射和時(shí)間變化的關(guān)系，建立兩者的回歸模型，計(jì)算決定系數(shù)R2，用模型檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性水平（即Sig.值），模型是否有顯著的統(tǒng)計(jì)意義。

2 結(jié)果分析

2.1 廣西近50年來(lái)20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化特征

2.1.1 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量年際變化

統(tǒng)計(jì)得出全區(qū)實(shí)測(cè)20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量年均值，近50年來(lái)蒸發(fā)量的年際變化總體呈下降趨勢(shì)（圖 1），氣候變化率為-2.9173mm·a-1，通過(guò) 0.01 置信度檢驗(yàn)。

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

從蒸發(fā)量年際變化MK趨勢(shì)圖看（圖略），桂北和桂中蒸發(fā)量變化曲線和全區(qū)變化曲線趨勢(shì)吻合度較高；桂南的蒸發(fā)能力最強(qiáng)，蒸發(fā)量變化曲線處于其他區(qū)域變化曲線之上，但蒸發(fā)量下降趨勢(shì)沒(méi)有桂北和桂中地區(qū)明顯，下降幅度也不及其他地區(qū)大。

分析蒸發(fā)量變化MK趨勢(shì)值分布圖 （圖略），全區(qū)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)具有明顯減少的特點(diǎn)。桂北地區(qū)存在顯著減少趨勢(shì)的站點(diǎn)多于桂南。

圖1 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)圖

2.1.2 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的季節(jié)變化

全區(qū)季節(jié)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果顯示（圖2-圖3，全區(qū)蒸發(fā)量在季節(jié)變化方面呈現(xiàn)十分明顯的下降趨勢(shì)，除桂南的秋冬兩季和桂北的秋季，均通過(guò)99%的置信度檢驗(yàn)。除秋季外，全區(qū)的蒸發(fā)量在其他三季均為顯著減少趨勢(shì)。

圖2 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量季節(jié)變化MK趨勢(shì)值

圖3 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化MK趨勢(shì)分布圖（春季）

2.2 廣西近50年來(lái)太陽(yáng)輻射的變化特征

2.2.1 太陽(yáng)輻射年際變化

分析廣西全區(qū)太陽(yáng)輻射量變化 （圖4），20世紀(jì)60年代，全區(qū)太陽(yáng)輻射量最大，在多年均值以上平穩(wěn)波動(dòng)變化；70、80年代，太陽(yáng)輻射在多年均值上下變化，從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，太陽(yáng)輻射量呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)，其氣候變化速率為-4.43MJ·m-2·（10a）-1。 在 1990年前， 太陽(yáng)輻射在多年均值2031.03MJ·m-2·a-1附近上下波動(dòng)，呈平緩下降趨勢(shì)；從90年代中期開(kāi)始，太陽(yáng)輻射就在多年均值以下顯著減少；2000年代初，恢復(fù)到多年均值上下波動(dòng)變化。桂南、桂中和桂北太陽(yáng)輻射變化態(tài)勢(shì)均與全區(qū)變化曲線相符，即50年來(lái)桂中太陽(yáng)輻射變化呈顯著下降趨勢(shì)，明顯的轉(zhuǎn)折變化發(fā)生在20世紀(jì)80年代后期；其中桂中太陽(yáng)輻射變化曲線和全區(qū)太陽(yáng)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(yáng)輻射變化在多年均值以上波動(dòng)變化，而桂北太陽(yáng)輻射變化在多年均值以下。

根據(jù)全區(qū)太陽(yáng)輻射年際變化的MK趨勢(shì)值（圖5），得出全區(qū)太陽(yáng)輻射變化呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。存在顯著減少趨勢(shì)的站點(diǎn)分布為桂北多于桂南 （圖6）。

圖4 廣西太陽(yáng)輻射變化趨勢(shì)圖

圖5 廣西太陽(yáng)輻射年際變化MK趨勢(shì)

圖6 廣西太陽(yáng)輻射MK趨勢(shì)分布圖

2.2.2 太陽(yáng)輻射的季節(jié)變化

從季節(jié)變化分析，根據(jù)通過(guò)99%的置信度檢驗(yàn)的MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果得出（見(jiàn)圖7），在春夏季節(jié)，太陽(yáng)輻射變化表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，春夏季節(jié)的太陽(yáng)輻射減少是全區(qū)太陽(yáng)輻射減少主要因素。對(duì)比季節(jié)變化和年變化態(tài)勢(shì)，太陽(yáng)輻射呈現(xiàn)一致的下降趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始出現(xiàn)下降轉(zhuǎn)折變化，桂北下降趨勢(shì)明顯于桂南（圖略）。

圖7 廣西太陽(yáng)輻射季節(jié)變化MK趨勢(shì)

2.3 近50年來(lái)廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽(yáng)輻射的變化關(guān)系

2.3.1 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽(yáng)輻射的年際變化關(guān)系

根據(jù)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射年際變化相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。全區(qū)氣象站點(diǎn)太陽(yáng)輻射變化和蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化的Pearson相關(guān)系數(shù)全大于0，二者變化關(guān)系在桂北的顯著相關(guān)性最強(qiáng)。

全區(qū)蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射在總體、局部方面呈相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)時(shí)，蒸發(fā)力也強(qiáng)（比如60、70年代）；當(dāng)太陽(yáng)輻射明顯減少時(shí)，蒸發(fā)量也會(huì)出現(xiàn)降低態(tài)勢(shì)（比如80年代末）；當(dāng)太陽(yáng)輻射發(fā)生轉(zhuǎn)折變化時(shí)，蒸發(fā)量也會(huì)有相似的轉(zhuǎn)折變化。太陽(yáng)輻射的變化是影響蒸發(fā)量的關(guān)鍵因子之一。

2.3.2 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽(yáng)輻射的季節(jié)變化關(guān)系

計(jì)算全區(qū)20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射變化在各個(gè)季節(jié)的Pearson相關(guān)系數(shù)。蒸發(fā)量與太陽(yáng)輻射變化關(guān)系顯著，一致表現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，且桂北顯著于桂南。夏季Pearson相關(guān)系數(shù)呈高度顯著相關(guān)的站點(diǎn)最多。

3 結(jié)論與討論

（1）在1960年至2010年期間，廣西全區(qū)的蒸發(fā)能力表現(xiàn)為減少態(tài)勢(shì)。僅在60～70年代蒸發(fā)能力表現(xiàn)較強(qiáng)。自1980年開(kāi)始蒸發(fā)量在多年均值附近區(qū)域上下波動(dòng)式減小；春季、夏季、冬季蒸發(fā)皿蒸發(fā)量存在顯著減少趨勢(shì)，桂南地區(qū)的蒸發(fā)能力最強(qiáng)，但下降趨勢(shì)沒(méi)有桂北和桂中地區(qū)明顯。

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

（3）廣西全區(qū)蒸發(fā)量變化與太陽(yáng)輻射變化在總體和局部方面均保持良好一致的變化趨勢(shì)，呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

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