近51年河北省潛在蒸散量的時空分布特征

陳金車，迪麗胡瑪·麥麥提，蘇士翔

（1.蘭州大學 大氣科學學院，甘肅 蘭州 730000；2.南京信息工程大學 應用氣象學院，江蘇 南京 210044）

全球氣候不斷變化導致地表徑流的蒸發加快，引起干旱的發生，給農業生產帶來了巨大的風險。農作物各個階段都會遭遇干旱，都會對作物的生長發育產生不良影響，因此干旱受到了眾多學者的關注。潛在蒸散是地球水循環和能量平衡的重要組成部分，潛在蒸散在大氣圈、水圈、生物圈中起著重要的作用。潛在蒸散量是氣候條件下決定下墊面蒸散過程的能力[1]，準確地計算潛在蒸散量可以深入理解其在水文循環過程中的重要作用，對提高農業水資源利用效率、防旱抗旱工作具有非常重要的現實意義。計算潛在蒸散量的方法很多，國內外專家對其進行了大量的分析研究。目前，國內外專家利用潛在蒸散量分析區域干旱特征的較多，Hulme等[2]人通過全球氣候模型實驗對印度的潛在蒸散量進行了分析，認為引起全球潛在蒸散量減少的因素各不相同。謝平等[3]通過敏感系數和貢獻率法分析了云南省潛在蒸散量變化的原因，認為潛在蒸散對于平均氣溫和日照時數較敏感。Chattopadhyay等[4]認為印度潛在蒸散量的增加是由于輻射減少和相對濕度的增加引起的。Cohen等[5]對以色列的潛在蒸散量進行分析發現，潛在蒸散增加的原因是風速增加和水汽壓差。

河北省是我國重要的農作物種植區和糧食生產區，同時也是遭受干旱災害最嚴重的省份之一。在氣候變化的大背景下，該地區的干旱災害呈現常態化趨勢[6]，因此研究該地區的潛在蒸散可以為河北省優化水資源配置和灌溉提供有力的理論支撐，同時對河北省確保糧食產量和農業的發展有重大意義。本文計算了河北省1967-2017年的潛在蒸散量，并從不同的角度分析其時空分布特征，為進一步掌握干旱的發生發展規律提供數據支撐。

1 資料來源與研究方法

本研究使用的氣象資料來自1967-2017年河北省20個國家標準氣象站的日值氣象資料，站點的空間分布見圖1。選取了各臺站的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數、風速、相對濕度、日序、臺站的緯度、海拔、干濕表常數等數據資料。本研究主要采用氣候統計診斷方法結合EXCEL軟件來分析潛在蒸散的時間變化規律，利用M-K突變檢驗法分析潛在蒸散的突變情況；利用ArcGIS軟件的空間分析功能，采用反距離插值法從空間的角度分析潛在蒸散的空間分布特征。

圖1 河北省氣象站點分布示意圖

2 結果與分析

2.1 潛在蒸散的年際變化

河北省1967-2017年多年平均潛在蒸散量為1019.4mm，其潛在蒸散量的年際變化見圖2。從圖中可以看出，近51年來河北省的潛在蒸散量呈下降趨勢，平均遞減率為8.9mm/10年，顯著性分析結果表明，河北省近51年的潛在蒸散量呈現極顯著的下降趨勢[7]，這和全球氣候變暖的趨勢并不相同[8]。從圖2可以看出，河北省近51年的潛在蒸散量是波動下降的。從圖中還可以看出，河北省近51年的多年平均降水量為511.1mm，波動較大，但整體也呈現下降的趨勢。另外，從圖中還可以看出，潛在蒸散量和降水量的差值（潛在蒸散量-降水量，正值說明水分虧缺，下同）平均為508.3mm，并呈現上升趨勢，說明近51年來河北省缺水狀況較嚴重并且在逐漸加重，但這種趨勢并不明顯。

圖2 潛在蒸散量的年際變化

2.2 潛在蒸散的突變特征

對河北省20個站點1967-2017年潛在蒸散量的年和季節平均值進行統計分析，求出時間序列的UF（Mann-Kendall統計量正序列）和 UB（Mann-Kandall統計量反序列）值，依據顯著性水平a=0.05（臨界值為±1.96）情況下的UF和UB序列的分布情況，判斷其突變年份，結果見表1。由表1可以看出河北省1967-2017年間潛在蒸散突變發生在1976年，出現的時間較早；春、夏、秋、冬季潛在蒸散突變分別發生在2008年、1999年、2005年和1970年，可見春、秋兩季潛在蒸散發生的突變時間較晚，夏季次之。

表1 河北省潛在蒸散范圍突變特征

2.3 潛在蒸散的空間分布特征

1967-2017年河北省的潛在蒸散量多年平均值的空間分布見圖3?？傮w而言，河北省的潛在蒸散在867.1-1176.0mm之間，潛在蒸散等級從北向南逐漸增加。從分布區域來看，河北省東北部屬于潛在蒸散低值區，大部分站點的潛在蒸散在900-1100mm之間，其中圍場和承德兩個站點的潛在蒸散最低，分別為867.1mm和892.2mm。河北省西部和南部的潛在蒸散絕大多數在1000-1100mm之間，潛在蒸散的最高值分布在懷來和黃驊，分別為1176.0mm和1147.6mm。河北省潛在蒸散的空間分布和氣溫的分布規律大體相似，但不完全相同，說明除了氣溫以外，潛在蒸散還受多種氣象因子的共同影響。

圖3 河北省年際潛在蒸散量變化

3 結論

本文利用河北省20個氣象臺站1967-2017年的氣象資料，分析了近51年河北省潛在蒸散的時空變化特征，得到以下幾點主要結論：

（1）河北省全區的潛在蒸散量呈現極顯著的下降趨勢，夏、秋、冬季潛在蒸散變化趨勢與全區大體一致，但春季的潛在蒸散有極顯著的上升趨勢；春季和夏季潛在蒸散量對年潛在蒸散貢獻最大；春季潛在蒸散與降雨的差值最大，因此河北省的春旱最嚴重。

（2）對河北省潛在蒸散突變性特征分析得到河北省1967-2017年間潛在蒸散突變發生在1976年，出現的時間較早；春、夏、秋、冬季潛在蒸散突變分別發生在2008年，1999年，2005年和1970年。

（3）河北省全省潛在蒸散時空分布不均勻。潛在蒸散從東北向西向南增加，中部和南部地區成為潛在蒸散較強烈地區。但各季節之間以及各季節與年平均值之間的空間分布并不完全一致。

4 結束語

河北省潛在蒸散的時間分布在各個季節內有所不同，與變暖的趨勢并不完全相同，表明潛在蒸散不僅與溫度有關，而且還受到其他因素的影響，如風速，日照時數等，但受篇幅限制，本文沒有對其進行展開分析，后續應該強化這方面的研究，探討不同時間內影響潛在蒸散的主要氣象因子，并根據當地的實際情況作進一步的分析，從而使潛在蒸散的時空分布結論能更好地用于指導農業生產，合理利用農業水資源，根據作物蒸散需求的變化進行節水灌溉，提高用水效率。