开都河源区潜在蒸散量时间变化特征及气候影响分析

邓丽娟

（新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐830049）

开都河源区潜在蒸散量时间变化特征及气候影响分析

邓丽娟

（新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐830049）

潜在蒸散量（ET0）变化对水分循环与能量平衡的研究具有重要意义。本文利用巴音布鲁克气象站1958～2012年逐日气象资料，基于FAOPenman-Monteith公式估算了研究区ET0，分析了ET0的时间演变规律，探讨了影响该区域ET0的主导因子，主要结论如下：研究区ET0年内变化最大值出现在7月，为120.4mm，最小值在12月，为4.22mm，4～9月ET0约占全年的84.1%；近55a来ET0呈显著上升趋势，其变化率为0.65mm/a，并通过了1%的置信水平检验；偏相关分析表明，温度与相对湿度是影响研究区ET0的主导因子，其贡献率分别为54.7%和26.02%。

ET0；变化特征；偏相关分析；开都河源区

引言

潜在蒸散量是实际蒸散量的理论上限，通常也是计算实际蒸散量的基础，广泛应用于气候干湿状况分析［1］、水资源合理利用和评价、生态环境如荒漠化等研究中。在我国开展的第二次全国水资源综合评价中，潜在蒸散量是水资源评价关注的主要内容之一［2］。就气候变化对水循环的影响而言，蒸散发的变化是一个不可忽视的影响因子。ET0既是水分循环的重要组成部分，也是能量平衡的重要部分，它表示在一定气象条件下水分供应不受限制时，某一固定下垫面可能达到的最大蒸发蒸腾量。ET0在地球的大气圈-水圈-生物圈中发挥着重要的作用，与降水共同决定区域干湿状况，并且是估算生态需水和农业灌溉的关键因子［3］。

开都河发源于天山中部的依连哈比尔尕山南坡，流经新疆和静县、焉耆县与博湖县，尾闾注入中国最大的内陆淡水湖—博斯腾湖。开都河是新疆博斯腾湖流域国民经济和社会发展的主要水源，其地表水资源量约占流域水资源总量的85.5%，对流域经济社会发展起着举足轻重的作用。开展开都河源区ET0的时间变异特征及气候影响分析，对于探寻该区域水分平衡规律、水资源的供给量，保持下游水安全以及对该区域生态平衡研究等具有重要意义。

由于影响ET0的气象因子众多，不同地区特有的气候特征将导致潜在蒸散的变化特征及其主导因子存在明显的差异性。故本文基于Penman-Monteith公式，利用巴音布鲁克气象站1958～2012年逐日气象资料，估算开都河源区多年ET0，分析源区近55a来ET0的时间变化规律，探讨影响该区域ET0的主导因子。

1资料与方法

1.1数据来源

开都河源区代表站巴音布鲁克气象站（地理坐标43°02′N，84°09′E，海拔高程2458.0m）数据来自巴音郭楞蒙古自治州气象局，包括逐日最高气温、最低气温、平均气温、相对湿度、风速与日照时数，时间为1958～2012年。

1.2计算方法

目前，计算ET0的方法主要包括水平衡法、质量传导法、辐射能量法、温度估计法和Penman-Monteith综合法［4］。FAO推荐的Penman-Monteith模型以能量平衡和水汽扩散理论为基础，较全面地考虑了影响潜在蒸散的各种因素，得到广泛运用，并且该模型在应用于湿润和干旱等各种气候条件地区时，都取得了较好效果，计算精度高于其他方法。该模型计算公式如下，此式为日潜在蒸散量计算公式：式中：Δ—饱和水汽压与温度曲线的斜率，kPa·℃-1；Rn—作物冠层表面净辐射量，MJ·m-2·d-1；G—土壤热通量，MJ·m-2·d-1，逐日计算时取0；γ—温度表常数，kPa·℃-1；T—日均温度，℃；u—2m处风速，m/s；es—空气饱和水汽压，kPa；ea—空气实际水汽压，kPa。

通过蒸散与气象因子之间的偏相关分析进行气候归因的讨论［5］。偏相关分析的基本原理是：在对其他变量影响进行控制的条件下，衡量多个变量中某2个变量之间的线性相关程度。在计算偏相关系数的过程中，需要同时有多个变量的数据，因为这样既可以考虑多个变量之间可能产生的影响，又可在控制其他变量情况下，检验2个特定变量的相关关系：式中：R12，3—偏相关系数；βi—偏回归系数；Yi—因变量，X1i、X2i—自变量。

气候要素的变化趋势利用线性趋势法得到，用最小二乘法线性拟合的斜率表示，正值表示增加趋势，负值表示减小趋势，变化趋势的信度检验采用Mann-Kenda11趋势检测法，该方法广泛应用于时间序列趋势的非参数检验，置信水平达0.1的变化趋势为显著。

2结果分析

2.1ET0的时间变化

2.1.1年内变化

根据巴音布鲁克气象站1958～2012年逐日气象资料，利用Penman-Monteith模型计算得到ET0的多年月均值（见表1）。

由表1可知，ET0年内变化趋势呈单峰曲线形状，最大值出现在7月，达到120.4mm，最小值在12月，为4.22mm；全年中ET0主要集中在4～9月（作物生育期），约占全年ET0的84.1%。

表1潜在腾散量的多年月均值

2.1.2年际变化

表2为巴音布鲁克站1958～2012年ET0特征值及Mann-Kenda11检验结果。近55a来研究区ET0多年平均值为708.6mm，最大值出现在2004年，为783.8mm，最小值是1964年，为638.8mm；变异系数0.0395，小于0.1，为弱变异。Mann-Kenda11趋势检验表明，近55a来开都河源区ET0呈上升趋势，Mann-Kenda11检验统计量为4.12，表明ET0增加达到极显著水平（通过1%的置信水平）；根据线性趋势法，得到ET0的年变化率为0.65mm/a（如图1所示），该方程相关系数为0.372，通过了1%的置信水平检验（r0.01=0.345）。

表2开都河源区1958～2012年ET0特征值及Mann-Kendall检验结果

图1开都河源区1958～2012年ET0变化过程

2.2ET0的影响因子分析

2.2.1气象因子与潜在蒸散量的关系

根据巴音布鲁克气象站1958～2012年的逐年气温、日照时数、风速、相对湿度和ET0数据，对其进行相关分析（结果见表3）。

表3相关系数计算

由表3可知，日照时数对ET0的影响最大（偏相关系数r=0.5354），相对湿度次之（偏相关系数r=0.4746），日最高温度影响最弱（偏相关系数r=0.044），日照时数、相对湿度、风速、日最低温度与日均温度因素均通过了显著性为0.01的统计检验，表明是影响ET0的主要气候因素。

上述影响因素对ET0的贡献率计算结果见表4。

表4标准回归系数

由表4可知，温度（包括日均与日最低温度）为第一主导因子，贡献率为54.7%；相对湿度的贡献率为26.02%，为第二主导因子；风速贡献率为15.14%，日照时数的贡献率为15.14%。

2.2.2潜在蒸散量对气象要素的响应

为表征日照时数、相对湿度、风速、日最低温度与日均温度对开都河源区ET0的综合影响，采用偏最小二乘回归方程对上述变量进行量化分析，结果见下式：式中：ET0—日潜在腾散量，mm；T—日均气温，℃；Tmin—日最低气温，℃；h—日照时间，h；V—日均风速，m/s；RH—相对湿度，%。

经检验，回归方程相关系数为0.849，F=10.28，通过显著性水平为0.01的检验，说明方程及各因素的方程贡献是显著的。

3结论与建议

3.1结论

本文基于FAO推荐的Penman-Monteith公式和气象资料，估算了开都河源区的ET0，在对ET0的时间变化特征进行分析的基础上，定量探讨了开都河源区影响ET0变化的主导因素，得到如下结论：

（1）研究区ET0年内变化趋势呈单峰曲线形状，最大值出现在7月，达到120.4mm，最小值在12月，为4.22mm；全年主要集中在4～9月（作物生育期），约占全年ET0的84.1%。

（2）近55a来ET0呈上升趋势，Mann-Kenda11检验统计量为4.12，表明ET0增加达到极显著水平；ET0年变化率为0.65mm/a，通过了1%的置信水平检验。

（3）偏相关分析表明，日照时数、相对湿度、风速、日最低温度与日均温度是影响研究区ET0的主要因素。

（4）通过分析主要气象因素对ET0的贡献率，发现温度（包括日均与日最低温度）为第一主导因子，贡献率为54.7%；相对湿度为第二主导因子，贡献率为26.02%；风速贡献率为15.14%，日照时数的贡献率最小，为15.14%。

3.2建议

（1）本文利用Penman-Monteith公式，计算了巴音布鲁克气象站1958～2012年的逐日ET0。下一步，还需要结合实际观测资料，对公式中Rn参数的影响因素Rns（即地面接收的净短波辐射值）进行系数修正，以提高Penman-Monteith公式计算精度。

（2）本文在分析影响ET0的气象要素时选取了平均气温、日照时数、日均风速、相对湿度等因子进行了分析，然而还有很多其他因子可以间接影响潜在蒸散量，如云量、气溶胶浓度等，还需深入分析。

［1］杨建平，丁永建.近50年来中国干湿气候界线的10年际波动［J］.地理学报，2002，57（06）：655-661.

［2］高歌，陈德亮，任国玉.1956～2000年中国潜在蒸散量变化趋势［J］.地理研究，2006，25（03）：378-87.

［3］尹云鹤，吴绍洪，戴尔阜.1971～2008年我国潜在蒸散时空演变的归因［J］.科学通报，2010，55（022）：2226-2234.

［4］PemanHL.Natura1evaporationfromopenwater，baresoi1andgrass［J］.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonSeriesAMathemati+calandPhysicalSciences，1948，193（1032）：120-145.

［5］国志兴，王宗明，宋开山.1982～2003年东北林区森林植被NDVI与水热条件的相关分析［J］.生态学杂志，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

邓丽娟（1980年—）女，高级工程师。