近70年扬州城区蒸发能力变化趋势的研究

王永东刘海婧赵红宝张晓影徐 明周 斌

近70年扬州城区蒸发能力变化趋势的研究

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一、引言

扬州市位于江苏省中部，地处江淮流域下游，涉及两大流域六个水系，地形特征差异明显，地势总体低平，区域内河湖交错，水网纵横。气候为亚热带湿润气候区，年平均气温14.80℃，年平均降水量为1020mm。随着扬州市工业化、城市化的高速发展，扬州市水灾害、水环境、水生态等方面的问题日益突出。蒸发量的分析研究，对探讨水分循环变化规律、深入了解全球气候变暖和水资源配置特性、指导防汛抗旱和工农业生产具有重要意义。近年来，在全球气候变暖的背景下，水资源区域性分布发生了一系列变化，通过对扬州城区蒸发能力的研究，进一步了解有蒸发资料的时间序列中水资源蒸发消散规律。蒸发能力是指充分供水条件下的陆面蒸发量，蒸发能力这个指标可由水面蒸发来反映。本文以扬州六闸站为代表站，综合分析当地1950～2015年间长序列降雨、蒸发资料，研究扬州城区蒸发能力的变化趋势及其影响因素。

二、资料处理

扬州地区仅有六闸、月塘水库2个蒸发站，其中，六闸站位于高宝湖区，蒸发量观测始于1950年并延续至今，可代表扬州城区蒸发情况；月塘水库站位于仪六区，1987年始设蒸发量观测项目，1997年暂停，后又恢复观测。由于月塘水库资料系列短，且有停测中断，故本文不进行分析。

扬州六闸站地处扬州市江都区邵伯镇，位于东经 119°30′，北纬 32°31′，1917年设。蒸发量于1950～1964年、1977～1979年采用Φ80套盆式蒸发器，其余年份为E601型蒸发器。该蒸发站有同步观测的雨量资料，降水量主要由自记雨量计获取。年度降水和月度蒸发资料来源为江苏省水文水资源勘测局扬州分局。

由于E601型蒸发器可更好地对天然水体水面蒸发进行模拟，为方便分析比较蒸发量随时间的变化，不同类型蒸发器的观测值需统一折算到E601型号上。折算依据：六闸站在1982～1993年连续 12年同时采用E601蒸发器和Ф80套盆式蒸发器进行蒸发量观测，计算出六闸E601型与Ф80套盆式逐月蒸发折算系数和年蒸发折算系数。

三、研究方法

1.气候倾向率

气候倾向率表示气候要素每10a的变化率，反应某一气候变量随着时间的变化趋势，气候变量与对应时间之间建立一元线性回归方程，见公式（1）。

式中：xi—样本量为n的某一气候变量；

ti—i所对应的时间；

a—回归常数；

b—回归系数，b×10表示气候倾向率，b的符号代表气候变量x的趋势，b值表示气候要素上升或减少的趋势。

2.突变分析

气候突变是气候变化过程中从一种稳定态（或稳定的持续变化趋势）跳跃式的转变到另一种稳定态（或稳定的持续变化趋势），常用气候要素累积距平曲线来确定，见公式（2）。

式中：（zi-）—标准化距平值；

C（t）—突变年为累积最大值所对应的年份。

每个转折年的信噪比（S/N）的计算，可检验出转折年是否达到气候突变的标准，见公式（3）。

3.干旱指数

干旱指数是反映水分状况的核心指标，作为气候干湿程度的指标来反映气候的变化状况。在气候学上一般以年蒸发能力与年降水量之比表示，即I=E0/P，式中I为干旱指数；E0为年蒸发能力；P为年降水量。由于年蒸发能力与E601蒸发器测得的蒸发量存在线性相关，故本次干旱指数采用年水面蒸发量与年降水量的比值。

四、结果分析

1.年际变化有下降趋势

1950～2015年，蒸发量气候倾向率为-59.3mm/10a，说明过去近70a间蒸发量减少了391.4mm。该阶段年蒸发量为1009.6mm，最大蒸发量为发生在1953年的1445.7mm；最小蒸发量为发生在1999年的759.0mm；最大蒸发量是最小蒸发量的1.9倍，是年平均蒸发量的1.4倍。

扬州城区年际蒸发量的减少趋势与全国其他地方的研究是一致的。申双和等2008年发现中国年平均气温每10a增加0.2℃，而年蒸发量却以-34.12mm/（10a）的趋势递减。也有研究发现，江苏省、扬泰地区1980年后蒸发量有较大幅度减少。谢贤群等2007年也发现，潜在蒸发和蒸发皿蒸发在中国北方20世纪50年代以来皆呈波动性下降趋势。买苗等2015年利用江苏地区43个气象站53年蒸发皿的资料，研究表明江苏省年蒸发量平均10a减少18.6mm。

2.季节变化不均匀

扬州城区蒸发量年内季节性分配具有很大的差异性。主要为夏季高温，蒸发量最大，占全年平均蒸发量的39.8%；冬季温度低，蒸发量最小，占全年平均蒸发量的10.1%；春季秋季蒸发量居中，各占26.9%与23.3%，说明夏季蒸发对水循环有着重要的作用。7、8月份蒸发量最大，占全年平均蒸发量的14.0%左右；1月份蒸发量最小，占全年平均蒸发量的2.8%；汛期（5～9月）蒸发量比较集中，占全年平均蒸发量的61.3%。

季蒸发量变化存在差异，表现为春、夏、秋季气候倾向率皆为负值，分别 为 -110.9mm/10a、-432.0mm/10a、-26.0mm/10a；冬季的气候倾向率为正值（30.3mm/10a）。从线性相关性来看，春、夏、秋、冬季相关系数分别为0.65、0.90、0.23、0.20。说明秋冬季蒸发量随时间变化性不强，年蒸发量的减少主要是由春夏两季的减少而造成，而秋冬季影响较小。

图1 年蒸发量变化曲线图

图2 季度蒸发量年代变化图

图3 5年滑动平均干旱指数变化曲线图

3.蒸发量变化存在突变性

经计算1983年的年蒸发量距平的绝对最大值。1983年为蒸发量转折年，1983年前蒸发量偏多，1983年后蒸发量变少。为了检验该转折年是否达到气候突变的标准，对此进行了信噪比计算，结果为信噪比2.52＞1，故1983年为蒸发量突变年份。

4.由半湿润区逐渐变成湿润区

多年干旱指数滑动平均见图3，扬州城区干旱指数介于0.78～1.65之间，地区干旱指数小于1为湿润区、1～2为半湿润区，该地区时间尺度上可分为湿润区和半湿润区。扬州城区水资源状况不断处于波动变化中，1950～1996年，干旱指数大体大于1，可划分为半湿润区；1996年以后，干旱指数皆小于1，可划分为湿润区。说明1996年以后扬州城区水资源状况比较充沛，该地区从半湿润区逐步变为湿润区。

在过去的50～60年里，工业污染所带来的温室效应造成全球变暖，全球平均气温每10年上升0.15℃，人们预想全球变暖会使空气干燥，陆地上的水体蒸发增加。相反，许多地区的蒸发都有明显的下降，因此气候变暖不会直接影响到蒸发。国内有大量关于蒸发量变化的研究，认为太阳总辐射下降是导致蒸发量降低的主要因素。谢贤群等2007年分析表明，空气湿度增加、人类对能源的消耗导致太阳总辐射到达地面不断减少，而太阳总辐射的下降可导致蒸发逐年降低。曾燕等2007年研究表明，日照百分率下降导致太阳总辐射减少，从而导致蒸发量不断下降。在高速经济发展的进程中，大气污染颗粒物浓度不断增加，大气污染与特定气候条件相互作用形成大量的雾霾天气，造成阳光的散射，使日照强度不断降低，在很大程度上减少水份的蒸发。其他的研究发现日照时数、风速、气温日较差等也是影响蒸发量变化的因素。蒸发量的变化是多种环境因素共同作用造成的，任何单一的环境因子都不能反映蒸发量的变化趋势，应加强各个环境因子与蒸发量变化相关性的研究。

五、结论

通过六闸站66年连续降雨和蒸发的实测资料，分析六闸站蒸发量年际、年内变化以及干旱指数特征趋势，掌握该地区的降雨和蒸发特性，主要得出以下结论：

1.扬州城区蒸发的气候倾向率-59.3mm/10a，蒸发量的年际变化呈下降趋势，70年间减少了391.4mm。年际变化特征是从20世纪50年代到21世纪初期缓慢下降，21世纪10年代以后小幅度波动增加，是否为线性增加还是周期性波动，还需要进一步分析。

2.扬州城区蒸发的季节性变化，7、8月份最大，1月份最小，夏季最大，冬季最小，蒸发主要集中在汛期（5～9月）。年蒸发量的减少主要是春季和夏季两个季节的蒸发减少引起的，秋季和冬季影响较小。

3.扬州城区蒸发量的突变年份为1983年，1983年前蒸发量逐渐升高，1983年后蒸发量逐渐降低。

4.扬州城区干旱指数的变化呈现出下降的趋势，自1996年以来已经表现出从半湿润向湿润气候的转变的信号，是否为一个世纪或更长时期的气候转型亦或是气候波动，仍需进行更加深入的分析研究。

5.不同地形及土地利用方式下蒸发量变化存在差异，扬州地区蒸发站总数偏少，里下河腹部区、仪六区、通南沿江区蒸发站站网布设有待进一步完善■

（作者单位：1.江苏省水文水资源勘测局扬州分局 225000 2.扬州市邗江区槐泗镇政府招商办 225115 3.辽宁省气象科学研究所 110166）