电白蒸发量变化趋势及气象因子的通径分析

张涛，古明媚，胡壤之

（1.茂名市电白区气象局，广东电白 525400；2.广元市气象局，四川广元 62800）

气候变化已成为国内外关注的热点话题之一，根据2019年中国气候变化蓝皮书指出，全球变暖趋势进一步持续，而我国是全球气候变化的敏感区［1］。蒸发量作为水量平衡的重要组成部分［2］，在气候变化中具有重要的作用。蒸发作为地球物质和能量循环的重要环节，是陆地和海洋大气循环的主要物质之一，表征了水资源的时空变化分布。此外，蒸发量与水面蒸发两者之间有很好的相关性，它也是气候区划和水资源评价的重要参考指标。

全球气温升高，大部分人都会猜测蒸发量会增大。但是美国学者，根据前苏联和美国的蒸发数据研究指出，过去50年期间蒸发量呈持续下降的趋势［3］。我国对蒸发的研究也比较早［4-7］，很多学者都得出，在中国蒸发量的变化也有明显下降的趋势［8-10］，但我国对蒸发的研究大部分针对内陆地区，对广东省沿海蒸发量研究比较少。电白位于广东省西南沿海，本研究选取电白国家基准气候站的1957—2018年的蒸发观测资料，系统而全面分析蒸发量的变化特征及气象因子的影响，对本地区水资源评价、生态研究和气候区划都有很好的参考意义。

1 资料与方法

1.1 资料

本研究采用数据均来自于电白国家基准气候站1957—2018年地面观测资料，资料均通过广东省气象局信息中心质量控制，其中1957—1991年采用器口直径为20 cm小型蒸发皿的蒸发量，器口面积314 cm2；1992—2018年采用E-601B蒸发器，器口直径为61.8 cm，面积为3 000 cm2。两种观测方法的蒸发量并不相同，之间存在折算系数K：定义为E-601B蒸发量与小型蒸发器蒸发量之比。根据文献［12］，查询得出广东省1—12月的折算系数K分别为0.72、0.66、0.63、0.60、0.60、0.62、0.62、0.63、0.66、0.66、0.68、0.71。因E-601B蒸发量更接近于实际蒸发量，因此把1957—1991年的蒸发数据转换为E-601B蒸发数据进行分析处理。

1.2 方法

本研究主要通过气候倾向率、累积距平、相关系数、变差系数、通径分析等统计方法，以及M-K检验法，还有利用SPSS19.0软件对数据进行处理分析。

通径分析是研究多个变量与响应变量间线性关系的一种方法，它通过对自变量和因变量间的相关分解来研究因变量的相对重要性，能有效地表示相关变量间单一因素对结果的直接影响效应，同时兼顾两种因素对结果的协同影响，估计出影响因子对响应变量的间接作用，从而直接比较各因素的相对重要性［13］。通径分析分为直接通径系数和间接通径系数，本研究主要通过SPSS软件实现通径分析计算［13］。

2 结果与分析

2.1 年变化

电白近62年平均蒸发量为1 216.4 mm，变差系数为12.3%。从电白历年总蒸发量的变化趋势（图1）可以看出，年总蒸发量与时间序列的拟合趋势线通过了0.01的显著性检验，表明电白蒸发量变化显著，气候倾向率为-3.9 mm／年，呈明显下降趋势，这与全国蒸发量变化趋势相吻合。其中年最大蒸发量为1967年的1 555.7 mm，比历年蒸发量偏多30%，最小值为2001年的932 mm，比历年蒸发量偏少23.3%。从年代际变化可以看出（图略），电白蒸发量呈下降又上升的趋势，总体呈波动下降趋势，而且减少幅度大。电白在20世纪90年代和21世纪初蒸发量达到最小值，分别为1 048.7和1 068.5 mm。

图1 1957—2018年电白年总蒸发量变化趋势

由累积距平曲线（图2a）分析可知，电白近62年的蒸发量累积距平呈“一峰一谷”的交替变化，1957—1989年蒸发量累积距平曲线呈波动上升，表明这期间的蒸发量是缓慢增加的过程，是蒸发量的偏多期；1990—2010年呈下降趋势，2010年达到最小之后又缓慢上升。根据图2b的UF曲线可见，电白年总蒸发量在1957至1977年前后呈上升趋势，上升的趋势不显著；1977年之后呈明显下降趋势。在0.05的显著性水平下，根据UF和UK曲线交点的位置，可以确定电白年总蒸发量的下降是突变现象，大概是从1977年前后开始的。并且在1985年之后，UF曲线一直处于信度线之下，甚至超过了0.001的显著性水平，表明年总蒸发量在1977年前后的下降趋势非常明显。

图2 1957—2018年电白年总蒸发量累积距平（a）和M-K统计量曲线（b）

2.2 月和季节变化

电白1957—2018年各月蒸发量都呈下降趋势，下降趋势最大的为11和1月均达到-0.51 mm／年，减少最小的为3月的-0.07 mm／年。各月变差系数呈下降趋势，但是都大于年总蒸发量变差系数12.3%，其中最大为1月27.7%，最小为10月14.6%。从电白历年月蒸发量变化曲线（图略）可以看出，电白蒸发量呈单峰模式变化。最大值出现在7月为131.0 mm，最小值为2月64.1 mm，最大和最小值相差50%以上。变化趋势上2—7月为缓慢增大的过程；7月以后又波动下降；5—11月蒸发量都在100 mm以上，平均值为116.9 mm，占全年蒸发量的67%，这可能和本站在后汛期平均风速比较大有关。

为了更好分析汛期蒸发量的变化，本研究划分1—3月为春季、4—9月为夏季、10—12月为秋季，其中 4—6月为前汛期、7—9月为后汛期［4］。4个季节蒸发量变化都比较显著，都是下降趋势。春季和前汛期蒸发量变化趋势基本相同，每10年下降大致6～8 mm；后汛期和秋季变化趋势比较一致，为每10年减少11～13 mm。蒸发量变化最显著的是秋季（通过了0.01信度的显著性检验），每10年减少13.24 mm；春季蒸发量变化最小，平均每10年减少6.59 mm（通过了0.05的显著性检验）。平均蒸发量最大的为后汛期366.5 mm，占全年平均蒸发量的30%，变差系数为最小15.3%，蒸发量最小为春季219.5 mm，占全年平均蒸发量的18%，变差系数为最大26.1%。总的来说，汛期蒸发量在全年所占的比例比较大，达到55%。

3 蒸发量影响因子的通径分析

3.1 年总蒸发量的正态性检验

利用SPSS19.0的分析菜单，对蒸发因变量Y进行正态分布检验，得出因变量Y的偏度为-0.253，接近于正态分布，为负偏态，说明蒸发量服从正态分布，可以进行回归分析。

3.2 结果分析

影响蒸发量的气象因子有很多，根据道尔顿蒸发定律、彭曼公式可以看出，日照时数、水汽压、温度、饱和差、风速等气象要素的变化都会影响蒸发量。这些因子可以大致分为湿度因子、热力因子和动力因子。考虑不同气象要素之间往往都互相影响，因此通过通径分析来研究不同气象要素变化与蒸发量之间的因果关系。根据相关系数分析，平均相对湿度、平均总云量、本站气压和降水量没通过显著性检验，故不引入研究。根据参考文献［14-16］，本研究的气象因子主要有X1（低云量）、X2（气温）、X3（日照时数）、X4（风速）、X5（气温年较差）等5种与蒸发量相关的气象要素进行研究分析，其中云量反映湿度因子，气温、日照时数和气温年较差反映接受太阳总辐射的热力因子，风速代表了动力因子。

通过表1分析看出，5种气象因子与蒸发量变化拟合度都通过了0.01水平的显著性检验。其中低云量和气温与蒸发量的变化呈负相关，其它3种（日照时数、风速和气温年较差）都呈正相关。表2是各种因子的通径分析，主要是各种气象因子的通径系数，能够表示不同气象要素对蒸发量的直接作用和间接作用，以及它们之间的关联。

表1 历年蒸发量与气象因子的直接相关系数

表2 各气象因子通径分析结果

分析表1和表2，各种气象因子的直接通径系数正负号和相关系数正负号都一致，这表明选取的气象因子对蒸发量的影响作用是真实可信的。从相关系数上看，大小排序为X4＞X5＞X3＞X1＞X2，风速对蒸发量的影响最显著；从通径分析系数来看，大小排序和相关系数一样；按决策系数排序为X4＞X5＞X2＞X1＞X3。通过比较可以看出，风速和气温年较差对蒸发量的影响起主要决定性作用，间接作用也是最小的。而日照时数的间接作用是最大的，为0.366，说明其它气象要素通过日照时数对蒸发量的间接作用最明显。从表2还可以反映出，其它因子通过低云量和气温对蒸发起到限制性作用，通过低云量限制性因子最大的为风速（-0.130），气温限制性因子最大的为气温年较差（-0.109）；而在起增进作用方面，协助日照时数对蒸发量起最大增进作用的是风速，其次是低云量。分析表明，风速和气温年较差主要是通过直接作用的影响，间接作用比较小，对蒸发量起到增进作用；低云量和气温直接作用和间接作用各50%左右，对蒸发量起到限制性作用；日照时数对蒸发量的增进作用主要是来自其它气象因子的间接作用。剩余通径系数为0.254，说明还有其它因子影响蒸发量没有考虑，需要更进一步的研究。

4 结论

1）电白62年年平均蒸发量为1 216.4 mm，蒸发量呈明显的下降趋势，线性倾向率为-3.927 mm／年，变差系数为12.3%；年代际变化中20世纪90年代和21世纪初蒸发量达到最小值；

2）1957—1989年蒸发量累积距平曲线呈波动上升，表明这期间的蒸发量是缓慢增加的过程，是蒸发量的偏多期；1990—2010年呈下降趋势，2010年达到最小之后又缓慢上升的。根据UF和UK曲线交点的位置，确定电白年总蒸发量的下降是突变现象，大概是从1977年前后开始。

3）电白蒸发量月平均变化呈单峰模式，历年月平均最大为7月，最小为2月，下降趋势最大的为11和1月，均为-0.51 mm／年，减少最小为3月-0.07 mm／年。

4）季节变化上，4季蒸发量都呈下降趋势，蒸发量变化最显著的是秋季，春季蒸发量变化最小；平均蒸发量最大的为后汛期的366.5 mm。

气象因子对蒸发量的影响，风速是影响蒸发量的主要因子，起决定性的作用。其中风速和气温年较差主要是通过直接作用的影响，间接作用比较小，对蒸发量起到增进作用；低云量和气温直接作用和间接作用各一半左右，对蒸发量起到限制性作用；日照时数对蒸发的增进作用主要是来自其它气象因子的间接作用。