山西农业科学2014,42(7):725—728 doi:10.3969 ̄.issn.1002-2481.2014.07.22 Journa/ofShanxiAgriculturalSciences 蒸发量变化特征及影响因素研究 隋景跃.张国林 (朝阳市气象局,辽宁朝阳122000) 摘要:利用辽宁西部建平地区近60 a的气候资料,采用线性趋势变化、相关系数及多元回归等方法,研究蒸发量 变化趋势及其主要影响因子。结果表明,1953--2012年蒸发量减少趋势明显,其中,年蒸发量每10 a平均减少约 49mln,大田作物生长季(4—9月)蒸发量每10 a平均减少约47mill;1983,1984年蒸发量发生气候跃变,跃变之后 比跃变之前年蒸发量平均减少164 mm,作物生长季蒸发量平均减少145 mm;日照时数、气温日较差、平均最低气 温、风速、相对湿度及水汽压等因子与蒸发量显著相关,其中,日照时数、气温日较差、平均最低气温、平均风速与 蒸发量完全显著相关,完全相关系数分别为0.437,0.316,0.270,0.295;用主要影响因子建立多元回归方程,拟合结 果基本能反映当地蒸发实测值,准确率达83.8%。 关键词:蒸发量;变化率;气象要素;相关系数 中圈分类号:P426.2 文献标识码:A 文章编号:1002—2481(2014)07—0725-04 The Evaporation Change Rates Characteristics and Its Influencing Factors SUI Jing-yue,ZHANG Guo-lin (Meteorological Bureau of Chaoyang City,Liaoning Province,Chaoyang 122000,China) Abstract:The paper researches evaporation ̄ends and main influencing factors on basis of climate data in Jianping region f oWest Liaoning over nearly 60 years,with linear ̄ending change and methods of correlation coefficient,regression analysis,and he otthers.It is shown from the results:From 1953 to 2012,the annual evaporation iS ̄ending to decrease.In which,the annaal evaporation decreases averagely by about 49mm every 10 years;In field crop growing season from April to September he evaporattion decreases by about 47mm every 10 years;In 1983 and 1984,the evaporation occurred big climate change,and he evaportation decreases by bouta 164mm after the big change;In field crop growing season,the evaporation decreases by about 145mm.Sunshine hours,diurnal temperature,mean mini- mum temperature,mean wind speed,relative humidity and vapor pressure and other factors are signiicafntly correlated wih evaporatiton,in which,sunshine hours,diurnal temperature,mean minimum temperature,mean wind speed are completely correlated wih evaptoration, on a correlation ratio of0.437,0.316,0.270 and 0.295 respectively.The paper establishes a mulitple regression equation with main influ- encing factors.and iftitng results are basically consistent wit}l local evaporation measured values with accuracy rate of 83.8%. Key words:evaporation;rate of change;meteorological factors;correlation coeficifent 近百年来,我国气温上升了0.4~0.8 oC,近30a 增温尤为明显【l-3】,东北地区在气候变暖的形势下, 降水量在明显减少 。一般认为,气温升高可能会 使大气变干、蒸腾加强,加速水循环进程。通过对近 半个世纪蒸发量的变化分析表明,不同地区存在不 同的变化趋势,受气候因子的影响多数地区的蒸发 量呈明显减少趋势[6-9]。任国玉等【 0叼f究我国水面蒸 发量时发现,我国东部、南部和西北地区的水面蒸 发量下降显著,而西南诸河流域和东北的松花江流 域未见明显变化。刘波等『ll研究认为,气温日较差 和风速是影响蒸发量的主要原因;李琼芳等【 2】研究 认为,风速和相对湿度是影响蒸发量下降的主要原 因。因此,各个地区影响蒸发量的环境因子存在诸 多的不同,分区域研究蒸发量的变化趋势和影响因 素很有必要。 蒸发是大气水文循环的重要环节,而蒸发量在 水资源中起着不可估量的作用,蒸发量的变化直接 影响水资源的直接利用率,水资源供需矛盾的日趋 严峻对农业生产造成了巨大的影响。在东北乃至辽 西地区降水量逐渐减少的状况下【 41,蒸发量的变 化直接影响水资源循环【悯。蒸发皿蒸发是特定容器 中的水面最大蒸发量,与实际蒸发有着必然的联 收稿日期:2014—03-26 基金项目:科技部农业科技成果转化资金项目(05ESN2l74oo412) 作者简介:隋景跃(1960一),女,辽宁朝阳人,高级工程师,主要从事应用气象研究工作。 ・725・ 山西农业科学2014年第42卷第7期 系,分析蒸发皿蒸发特征变化有助于揭示实际蒸发 变化特征,对于制定水资源利用制度具有重要的参 考价值,对探讨气候变暖大环境下蒸散、蒸腾等研 究具有十分重要的意义。 基于以上考虑,笔者利用辽宁建平地区近60 a (1953--2012年)蒸发皿蒸发量资料,研究该地区 蒸发量的变化特征,并应用相关系数法分析了影响 建平地区蒸发量的主要因子,采用多元回归建立了 蒸发量的估算模型,以期为水循环研究提供参考。 1 材料和方法 1.1研究区概况 建平地区位于辽宁省西部,西北面与内蒙古赤 峰市为邻。老哈河、蹦河流经境内,是大凌河、小凌 河发源地之一。努鲁尔虎山脉将建平地区分为南、 北具有明显差异的气候区,南部比北部地区年平均 气温高2.7℃。建平地区属北温带亚干旱气候区, 自然环境十分脆弱,土地沙石化,水土流失严重。 1.2资料来源 资料来自朝阳市气象局档案室及叶柏寿气象 监测站,年限为1953 2012年。所使用的资料有: 蒸发皿蒸发量,逐日最高、最低及平均气温,降水 量、日照时数、风速、总云量、相对湿度、水汽压等。 1.3研究方法 1.3.1气候倾向率【 司取一元线性方程Y=aox+al 的一次项系数ao乘以l0,来体现10 a平均变化趋 势。当a.o>0,表示上升趋势;当ao<0,表示下降趋 势。蒸发量气候倾向率单位为mm/lO a。 1.3.2标准偏差采用标准偏差方法 分析蒸发 量异常年。标准偏差是量度数据分布的分散程度的 标准,用以衡量数据值偏离算术平均值的程度,可 确定极端事件发生几率。 S=(∑(yi—y)2/N)抛 (1) 式中,s为标准偏差,Y —Y为历年值减总体平 均数,Ⅳ为样本数。 1.3.3累积距平和信噪比【 司突变年份由气温累积 距平来确定,累积距平最大绝对值所对应的时间假 定为突变时间。蒸发量序列是否存在突变时间转折 点,采用信噪比对其进行检验。 =乓 式中, 。, 和 ,Js 分别为假定突变时间前 后2个蒸发量序列的平均值和标准差,最大信噪比 ( z8)的时间定义为气候突变时间。当XZB> ̄1.0 ・726・ 时,存在明显气候突变;当1.0>XZB>0.6时,存在 气候突变;当XZB<.O.6时,气候突变不明显。 1.3.4完全相关【 研完全相关系数等于因子间相关 系数与时间序列相关的乘积,可体现出影响蒸发量 的可能因子。 fRrI=R×r (3) 式中,I rf为完全相关系数,R,r分别表示各环 境因子与时间、蒸发量的相关系数。I r l通过0.05 相关系数检验为显著因子。 2 结果与分析 2.1年蒸发量变化特征 建平地区1953-2012年年蒸发总量平均值为 1 374 mm,1961年最多,为1 712 mm,2010年最少, 为1 085 mm,极差为627 mm,标准偏差为±136 mm。 正常年蒸发量在l 238~1 510 mm之间;异常偏多 有9 a,均出现在1975年之前,几率为15.O%;异常 偏少有10 a,均出现在1985年之后,几率为 16.7%。 从图1可以看出,1953--2012年近60 a蒸发 量存在明显的减少变化趋势,序列相关系数为 0.622 3,达极显著水平(P<0.O1),气候倾向率为 -48.768 mrrdlO a,每10 a减少蒸发量约49 mm,近 60 a减少蒸发量约为293 mm。从年代时间尺度分 析,20世纪60年代的蒸发量最大(1 529 mm),其 次依次是2O世纪70年代(1 417 mm)和50年代 (1 416 mm),20世纪80年代(1 350 mm)和90年代 (1 332mm),21世纪10年代蒸发量最少(1 241 mm), 年代最大相差288 mm。 吕 咖1 憔 2.2 4—9月蒸发量变化特征 4—9月是建平地区大田作物生长季,此时段蒸 发量平均值为962 mm,占年蒸发量的70%;其中, 1961年最多,为1 244lllm,2010年最少,为702mm。 隋景跃等:蒸发量变化特征及影响因素研究 标准偏差为±120 mm,蒸发量的正常值在842— 1 082 mm之间;异常偏多有6 a,均出现在1972年 减少,突变之前1953--1983年平均值为1 453 eral, 突变之后1984w2012年平均值为1 289 mm,年蒸 发量平均减少164 mm。 作物生长季蒸发量在1984年累积距平绝对值 之前,几率为10.0%;异常偏少有10 a,均出现在 2003年之后,几率为16.7%。 图2显示,1953--2012年近60 a蒸发量存在 明显的减少变化趋势,序列相关系数为0.681 5,达 极显著水平(P<0.O1),气候倾向率为一47.29 mm/ 10 a,每10 a减少蒸发量约47 nlnl,近60 a蒸发量 减少约284 mm。从年代时间尺度分析,20世纪60年 达到最大,由此可假定,1983,1984年存在气候跃变。 信噪比检验结果显著,XZB=0.84较为显著,假定成 立。说明从1984年开始作物生长季蒸发量突变性 减少,突变之前1953--1983年平均值为1 032 mm, 突变之后1984--2012年平均值为887 mm,年蒸发 代蒸发量最大(1 078 mm),其次是20世纪50年代 量平均减少145 mm。 (1 017 mm)和70年代(1 003 mm),20世纪90年代 2.4蒸发量的主要影响因子及多元回归 (964 mm)和8O年代(957 mm),21世纪10年代蒸 为分析气候因子对蒸发量的影响,进行气候要 发量最少(808 mm),年代最大相差270 mm。 素与蒸发量的相关分析。由表1可知,日照时数、气 温日较差、平均最高气温、平均气温、平均最低气 温、风速、相对湿度、水汽压、降水量及云量这10个 宣 气候因子中,序列相关系数达到显著水平(P< 咖l 0.05)的有日照时数、气温日较差、平均气温、平均最 麟 高气温、平均最低气温、风速、水汽压及云量8个因 子,其中,平均气温、平均最高气温、平均最低气温、 水汽压呈明显上升趋势;而日照时数、气温日较差、 风速及云量呈明显下降趋势;相对湿度和降水量序 列相关不显著。 图2蒸发量4—9月变化趋势 当蒸发受气象要素作用时,则产生出不同的影 响能力,随着日照时数、气温日较差、风速的增多或 2-3蒸发量气候跃变 升高时,蒸发量也存在明显增多;随着平均最低气 经蒸发量累积距平分析,年蒸发总量在1 984年 温、相对湿度、水汽压下降或减少时蒸发量而增大, 累积距平绝对值达最大,由此可假定1983,1984年 并且通过0.05(P<0.05)信度检验,平均气温、降水 存在气候跃变。据信噪比检验结果,XZB=0.76较为 量与蒸发量的相关性没有通过显著性检验。 显著,假定成立。说明从1984年开始年蒸发量突变性 表1 蒸发量相关因子及完全相关 注:} 表示P<O.Ol,}表示P<O.05。 根据公式(3)的完全相关系数计算结果,日照 建平地区年平均蒸发量进行估算,其回归方程为: 时数、气温日较差、平均最低气温和风速对蒸发量 Y=0.497 9xl+29.092 2x2+52.956x5+134.580 3x6— 影响达到了显著水平。总体来说,影响建平地区蒸 895.769(R=0.780 5, =0.05) (4) 发量的能量因子有日照时数、气温日较差和平均最 式中,Y为年蒸发量; 。为日照时数; 为气温 低气温,动力因子有风速,而水分因子的影响相对 日较差; 为平均最低气温; 为平均风速。方差检 较小。 验F值为20.467 9,通过了显著性检验( =6.16)。 利用完全相关因子,采用多元回归分析方法对 从公式(4)可以看出,日照时数、气温日较差、平均 .727. 山西农业科学2014年第42卷第7期 目Ⅷ,栅聪摧 最低气温、平均风速与蒸发量均呈正相关。 由图3可知,拟合值与实测值趋势变化具有一 致性,拟合值与观测值接近,相关系数为0.789 0 (P<0.01),拟合率相对误差在一12.8%一16.2%之间, 准确率在83.8%以上。经模式计算,预测201 1年蒸 发量为1 172 mm,实测值为1 828 mm,绝对误差为 一l10 otni,相对误差为一8.6%;预测2012年蒸发量 为1 126 mm,绝对误差为39 mm,相对误差为 3.5%,这一结果与实测值接近。说明运用该回归方 程可以拟合建平地区年蒸发量的趋势,并具有较强 的实用性。 13 图3蒸发量实测值与拟合值对比 3 结论与讨论 本研究结果表明,辽宁建平地区1953--2012年 蒸发量的变化趋势减少明显,年蒸发量每10 a平均 减少约49 mm,21世纪1O年代较比20世纪6O年 代平均减少288 mm;大田作物生长季(4_9月)蒸 发量每10 a减少约47 mm,21世纪10年代较比20 世纪60年代减少270 mm。气候跃变发生在1983, 1984年,跃变之前(1953一l983年)比跃变之后 (1984--2012年)年蒸发量平均减少164 mm,作物 生长季平均减少145 mm。 本研究通过对蒸发量与环境因子的相关性分 析可知,日照时数、气温日较差、平均最低气温、风 速、相对湿度及水汽压等因子与蒸发量相关显著, 说明蒸发量的变化受诸多因子作用的结果。日照时 数、气温日较差、平均最低气温属能量供应因子,对 蒸发量影响最明显,其次是动力因子风速,而水分 因子对蒸发量的影响较小。因此,建平地区降水量 的减少与气温的升高不是造成蒸发量下降的主要 原因,而是最低气温的升高、气温日较差的缩小、日 照时数减少、风速的减小等多因素作用的结果。 应用多元回归方法,建立了建平地区年平均蒸 ・728・ 发量的估算模型(R=0.780 5, =0.05),能较好地 拟合出年蒸发量的变化趋势和特征,对预测年蒸发 量具有一定的参考价值。 总之,蒸发量的减少是多因素作用的结果,属 于非线性的。单一考虑气温升高、降水量减少会导 致蒸发量的增加将出现偏颇,掩盖气候变化的真实 过程。在气候变暖的情景下,蒸发量减少,无疑是对 干旱地区水资源平衡的一种体现。 参考文献: [1]李聪,曹占洲,丁林新,等.伊犁河谷地区50 a来气候变化 特征分析们.山西农业科学,2012,40(5):508—514. 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