1972—2012年白洋淀濕地潛在蒸散量變化分析

賈秋蘭，趙玉兵，王小娟，王 歡，吳云龍

（1邢臺市氣象局，河北邢臺054000；2辛集市氣象局，河北辛集052360）

0 引言

全球氣候變暖已是不爭的事實[1]，在氣候變暖的大背景下，近100年來中國地表氣溫增加尤為明顯，升溫幅度約為0.5～0.8℃[2-3]。以增溫為主要特征的氣候變化將對中國的生態系統和社會經濟產生重要影響[4-8]。

濕地作為一個獨特的生態系統，在涵養水源，保護生物的多樣性，調節區域氣候，控制碳循環等方面具有重要的意義[9]。近些年來，一些學者對濕地氣候變化開展了一些研究，取得了許多有益的成果，賈志軍[10]對三江平原典型沼澤濕地蒸散量及其影響因子進行研究，認為沼澤濕地蒸散量時間變化特征明顯。羅磊[11]分析認為全球氣候變化是青藏高原濕地退化的重要氣候背景。沃曉棠等[12]認為扎龍濕地的大氣濕潤度在減小，氣候在向暖干方向發展。李風霞等[13]通過分析，揭示了氣候變化對青海湖地區區域生態與環境的影響效應。王芳[14]研究認為七星河濕地對當地氣候具有重要的調節作用。

白洋淀濕地位于河北省中部，在保定與滄州境內，是河北省第一大內陸湖，地理坐標在38°43′—39°02′N，115°38—116°26′E之間，面積366 km2，素來有“華北之腎”的稱謂，但到目前，對白洋淀濕地的研究還不多，而潛在蒸散量是指充分供水條件下的區域蒸散發能力[15]。目前已被廣泛應用于農田灌溉、作物需水量等水資源管理的研究中[16-17]。從氣象學的角度來看，潛在蒸發量也是地表水量平衡和能量平衡的重要研究內容[18]。因此，筆者立足于白洋淀附近的安新氣象站的多年氣象資料，分析了近54年來白洋淀濕地潛在蒸散量的變化狀況，此研究能夠為白洋淀濕地的水平衡等生態保護問題提供積極地借鑒和參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究數據來源于河北省氣象局氣候中心，用白洋淀濕地內的安新氣象站1972—2012年逐日平均氣溫（含最高最低）、降水、日照、風速、相對濕度等觀測數據資料，季節的劃分按照3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季的劃分方式生成逐季序列。

1.2 研究方法

1.2.1 潛在蒸散量計算公式的選取 潛在蒸散量又稱參考作物蒸散量，是表征大氣蒸散能力，評價氣候干旱程度、植被耗水量、生產潛力以及水資源供需平衡的最重要的指標之一[19-24]，在計算該數值的過程中選取使用世界糧農組織(FAO)推薦使用的修正Penman-Monteinl方程[19]進行本區域潛在蒸散量的計算，方程式如(1)所示。

ET0是潛在蒸散量，Rn是冠層表面凈輻射，冠層反射系數α取0.23；G是土壤熱通量，其數值在本文忽略不計[25]；T是日平均氣溫；es是飽和水汽壓；ea是實際水汽壓；△是飽和水汽壓－氣溫關系曲線在T處的切線斜率；γ是濕度計常數；U2是2 m高處的日平均風速。

1.2.2 采用方法 采用趨勢方程、Mann-Kendall突變檢驗、標準差、Morlet小波分析對白洋淀濕地的地標干濕進行季節、年代的變化分析[26-27]。按春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至2月）的季節劃分生成逐季序列，采用月平均統計得到逐年平均氣溫。

2 結果與分析

2.1 趨勢變化分析

由表1可以看到，1972—2012年白洋淀濕地年平均潛在蒸散量為993.0mm。其中春季蒸散量為330.3mm，占全年蒸散量的33%；夏季蒸散量402.8mm，占全年的41%；秋季蒸散量181.1mm，占全年的18%；冬季蒸散量79.0mm，占全年的8%。夏季潛在蒸散量最大，其次是春季和秋季，冬季最少。

表1 白洋淀濕地潛在蒸散量變化統計表（1972—2012年）

對白洋淀濕地的年、各季潛在蒸散量進行趨勢分析，結合圖1和表1可以看到，無論是年際還是各季節，白洋淀濕地的潛在蒸散量均呈波動下降趨勢，年潛在蒸散量的趨勢變化為-22.5mm/10 a，各季節中，春季的趨勢變化最大，變化量為-9.5mm/10 a，冬季的趨勢變化最小，變化量為-0.5mm/10 a；在41年的時間序列中，白洋淀濕地的年變化量、春季變化量、秋季變化量隨時間的變化減少顯著，趨勢變化通過了99%的顯著性檢驗，夏季和冬季的趨勢變化沒有通過任何的顯著性檢驗；年潛在蒸散量的標準差最大，說明波動幅度最大，各季節的變化過程中，夏季的波動性最大，冬季的波動性最小。

2.2 時間序列的突變分析

Mann-Kendall突變檢驗簡稱M-K法，是一種非參數統計檢驗方法，可分析時間序列資料的變化趨勢和突變點[26]。通過對白洋淀濕地年際與各季節潛在蒸散量的M-K檢驗分析圖2發現，該濕地無論是年際還是各季均存在隨著時間變化的突變點。年際潛在蒸散量在1983年發生突變，在1988年突破-1.96（95%顯著性）的檢驗線，下降趨勢顯著；春季潛在蒸散量在1977年發生突變過程，在1986年突破-1.96的檢驗線，下降顯著，但隨著時間的變化于2009年又回歸到檢驗線之內；夏季在1986年發生突變，在1994年和2001年2次突破-1.96的檢驗線，并與2001年后下降顯著；秋季在1987年發生突變，在1991年下降顯著；冬季在1984年發生突變，在1991—1997年間下降顯著。

圖1 白洋淀濕地潛在蒸散量變化趨勢圖（1972—2012年）

2.3 周期變化分析

在實際變化過程中，氣象要素并非單調遞增或者單調遞減，常常在波動增減的基礎上疊加了不同的變化周期，因此，采用Morlet小波方法研究了近41年來白洋淀濕地潛在蒸散量的周期性變化特征，正值代表增加，負值代表減少。在圖3a可以看到，年潛在蒸散量存在8～10年的周期變化特征，在2010年左右潛在蒸散量進入減少階段，該階段將延伸至2014—2015年左右；春季潛在蒸散量存在5～7年左右的變化周期，潛在蒸散量在2012年后將進入增加階段，此階段的過程將維持3～4年；夏季存在準8年左右的周期變化特征，該周期在2011年左右進入減少階段，預計在2015年后進入增加階段；秋季存在特征在20世紀90年代中期以前不明顯，在90年代后存在準8年左右的振蕩周期，該周期在2008年左右進入減少階段，在2012年后將進入增加的階段；冬季存在準10年的變化周期，在2007年左右進入增加周期，預計在2012年后將進入減少的周期。

3 結論

（1）白洋淀濕地多年潛在蒸散量的年平均為993.0mm，各季節中，夏季潛在蒸散量最大，冬季最少，41年來該濕地的潛在蒸散量呈波動下降趨勢，年潛在蒸散量的下降趨勢為-22.5mm/10 a，各季節中，春季的趨勢下降最大，變化量為-9.5mm/10 a，冬季的趨勢下降最小，變化量為-0.5mm/10 a，在各季節的變化過程中，夏季的波動性最大，冬季的波動性最小。

（2）白洋淀濕地的年際、各季潛在蒸散量均存在時間序列的突變過程，其中年際變化在1988年下降趨勢顯著，夏季在2001年下降趨勢顯著，秋季在1991年下降趨勢顯著；春季在1986—2009年下降趨勢顯著。冬季在1991—1997年下降趨勢顯著。

（3）白洋淀濕地的年際、各季潛在蒸散量隨時間的變化存在大小不同的周期變化特征，年潛在蒸散量存在8～10年的周期變化特征，春季潛在蒸散量存在5～7年左右的變化周期，夏季存在準8年左右的周期變化特征，秋季在20世紀90年代后存在準8年左右的周期特征，冬季存在準10年的變化周期。

1972—2012年，白洋淀濕地的潛在蒸散量呈減少趨勢，尤其是在1988年后，其潛在蒸散量的年下降趨勢呈進一步的減少狀態，這對白洋淀濕地的水土保持是一個可喜的結果，對該地區的生態建設有促進的作用，本研究只分析了白洋淀濕地的潛在蒸散量的變化情況，對于濕地生態環境的其他要素的研究工作將在今后開展。

圖2 白洋淀濕地Mann-Kendall突變檢驗分析圖（1972—2012年）

圖3 白洋淀濕地Morlet小波分析圖（1972—2012年）

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