嘉陵江流域參考蒸散的年際變化趨勢(shì)及成因分析

呂明權(quán), 張 磊, 吳勝軍

(1.中國(guó)科學(xué)院 重慶綠色智能技術(shù)研究院, 重慶 400714; 2.重慶渝佳環(huán)境影響評(píng)價(jià)有限公司, 重慶 400042)

全球陸地表面多年平均蒸散量約占降水量的58%～65%，相應(yīng)的陸地表面平均潛熱通量(λE)約是凈輻射通量的51%～58%，這表明蒸散是聯(lián)系水循環(huán)和能量循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。蒸散是確定作物需水量估計(jì)[2-3]、農(nóng)田灌溉[4]、生態(tài)過(guò)程分析[5]、干旱評(píng)估[6-8]的基礎(chǔ)，不僅如此，蒸散影響地面熱量和水分狀況，進(jìn)而決定著地表生態(tài)環(huán)境的形成和演變[9]。因此，陸面蒸散發(fā)的研究一直是國(guó)內(nèi)外地學(xué)水文學(xué)的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。由于土地—植被—大氣系統(tǒng)組分的復(fù)雜相互作用，導(dǎo)致蒸散發(fā)可能是所有水文循環(huán)組成中最難估算的一個(gè)部分。參考蒸散(ET0),它表示在一定氣象條件下水分供應(yīng)不受限制時(shí)，某一固定下墊面可能達(dá)到的最大蒸發(fā)蒸騰量，是非常理想的陸面蒸散發(fā)能力的表征指標(biāo)，在學(xué)術(shù)界已經(jīng)發(fā)展了較為成熟的計(jì)算方法，因此，有關(guān)參考蒸散的研究非常廣泛。

過(guò)去50 a，地球表面的溫度平均每10 a上升0.13[10]，全球變暖已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。人們普遍認(rèn)為全球變暖可能會(huì)使大氣變干，在預(yù)測(cè)氣候變化和水文模擬時(shí)，一般都會(huì)得出蒸發(fā)增加的結(jié)論。但是，在2000年前，全球很多區(qū)域發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)皿蒸發(fā)或ET0是隨著溫度的增加呈現(xiàn)減少趨勢(shì)[11]。全球氣溫上升而蒸發(fā)(參考蒸散)減少的水文氣象現(xiàn)象稱之為“蒸發(fā)悖論”[12-13]，目前“蒸發(fā)悖論”問(wèn)題已經(jīng)成為蒸發(fā)及蒸散研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。在中國(guó)的黃河流域[14-15]、海河流域[16-17]、長(zhǎng)江流域[18-19]、青藏高原[20-21]的蒸發(fā)或蒸散有“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的解釋主要是其他氣象要素的變化引起蒸發(fā)的減小量抵消了由于溫度升高引起蒸散的增加量，因此導(dǎo)致蒸散隨著溫度增加而減小的現(xiàn)象[22-23]。有研究發(fā)現(xiàn)，引起蒸散減小的氣象要素主要是風(fēng)速[24]和太陽(yáng)輻射(全球變暗)[25]。由于氣候變化的效應(yīng)和蒸散本身變化的波動(dòng)周期性，隨著氣象數(shù)據(jù)序列的增加，蒸散由減少趨勢(shì)開始向增加趨勢(shì)的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象發(fā)生[26-28]。在中國(guó)，這種趨勢(shì)轉(zhuǎn)變和太陽(yáng)輻射增加(由全球變暗向全球變亮)，變暖趨勢(shì)增強(qiáng)有關(guān)聯(lián)[22]。

嘉陵江流域是長(zhǎng)江流域的主要組成部分，有關(guān)長(zhǎng)江流域的蒸散研究較多[18-19,29-31]，如XU等[18]用截至2000年的數(shù)據(jù)分析認(rèn)為長(zhǎng)江流域整體ET0變化趨勢(shì)減小，主要原因是太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的減少。但這些研究注重整體，對(duì)子流域關(guān)注較少，子流域的ET0變化規(guī)律是否和長(zhǎng)江流域的變化趨勢(shì)一致我們還不得而知，流域是否有“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象？參考蒸散變化驅(qū)動(dòng)要素是什么，引起參考蒸散變化主導(dǎo)因子是什么，這些問(wèn)題我們依然不清楚。本文利用長(zhǎng)江流域的子流域嘉陵江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，本文利用嘉陵江流域及附近的30個(gè)氣象站1960—2013年的逐日觀測(cè)氣象資料計(jì)算參考蒸散量，分析流域參考蒸散的年際變化，使用偏導(dǎo)系數(shù)法量化參考蒸散變化的因子貢獻(xiàn)，以期回答上述問(wèn)題。希望結(jié)果可以理解該區(qū)域的蒸散變化規(guī)律，為該區(qū)域的水文循環(huán)研究提供借鑒。

1 研究方法

1.1 參考作物蒸散量(ET0)

本文采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)1998年修訂的Penman-Monteith模型計(jì)算潛在蒸散量ET0，F(xiàn)AO將參考作物蒸散量(ET0)定義為一假想的參照作物冠層的蒸散速率，即假設(shè)作物高度為0.12 m、葉片阻力為70 s/m，反射率為0.23時(shí)，表面開闊、高度一致、生長(zhǎng)旺盛、完全覆蓋地面、水分供應(yīng)充分的綠色草地的蒸散量，該模型綜合了空氣動(dòng)力學(xué)的湍流傳輸與能量平衡，并在世界各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，其計(jì)算公式為：

式中：ET0為參考作物蒸散量(mm/d)；Δ為飽和水汽壓—溫度曲線斜率(kPa/℃)；Rn為作物表面的凈輻射(MJ/(m2·d))；G為土壤熱通量(MJ/(m2·d))，當(dāng)計(jì)算的時(shí)間尺度長(zhǎng)于半個(gè)月時(shí)，可忽略為0；T為空氣平均溫度(℃)；γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃)；es為飽和水汽壓(kPa)；ea為實(shí)際水汽壓(kPa)；es-ea表示水汽壓虧缺；U2為2 m處的風(fēng)速(m/s)，我國(guó)氣象站記錄的風(fēng)速是10 m的風(fēng)速，根據(jù)公式轉(zhuǎn)化。

式中：Rns為凈短波輻射；Rnl為凈長(zhǎng)波輻射；Rl為晴天輻射；MJ/m2；as為云遮蓋下(n=0)大氣外界輻射到達(dá)地面的分量；bs為晴天(n=N)大氣外界輻射到達(dá)地面的分量，as和bs的系數(shù)根據(jù)參考文獻(xiàn)[32]確定；α為地表反射度，取值0.23。σ為Stefan-Boltzmann常數(shù)(4.903×10～9 MJ/(K4·m2·d)；Tmax,K和Tmin,K分別為絕對(duì)溫標(biāo)的最高、最低溫度(K)；n為實(shí)際日照時(shí)數(shù)(h)；N為可照時(shí)數(shù)(h)。

1.2 參考作物蒸散量變化的因子貢獻(xiàn)分析

根據(jù)ET0的定義，ET0是固定下跌面和供水條件只受太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)速等氣象條件影響的變量，因此要尋找參考蒸散量變化原因可先尋找這些氣象要素怎么影響參考蒸散量。敏感性分析盡管能夠定量反映ET0變化對(duì)氣象因子變化的響應(yīng)，但并不能完全確定各氣候因子變化對(duì)于ET0變化的實(shí)際貢獻(xiàn)水平[33-35]，因?yàn)镋T0的變化不僅受其氣候敏感性的影響，同時(shí)還與各氣候因子的變化程度有關(guān)。Roderick[36]和Donohue[37]通過(guò)計(jì)算各氣象因子的年變化速率和偏導(dǎo)數(shù)成功確定各因子對(duì)蒸發(fā)變化的影響大小，該方法也應(yīng)用在其他區(qū)域都取得不錯(cuò)的效果[38-39]。

本研究主要考慮溫度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速和實(shí)際水汽壓四項(xiàng)氣象要素對(duì)ET0的變化率的貢獻(xiàn)，考慮到還要其他因素對(duì)ET0的變化有影響，因此，ET0的變化率有如下的等式：

將溫度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速和實(shí)際水汽壓四項(xiàng)氣象要素對(duì)ET0變化的貢獻(xiàn)度求和：

C(ET0)=C(Ta)+C(U)+C(Rn)+C(ea)

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

本文用兩種方法來(lái)確定ET0及各氣象要素的趨勢(shì)大小：一是線性回歸法；二是Sen趨勢(shì)估計(jì)法。流域的整體變化趨勢(shì)用線性回歸法確定，各氣象站點(diǎn)的變化趨勢(shì)用Sen趨勢(shì)估計(jì)確定。非參數(shù)化Sen方法可通過(guò)Mann-Kendall 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對(duì)變化趨勢(shì)及顯著性水平進(jìn)行檢測(cè)，M-K統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，具有檢驗(yàn)范圍寬、定量化程度高、人為性小等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于水文和氣象要素的趨勢(shì)檢驗(yàn)研究。Sen[40]估計(jì)值：

本文用3種方法確定ET0變化序列的突變點(diǎn)，分別是滑動(dòng)T檢驗(yàn)法(MTT)、Pettitt法和累積距平法(CUSUM)。

本文用反距離加權(quán)法(IDW)對(duì)ET0的變化率和各個(gè)因子的貢獻(xiàn)值進(jìn)行空間插值，IDW在氣象要素空間化表達(dá)中已被多次的應(yīng)用[29，41-42]。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)域

嘉陵江流域位于東經(jīng)102°33′—109°00′，北緯29°40′—34°30′，流域面積16萬(wàn)km2，全長(zhǎng)1 280 km，是長(zhǎng)江北岸主要支流之一，也是三峽水庫(kù)集水面積最大的一級(jí)支流。東北以秦嶺、大巴山與漢水為界，東南以華鎣山與長(zhǎng)江相隔，西北有龍門山與岷江接壤，西及西南有一低矮的分水嶺與沱江毗連。嘉陵江流域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，降雨季節(jié)分配極不均勻，夏秋多雨，冬春少雨，5—9月雨量占全年雨量的70%～90%。流域位于亞熱帶范圍內(nèi)，平均氣溫16～18℃。冬春受西北風(fēng)帶環(huán)流、內(nèi)陸氣流影響而少雨，夏秋受副熱帶南方海洋暖濕氣流影響而多雨。在中下段的盆地地區(qū)，冬季溫暖多霧，霜雪少見(jiàn)，上游山區(qū)則冬季寒冷，霜雪較多。流域內(nèi)年均氣溫10℃左右，降水量在1 000 mm以上，其中50%的年降水量集中在7—9月。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

參考蒸散計(jì)算需要逐日平均氣溫(℃)，最高氣溫(℃)、最低氣溫(℃)，10 m高處風(fēng)速(m/s)，日照時(shí)數(shù)(h)和相對(duì)濕度(%)等氣象數(shù)據(jù)，逐日常規(guī)氣象資料來(lái)自于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心(http:∥www.nmic.gov.cn/)。嘉陵江流域內(nèi)共有13個(gè)氣象站，流域北部區(qū)域氣象站分布稀少，而一些氣象站離嘉陵江流域非常近，流域周圍氣象站17個(gè)，為了使蒸散的變化格局進(jìn)行空間化表達(dá)，將周圍17個(gè)站的計(jì)算結(jié)果納入空間插值分析中。將氣象站分布稀少區(qū)域周圍7個(gè)氣象站納入嘉陵江流域蒸散變化的站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析，嘉陵江流域蒸散的站點(diǎn)考慮的氣象站共計(jì)20個(gè)(圖1)。由于不同氣象觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間年份的差異，統(tǒng)一將研究時(shí)間確定為1960—2013年，缺測(cè)數(shù)據(jù)用前后5 d的數(shù)據(jù)均值代替。

圖1 嘉陵江流域地形及氣象站分布

3 結(jié)果與分析

3.1 蒸散的年際變化趨勢(shì)分析

嘉陵江流域的參考蒸散的變化的總體趨勢(shì)微弱減小(圖2)，減小趨勢(shì)是0.44 mm/a。嘉陵江流域的參考蒸散的整體減小趨勢(shì)和長(zhǎng)江流域1961—2011年間ET0的變化趨勢(shì)一致(年際變化傾向率為-0.34 mm/a)[29]。雖流域ET0微弱減小，但是ET0的年際變化較為劇烈，在1980年之前，ET0較為平穩(wěn)，這20 a間ET0呈微弱增加趨勢(shì)(0.08 mm/a)，主要穩(wěn)定在720 mm附近。1980年以后，流域平均ET0突然減小，1981—2000年間流域平均ET0是680 mm，2000年以后，流域平均的ET0增加到720 mm附近。1980—2013年ET0的增加趨勢(shì)特別明顯，整個(gè)流域平均ET0在1960—2013年間經(jīng)歷了高—低—高的3個(gè)變化階段。

圖2 1960-2013年嘉陵江流域ET0變化過(guò)程

本文用3種方法檢測(cè)流域的ET0變化是否存在突變過(guò)程(表1)。MTT方法檢測(cè)到的突變點(diǎn)是1981年，Pettitt方法檢測(cè)結(jié)果也是1981年，除此以外，還檢測(cè)到2000年是突變點(diǎn)，但是不顯著，用CUSUM檢測(cè)到兩個(gè)點(diǎn)(1980年和2001年)。不同的方法對(duì)比看出，在1981年和2000年附近均檢測(cè)到了突變，結(jié)合前文的分析，本文將1981年確定為突變點(diǎn)，在1981年前后ET0的變化趨勢(shì)發(fā)生了變化。這個(gè)突變點(diǎn)發(fā)生在流域ET0由高到低處。該結(jié)果和整個(gè)長(zhǎng)江流域的突變點(diǎn)較為一致[29]。

根據(jù)ET0變化的突變特征，以1981年作為分界點(diǎn)，將研究時(shí)段(1960—2013年)分為前后兩部分，即1954—1981年，1982—2013年。用M-K統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)每個(gè)氣象站參考蒸散量的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖3所示。

表1 3種方法判斷ET0變化的突變點(diǎn)

1960—2013年，流域ET0的整體趨勢(shì)減小，減小的趨勢(shì)是0.44 mm/a。流域ET0減小的區(qū)域比增加的面積大，ET0呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的區(qū)域主要分布在嘉陵江流域的西北部。有13個(gè)氣象站(占20個(gè)氣象站的65%)的ET0減小，岷縣、武都和綿陽(yáng)站ET0呈顯著增加(p<0.05)(圖3)。

1960—1981年，流域ET0均值總體趨勢(shì)呈微弱增加趨勢(shì)，增加速度是0.08 mm/a。按氣象站統(tǒng)計(jì)，整個(gè)流域有11個(gè)氣象站(占20個(gè)氣象站的55%)的參考蒸散量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，減小幅度在-0.11 mm/a (巴中)到-3.54 mm/a (遂寧)，其中3個(gè)站點(diǎn)(松潘、遂寧和合川站)的減小趨勢(shì)顯著(p<0.05)。在流域內(nèi)部有9個(gè)氣象站的參考蒸散量呈增加趨勢(shì)，增加幅度在0.57 mm/a (寧強(qiáng))到3.67 mm/a (萬(wàn)源)之間，萬(wàn)源和閬中站的ET0呈顯著增加。從增加減小的空間分布來(lái)看，ET0增加的區(qū)域主要在中部和北部，在南部區(qū)域ET0呈減小趨勢(shì)，且ET0趨勢(shì)呈增加的區(qū)域面積比減小的區(qū)域面積大(圖3)。

1982—2013年，參考蒸散量的變化趨勢(shì)和前一個(gè)研究時(shí)段比明顯不同，增加斜率是2.62 mm/a。從增減的空間格局來(lái)看，ET0減小的區(qū)域明顯減少，只分布在閬中、松潘和大足站附近小塊區(qū)域(圖3)。除大足、松潘和閬中站以外，流域內(nèi)的其他17個(gè)氣象站的ET0均增加，其中13個(gè)站的增加趨勢(shì)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(p>0.05)，武都站的增加斜率最高達(dá)7.06 mm/a。

3.2 “蒸發(fā)悖論”的規(guī)律分析

過(guò)去54 a間，嘉陵江流域氣溫平均每10 a上升了0.1℃(圖4)，流域20個(gè)氣象站中有19個(gè)(95%)呈上升趨勢(shì)，其中有15個(gè)氣象站通過(guò)p<0.05的置信度檢驗(yàn)，變暖趨勢(shì)明顯，從氣溫變化的空間分布來(lái)看只有巴中站附近區(qū)域呈減小趨勢(shì)(圖3)。變暖過(guò)程中，前21 a氣溫并沒(méi)有增加，整個(gè)流域氣溫平均每10 a以0.05℃的速率減小，有7個(gè)站的氣溫呈增加趨勢(shì)，其余13個(gè)站的氣溫減小，減小的區(qū)域主要分布在流域的中南部(圖3)；后33 a氣溫增幅明顯(以每10 a增加0.52 ℃的速率)，只有巴中站附近區(qū)域的氣溫減小，其他區(qū)域的氣溫明顯上升，14個(gè)站的氣溫均呈顯著增加(圖3)。

圖3 嘉陵江流域ET0及溫度的變化

圖4 嘉陵江流域1960-2013年ET0和溫度變化

如果簡(jiǎn)單的對(duì)比流域的蒸散平均值的變化(-4.35 mm/10 a)和溫度的年際變化(0.1℃/10 a)，流域存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。但是，局部區(qū)域和與全流域整體形式并不完全同步(圖3)。將各氣象站的溫度和蒸散年際變化插值，對(duì)比溫度和蒸散的變化趨勢(shì)從而更為精確分析“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。整個(gè)研究時(shí)段，共有13個(gè)氣象站的蒸散減小，其中有12個(gè)氣象站的溫度上升，在這12個(gè)氣象站上存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象；另外7個(gè)氣象站的溫度和ET0的變化方向同步，除了巴中站以外均呈上升趨勢(shì)的，不存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。從空間分布來(lái)看，“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象主要發(fā)生在流域的南部。

分時(shí)段研究，存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的氣象站和區(qū)域較少。1960—1981年，流域氣溫的總體趨勢(shì)是減小的，在氣溫上升的氣象站中，只有廣元和麥基站的蒸散減小存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，但是從空間分布來(lái)看蒸散減小的區(qū)域非常小。1981年后，氣候變暖現(xiàn)象非常明顯，19個(gè)氣溫明顯上升的氣象站中有3個(gè)站(松潘、大足和閬中)的ET0減小，這3個(gè)站存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。巴中站的氣溫減小，但蒸散卻顯著增加。據(jù)以上分析可知，從1981年為分割點(diǎn)的前后研究時(shí)段，存在“蒸發(fā)悖論現(xiàn)象”的氣象站和區(qū)域均較少，在1960—1981年，只在廣元和麥基站附近存在該現(xiàn)象，其他區(qū)域觀察不到該現(xiàn)象。而在后32 a，變暖趨勢(shì)明顯，只有3個(gè)站(松潘、大足和閬中)附近區(qū)域有“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象存在。

3.3 蒸散變化的歸因分析

蒸散量受各種因素綜合影響，主要有氣溫、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、飽和水汽壓差等氣象要素，由于影響潛在蒸發(fā)量變化的因素眾多，不同因素之間也相互影響，所以潛在蒸發(fā)量的變化成因十分復(fù)雜。用偏導(dǎo)系數(shù)法將30個(gè)氣象站的氣溫、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射和實(shí)際水汽壓對(duì)蒸散變化的影響計(jì)算出來(lái)，用IDW方法將計(jì)算結(jié)果插值(圖5)，但在統(tǒng)計(jì)分析中只考慮流域的20個(gè)氣象站。

圖5 氣象要素對(duì)ET0年際變化的貢獻(xiàn)空間分布

圖6 C(ET0)和ET0年際變化量的關(guān)系

從溫度對(duì)對(duì)蒸散變化貢獻(xiàn)的空間分布圖看出(圖5)，1960—1981年，在嘉陵江流域北部，溫度對(duì)ET0年際變化貢獻(xiàn)為正，在中部和南部溫度貢獻(xiàn)為負(fù)。從氣象站來(lái)統(tǒng)計(jì)，有7個(gè)氣象站的溫度對(duì)ET0的變化呈正貢獻(xiàn)，其中麥基站的溫度對(duì)ET0的貢獻(xiàn)高達(dá)6.08 mm/a，在其他的13個(gè)氣象站上，溫度使蒸散減小。1982—2013年，嘉陵江流域溫度對(duì)ET0的影響較為一致，較之1960—1981時(shí)段，溫度對(duì)流域蒸散的正貢獻(xiàn)區(qū)域明顯增加，除了巴中站(-1.52 mm/a)以外，其他19個(gè)氣象站的溫度均對(duì)ET0年際變化的貢獻(xiàn)為正，貢獻(xiàn)大小從0.71 mm/a到3.08 mm/a，表明在這個(gè)時(shí)段溫度的上升對(duì)ET0的增加影響較大。

1960—1981年，風(fēng)速對(duì)ET0貢獻(xiàn)的影響空間分異較為明顯(圖5)，有11個(gè)站點(diǎn)區(qū)域的風(fēng)速增加對(duì)ET0變化是正貢獻(xiàn)，貢獻(xiàn)大小從0.24 mm/a到3.37 mm/a，且這些站點(diǎn)主要分布在流域的北部，在流域南部風(fēng)速減小使ET0減小。1982—2013年，風(fēng)速呈現(xiàn)正貢獻(xiàn)的站點(diǎn)增加到14個(gè)，其中巴中站因風(fēng)速增加對(duì)ET0的貢獻(xiàn)達(dá)8.75 mm/a，從風(fēng)速對(duì)ET0的貢獻(xiàn)大小分布來(lái)看，這個(gè)時(shí)段風(fēng)速對(duì)ET0的年際變化呈負(fù)貢獻(xiàn)的區(qū)域明顯減小。

1960—1981年，9個(gè)氣象站點(diǎn)由于太陽(yáng)輻射減小對(duì)ET0的年際變化是負(fù)貢獻(xiàn)，其貢獻(xiàn)范圍-0.31～-1.56 mm/a，1982—2013年，有10個(gè)站點(diǎn)因太陽(yáng)輻射減少對(duì)ET0的年際變化是負(fù)貢獻(xiàn)，從太陽(yáng)輻射的空間分布圖看出，正負(fù)貢獻(xiàn)范圍面積變化不大，但是空間格局從1960—1981年的南北格局變?yōu)?982—2013年的東西格局(圖5)。

在1981年前，在流域有大部分區(qū)域因?qū)嶋H水汽壓減小而使得ET0增加，負(fù)貢獻(xiàn)的區(qū)域主要在流域的東部。1981年后，水汽壓負(fù)貢獻(xiàn)的區(qū)域明顯擴(kuò)大，正負(fù)貢獻(xiàn)區(qū)分別分布在南北區(qū)域(圖5)。

根據(jù)4個(gè)氣象因子對(duì)ET0的貢獻(xiàn)的大小，決定不同氣象站上引起ET0變化的主導(dǎo)因子。1960—1981年，有12個(gè)氣象站引起ET0變化的主要因素是風(fēng)速的變化，有6個(gè)氣象站引起ET0的變化的主要?dú)庀笠蜃邮翘?yáng)輻射的增加，其中3個(gè)站點(diǎn)位于流域中部，引起略陽(yáng)和麥積站ET0變化的主導(dǎo)因子是溫度的增加(圖7)。從整個(gè)流域來(lái)看，控制這個(gè)時(shí)段變化的主導(dǎo)氣象因子是風(fēng)速，但是風(fēng)速引起ET0變化的方向上不同，在流域南部的5氣象站上風(fēng)速使ET0減少。用2000年前的氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的研究認(rèn)為蒸散減少主要原因是風(fēng)速和太陽(yáng)輻射的減少，如XU等[19]研究認(rèn)為長(zhǎng)江流域蒸散減小的主要?dú)w因于風(fēng)速和太陽(yáng)輻射。嘉陵江流域的20個(gè)氣象站中，有18個(gè)氣象站的主導(dǎo)因素的確是風(fēng)速和太陽(yáng)輻射，但其中只有6個(gè)氣象站的風(fēng)速和太陽(yáng)輻射使蒸散減少，其他12個(gè)氣象站中這兩氣象要素使ET0增加的。1982—2013年，引起嘉陵江流域ET0增加的主導(dǎo)氣象因子是溫度，在20個(gè)氣象站中，共有14個(gè)氣象站的主導(dǎo)因子是溫度的上升，麥積、鎮(zhèn)巴、武都、綿陽(yáng)和遂寧站ET0增加過(guò)程中貢獻(xiàn)最大的是風(fēng)速增強(qiáng)，這些氣象站分布在流域的西部，而巴中在這個(gè)時(shí)段ET0的增加則歸因于實(shí)際水汽壓的變化(圖7)。

注：+代表主導(dǎo)因素使ET0增加， 代表主導(dǎo)因素使ET0減小

圖7 ET0變化的主導(dǎo)因素

4 結(jié) 論

(1) 1960—2013年，流域ET0趨勢(shì)減小，減小速率0.44 mm/a，整個(gè)流域平均ET0變化較為劇烈，在1960—2013年間經(jīng)歷了高—低—高的3個(gè)變化階段，在前20 a的ET0均值720 mm，1980—2000年ET0均值是680 mm，2000—2013年ET0均值上升到720 mm。在1981年檢測(cè)到流域的ET0的變化存在突變，可以認(rèn)為嘉陵江流域ET0的演變過(guò)程(1960—2013)可以分為2個(gè)階段，1981年前ET0穩(wěn)定在720 mm/a附近，1981年ET0突然降小后開始增加。

(2) 1960—2013年，流域ET0減小的區(qū)域比增加的面積大，ET0增加的區(qū)域主要分布在嘉陵江流域的西北部。不同時(shí)間尺度統(tǒng)計(jì)，流域北部均屬于ET0增加區(qū)域。1960—1981年，流域的整體ET0均值微弱增加(0.4 mm/a)，增加區(qū)域面積比減小的面積大，且主要分布在中部和北部。1982—2013年，增加趨勢(shì)特別明顯(2.62 mm/a)，除閬中、松潘和大足站附近小塊區(qū)域以外的其他區(qū)域ET0均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

(3) “蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象存在時(shí)空差異。從整個(gè)研究時(shí)段看，流域整體存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，按氣象站統(tǒng)計(jì)，有12個(gè)氣象站上存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象且主要分布在流域南部。1981年前后兩個(gè)時(shí)段分別統(tǒng)計(jì)，存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的氣象站和區(qū)域較少。在1960—1981年，只在廣元和麥基站附近存在該現(xiàn)象，而在后32 a，只有3個(gè)站(松潘、大足和閬中)附近區(qū)域有“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象存在。

(4) 1960—1981年，引起嘉陵江流域ET0變化的主導(dǎo)因子是風(fēng)速和太陽(yáng)輻射，但是引起ET0變化的方向不一樣，在南部主導(dǎo)因子作正貢獻(xiàn)，而在中部和北部太陽(yáng)輻射和風(fēng)速增加發(fā)揮主導(dǎo)作用。1982年后，由于氣候變暖趨勢(shì)明顯，溫度上升對(duì)整個(gè)流域的ET0增加發(fā)揮著主導(dǎo)作用。