近51年河北省潛在蒸散量的時(shí)空分布特征

陳金車，迪麗胡瑪·麥麥提，蘇士翔

（1.蘭州大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044）

全球氣候不斷變化導(dǎo)致地表徑流的蒸發(fā)加快，引起干旱的發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)作物各個(gè)階段都會(huì)遭遇干旱，都會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響，因此干旱受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。潛在蒸散是地球水循環(huán)和能量平衡的重要組成部分，潛在蒸散在大氣圈、水圈、生物圈中起著重要的作用。潛在蒸散量是氣候條件下決定下墊面蒸散過程的能力[1]，準(zhǔn)確地計(jì)算潛在蒸散量可以深入理解其在水文循環(huán)過程中的重要作用，對(duì)提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率、防旱抗旱工作具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。計(jì)算潛在蒸散量的方法很多，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)其進(jìn)行了大量的分析研究。目前，國(guó)內(nèi)外專家利用潛在蒸散量分析區(qū)域干旱特征的較多，Hulme等[2]人通過全球氣候模型實(shí)驗(yàn)對(duì)印度的潛在蒸散量進(jìn)行了分析，認(rèn)為引起全球潛在蒸散量減少的因素各不相同。謝平等[3]通過敏感系數(shù)和貢獻(xiàn)率法分析了云南省潛在蒸散量變化的原因，認(rèn)為潛在蒸散對(duì)于平均氣溫和日照時(shí)數(shù)較敏感。Chattopadhyay等[4]認(rèn)為印度潛在蒸散量的增加是由于輻射減少和相對(duì)濕度的增加引起的。Cohen等[5]對(duì)以色列的潛在蒸散量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，潛在蒸散增加的原因是風(fēng)速增加和水汽壓差。

河北省是我國(guó)重要的農(nóng)作物種植區(qū)和糧食生產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是遭受干旱災(zāi)害最嚴(yán)重的省份之一。在氣候變化的大背景下，該地區(qū)的干旱災(zāi)害呈現(xiàn)常態(tài)化趨勢(shì)[6]，因此研究該地區(qū)的潛在蒸散可以為河北省優(yōu)化水資源配置和灌溉提供有力的理論支撐，同時(shí)對(duì)河北省確保糧食產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重大意義。本文計(jì)算了河北省1967-2017年的潛在蒸散量，并從不同的角度分析其時(shí)空分布特征，為進(jìn)一步掌握干旱的發(fā)生發(fā)展規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐。

1 資料來源與研究方法

本研究使用的氣象資料來自1967-2017年河北省20個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣象站的日值氣象資料，站點(diǎn)的空間分布見圖1。選取了各臺(tái)站的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日序、臺(tái)站的緯度、海拔、干濕表常數(shù)等數(shù)據(jù)資料。本研究主要采用氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法結(jié)合EXCEL軟件來分析潛在蒸散的時(shí)間變化規(guī)律，利用M-K突變檢驗(yàn)法分析潛在蒸散的突變情況；利用ArcGIS軟件的空間分析功能，采用反距離插值法從空間的角度分析潛在蒸散的空間分布特征。

圖1 河北省氣象站點(diǎn)分布示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 潛在蒸散的年際變化

河北省1967-2017年多年平均潛在蒸散量為1019.4mm，其潛在蒸散量的年際變化見圖2。從圖中可以看出，近51年來河北省的潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)，平均遞減率為8.9mm/10年，顯著性分析結(jié)果表明，河北省近51年的潛在蒸散量呈現(xiàn)極顯著的下降趨勢(shì)[7]，這和全球氣候變暖的趨勢(shì)并不相同[8]。從圖2可以看出，河北省近51年的潛在蒸散量是波動(dòng)下降的。從圖中還可以看出，河北省近51年的多年平均降水量為511.1mm，波動(dòng)較大，但整體也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。另外，從圖中還可以看出，潛在蒸散量和降水量的差值（潛在蒸散量-降水量，正值說明水分虧缺，下同）平均為508.3mm，并呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明近51年來河北省缺水狀況較嚴(yán)重并且在逐漸加重，但這種趨勢(shì)并不明顯。

圖2 潛在蒸散量的年際變化

2.2 潛在蒸散的突變特征

對(duì)河北省20個(gè)站點(diǎn)1967-2017年潛在蒸散量的年和季節(jié)平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，求出時(shí)間序列的UF（Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量正序列）和 UB（Mann-Kandall統(tǒng)計(jì)量反序列）值，依據(jù)顯著性水平a=0.05（臨界值為±1.96）情況下的UF和UB序列的分布情況，判斷其突變年份，結(jié)果見表1。由表1可以看出河北省1967-2017年間潛在蒸散突變發(fā)生在1976年，出現(xiàn)的時(shí)間較早；春、夏、秋、冬季潛在蒸散突變分別發(fā)生在2008年、1999年、2005年和1970年，可見春、秋兩季潛在蒸散發(fā)生的突變時(shí)間較晚，夏季次之。

表1 河北省潛在蒸散范圍突變特征

2.3 潛在蒸散的空間分布特征

1967-2017年河北省的潛在蒸散量多年平均值的空間分布見圖3?？傮w而言，河北省的潛在蒸散在867.1-1176.0mm之間，潛在蒸散等級(jí)從北向南逐漸增加。從分布區(qū)域來看，河北省東北部屬于潛在蒸散低值區(qū)，大部分站點(diǎn)的潛在蒸散在900-1100mm之間，其中圍場(chǎng)和承德兩個(gè)站點(diǎn)的潛在蒸散最低，分別為867.1mm和892.2mm。河北省西部和南部的潛在蒸散絕大多數(shù)在1000-1100mm之間，潛在蒸散的最高值分布在懷來和黃驊，分別為1176.0mm和1147.6mm。河北省潛在蒸散的空間分布和氣溫的分布規(guī)律大體相似，但不完全相同，說明除了氣溫以外，潛在蒸散還受多種氣象因子的共同影響。

圖3 河北省年際潛在蒸散量變化

3 結(jié)論

本文利用河北省20個(gè)氣象臺(tái)站1967-2017年的氣象資料，分析了近51年河北省潛在蒸散的時(shí)空變化特征，得到以下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

（1）河北省全區(qū)的潛在蒸散量呈現(xiàn)極顯著的下降趨勢(shì)，夏、秋、冬季潛在蒸散變化趨勢(shì)與全區(qū)大體一致，但春季的潛在蒸散有極顯著的上升趨勢(shì)；春季和夏季潛在蒸散量對(duì)年潛在蒸散貢獻(xiàn)最大；春季潛在蒸散與降雨的差值最大，因此河北省的春旱最嚴(yán)重。

（2）對(duì)河北省潛在蒸散突變性特征分析得到河北省1967-2017年間潛在蒸散突變發(fā)生在1976年，出現(xiàn)的時(shí)間較早；春、夏、秋、冬季潛在蒸散突變分別發(fā)生在2008年，1999年，2005年和1970年。

（3）河北省全省潛在蒸散時(shí)空分布不均勻。潛在蒸散從東北向西向南增加，中部和南部地區(qū)成為潛在蒸散較強(qiáng)烈地區(qū)。但各季節(jié)之間以及各季節(jié)與年平均值之間的空間分布并不完全一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

河北省潛在蒸散的時(shí)間分布在各個(gè)季節(jié)內(nèi)有所不同，與變暖的趨勢(shì)并不完全相同，表明潛在蒸散不僅與溫度有關(guān)，而且還受到其他因素的影響，如風(fēng)速，日照時(shí)數(shù)等，但受篇幅限制，本文沒有對(duì)其進(jìn)行展開分析，后續(xù)應(yīng)該強(qiáng)化這方面的研究，探討不同時(shí)間內(nèi)影響潛在蒸散的主要?dú)庀笠蜃?，并根?jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況作進(jìn)一步的分析，從而使?jié)撛谡羯⒌臅r(shí)空分布結(jié)論能更好地用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，合理利用農(nóng)業(yè)水資源，根據(jù)作物蒸散需求的變化進(jìn)行節(jié)水灌溉，提高用水效率。