丹东地区参考作物腾发量演变规律及其气候影响因素研究

关颖红

（辽宁省东港市水利技术推广中心 辽宁 东港 118300）

蒸发蒸腾是植物生长的重要生理活动之一，同时也是地球水文循环的重要组成部分，直接关系着地表能量与水量平衡[1]，落在地面的所有降水中，约有62%被蒸腾消耗掉了[2]。因此，它的精确计算对水资源的有效利用及水文研究有着重要意义，尤其对作物需水量的计算、灌溉制度的确定、干旱管理等有着显著影响。近几十年来，通过参考作物腾发量(ET0)计算实际作物腾发量进而确定作物需水量的方法在国内外受到广泛关注，不少学者对其进行了深入研究并形成了诸多理论。其中，penman-montieth(P-M)公式被FAO推荐为计算 ET0的唯一标准公式[2～3]。

1 研究区概况

丹东市位于辽宁省东南部，地理坐标东经124°23′，北纬40°07′。属暖温带亚湿润季风型气候，年平均雨量多在800mm～1200mm，占辽宁省降水量的70%，是我国北方雨量最多的地区。年平均气温南部在8℃～9℃，北部6℃～7℃，受季风影响，季节变化明显，四季分明，是东北地区最温暖最湿润的地方，素有“北方江南”、“东北苏杭”之称。

2 材料与方法

本文利用丹东市4个气象站1960年～2006年的逐日气象资料，采用P-M公式计算各站逐日ET0，并对各站计算结果求平均得到丹东地区逐日ET0，再通过分类汇总得到整个地区逐月及逐年ET0，在此基础上分析研究区不同时间尺度下ET0的演变特征，并对引起该变化的主要气象影响因素进行了探讨，以期为研究丹东地区未来ET0的变化和用水管理提供依据。逐日ET0的计算公式如下[4]：

(1)ET0式中：ET0是参考作物腾发量，Rn是到达作物表面的净辐射[MJ/(m2·d)]，G是土壤热通量 [MJ/(m2·d)]，T是作物冠层2m高处的空气温度(℃)，U2是作物冠层2m高处的风速 (m/s)，ea是饱和水汽压(kPa)，ed是实际水汽压(kPa)，Δ是水汽压对温度的斜率(kPa/℃)，γ 是干湿球常数。

采用M-K秩次相关法对丹东市ET0及各气象因素的变化趋势进行显著性检验，其有关理论参见文献[5]；对于ET0变化的影响因素分析，采用基于偏导数的敏感性分析法。其计算公式如下[3,6]：

(2)式中：SXi为参数 Xi的敏感系数(无量纲)。SXi取正值表明ET0随着Xi的增加而增加，反之则表明ET0随着Xi的增加而减小；|SXi|越大表明Xi变化对ET0的影响越大，反之亦然。

气象要素及ET0的变化趋势用一次线性方程表示，即[7]

(3)式中：xi为气象要素的拟合值，10a1为气候倾向率，表示气象要素每10年的变化率。气候倾向率描述的是序列的升降程度，其小于0说明研究对象在统计时段内呈下降趋势，反之呈增长趋势[8]。

3 结果与分析

3.1 ET0年际变化特征

图1 丹东地区年均日ET0年际变化及其累计距平曲线

图2 各站点及全区平均ET0年际变化曲线

图3 丹东地区ET0月际变化情况

表1 各站点及全区逐月日ET0变化的气候倾向率 /mm·(10y)

表2 各站点及全区平均各气象因子变化的气候倾向率（1960年～2006年） /mm·(10y)

表3 各站点及全区年均日ET0与各气象因子的相关系数及敏感系数

丹东地区年均日ET0年际变化及其累计距平曲线如图1。全区ET0总体上缓慢减少，但趋势不明显（P=0.783），最大值出现在 1965 年，其值为 2.414mm/(y·d)，最小值出现在2005年，其值为 1.921mm/(y·d)。结合累计距平图(图1b)可知，研究时段内丹东地区ET0变化大致可分为四个阶段：第一阶段和第三阶段分别对应于1960年～1968年、1996年～2003年，该阶段累计距平值持续上升，表明这两个阶段的ET0比平均ET0大，属于腾发较强的阶段；第二阶段和第四阶段分别对应于1968年～1996年、2003年～2006年，该阶段累计距平值持续下降，说明这个阶段内ET0比平均ET0小，属于腾发较弱的阶段；其中第二阶段内，ET0的累计距平曲线出现一定幅度的波动，说明在这个时段内，丹东地区ET0不稳定。

由图2可知，丹东地区各气象站ET0与全区平均ET0年际变化趋势相似，其中丹东站与全区平均值最接近，可近似代表丹东地区近几十年来ET0年际变化情况，而与全区平均值差异最大的是宽甸站，最大差值为0.612mm/(y·d)。

3.2 ET0月际变化特征

丹东地区ET0月际变化比较大，各站点ET0年内分布情况相似，最高值一般发生在5月份～6月份，最低值出现在12月份～1月份。由图3可知，全区平均连续最大6个月ET0值出现在4月份～9月份，约占全年比例的73.2%，其中5月份～6月份约占27.5%；而12月份～1月份仅占全年比例的5.0%。由图也可以看出，一年四季中，丹东地区冬季ET0最低，夏季最高，这可能与冬季温度低、日照短而夏季温度高、日照长有关。

分析各站点及全区ET0的气候倾向率(如表1)可知，丹东地区ET0年内各月变化趋势不尽相同，其中12月份～3月份及8月份～9月份ET0有上升趋势，4月份～7月份及10月份～11月份ET0有下降趋势，除5月份外其余各月变化趋势均未达到显著水平。各站点及全区2月份ET0均呈上升趋势，5月份ET0均呈下降趋势，其余各月规律没有一致性。其中，气候倾向率值最大的是东港站5月份的ET0，其值为-0.114mm/(10y)，最小的是丹东站8月份的 ET0，其值为 0.00002mm/(10y)。

3.3 影响因素分析

选择平均温度、相对湿度、风速和太阳辐射4个气象因素进行分析。由表2、表3可知，绝大部分站点及全区平均太阳辐射和风速均有显著的下降趋势，除宽甸站外，相对湿度也呈下降趋势，但大多数趋势欠显著，各站点及全区平均温度均呈显著上升趋势，这与全球气候变暖的客观事实相符。丹东地区年均ET0与各气象因素的相关性由强到弱依次为：太阳辐射＞相对湿度＞平均温度＞风速，其中，太阳辐射、平均温度及风速与ET0呈正相关，相对湿度与ET0呈负相关，这与常理相符。另外，通过敏感性分析得，丹东地区年ET0对太阳辐射的变化最敏感，其次是相对湿度的变化和平均温度的变化，最后是风速的变化，这与相关分析结果一致，由此可以说明，丹东地区ET0变化受太阳辐射的影响最大，但还不能确定其余3个气象因子对ET0变化影响强弱的先后顺序，需要从各气象因子扰动对ET0变化的贡献值角度做进一步研究。

用同样的分析方法分析影响月ET0值变化的主要气象因素。结果表明，不同月份对丹东地区ET0变化影响最大的气象因子不尽相同，12月份～3月份相对湿度对ET0影响较大，4月份～7月份、10月份～11月份太阳辐射对ET0影响较大。总体来看，温度和风速对各月ET0影响不显著。

4 结论

研究表明，丹东地区多年参考作物腾发量呈不明显下降趋势，太阳辐射是影响丹东地区多年参考作物腾发量变化的最主要因素，这一结论印证了太阳辐射是蒸发蒸腾最基本的能量来源。

月际分析表明，研究区参考作物腾发量最高值发生在5月份～6月份，最低值出现在12月份～1月份，各站点变化情况具有相似性。从季节上看，除冬季ET0有上升趋势外，春、夏、秋3季ET0均呈缓慢减少趋势，但这些趋势均未达到显著水平。相对湿度对冬季ET0影响较大，其余各季太阳辐射对ET0影响最显著。陕西水利

[1]刘小莽,郑红星,刘昌明,等.海河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析 [J].资源科学,2009,31(9):1470-1476.

[2]V.Th.AMBAS,E.BALAS.Sensitivity Analysis of Different Evapotranspiration Methods Using A New Sensitivity Coefficient[J].Global Nest Journal,2012,14(3):335-343.

[3]曾丽红,宋开山,张柏,等.东北地区参考作物蒸散量对主要气象要素的敏感性分析[J].中国农业气象,2010,31(1):11-18.

[4]张淑杰,张玉书,隋东,等.东北地区参考蒸散量的变化特征及其成因分析 [J].自然资源学报,2010,25(10):1750-1760.

[5]K.H.HAMED.Exact distribution of the Mann Kendall trend test statistic for persistent data[J].JournalofHydrology,2009,365:86-94.[6]GONGLB,CHONGYX,CHEN DL,etal.Sensitivity of the Penman-Monteith reference evapotranspirationtokeyclimatevariablesinthe Changjiang(YangtzeRiver)basin[J].Journalof Hydrology,2006,32(9):620-629.

[7]孙兰东,刘德祥.西北地区热量资源对气候变化的响应特征[J].干旱气象,2008,26(1):8-12.

[8]李春友,张劲松,孟平,等.黑龙港流域参考作物蒸散量的时序变化和分形特征[J].中国农业气象,2011,32(1):81-88.