滇中地区参考作物蒸散量时空变化特征

王 杰, 吴 灏, 黄 英, 王树鹏

(云南省水利水电科学研究院, 昆明 650228)



滇中地区参考作物蒸散量时空变化特征

王 杰, 吴 灏, 黄 英, 王树鹏

(云南省水利水电科学研究院, 昆明 650228)

参考作物蒸散量是灌溉设计、灌溉计划等的基础数据，利用滇中地区19个气象台站的观测数据，计算了滇中地区的参考作物蒸散量(ET0)，分析了ET0时间和空间的变化特征及气象要素对其的影响。结果表明：研究区的ET0于1982年发生突变，1960—1982年变化趋势不明显，1982—2002年呈现下降的趋势，2003—2012年ET0呈现增加的趋势，多年平均ET0约为1 223.7 mm。ET0的空间特征表现为中部高，东西低，春季最大，夏季高于秋季，冬季最小，高值区出现在元谋地区。ET0与风速、气温和日照时数呈现显著的正相关关系，与相对湿度呈现极显著的负相关关系。偏相关分析和逐步回归分析显示在年尺度上，风速、相对湿度和日照时数的组合可以预测ET0的年际变化。

参考作物蒸散量; 滇中地区; Penman-Monteith公式

在全球的降水量中，约有60%通过陆地生态系统蒸散返回到大气中，被认为是水循环过程中最难的一个环节之一[1]，控制着陆地生态系统和大气之间的物质和能量交换，成为水资源研究的重点领域之一。在蒸散量估算中，参考作物蒸散量是基础参数，表征大气蒸发能力的一个量度[2]，同时也是制定作物灌溉制度、灌区灌溉需水量的基础，影响到区域水资源的优化配置[3]。对于农业用水、生态系统模型和径流估算等具有重要的影响。国内外对于参考作物蒸散量进行计算的方法很多，其中彭曼—蒙特斯公式被认为是目前最好的方法，具有很强的理论基础，所需数据能够很容易得到，并得到广泛的应用。

在气候变暖大背景下，世界上大多数地区ET0呈下降趋势[4]。在中国不同区域ET0空间差异十分明显，总体呈下降趋势[5-6]。云南水资源总量丰富，但时空分布不均，与人口、土地和生产力布局等不匹配。近年来随着社会经济的发展，农业用水量受到挤占，2009—2012年发生4 a连续干旱，使得农业缺水愈发严重。为此，本文利用滇中地区气象台站的日观测资料，计算滇中地区的ET0，在此基础上分析滇中地区ET0的时空分布规律及气象要素对其的影响，以期为当地灌溉设计、灌溉计划和水资源管理等提供理论依据当地和实践指导。

1　研究区概况

滇中地区位于东经99°33′—103°40′，北纬24°23′—27°05′，包括昆明、玉溪、红河、大理、曲靖、楚雄和丽江等，国土面积约为1.5×105km2。研究区属于亚热带气候，日照充足，四季如春，气候宜人，干湿季分明，最热月平均温度约为19～22℃，最冷月平均温度约为6～8℃。年降水量约为955.0 mm，其中85%以上的降雨量集中在5—10月，11月至次年4月的降水量仅占全年的15%左右。土壤类型以山原红壤、棕壤和水稻土等为主。地形以山地和山间盆地为主，地势起伏缓和。植被类型多样，多为次生植被和人工植被。

2　数据及方法

2.1数据

本文采用滇中地区及临近地区的19个气象台站，时间序列为1960—2012年，主要包括逐日最低气温和最高气温、相对湿度、风速和日照时数，各站点的经纬度和海拔等数据。

2.2方法

2.2.1ET0计算ET0的计算采用FAO Penman-Monteith公式[7]。通过matlab软件编程，读入计算所需要的日最低气温和最高气温、相对湿度、风速、日照时数、经纬度和海拔等数据，实现对日尺度上ET0的计算；通过使用ArcGIS 9.3软件，利用kriging空间插值方法实现ET0的空间插值，生成年尺度和季节尺度上ET0的空间分布图。

2.2.2Mann-Kendall突变检验本文采用Mann-Kendal检验对ET0的序列进行趋势分析和突变分析。Mann-kendall检验不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰[8]，适用于分析实际中的非正态分布，在进行突变分析时还可以明确突变开始的时间，并指出突变区域[9]。

3　结果与分析

3.1ET0时间变化特征

由各气象站1960—2012年ET0年均值，求平均值得到研究区近53 a来ET0的年均值。研究区多年平均ET0约为1 238.0 mm，最大值约为1 348.4 mm，出现在2012年；最小值约为1 115.9 mm，出现在1990年(图1)。通过M-K检验得到统计量U的顺序、逆序变化曲线UBk和UFk(图2)，可知：取显著水平0.05得到两条临界线y=±1.96，在临界值之间UB和UF曲线有一个明显的交点，位于1982年左右，即研究区平均ET0突变时间约为1982年，从1982年以后出现下降趋势，从1990年以后出现显著下降趋势(图2)。

从时间序列上可以看出1960—1982年ET0变化趋势不明显，MK检验同样显示不显著的变化趋势；1982—2002年ET0表现为下降趋势，MK检验显示1982—2002年表现出下降的趋势；2003—2012年ET0表现为增加的趋势，MK检验显示相对于整个时间序列而言，其显著性呈现减小的趋势(图1,2)。

图1滇中地区参考蒸散量年际变化

图2研究区平均ET0的Mann-Kendall检验

3.2ET0空间变化特征

利用Kriging空间插值方法将ET0空间栅格化，得到ET0在空间上的连续分布。滇中地区ET0在空间上表现出明显的空间差异。多年平均ET0空间分布特征总体上表现为：中部高，东西低，大多数等值线呈现南北走向的半环分布，研究区多年平均ET0均超过了1 000 mm(图3)。高值区出现在元谋地区，范围为1 310.1～1 863.7 mm，这是由于元谋地区位于干热河谷，相对于研究区的其他地区，气温高、日照时间长，接受的太阳辐射能多，加之降水稀少导致相对湿度较低，因而ET0较大。

春、夏、秋和冬的ET0空间分布与年的ET0比较，变化特征基本一致，在空间上同样表现出明显的空间差异，分布特征为中间高，东西低，高值区同样出现在元谋地区。春季(3—5月)变化范围334.6～474.3 mm，约占全年的34.0%；夏季(6—8月)变化范围306.6～354.2 mm，约占全年的27.7%；秋季(9—11月)变化范围225.9～263.5 mm，约占全年的20.3%；冬季(12月—次年2月)变化范围180.7～245.5 mm，约占全年的18.0%；总体上表现为春季最大，夏季高于秋季，冬季最小(图4)。

图3滇中地区年ET0空间分布

图4滇中地区ET0季节空间分布

3.3气象要素对ET0的影响

ET0受当地气候条件的影响，反映作物在水肥条件充足的条件的蒸散潜力，本文讨论风速、气温、相对湿度和日照时数在年尺度上对ET0的影响。对研究区而言，风速和日照时数与ET0呈现极显著的正相关关系决定系数分别为0.43，0.58，通过0.01的显著性检验；气温与ET0呈现显著的正相关关系，决定系数均为0.20，通过0.05的显著性检验；而相对湿度与ET0呈现极显著的负相关关系，决定系数均为0.58，通过0.01的显著性检验(图5)。通过ET0与气象要素偏相关分析可知，与相对湿度和日照时数的偏相关系数最大，其次为风速，最小为气温(表1)。通过逐步回归分析发现，在年尺度上风速、相对湿度和日照时数的组合可以预测ET0的年际变化(表2)。

图5　参考作物蒸散量与气象要素的相关关系

注：*通过0.01的显著性检验，下同。

表2　ET0与气象要素的逐步回归模型

4　结论

(1) 研究区ET0平均值约为1 223.7 mm，通过M-K检验得知研究区平均ET0突变时间约为1982年，从1982年以后出现下降的趋势，从1990年以后出现显著下降的趋势。

(2) 滇中地区ET0在空间上分布特征总体上表现为：中部高，东西低，高值区出现在元谋地区。在季节上，春季最大，夏季高于秋季，冬季最小。

(3) ET0与风速、气温和日照时数呈现显著的正相关关系，与相对湿度呈现极显著的负相关关系。在年尺度上风速、相对湿度和日照时数的组合可以预测ET0的年际变化。

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[4]Brutsaert W, Parlange M B. Hydrologic cycle explains the evaporation paradox[J]. Nature, 1998,396(6706):30-30.

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[9]于东平,张鑫,何毅,等.青海东部高原农业参考作物蒸散量的时空变化[J].农业工程学报2012,28(2):66-71.

Spatiotemporal Variations of Reference Crop Evapotranspiration in Central Yunnan

WANG Jie, WU Hao, HUANG Ying, WANG Shupeng

(Yunnan Hydraulic Research Institute, Kunming 650228, China)

The ET0is the basis of irrigation and irrigation scheme. This paper, based on the meteorological measurement of meteorological stations in central Yunnan, the yearly reference evapotranspiration (ET0) was estimated. The spatiotemporal characteristics and the influence of meteorological elements were also analyzed. The results showed that the abrupt change of ET0happened in 1982 approximately, the downward trend happened from 1982 to 2002, the increased trend happened from 2003 to 2012, the regional average ET0was 1 223.7 mm. the main space characteristics of ET0is high in central and low in east and west, the maximum value appeared in Yuanmou area in the seasons, the maximum value of ET0occurred in spring, and the value of ET0in summer was higher than that in autumn, the minimum value of ET0occurred in spring. The ET0increased with wind velocity, temperature and sunshine duration significantly and decreased with the relative humidity significantly. Partial correlative analysis and multiple regression analysis indicated that wind velocity, relative humidity and sunshine duration were the most significant predictors of the annual ET0.

reference crop evapotranspiration; central Yunnan; Penman-Monteith equation

2014-08-06

2014-10-15

云南省社会发展科技计划项目(社会事业发展专项)(2012CA021);云南省水利厅水资源费项目(201203)

王杰(1979—),男,甘肃静宁人,高工,博士,主要从事水文水资源研究。E-amil:wangjie@lzb.ac.cn

S161.4

A

1005-3409(2015)04-0041-04