铁岭地区参考作物腾发量年际演变特征分析

李帅莹，迟道才

（1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳农业大学水利学院，辽宁 沈阳 110006）

铁岭地区参考作物腾发量年际演变特征分析

李帅莹1，迟道才2*

（1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳农业大学水利学院，辽宁 沈阳 110006）

参考作物腾发量（ET0）是农业水的主要消耗部分，又是估算作物需水量的关键参数，是确定作物灌溉制度和灌溉水量的基础，是制定流域规划、灌溉工程规划的基本依据。本文用累计距平法及spss软件对参考作物腾发量演变特征及影响因素进行分析，结果表明：铁岭地区ET0逐年呈显著下降趋势，在空间上呈现由西向东逐渐增高趋势；日照、风速、相对湿度是影响铁岭地区ET0年际变化的主要气象因子，温度和水汽压对ET0影响不显著。

参考作物；腾发量；演变特征；铁岭地区

1 研究目的与意义

参考作物腾发量（ET0）是指一种假想的参照作物冠层的腾发速率，假设作物高度为0.12 m，固定的叶面阻力为70 s/m，反射率为0.23，非常类似于表面开阔，高度一致，生长旺盛，完全遮盖地面而不缺水的绿色草地的蒸腾和蒸发量。参考作物腾发量是估算作物蒸发蒸腾量的关键参数，是最主要的农业水消耗部分，是确定作物灌溉制度和地区灌溉水量的基础，是制定流域规划、地区水利规划，灌溉工程规划、设计、管理和农田排灌实施的基本依据。[1-6]

铁岭市位于辽宁东北部，属沿海省份的内陆地区，南与沈阳，东与抚顺，西与内蒙古自治区，北与吉林省接壤，全市区域面积1.3万km2。铁岭农业生产发达，是辽宁省的主要产粮区。铁岭属温带大陆性季风气候区，冬季漫长、干燥寒冷，夏季温热多雨。近几年气候变化的主要特点为：气温偏高、降水略有下降、降雨偏晚频率增大、积温增多、初霜拖后、终霜提前、无霜期增长、极端气候事件频率增大。铁岭地区的气候变化给农业生产带来的影响利弊兼有，应根据其变化规律，趋利避害合理利用气候资源，参考作物腾发量的研究可以为铁岭地区水资源规划及农田灌溉提供基本依据，缓解铁岭地区干旱缺水的现状，促进铁岭地区农业的可持续发展。

2 资料搜集及处理

此次研究搜集铁岭地区4个气象观测站（铁岭站、西丰站、开原站、昌图站）的观测资料，包括逐日平均气温（T）、日最高气温（Tmax）、日最低气温(Tmin)、日平均相对湿度（RH）、日平均风速（U）、日照时数（N）、日平均水汽压（ea）等气象资料。由于数据资料起止年份不同，为了便于比较，选择统一的起始年份1960年，终止年份2006年。

3 计算及分析方法

3.1 ET0计算方法

联合国粮农组织（FAO）推荐使用FAO Penman-Monteith公式（P-M）计算参考作物腾发量，P-M公式不需要专门的地区修正函数，使用一般气象资料即可计算参考作物腾发量的值，实际应用价值和精度都较高。

式中：ET0为参考作物腾发量，mm/d；Rn为冠层表面净辐射量，MJ/（m2·d）；G 为土壤热通量，MJ/（m2·d）；△为饱和水汽压－温度关系曲线斜率，kPa/℃；酌为湿度计常数，kPa/℃；T为2 m高度处日平均气温，℃；u2为 2 m 高处的风速，m/s；es为饱和水汽压，kPa；ea为实际水汽压，kPa。

公式（1）中相关参数及中间变量的确定：

式中：CP为恒压下的比热，CP=1.013×10-3MJ/（kg·℃）；ε为水蒸气与干空气分子重量之比，ε= 0.622；P 为大气压，kPa；Z 为海拔，m；λ 为蒸发潜热，MJ/kg。

式中：VDP为饱和水汽压差；Tmax为最高气温，℃；Tmin为最低气温，℃；e0!" T 为饱和水汽压函数，kPa。

式中：Rns为净短波辐射即太阳净辐射，MJ/（m2· d）；Rnl为净长波辐射，MJ/（m2·d）。

式中：琢为冠层反射系数，对于假设参考作物牧草琢=0.23；Rs为太阳辐射，MJ/（m2·d）。

相对日照时数计算即：

式中：a，b为回归系数。

式中：Rso为完全晴天时的太阳辐射，MJ/（m2·d）。

温带地区可取a=0.18，b=0.5，即：

式中：n为实际日照时数，h；N为最大可能日照时数，h；棕s为日落时角，rad；准 为纬度，rad；啄为太阳偏磁角，rad；J为日序号；M为月序号；Ra为理论太

阳辐射；dr为日地相对距离。

式中：滓 为波尔兹曼常数，滓=4.9×10-9MJ/（K4·m2· d）；Tk，max为日最高绝对温度，TK=T+273；Tk，min为日最低绝对温度。

式中：G 为土壤热通量；Gs为土壤热容量，MJ/（m3· d）；Ti为时间i时气温；Ti-1为时间 i-1时气温；△t为时间间隔长度；△z为有效土壤深度。

计算逐日参考作物腾发量时：

式中：Gday为计算时段为1 d的土壤热通量，MJ/（m2·d）。

式中：u2为距地面2 m高处的风速，m/s；uz为距地面z高处的风速，m/s；z为风速测量处距地面的高度，m。

3.2 气候倾向率的计算

气候要素X的长期系列变化可采用线性回归方程表示：

b×10称为气候倾向率，气候倾向率可以表示变量长期变化趋势，可认为是要素与时间建立线性回归方程的斜率，当b为正（负）时，表示要素在计算的时段内线性增加（减弱）。

此次研究气候倾向率的单位：风速为m/10 a、温度为℃/10 a、相对湿度为%/10 a、日照为h/10 a、水汽压为 kPa/10 a、ET0为 mm/10 a。

3.3 累积距平计算方法

累积距平是一种常用的判断变化趋势的方法，同时通过对累积距平曲线的观察，也可以划分变化的阶段。对于时间序列x，在某一时刻的累积距平表示为：

4 铁岭地区ET0的年际变化分析

对研究区年累积ET0的年际变化进行分析，结果见表1，研究区年ET0的累积距平分析如图1所示。

表1 铁岭地区年累积ET0变化趋势（1960—2006）

图1 研究区年ET0累积距平图（1960—2006）

5 ET0影响因素分析

利用spss软件对ET0的年累积值与各气象要素的年累积值做相关性分析，确定影响ET0变化的主要气象要素，结果见表2。

由表2可知，铁岭地区对ET0的年际变化影响较显著的是日照、风速、相对湿度，这3个气象要素对ET0年际变化的影响都通过了显著水平为a= 0.01的t检验。其中，日照对ET0的影响最大，由前面的气象要素分析可知，多年来日照时数呈显著下降趋势，而它又与ET0呈正相关关系，说明日照时数的下降是影响ET0下降的一个主要原因；其次，风速与ET0也呈显著的正相关，风速的年际变化是显著下降的，所以风速的下降也是影响ET0下降的一个因素；相对湿度与ET0呈显著负相关，由于研究区内各站的相对湿度都呈上升趋势，说明相对湿度的上升是造成ET0下降的又一原因。

表2 铁岭地区年ET0与气象要素的相关系数

各气象要素中，对ET0影响较小的是平均气温和水汽压；研究区各气象站的温度与ET0的相关系数都很小，且均未通过显著水平检验，说明研究区温度对ET0变化的影响不明显；研究区各站水汽压均与ET0呈负相关关系，但关系不显著，只有昌图站通过了a=0.05的t检验，说明水汽压的上升可能是影响ET0下降的一个原因，但影响作用不大。

6 结 语

通过对铁岭地区1960—2006年的ET0及其气候影响因子的演变特征和相关性分析，得到以下结论：

1）铁岭地区1960—2006年间，年ET0逐年呈显著下降趋势；研究区的4个气象站中除铁岭站的ET0下降趋势不显著外，其它3站ET0均呈显著下降趋势。

2）研究区4个气象站中，西丰站的年均ET0最低，年均值较其它站低100 mm左右，昌图站年均ET0最高，约为886 mm；铁岭地区的年均ET0在空间上呈现由西向东逐渐增高趋势。

3）基于对ET0和气象要素的演变特征和相关性分析结果，日照、风速、相对湿度是影响铁岭地区ET0年际变化的主要气象因子，温度和水汽压对ET0影响不显著。

［1］倪广恒，李新红，丛振涛，等.中国参考作物腾发量时空变化特性分析［J］.农业工程学报，2006，22（5）：1—4.

［2］任玉敦，崔远来，江炜.参考作物腾发量长期年际变化规律及其机理探讨［J］.灌溉排水学报，2007，26（4）：8—10.

［3］佟玲，康绍忠，杨秀英，等.石羊河流域参考作物蒸发蒸腾量空间分布规律的研究［J］.沈阳农业大学学报，2004，35（5—6）：432—435.

［4］郭冬冬，周新国，等．时间序列法在参考作物腾发量分析与模拟中的应用［J］．中国农村水利水电，2008，8：4—10．

［5］顾世祥，何大明，李远华，等.纵向岭谷区参考作物腾发量变化的特点和趋势［J］.农业工程学报，2007，23（3）：24—29.

［6］ Antonio Roberto Pereira，William Oregon Pruitt．Adaptation of the Thornthwaite scheme for estimating daily reference evapotranspiration［J］．Agricultural Water Management，2004，64：251—257．

S274

A

1002－0624（2016）04－0054－03

迟道才，教授，从事灌溉排水理论与技术研究.

2015-11-27