横断山区参考作物蒸散量时空变化分析

申官正　王龙　余航　张素凡　高瑞

摘要：參考作物蒸散量是表征气候干旱程度以及水资源供需平衡的重要指标。本研究利用横断山区31个气象站1960—2013年逐月气象资料，采用联合国粮农组织推荐的彭曼公式计算研究区各站点逐月参考作物蒸散量，建立31个站点蒸散量序列，利用气候倾向率、累积距平法、多元逐步回归分析以及基于GIS中的反距离插值技术等方法，分析横断山区蒸散量的空间分布及时间变化趋势。结果表明：横断山区参考作物蒸散量由南向北递减。受气温上升、日照时数减少、风速及相对湿度降低的影响，研究区蒸散量变化呈上升趋势。1960—1968年研究区参考作物蒸散量逐步降低，1968—1984年研究区参考作物蒸散量逐步增加，1984—2004年研究区参考作物蒸散量逐步降低，2004—2013年研究区参考作物蒸散量逐步增加。参考作物蒸散量变化趋势区域差异性明显。就贡献率而言，研究区北部参考作物蒸散量减少与平均风速相关性大；研究区南部参考作物蒸散量增加与平均日照时数相关性大；研究区中部参考作物蒸散量增加与平均气温相关性大。

关键词：横断山区；参考作物蒸散量；贡献率；倾向率；时空变化

中图分类号：S161.4 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）04-0104-08

Temporal and Spatial Variation Characteristics of Reference Crop

Evapotranspiration in the Hengduan Mountains

Shen Guanzheng， Wang Long， Yu Hang， Zhang Sufan， Gao Rui

（Department of Water Conservancy， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）

Abstract Reference evapotranspiration （ETo） is an important index for evaluating climate drought， vegetation water-consumption. Based on the meteorological data from 31 meteorological stations during 1960-2013 in the Hengduan Mountainous， the reference crop evapotranspiration was calculated with the Penman formula recommended by FAO. And then， the evapotranspiration sequence of 31 stations was set up to analyze the temporal and spacial changing trend of evapotranspiration in the Hengduan Mountainous by using linear regression method， cumulative anomaly method， multiple stepwise regression analysis and inverse distance interpolation technique based on GIS. The results showed that the reference crop evapotranspiration in the Hengduan Mountainous decreased from south to north. Influenced by temperature rising and decrease of sunshine duration， wind speed and relative humidity， the evapotranspiration of this area increased. The reference crop evapotranspiration gradually reduced from 1960 to 1968， gradually increased from 1968 to 1984， gradually reduced from 1984 to 2004， and gradually increased from 2004 to 2013. The spatial variation tendency of reference crop evapotranspiration was obvious. As for the contribution rate analysis， the decrease of reference crop evapotranspiration in the north research area was largely correlated with the average wind speed； the increase of reference crop evapotranspiration in the south of research area was largely correlated with average sunshine time； and the increase of reference crop evapotranspiration had great relevance with average temperature in the middle of research area.

Keywords The Hengduan Mountains； Reference crop evapotranspiration； Contribution rate； Tendency rate； Temporal and spatial variation

随着对全球各地差异性气候的研究，温度递增已成为全球范围内气候变化的主诱因[1]。而气候的变化很大程度上决定了水资源的时空分布。随着人们对环境重视程度的不断提升，气候的变化也愈发得以重视[2，3]。

参考作物蒸散量又称最大可能蒸散量，是表征气候干旱程度以及水资源供需平衡的重要指标，对水资源利用与规划以及节水农业的推广有着深远的指导意义。联合国粮农组织（FAO）于1998年就参考作物蒸散量作出解释，假设作物高度为0.12 m，并有固定的表面阻力為70 s/m，反照率为0.23的参考冠层的蒸散量，相当于高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面而不缺水的开阔草地的蒸散量[4，5]。

近百年来，在全球变暖的大背景下，国内外学者利用联合国粮农组织（FAO）推荐的公式分析世界各地参考作物蒸散量的变化规律。研究表明，全球范围内，大部分地区的参考作物蒸散量呈下降趋势。就中国而言，参考作物蒸散量呈减小趋势，但各地差异较大，区域性明显[6-11]。

横断山区幅员辽阔，其范围包括青藏高原东南缘、川滇藏境内山川东西并列、南北纵横的广大地区。位于我国第一地形阶梯与第二地形阶梯交界处，是气候变化反应较为敏感的区域之一[12]。近年来，许多学者针对横断山区温度及降水的变化趋势及规律进行了很多研究，但对于参考作物蒸散量的研究还较少[13]。本研究利用横断山区31个地面气象观测站点1960―2013年的逐月气象资料，在采用公式计算出近54年横断山区各站点逐月参考作物蒸散量的基础上，利用多元逐步回归分析、气候倾向率、累积距平法以及地理信息系统（GIS）等技术方法对横断山区参考作物蒸散量进行分析，以期为保护横断山区脆弱生态环境及水资源开发利用提供科学依据，进而促进横断山区农业及生态环境的可持续发展。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

利用横断山区31个地面气象观测站点1960―2013年的逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日照时数、平均相对湿度、平均风速等气象资料及各地面气象观测站点的经纬度及海拔等地理信息，对横断山区参考作物蒸散量的计算及时空分布进行研究。考虑山脉及河流走向等因素的影响，确定横断山区范围及所选站点分布情况如图1。

1.2 研究方法

1.2.1 参考作物蒸散量的计算 利用联合国粮农组织推荐的彭曼公式[4，5]进行计算，见式（1）。

1.2.2 反距离加权插值法 反距离加权插值法多应用于山区或地面气象观测站点较少的区域，可以提升预测值的精确度，通过调整权重改变等值线分布状况。

1.2.3 参考作物蒸散量变化趋势分析方法 采用累积距平法、气候倾向率、多元逐步回归和贡献率的方法分析1960―2013年横断山区参考作物蒸散量的变化趋势[14，15]。

2 结果与分析

2.1 参考作物蒸散量的空间分布特征

通过对横断山区31个气象站点的气象要素统计结果汇总分析得（图2），横断山区1960—2013年参考作物蒸散量均值在727～1 275 mm范围内波动，呈阶梯状分布。就区域变化而言，横断山区年蒸散量呈现出由北向南带状递增的趋势，低值区位于研究区东北部若尔盖、松潘、都江堰一带，最低值出现在若尔盖（660 mm，1962年）；高值区位于研究区南部元江一带，最高值出现在元江（1 633 mm，1980年）。参考作物蒸散量均值随纬度的降低而增大，但受经度变化的影响较小。

相较于年平均气温、年平均风速、年平均日照时数及年平均相对湿度的空间分布可知，气温较高、日照充足、风速较大且空气湿度较小的区域，其对应的参考作物蒸散量较大。

利用多元逐步回归分析的方法[15]对横断山区31个站点年参考作物蒸散量与各研究站点的年平均气温、年平均日照时数、年平均相对湿度和年平均风速等气象要素进行统计分析，可以得到：

照时数，h；V为年平均风速，m/s。上式通过α=0.05的显著性检验，其具体意义表现为，在横断山区范围内，其它气候条件保持不变，年平均气温每升高1℃，年参考作物蒸散量将增加15.39 mm；年平均相对湿度每增大1%，10年参考作物蒸散量将降低8.49 mm；年平均日照时数每增加1 h，年参考作物蒸散量将增加38.24 mm；年平均风速每增加1 m/s，年参考作物蒸散量将增加43.29 mm。

2.2 参考作物蒸散量时间分布趋势及成因分析

2.2.1 年参考作物蒸散量变化趋势 1960―2013年横断山区参考作物蒸散量平均值以4.5 mm/10a的倾向率呈显著上升趋势（图3）。 横断山区参考作物蒸散量距平是对其1960―2013年54年均值的偏差值，从累积距平曲线（图4）可得，1968、1984和2004年为参考作物蒸散量的转折点。1960―1968年是参考作物蒸散量偏少的阶段，以负距平为主，呈现较小的减少趋势，其倾向率为-1.74 mm/10a；1968―1984年是参考作物蒸散量偏多的阶段，以正距平为主，呈现微弱的增长趋势，其倾向率为0.28 mm/10a；1984―2004年为参考作物蒸散量偏少的阶段，以负距平为主，呈现微弱的增长趋势，其倾向率为0.41 mm/10a；2004―2013年为参考作物蒸散量偏多的阶段，以正距平为主，呈现较大的增长趋势，其倾向率为35 mm/10a。近54年来，最小距平值（-43.88 mm）出现在2000年，最大距平值（52.27 mm）出现在2013年。

2.2.2 参考作物蒸散量变化的气候成因 为确定近54年影响横断山区参考作物蒸散量变化的气候成因，本研究利用1960―2013年横断山区31个气象观测点54年的气温、风速、日照时数及相对湿度等实测气象数据，统计分析各因子与参考作物蒸散量的相关关系。结果表明，横断山区参考作物蒸散量与年平均风速相关不显著，与年平均气温和年平均日照时数呈显著正相关（P<0.05），与年平均相对湿度呈显著负相关（见表1）。

统计分析1960―2013年各主要气象因子的变化得出（图6），近54年来，横断山区年平均气温以0.239℃/10a的倾向率呈显著增加趋势（P<0.05）；年平均风速以0.038 m/（s·10a）的倾向率呈显著减少趋势；年平均相对湿度以0.462%/10a的倾向率呈显著减少趋势；年平均日照时数以0.034 h/10a的倾向率呈显著减少趋势。结合参考作物蒸散量与各气象要素的相关关系可知，年平均气温的上升趋势与横断山区参考作物蒸散量上升趋势保持一致，表明年平均气温是横断山区参考作物蒸散量变化的重要诱因。

2.2.3 各气象因子贡献率分析 统计分析各气象因子对参考作物蒸散量变化的贡献率得到（图7），平均气温对参考作物蒸散量的贡献率高值分布在研究区东北部及中部，结合横断山区参考作物蒸散量倾向率的变化得到影响研究区中部蒸散量增加的主要因素为平均气温；平均日照时数对参考作物蒸散量的贡献率高值分布在研究区的南部及东北部的都江堰一带，结合横断山区参考作物蒸散量倾向率的变化得到影响研究区南部蒸散量增加的主要因素为平均日照时数；平均相对湿度对参考作物蒸散量贡献率高值分布在研究区中部及东北部若尔盖一带；平均风速对参考作物蒸散量贡献率高值主要分布在研究区中北部及南部元江一带，结合横断山区参考作物蒸散量倾向率的变化得到影响研究区中北部蒸散量减少的主要因素是平均风速。

3 结论

（1）参考作物蒸散量是一个衡量气候变化的重要指标，可以很清晰地显示出气候变化的进程和类别。横断山区年平均蒸散量分布在727～1 275 mm范围内，从南到北随纬度增大而减小。

就整个横断山区年际变化而言，1960―1968年属于逐步降低阶段，1968―1984年属于稳步上升阶段，1984―2004年属于稳步降低阶段，2004―2013年属于稳步上升阶段。但是各个站点差异性明显，对各个站点还有进一步研究的必要。

（2）横断山区31个站点的平均倾向率为4.5 mm/10a，表明研究区内蒸散量呈递增趋势。蒸散量呈现增加趋势的区域位于研究区的中部以及南部，蒸散量呈现减少趋势的区域集中于研究区北部。

（3）通过对研究区气象因子与参考作物蒸散量相关性分析，参考作物蒸散量与平均相对湿度呈显著负相关，与平均气温、平均风速、平均日照時数呈正相关，其中与平均气温和平均日照时数的相关性达显著水平（P<0.05）。研究区中北部参考作物蒸散量减少主要受平均风速影响，研究区南部参考作物蒸散量的增加主要受平均日照时数影响，研究区中部参考作物蒸散量增加主要受平均气温影响。

参 考 文 献：

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