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1958—2013年沽源县蒸发量变化特征分析

2017-07-12韩桂娥崔婷茹杨矛

现代农业科技 2017年10期
关键词:蒸发量风速系数

韩桂娥+崔婷茹+杨矛

摘要 利用1958—2013年沽源县小型蒸发皿蒸发量观测资料,通过线性倾向估计对沽源县蒸发量变化特征进行变化趋势分析。结果表明,沽源县蒸发量年内呈显著的单峰型分布,5月蒸发量最大;四季当中,夏季蒸发量最大,春季略少于夏季。各月、四季及年蒸发量均呈减小趋势,5月蒸发量减少最显著,占全年的31.7%;春季蒸发量减小趋势最明显,为-48.0 mm/10年;年蒸发量减少速率为-92.7 mm/10年。年代变化特征明显,总体呈逐年代下降趋势。影响蒸发量减少的主要原因是风速的减小。

关键词 蒸发量;变化特征;河北沽源;1958—2013年

中图分类号 P468.02 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)10-0219-02

蒸發是地表热量平衡和水量平衡的组成部分,也是水循环中受土地利用和气候变化影响最直接的一项,同时蒸发也是热能交换的重要因子[1]。进行蒸发量变化的研究,对深入了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)最新报告,在过去100年中,全球气温平均上升了(0.6±0.2)℃。因此,人们预期,全球变暖可能会使大气变干,导致陆地水体蒸发量上升。而实际结果却与此相反,许多地区的蒸发皿蒸发量呈显著下降趋势。小型蒸发皿观测的蒸发量虽比自然水体蒸发量偏大,但二者之间仍有很好的相关性,经折减系数换算后,仍能代表天然水体的蒸发量。沽源县地处内蒙古高原南缘,平均海拔1 536 m,处于温带半干旱大陆性季风气候区。通过对沽源县气象局小型蒸发皿蒸发量观测资料的分析,研究不同时段的变化特征,以了解坝上地区气候变化情况。

1 资料与方法

1.1 资料来源及处理

沽源县气象站1958年建站开始业务运行,2014年根据上级业务部门要求取消了小型蒸发的观测,故选取沽源县气象站1958—2013年56年间各月、年小型蒸发皿蒸发量资料,资料序列完整。以3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月至翌年2月为冬季。小型蒸发皿为口径20 cm、高约10 cm的铜质圆盆,口缘距地高度70 cm。

1.2 分析方法

1.2.1 气候倾向率。气象要素的趋势变化通过气候倾向率表述[2-3]。气象要素的气候趋势用一元线性回归方程表示,即:X=a0+a1t,其中t为年份的时间序列号,a0是常数,a1是回归系数。当a1为正(负)时,表示要素在计算时间段内呈线性增加(减少),a1值的大小反映了气象要素上升或下降的速率,a1×10(每10年的要素变化)即为所求气候倾向率。

1.2.2 气候趋势系数。为研究气象要素在气候变化中升降的定量程度,并对其进行统计检验,计算气候趋势系数r。当r为正(负)时,表示该要素在计算时间段内呈线性增加(减少)趋势,r符合自由度为n-2的t分布,从而可以检查气候变化趋势是否有意义,还是一种随机振动。由于r是无量纲,其大小可以比较不同气象要素的长期变化趋势大小,适合对大范围气象要素场进行长期趋势的空间分布特征研究。

2 沽源县蒸发量分布及变化特征分析

2.1 月分布及变化特征

2.1.1 月蒸发量分布特征。从图1可以看出,沽源县月蒸发量呈明显的单峰型分布,最大值出现在5月,蒸发量为293.6 mm,占全年蒸发量的18.2%;最小值出现在1月,蒸发量仅19.7 mm,4月和7月蒸发量相当,3月和10月蒸发量接近。各月平均蒸发量134.3 mm,4—9月蒸发量均高于平均值,1—3月、10—12月均低于平均值。1—5月,蒸发量急速上升,直线斜率71.351,增加速率最大是在3—5月;5—12月,蒸发量稳步直线下降,直线斜率-37.997,1—5月蒸发量增加速率是5—12月蒸发量减少速率的近2倍。

2.1.2 月蒸发量变化特征。由表1可以看出,各月蒸发量均呈减少趋势,5月减少最多,气候倾向率为-29.38 mm/10年,占全年减少量的31.7%;其次是6月和4月,4—6月的减少量占全年减少量的68.8%。蒸发量减少最不明显的是8月,10年减少值不足1 mm。4—6月、9—10月的趋势系数均通过了P=0.001显著性检验;11月通过了P=0.01的检验,12月通过了P=0.05的检验。

2.2 季分布及变化特征分析

由图2可以看出,沽源县四季蒸发量,夏季最大为630.5 mm,占全年蒸发量的39.1%;春季略次之,为590.8 mm,占全年蒸发量的36.7%;再次是秋季,为309.3 mm,不足夏季的1/2,占全年蒸发量的19.2%;冬季最小,为81.2 mm,仅占全年蒸发量的5%。1958—2013年的56年中,有15年是春季蒸发量大于夏季,大多出现在60—70年代。同时,四季蒸发量均呈减少趋势,其中春季蒸发量倾向率为-48.048 mm/10年,减少最为显著;其次为夏季,秋季较夏季次之,蒸发量倾向率为 -19.268 mm/10年;春、夏、秋3季趋势系数均通过了P=0.001的显著性检验;冬季蒸发量比较稳定,倾向率仅为 -3.691 mm/10年,趋势系数通过了P=0.05的显著性检验。

2.3 年际分布及变化特征

1958—2013年沽源县多年平均蒸发量1 611.7 mm,1960年蒸发量最大,为2 063.0 mm;2010年蒸发量最小,为1 266.9 mm,二者相差796.1 mm。1958—1978年,仅有5年蒸发量略低于平均值;80年代,蒸发量在平均线上下小幅波动;90年代以后,蒸发量常年低于平均值,1990—2013年,仅有2年的蒸发量略高于平均值;2010—2013年蒸发量更是远离平均线(图3),平均蒸发量1 338.4 mm,较平均值偏小273.3 mm。1958—2013年蒸发量倾向率-92.691 mm/10年,趋势系数-0.764,通过了P=0.001的极显著性检验。

2.4 蒸发量年代际分布及变化特征

从表2可以看出,各年代际蒸发量呈逐年代下降趋势[4]。20世纪80年代之前,各年代蒸发量均高于平均值,距平为正;80年代蒸发量接近平均值略偏低;90年代及之后,蒸发量距平为负,蒸发量最少是2011—2013年(1 362.3 mm),较最多的1958—1960年偏少495.4 mm。70年代蒸发量较60年代减少了169.3 mm,减幅最大;其次是2011—2013年,较00年代减少了98.3 mm;再次是90年代,较80年代减少了95.5 mm。

3 影响蒸发量的气象因子

蒸发量的大小主要取决于温度高低,其次还与风速呈正相关,与湿度呈负相关。一年四季中,夏季温度最高,所以蒸发量最大;春季温度略高于秋季,但春季风速最大、湿度最小,有利于蒸发,故其蒸发量远高于秋季,和夏季蒸发量接近;冬季是冰面蒸发,其蒸发量值最小。

分析表明,沽源縣气温呈上升趋势,但蒸发量呈下降趋势,说明造成蒸发量呈减少趋势的不是温度因素。各要素线性回归计算结果表明,沽源县1959—2013年平均风速气候倾向率 -0.496 m/(s·10年),趋势系数0.92,通过了P=0.001极显著检验,说明风速减弱显著;日照气候倾向率-6.839 h/10年,通过P=0.05的检验;气温日较差气候倾向率-0.161 ℃/10年,趋势系数通过了P=0.05的检验。蒸发量与风速相关系数为0.749 2,通过了P=0.001极显著检验,说明沽源县蒸发量与风速呈显著正相关,其减少是由于风速减弱所致。蒸发量与气温日较差相关系数为0.334 8,通过了P=0.05的检验,呈正相关,所以气温日较差的减小也是导致蒸发量减少的因素;蒸发量与日照相关系数为0.128 8,呈正相关,通过了P=0.05的检验,说明日照的减少也影响了蒸发量的减少。

4 结论

(1)沽源县蒸发量年内呈单峰型分布,5月为最大峰值,1月最小。一年四季中,夏季最大,春季略少于夏季,秋季不足夏季的1/2,冬季为冰面蒸发,只占全年蒸发量的5%。1958—2013年,沽源县年平均蒸发量1 611.7 mm。

(2)各月及四季、年蒸发量均减少,各月中5月蒸发减少最显著;四季中春季减少最多,其次是夏季、秋季,冬季减少不明显;年蒸发量气候趋势率 -92.691 mm/10年,减少显著。

(3)造成蒸发量减少的主要原因是沽源县风速减弱。另外,也与气温日较差、日照减少有关。

5 参考文献

[1] 阿布都克日木·阿巴司.英吉沙县1965—2009年蒸发量变化特征及原因分析[J].沙漠与绿洲气象,2011,5(6):46-49.

[2] 许丽景,李海川.沧州市近40年蒸发量变化特征分析[J].安徽农业科学,2013,41(21):9032-9034.

[3] 刘英,周忠文,张永霞.环县近60年蒸发量变化特征及影响因子分析[J].中国农学通报,2015,31(29):206-211.

[4] 刘学锋,于长文,任国玉.河北省近40年蒸发皿蒸发量变化特征及影响因素初探[J].干旱区地理,2007(4):507-512.

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