1961—2010年横断山区水分盈亏量时空特征研究

魏邦宪　苗婷　张燕

摘要 据1961—2010年横断山区27个气象台站的实测气象数据，应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率、反距离加权和MK突变检验等方法，分析研究横断山区气候水分盈亏量的时空变化特征。结果表明，近50年来，横断山区年平均气候水分盈亏量变化较大且总体上呈增加趋势；干季气候水分盈亏量呈明显增加趋势，而雨季气候水分盈亏量呈波动增加趋势。横断山区年平均气候水分盈亏量空间差异显著，表现为自南向北逐渐减小。横断山区气候水分盈亏量均发生突变性增加。

关键词 气候水分盈亏量；时空变化；Penman-Monteith 模型；横断山区；1961—2010年

中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）14-0227-03

气候水分盈亏量表示某地区水分盈亏的一般状况，主要由降水量和影响潜在蒸散量的太阳辐射、气温、湿度和风速等气象要素的数量和时空分布决定[1]，能反映气候条件对农作物水分盈亏状态的影响程度。近年来，国内在气候变化影响水分盈亏量以及水资源可持续利用等方面做了诸多研究[2-5]，主要集中在对我国西北、东北以及黄河流域等地的研究，对横断山区气候水分盈亏量的定量研究报道较少。

横断山区地处青藏高原、四川盆地以及云贵高原过渡地带，地形构成有高原、山地、峡谷和盆地[6-7]，全年由东南季风、西南季风和南支西风急流组成的冬夏季风环流控制。由于横断山区地域辽阔，相对高差悬殊，地势结构复杂，各地气候要素的水平地带性和垂直地带性呈现不同的变化规律[8-9]。

根据1961—2010年横断山区27个气象台站的实测数据，应用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量，以同期降水量和潜在蒸散量的差值表征气候水分盈亏量，分析该地区气候水分盈亏量的时空变化特征，总体把握横断山区气候水分盈亏量的时空差异性，以便于研究该区气候旱涝变化和水资源供需现状。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

选取1960—2010年横断山区27个气象站逐日平均气温、最高气温、最低气温、日照时数、平均相对湿度、平均风速等为基础数据计算潜在蒸散量，资料来源于国家气象信息中心（http：//www.nmic.gov.cn/）。为便于分析横断山区水分盈亏的区域差异，按纬度位置对气象站进行区域划分：横断山北部、中部和南部；按季节划分：5—10月为雨季、11月至翌年4月为干季。

1.2 研究方法

采用1998年FAO修订的Penman-Monteith模型（简称P-M模型）计算潜在蒸散量（ET0），该模型公式综合考虑了太阳辐射、气温、湿度、风速、气压等气候因子影响，具有鲜明的物理意义，能较为真实地反映实际气候蒸散发能力[10-11]。

气候水分盈亏量是表征地表干湿状况较理想的物理量之一，其物理基础在于大气降水和潜在蒸散量这2个最重要的地表水分收支分量之间的供需平衡关系[3-4]。

2 结果与分析

2.1 气候水分盈亏量的时间变化

近50年来，横断山区年平均气候水分盈亏量变化较大且总体上呈增加趋势（图1），其变异系数和增加速率分别为75.67%和40.37 mm/10年；全区仅有5年气候水分盈亏量为负值，水分亏缺，其余年份气候水分盈亏量均为正值，水分盈余。横断山区气候水分盈亏量在20世纪60—70年代呈顯著减少趋势（表1），自70年代之后又逐渐增加，到90年代达到顶峰，90年代至21世纪00年代减少；总体呈现减少—增加—减少的趋势。北部、中部和南部的年均气候水分盈亏量均呈增加趋势，其增加速率分别为7.86、17.2、15.3 mm/10年，增加趋势存在一定的区域差异。北部气候水分盈亏量年际波动较大，其变异系数为423.01%，但其水分盈余最小，年均仅为16.7 mm；中部气候水分盈亏量年际波动大，其变异系数为206.19%，其水分盈余较大，年均为50.1 mm；南部气候水分盈亏量年际波动小，其变异系数为44.29%，水分盈余最大，年均为255.2 mm。北部地区气候水分盈亏量60—80年代呈减小趋势，且70—80年代该地区水分亏缺；而80—90年代呈显著增加趋势，90年代至21世纪00年代呈显著减少趋势。中部和南部地区气候水分盈亏量从60—70年代呈减少趋势，其中中部地区70年代水分亏缺；自70年代至21世纪00年代，中部和南部地区气候水分盈亏量呈增加趋势，且增加趋势在90年代达到最大。总之，近50年来，横断山区气候水分盈亏量60年代北部最低、中部次之、南部相对较高；70年代中部最低且水分亏缺、北部次之亦水分亏缺、南部较高水分盈余；80年代至21世纪00年代由北向南依次递增，水分盈余。横断山区90年代降水量比多年均值高29.84 mm[9]，这是该地区90年代水分盈余量较大的主要原因。

2.2 气候水分盈亏量的空间变化

横断山区1961—2010年平均气候水分盈亏量变化较大，介于-90.7～938.9 mm之间，平均为322.0 mm，空间差异明显，自南向北逐渐降低，见图2（a）。横断山区多年平均气候水分盈亏量北部为16.7 mm、中部为50.1 mm、南部为255.2 mm；北部大部分地区水分亏缺，中部和南部水分盈余。横断山区多年平均气候水分盈亏量变化趋势空间差异显著，见图2（b），除了北部若尔盖和松潘及中部木里的周边地区气候水分盈亏量呈降低趋势以外，其他地区气候水分盈亏量变化趋势均呈增加趋势。这是由于横断山区全年受东南季风、西南季风和南支西风急流组成的冬夏季风环流所控制，地势南低北高的地理环境因素，从而影响降水、气温、风速等气候因素影响气候水分盈亏量的空间分布差异[8，15]。此外，横断山区气候水分盈亏量的负值区主要在北部地区，而水分盈亏量变化趋势增加区域也在北部地区，这说明横断山区气候水分盈亏量的增加主要发生在北部地区。endprint

2.3 干季与雨季气候水分盈亏量的变化趋势

2.3.1 干季与雨季气候水分盈亏量的时间变化。近50年来，横断山区干季气候水分盈亏量呈明显增加趋势（表1），其增加速率为7.95 mm/10年。从20世纪60—90年代，其气候水分盈亏量均呈增加趋势；90年代至21世纪00年代，气候水分盈亏量呈减少趋势。横断山区北部、中部和南部干季气候水分盈亏量均呈增加趋势，其增加速率分别为7.88、7.33、8.63 mm/10年，气候水分盈亏量变化趋势一致性较强。北部和南部干季气候水分盈亏量在60—90年代都呈增加趋势，在90年代至21世纪00年代呈减少趋势；中部干季气候水分盈亏量在60—70年代呈减少趋势，在70年代之后呈逐渐增加趋势。与干季相比，横断山区雨季气候水分盈亏量呈波动增加趋势，其变化速率为6.33 mm/10年。60—70年代呈减少趋势，70—90年代呈增加趋势且在90年代达到顶峰，90年代至21世纪00年代又呈减少趋势。横断山区北部、中部和南部雨季气候水分盈亏量均呈波动增加趋势，其增加速率分别为1.20、10.30、7.49 mm/10年。北部和中部气候水分盈亏量变化趋势基本一致，在60—70年代呈减少趋势，70—90年代呈增加趋势，在90年代至21世纪00年代又呈减少趋势。南部在60—80年代呈减少趋势，80年代之后逐渐增加，在90年代达到最大。1961—2010年中，横断山区干季气候水分盈亏量均呈亏缺状态，而雨季气候水分盈亏量均呈盈余状态。

2.3.2 干季与雨季气候水分盈亏量的空间变化。横断山区干季气候水分盈亏量空间变化趋势呈现出块状分布（图3），其变化趋势由西北向东南逐渐减小，其大部分地区气候水分盈亏量的增加幅度在0～16.2 mm/10年之间；横断山中部核心区域仍然是气候水分盈亏量增幅最大的地区，南部盐源、贡山区域气候水分盈亏量显著增加。与干季相比，横断山区大部分地区雨季气候水分盈亏量的增加幅度在0～9.9 mm/10年之间，局部地区在9.9 mm/10年以上，其增加幅度由中部向南北逐渐减小，中部增幅最大，南部次之，北部最小。这一方面表明在气候变化背景下水分盈亏量的纬度差异，另一方面也反映了区域地形对水分盈亏量的影响[12-15]。已有研究表明，横断山区典型的纵向岭谷地形在一定程度上会影响该地区的降水、气温、风速等气象因子的变化趋势[16]，进而也会影响该地区水分盈亏量的空间分布[17]。

2.4 气候水分盈亏量突变分析

采用Mann-Kendall非参数统计检验方法对横断山区气候水分盈亏量进行突变检验[14]。由表2可以看出，近50年来横断山区气候水分盈亏量在1987年发生突变性增加，突变后较突变前全区气候水分盈亏量增加了194.6 mm；横断山北部气候水分盈亏量发生突变较晚（1989年），突变前后北部气候水分盈亏量增加了45.5 mm；中部气候水分盈亏量发生突变较早（1986年），突变前后中部气候水分盈亏量增加了80.5 mm；南部气候水分盈亏量在1988年发生突变，突变前后南部气候水分盈亏量增加了74.2 mm；突变前后气候水分盈亏量增加强度依次为中部>南部>北部。

3 结论

研究结果表明，近50年来，横断山区年平均气候水分盈亏量总体上呈增加趋势。在整个时段内，横断山区雨季气候水分盈亏量呈盈余状态，干季气候水分盈亏量呈亏缺状态。横断山区年平均气候水分盈亏量空间差异明显，自南向北逐渐降低；除北部若尔盖和松潘及中部木里的周边气候水分盈亏量变化趋势呈减少以外，其他地区气候水分盈亏量都呈增加趋势。横断山区气候水分盈亏量均发生突变性增加。总体把握横断山区气候水分盈亏量的时空差异性，以便于研究该区气候旱涝变化和水资源供需现状，从而为横断山区作物需水量以及生态环境建设与恢复等研究提供参考。

4 参考文献

[1] 赵聚宝，李克煌.干旱与农业[M].北京：中国农业出版社，1995：182-200.

[2] 陶毓汾，王立祥，韓仕峰，等.中国北方旱农地区水分生产潜力及开发[M].北京：气象出版社，1993：89-97.

[3] 赵聚宝，徐祝龄，钟兆站，等.中国北方旱地农田水分平衡[M].北京：中国农业出版社，2000：370-402.

[4] 高生淮，郑远昌.横断山研究论文集[M].成都：四川科学技术出版社，1989：84-121.

[5] 曹杰，何大明，姚平.纵向岭谷区冬、夏水热条件空间分布研究[J].地球科学进展，2005，20（11）：1176-1182.

[6] 万云霞，张万诚，肖子牛.近百年云南纵向岭谷区气温的时空变化特征[J].自然灾害学报，2009，18（5）：183-188.

[7] 尤卫红，何大明，段长春.云南纵向岭谷地区气候变化对河流径流量的影响[J].地理学报，2005，60（1）：95-105.

[8] 李宗省，何元庆，辛惠娟，等.我国横断山区1960—2008年气温和降水时空变化特征[J].地理学报，2010，65（5）：563-579.

[9] ALLAN R G，PEREIRA L S，RAES D，et al.Crop evapotranspiration：guidelines for computing crop water requirements.FAO Irrigation and Drainage Paper No.56[J].FAO，1998：56.

[10] 曾丽红，宋开山，张柏.1951—2008年东北地区气候水分盈亏量的时空格局[J].自然资源学报，2011，26（5）：858-870.

[11] 史建国，严昌荣，何文清，等.黄河流域水分盈亏时空格局变化研究[J].自然资源学报，2008，23（1）：113-119.

[12] 汤国安，杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2006：338-410.

[13] 符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法[J].大气科学，1992，16（4）：482-493.

[14] 林振山，邓自旺.子波气候诊断技术的研究[M].北京：气象出版社，1999：102-113.

[15] 卢晓宁，邓伟，张树清，等.霍林河中游径流量序列的多时间尺度特征及其效应分析[J].自然资源学报，2006，21（5）：819-826.

[16] 朱国锋，何元庆，蒲焘，等.1960—2009年横断山区潜在蒸发量时空变化[J].地理学报，2011，66（7）：906-916.

[17] 普宗朝，张山清.新疆水分亏缺量时空变化分析[J].冰川冻土，2012，34（4）：803-812.endprint