近65年彰武水文站气象要素变化特征及其与蒸发皿蒸发关联分析

2022-02-16郭浩

吉林水利 2022年1期

郭浩

（辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳 122000）

1 前言

近些年来，气候变化对区域水资源循环影响逐步成为研究的热点和关注的重点领域，蒸发作物水循环重要组成项，其主要受气候要素变化影响，通过分析蒸发和气象因子之间的关联度，可以确定区域蒸发是影响主要气象成因[1-2]。彰武水文站主要位于柳河中游，流域属于典型的温带季风大陆性气候，流域年蒸发量主要集中在夏季，蒸发量多年均值在700mm左右[3]。有研究成果表明柳河流域蒸发量受气候变化影响发生较大变化[4-8]，但对其变化成因研究还较少，为对柳河流域蒸发变化的主要气象影响成因进行探讨，本文以彰武水文站观测的气象要素数据对其气象要素变化特征进行分析，并结合当前变量趋势分析应用较为成熟的M-K非线性趋势检验方法[9-10]对其气候变化趋势进行显著性检验，在气候变化趋势分析的基础上基于彰武水文站近65年蒸发皿蒸发数据，对蒸发皿蒸发影响的气象因子进行关联分析，研究成果对于柳河流域蒸发变化的主要气象成因进行定量探讨。

2 站点概况及趋势分析方法

2.1 站点概况

彰武水文站地理位置为东经122°30′32″，北纬42°21′54″，彰武水文站位于柳河中游，流域面积4 985km2，彰武水文站处于半干旱的季风气候区，四季分明，雨热同季，光照充足，昼夜温差大，春季风大且多，寒冷期长，年平均气温7.2℃，最高温度37.4℃，最低温度-30.4℃，平均风速3.8m/s，最大风速38m/s，多年平均日照时数2 868h，平均相对湿度61%，平均无霜期156d。彰武站多年平均降水量为464.6mm，全年采用E601蒸发器测量蒸发，多年蒸发量均值在700mm左右，蒸发主要集中在夏季，夏季蒸发均值占年蒸发量的60%—70%之间。本文选用彰武水文站1950年—2016年年平均气温、年平均相对湿度、年平均风速及年平均气压作为主要气象因子进行气象要素变化特征的分析，蒸发皿观测数据系列采用辽宁水文年鉴中统计数据进行分析。

2.2 分析方法

采用M-K非线性显著检验方法对降水变化特征进行显著变化特征的分析。该方法将长系列的气象要素序列作为样本序列对其统计变量S进行计算：

其中S为降雨样本序列显著性检验统计变量；xi和xj表示为来自同一个样本总体的两个降雨样本数据系列；σs表示为方差标准计算值；sign表示为计算变量；n表示为总的样本序数；Z表示检验特征变量，当Z＞0则表示降雨呈现递增变化趋势，否则呈现递减变化趋势，当则分别表示变化趋势的显著性可分别达到99%、95%以及90%的置信水平。

3 气象要素变化趋势检验

3.1 年尺度气象要素变化检验

结合彰武水文站1950年—2016年近65年年平均气温、年平均相对湿度、年平均风速及年平均气压进行年尺度气象要素变化特征分析，结果如图1所示，并对各气象因子年变化特征进行检验，检验结果如表1所示。

表1 彰武水文站年尺度气象因子变化趋势检验结果

图1 彰武水文站各气象因子年尺度变化特征

从彰武水文站近65年各气象因子的年尺度变化特征可看出，年平均气温呈现递增变化，年平均风速和年平均气压呈现递减变化，而年平均湿度变化较为平稳。采用M-K趋势检验方法对各气象因子年平均值变化趋势进行检验，检验结果表明年平均气温检验统计值为4.745 4，高于2.32，表明彰武水文站年平均气温递增显著性趋势可达到99%的水平，均有明显的递增变化。年平均气压变化趋势的检验统计值达到-5.304 3，其绝对值明显高于2.32，递减变化趋势十分显著。而年平均风速的变化趋势检验统计绝对值也高于2.32，递减变化的显著性检验也可达到99%水平。从年平均相对湿度变化趋势检验统计值可看出，其检验统计值为0.053 4，呈现弱递增变化趋势。

3.2 季节尺度气象要素变化检验

彰武水文站所在流域属于典型的温带季风大陆性气候，四季气候较为分明，为此结合彰武水文站近65年不同季节气温、气压、风速、湿度均值，对其不同季节气象因子变化进行趋势检验，具体结果图表2所示。

表2 不同季节彰武水文站各气象因子变化趋势检验分析结果

从各气象因子不同季节变化趋势检验结果可看出，和年尺度各气象因子变化趋势检验结果较为一致，气温在各季节均呈现较为明显的递增变化趋势，均可通过99%的显著性检验水平。而风速和气压的变化趋势统计值均为负值，表明呈现递减变化，其中风速在夏季的检验值较低，其递减显著性检验未能达到90%水平，呈现弱递减变化，其他三个季节风速都呈现明显递减变化。而气压在冬季和夏季的递减趋势特征较弱，而在春、秋两个季节的递减变化趋势性较为明显。各季节相对湿度变化有所差异，其中在春季和夏季相对湿度呈现若递增变化，而在冬季和秋季呈现递减变化，其中在秋季的递减变化最为明显。

4 蒸发皿蒸发与各气象因子关联分析

4.1 年尺度关联分析

结合彰武水文站1950—2016年实测蒸发皿数据，对其年蒸发皿蒸发进行统计，和年平均气压、年平均气温、年平均相对湿度及年平均风速进行相关图进行年尺度关联分析，关联分析如图2所示。

图2 彰武水文站年尺度蒸发皿蒸发和各气象因子年均值关联分析结果

从彰武水文站年平均蒸发皿蒸发和各气象因子关联分析结果可看出，就年尺度而言，年平均湿度和蒸发皿蒸发关联度最高，其次为年平均气温，年平均湿度是彰武水文站年蒸发变化的主因，年平均风速和蒸发皿蒸发的关联度在4个气象因子中最低，因此其对彰武水文站年蒸发皿蒸发的影响程度较小，这主要和彰武水文站所在的流域气候有关，彰武水文站所在流域为典型的温带季风大陆性气候，夏季和秋季高温且湿度较高，而夏季和秋季是区域蒸发量分配较大的两个季节，因此年平均湿度和年平均气温和彰武水文站年平均蒸发皿蒸发关联较高。

4.2 季节尺度关联分析

在彰武水文站年蒸发皿蒸发和各气象因子年均值关联分析的基础上，考虑到其不同季节气候以及各季节蒸发变化的差异性，对彰武水文站不同季节蒸发皿蒸发进行统计，并对其和各季节平均气温、平均风速、平均气压以及平均湿度进行关联分析，分析结果如表3所示。

表3 彰武水文站不同季节各气象因子均值和蒸发皿蒸发均值关联系数分析结果

从彰武水文站不同季节各气象因子均值各蒸发皿蒸发均值关联分析结果可看出，相对湿度和蒸发皿蒸发在各季节的关联度也明显高于其他气象因子，是彰武水文站蒸发皿蒸发影响的主因，其次是气温，除春季外，其他季节气温和彰武水文站蒸发皿蒸发的关联度均要高于风速和气压。年平均风速在春季和蒸发皿蒸发关联度较高，但在其他季节其和蒸发皿蒸发的关联度均要低于气象因子。从各季节气象因子和蒸发皿蒸发关联分析可看出，冬季相对湿度是彰武水文站蒸发皿蒸发影响主要气象因子，其次为气温，春季相对湿度关联度最高，其次为风速，夏季气温影响程度高于相对湿度，是夏季彰武水文站蒸发皿蒸发影响主因，而秋季和冬季较为一致，相对湿度和气温是其蒸发皿蒸发的主要影响气象因子，总体而言不同季节彰武水文站蒸发皿蒸发影响气象因子有所差异。