论文总字数：18671字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引言 3

2 资料和方法 4

2.1 研究区介绍 4

2.2 资料来源 4

2.3 研究方法 5

2.3.1 Penman-Monteith公式 5

2.3.2 趋势分析 5

2.3.3 偏相关分析 6

3 分析结果 7

3.1 时间序列分析 7

3.2 空间分析 9

3.2.1 气候态特征 9

3.2.2 趋势分析 11

3.2.3偏相关分析 13

4 结论 15

参考文献 16

致谢 18

中国西南地区参考蒸散发的变化特征分析

杨钰

，China

Abstract: Reference evapotranspiration (ET₀), also known as reference crop evapotranspiration, is an important indicator to represent the evapotranspiration ability. Therefore, to analyze changes in ET₀ and its related driving factors (i.e., mean temperature, net radiation, vapor pressure deficit and wind speed) is very critical for better understanding their relation and the regional impacts of climate change. Based on the FAO Penman-Monteith formula，we calculated ET₀ with the observational data at 268 meteorological stations in Southwest China form 1961 to 2012, and then analyzed their changes from the regional and the site scales. At last, we examined their relation using the partial correlation coefficients. Results suggested that mean temperature and vapor pressure deficit significantly increased, but wind speed and net radiation had a significant decrease during 1961-2012 for the whole study region. In responses to the variations of these driving factors, ET₀ showed a significant decrease. Furthermore, at the overwhelming majority of 268 sites, ET₀ had differently declined. The partial correlation analyses indicated that ET₀ was significantly and positively related to net radiation and wind speed, suggesting that changes in ET0 in Southwest China closely linked to the two major driving factors. Considering these four driving factors’ variations, the main causes of the declined ET0 was the decreases in wind speed and net radiation.

Key words：Reference evapotranspiration; influence factor; Penman-Monteith formula; Partial correlation analysis; Southwest China

1 引言

全球气候变暖背景下，气温、风速、饱和水汽压差及净辐射等气象要素均发生着不同程度的变化^[1-2]；而这些要素的变化始终与参考蒸散发（ET₀）密切相关。参考蒸散发，又称参考作物蒸散发，是指在一定气象条件下水分供应不受限制时，某一固定下垫面可能达到的最大蒸散量^[3]；其在估算作物的需水量、评价农业的水分资源和制订合理的灌溉制度中发挥着不可或缺的作用。分析参考蒸散发变化的原因及其影响因子，有利于深入认识参考蒸散发和气候变化之间的关系以及气候变化对流域水循环的影响。

近50年来，世界各地区的参考蒸散发大多呈下降趋势^[4-5]，而这一事实与全球变暖可能导致蒸发潜力增加的猜测相矛盾，被称为“蒸发悖论”；因此，受到了世界各国学者们的广泛关注^[6]。近年来，许多专家学者对ET₀变化的原因进行了一系列研究，并取得了一些有意义的成果。Peterson等^[4]认为美国、前苏联和印度等地区参考蒸散量下降主要是由北半球相对湿度的增加和辐射减少所影响的；Roderick等^[7]发现澳大利亚和新西兰地区参考蒸散发的减是因为南半球云量和气溶胶浓度的增加。在国内的研究结论中，不论是全国范围^[8]，还是西北^[9-11]、东北^[12-14]、华北^[15-17]、青藏高原^[18]、长江流域^[19-20]等地ET₀减少的原因主要是由于太阳辐射和风速的减少，但不同地区影响ET₀变化的主要气象因素明显不同，因此，不同地区不同的气候背景条件使得ET₀对气候变化的响应具有明显的区域差异。韩松俊等^[21]研究发现塔里木河流域山区太阳辐射与潜在蒸散发之间的相关系数最高，而塔里木河流域绿洲风速与潜在蒸散发之间的相关系数最高。韦振锋等^[22]发现纬度跨度大和地形的复杂使得陕西地区潜在蒸散量空间差异明显，其中秦巴山一带潜在蒸散量值偏高，其次是陕北地区，关中平原潜在蒸散量值最低。平均气温、相对湿度和风速对潜在蒸散量的影响较大。李耀军等^[23]研究发现甘肃省潜在蒸散发均对相对湿度最敏感，对日照时数与最低气温的敏感性最低。王炳亮和李国胜^[24]对辽河三角洲半湿润区、半干旱区以及滨海干湿过渡区3个气候亚区进行分析发现，在半干旱区，其敏感系数由大到小排列依次为gt;相对湿度gt;风速gt;太阳辐射gt;平均气温；在半湿润区和滨海干湿过渡区，敏感系数由大到小依次是相对湿度、太阳辐射、平均气温和风速。曹雯等^[25]对西北干旱半干旱地区进行分析，发现西北地区参考蒸散发的变化主要原因为风速；风速的下降导致西北地区年平均参考蒸散发整体上呈下降趋势。

在全球气候变暖背景下，各气象要素均发生着不同程度的变化^[1-2]。中国近50年平均地表温度呈显著上升趋势，平均每10a上升0.29℃，空间分布由北向南逐渐升高^[26]；而平均地表净辐射在年、季节均呈现出较明显的下降趋势^[27]；风速显著降低的区域多位于高海拔地区，降低幅度表现为由西向东逐渐递减 ^[28]。我国西南地区气候状况存在着显著的时空差异，地理上有着“东湿西干”的分布特征，川西高原和云南中部为相对干旱区，四川盆地西南部、广西南部为相对湿润区^[29]。这些气象要素的变化决定了该地区参考蒸散发的变化；因此，了解西南地区ET₀对气候变化的响应，有利于更加深入地理解气候变化；并可以为西南地区水资源利用、规划和设计提供一定的科学参考。本文主要的主要研究内容为：分析西南地区主要气候因子（气温、风速、饱和水汽压差和净辐射）以及参考蒸散发的时空变化特征；并采用偏相关分析的方法，探讨参考蒸散发可能原因。

2 资料和方法

2.1 研究区介绍

本研究区域为中国西南地区（22-33°N ，97-110°E；图1），主要包括重庆市、四川省、云南省、贵州省以及广西西部地区。西南地区以山地为主，地形结构十分复杂，起伏较大，其中四川盆地气候温和，湿度较大，多云雾，地势较为平缓，是农业集中发展的区域，而云贵高原属低纬高原亚热带季风气候，使得大部分地区四季如春。我国西南地区人口稠密，约占全国人口的1/6左右。西南地区是我国主要的粮食产区，提供了全国粮食产量的16%左右。就整个西南地区而言，其气候属于典型的亚热带季风气候，且干湿季节分明，雨季主要发生在4月至10月之间。

图1 西南地区的地理位置以及268个气象站空间分布图

2.2 资料来源

本文所采用的数据由中国气象局提供，时段为1961-2012年，时间分辨率为日，总计334站。主要气候要素有日照时数（H，h）、10m风速（u₁₀，m/s）、大气压（P，hPa）、相对湿度（Rh，%）、平均气温（T_ave，℃）最高温度（T_max，℃）和最低温度（T_min，℃）。值得注意的是，在使用这些资料之前，进行数据的质量控制是十分必要的，例如，资料的均一性和观测缺失的问题。首先，采用Petti方法检验各气候要素是否符合均一性检验的标准，剔除不符合检验标准的站点。然后，对于每年缺测次数多于2个月的站点予以剔除；而对缺测少于2个月的站点的缺测值，以临近站点为因变量建立一元回归的方程，对缺测值进行插补。最终，268个常规气象站被保留，见图1。

2.3 研究方法

2.3.1 Penman-Monteith公式

联合国粮农组织（FAO）^[30]将参考蒸散发定义为：假设作物高度是0.12 m，冠层反照率和阻力分别为70 s/m和0.23的参考冠层的蒸散，相当于长势一致、生长旺盛、完全覆盖地面并且水分供应充足的开阔的绿色草地的蒸散量；且推荐基于气象要素的Penman-Monteith公式来计算ET₀。其定义明确了植物的类型、生长状况以及土壤水分状况，使得参考作物蒸散发独立于这些因素，只受气象因子的影响。此方法拥有充分的理论基础，且结果只受当地气候要素的影响，与土壤类型、下垫面等无关^[7]，在国内外不同气候区域的应用效果都比较理想^[31-36]。计算公式如下：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18671字

相关图片展示：