五道沟地区“蒸发悖论”及成因探析

【目的】探讨五道沟地区"蒸发悖论"及成因探析。【方法】以位于五道沟地区的五道沟实验站气象场1970―2017年实测数据为背景资料。对蒸发量的年际变化趋势进行分析与预测,对其影响因素(风速、温度、日照时间、水汽压力差、降雨量、相对湿度)应用线性趋势法进行定性分析,应用熵值法进行综合评价,并深入探讨蒸发皿蒸发量趋势变化的成因。【结果】1970―2017年蒸发量呈明显下降趋势,下降速率为8.7 mm/a,运用灰色系统中的GM(1,1)模型与Verhulst模型对蒸发量的年际趋势进行预测,结果表明GM(1,1)模型预测效果更好。蒸发量与各气象要素的相关关系:风速、日照时间与蒸发量呈正相关关系,气温、相对湿度、降雨量与蒸发量呈负相关关系。1970―2017年间气温每10年平均升高0.25℃,水面蒸发每10年平均下降86.9 mm,该区存在"蒸发悖论"现象。线性趋势法与熵值法对各影响因素分析结果一致:风速>气温>相对湿度>日照时间>降雨量>水汽压力差,表明在全球气候变暖的大背景下,风速下降、相对湿度增加和日照时间减少是该区"蒸发悖论"现象的主要因素。日照时间的下降可能是气溶胶含量增多造成的;风速的下降可能与城镇化发展有关,风速减弱可能会引起气溶胶增多;相对湿度的增加,会导致日照时间的减少。【结论】五道沟地区"蒸发悖论"的成因可能是气溶胶量的增加,太阳辐射减少,蒸发量下降。     

五道沟实验站水面蒸发变化规律

水面蒸发是河流、湖泊、水库等水体的主要消耗项之一.采用五道沟实验站1964-2009年观测资料,分析了水面蒸发量年际和季节变化特征及其与气温、相对湿度、日照时数、水汽压力差等各气象要素的相关关系,并提出五道沟实验站水面蒸发量的月经验公式.结果表明:水面蒸发量下降速率约92.9 mm/(10 a),水面蒸发量与气温、地面温度、水汽压力差相关关系很好,与日照和相对湿度的相关关系较好,与风速和降水的相关关系不太明显,这为进一步研究淮北地区气温升高而水面蒸发减少的悖论现象提供初步成果.     

淮北平原水文气象要素长期变化趋势和突变特征分析

采用淮北平原五道沟水文水资源实验站长系列水文气象观测资料,分析了气温、降雨、日照和风速4个要素的长期变化趋势,并用Yamamoto法和Mann-Kendall法联合检测了该区域年时间序列的水文气象要素突变现象。结果表明,半个世纪以来五道沟实验站平均气温上升速率为0.14℃/10a,年最低气温上升速率为0.54℃/10a,年最高气温下降速率为0.33℃/10a,年降水量以1.3 mm/a的速率增加,年日照时数整体呈下降趋势,平均风速下降速率为0.32/10a。用Yamamoto法检测突变结果表明年平均气温和年降雨量均未发生突变,年日照时数和年平均风速分别在1997年、1985年发生突变;用Mann-Kendall法检测检验得出本地区年平均气温、年降雨量和年日照时数分别在2003—2004年间、2002年、1998年前后发生突变。     

基于PenPan模型中国蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

蒸发皿蒸发量是衡量大气蒸发能力的重要指标。为了研究中国地区蒸发皿蒸发量的时空变化规律和成因,利用全国751个站点1961-2017年的逐日气象观测资料(平均温度、风速、相对湿度、日照时数),基于PenPan模型对20cm蒸发皿蒸发量进行估算。对中国地区57a的气象数据和PenPan模型模拟结果进行趋势分析,探究影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素。结果发现:在1961-1993年期间,中国地区存在“蒸发悖论”现象,影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素为风速;1994-2017年“蒸发悖论”现象消失,此时主导因素为饱和水汽压差;两阶段相比,空气温度对蒸发的作用增大,而风速的作用减小。春夏秋冬4个季节,蒸发量在空间上差异较大。辐射项蒸发量的夏季最大值在西北地区,其余季节在华南地区;动力项蒸发量冬季最大值在华南地区,其余季节在西北地区;随着季节推移,总蒸发量最大区域由西北转移到华南地区。根据蒸发皿蒸发量的时空变化情况,可以得出西北和华南地区需要根据该地区蒸发量的季节变化合理调配水资源。     

黄河三角洲地区蒸发量时空特征及预测模型

【目的】研究黄河三角洲地区蒸发量特征,为该地区水资源利用等提供合理参考。【方法】利用黄河三角洲地区蒸发量资料,采用气候统计方法及GIS系统,探究黄河三角洲地区蒸发量时空特征,探明蒸发量与气候因子之间的关系并建立预测模型。【结果】(1)黄河三角洲地区春季、夏季和年蒸发量呈显著下降趋势;秋季和冬季蒸发量呈不显著上升趋势。蒸发量空间分布大致上均由东北向西南递减。(2)黄河三角洲地区蒸发量变化具有明显的周期性特征。春季蒸发量主循环周期为10 a;夏季蒸发量主循环周期为10 a和5 a;秋季蒸发量主循环周期为13、6 a和3 a;冬季蒸发量主循环周期为10～11 a和5～6 a;年蒸发量主循环周期为10 a。(3)黄河三角洲地区年蒸发量与年降水量、年日照时间、年平均风速、年平均云量和年平均气温日较差显著相关,与年平均气温相关性不显著。各季节蒸发量与各季节降水量、日照时间、相对湿度、云量及气温日较差显著相关,与其他因子相关性各有不同。(4)黄河三角洲地区相对湿度对各时段蒸发量影响效果均显著,风速对春季、夏季、冬季蒸发量的影响均显著,气温对春季和夏季蒸发量影响显著,日照时间对年蒸发量的影响效果明显,...     

荆门和桂林灌溉试验站蒸发皿蒸发变化规律及其影响因素的初步分析

以湖北荆门灌溉试验站和广西桂林灌溉试验站的蒸发皿蒸发和气象要素实测资料为例,采用线性趋势线法分析蒸发皿蒸发量的变化趋势以及气温、降雨量、风速、日照时数、日较差和相对湿度等6个气象因子的变化趋势,采用单因素相关分析和多元线性回归分析,研究了气象因子对蒸发皿蒸发的影响。分析结果表明,荆门灌溉试验站1973~2003年蒸发皿蒸发呈下降趋势,其主要影响因素是相对湿度的增大、风速的减小和日较差的减小,桂林农田灌溉试验站1980~2003年蒸发皿蒸发呈上升趋势,其主要影响因素是日较差的增大。     

武功地区气候变化及其对夏玉米单产的影响

基于陕西武功站1935-2010年的逐月气象数据及夏玉米产量等资料,采用Mann-Kendall法、直线滑动平均模拟法和通径分析法,分析了武功地区1935-2010年各个气象因子的变化特征以及气候变化对夏玉米单产的影响．结果表明:该地区最低气温呈上升趋势,风速、日照时数呈下降趋势;夏玉米生育期最低气温和相对湿度呈上升趋势,最高气温、日照时数和风速均呈下降趋势,变化速率分别为0116 ℃／10a,0006／10a,-0158 ℃／10a,-26707 h／10a和-0063 m／(s·10a),SPI呈减小趋势,气候朝干旱演变;夏玉米生育期各气象因素能综合其他气象因素的信息对单产产生作用,日照时数对夏玉米单产综合决定能力最高,决策系数为2309％,降水量呈减小趋势是夏玉米单产增加的主要限制性气象因素,决策系数为-673％;通过技术创新等人为因素作用,可在一定程度上缓解气候变化给武功地区夏玉米生产带来的负面影响．     

东江流域蒸发皿蒸发量时空演变特征及其原因分析

利用东江流域1956~2000年15个气象台站的小型蒸发皿观测资料,分析了流域蒸发皿蒸发量的变化趋势及其可能原因。结果表明,东江流域年蒸发皿蒸发量整体的下降趋势非常显著,在1986年前后发生了非常明显的下降突变,下降速率达30.9 mm/10a,45年来下降了约139.0 mm;流域下降趋势存在明显的区域差异性和较大的空间异质性。东江蒸发量下降的原因主要是日照时数和平均风速的显著下降,抵消了气温上升所引起的蒸散量的上升,反而使蒸散量呈现为显著下降趋势;平均日较差的显著下降在蒸发皿蒸发量减少趋势中可能也起着重要作用。     

川中丘陵区近60 a主要气象因子变化趋势研究

为深入了解川中丘陵区近60 a气候变化规律,基于川中丘陵区13个站点1954—2013年逐日气象资料,使用Mann-Kendall检验、Morlet小波分析和相关性分析,定量研究了气象因子的变化趋势及变化周期。结果表明,近60 a来川中丘陵区辐射、降水、风速及相对湿度均呈整体下降趋势(降幅分别为0.242 3 MJ/(m~2·d·10 a)、0.050 0 mm/10 a、0.025 7 m/(s·10 a)和0.137 2%/10 a),温度呈上升趋势(增幅为0.031 6℃/10 a);气温、辐射、降水、风速及相对湿度等气象因子60 a来均呈现"增大-减小"的周期性变化规律,变化主周期分别为6、12、13、21、24 a,且其局部突变分别发生在1964年和1996年、1986年、1957—1985年、1958—1963年和2008年;各气象因子相关性较为明显且交互影响关系复杂,其中风速与辐射显著正相关(P0.05),与湿度极显著负相关(P0.01),而辐射与气温极显著正相关(P0.01),与湿度显著负相关(P0.05)。     

关中地区气候变化对主要作物需水量影响的研究

用关中地区30个气象站41年气象资料,探讨了关中地区主要作物冬小麦和夏玉米需水量与相应生育期内气候因子的变化趋势,分析了气候变化对作物需水量的影响。结果表明:关中地区冬小麦需水量无一致变化趋势,净灌溉需水量(NIWR)呈增加趋势;夏玉米需水量呈不显著减少趋势,净灌溉需水量无一致变化趋势。气象因子影响顺序为,冬小麦:相对湿度>最高气温>日照时数>降水量>平均气温>风速,夏玉米:日照时数>相对湿度>最高气温>平均气温>降水量>风速。日照时数和风速引起冬小麦需水量的降低趋势在很大程度上抵消了相对湿度和最高气温引起的冬小麦需水量的升高趋势,而冬小麦生育期降水的减少是造成冬小麦净灌溉需水量增加的主要原因;风速和日照时数的降低趋势是导致夏玉米需水量减少的主要原因。关中地区秋冬春季向暖干发展,夏季除风速显著降低外,其它气象因子变化不大。     

中国西北地区近50a气象因子时空变化特征与成因分析

为深入分析中国西北地区近50 a气象因子演变特征与驱动因素,选取西北地区69个站点1966-2016年逐日气象资料,使用Mann-Kendall检验、Morlet小波分析、GIS空间插值及相关性分析方法,定量分析了气象因子的时空变化规律及相互关系。结果表明:近50 a来西北地区风速、辐射、相对湿度均呈下降趋势,降幅分别为0.105 m/(s·10 a)、0.054 MJ/(m2·d·10 a)和0.378%/(10 a),降水及气温均呈上升趋势,增幅分别为4.9 mm/(10 a)、0.427℃/(10 a);各气象因子近50 a来呈"增大-减小"的周期振荡变化,变化主周期均为28 a,且风速、辐射、相对湿度、降水、气温均存在局部突变;各气象因子的空间分布存在区域差异,风速呈不连续的东部大西部小分布趋势,辐射呈中部大东西部较小分布趋势,降水呈由东南向西北递减趋势,气温呈由青海省向外扩增趋势;各气象因子之间存在较强相关性且相互响应关系复杂,其中辐射与风速、降水和气温均呈极显著正相关(P0.01),相对湿度与风速呈极显著负相关(P0.01)。     

1960-2019年河南省参考作物蒸散量时空演变与成因分析

基于河南省17个气象站1960-2019年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型、M-K检验和Morlet小波分析等方法分析河南省参考作物蒸散量(ET0)时空变化特征及其影响因素.结果表明:1960-2019年河南省ET0平均值为1050.11 mm/a,以-14.81 mm/10a的倾向率呈下降趋势,1971年河南省ET0发生突变,突变后ET0减少80.73 mm,近60年来,河南省ET0存在28 a左右的主周期变化.空间上,河南省ET0呈东南向西北递增的趋势.近60年来河南省四季ET0分别占全年的29.79％、39.34％、20.17％和10.69％,变化趋势上,春季ET0呈小幅上升趋势,夏季、秋季和冬季ET0均呈下降趋势.春夏两季ET0空间分布情况与全省多年平均ET0的空间分布情况较为接近,对全省年均ET0的空间分布起决定性作用.河南省ET0变化对相对湿度最敏感(-0.645),其次为日照时数(0.444),最高气温(0.323),平均风速(0.171)和最低气温(0.090).日照时数、平均风速、相对湿度、最高气温和最低气温对ET0的贡献率分别为-12.841％、-7.426％、3.045％、1.321％和1.800％,日照时数和平均风速的减少是过去60年河南省ET0减少的主导因子.     

三峡工程建成前后宜昌市气候变化研究

选取宜昌市气象台站1953-2011年逐日气象资料,以三峡工程建成年份为界,对其时间序列的变化趋势进行了对比,采用ET_0为综合评价指标进行了分析,得出以下结论:三峡工程建成后宜昌市平均气温、最高气温、最低气温的多年均值较建成前分别上升了0.7、0.7、0.8℃;平均气压、平均相对湿度和日照时数的多年均值分别下降了0.33%、1.69%和18.42%。平均气压、最低气温呈现不显著上升,平均风速、日照时数显著下降趋势,其余气象要素均呈现不显著下降趋势。ET_0呈现逐年不显著下降趋势,与平均气温、最高气温、最低气温、平均风速、日照时数呈现为正相关,与降雨量、平均相对湿度以及平均大气压呈现为负相关。     

昆明地区玉米需水量及灌溉用水量研究

基于CROPWAT模型,利用昆明地区气象数据、玉米生育期数据和土壤数据,模拟研究1980-2012年玉米生育期需水量和灌溉用水量年际变化特征及气象要素对其的影响。结果表明:1980-1999年玉米需水量和灌溉用水量呈现微弱下降的趋势(p=0.22,p=0.06);1999-2012年玉米需水量和灌溉用水量呈上升趋势为(p0.01),多年平均玉米需水量和灌溉用水量分别为354.5和64.0mm。玉米需水量与温度、风速和日照时数呈正相关而与降水量和相对湿度呈负相关;灌溉用水量与温度、风速和日照时数呈正相关而与降水量呈负相关。逐步回归分析表明气温、风速和日照时数的组合可以预测年尺度上玉米需水量的变化趋势;气温、风速和降水的组合可以预测年尺度上灌溉用水量的变化趋势。     

河北省夏玉米主产区作物需水量和缺水量研究

为探究气候变化对河北省农业生产的影响,基于17个典型气象站1955-2014年气候资料,应用FAO推荐的Penman-Monteith模型,分析了河北省夏玉米全生育期和不同生育期的需水量和缺水量时空格局,并利用敏感性分析法对需水量和缺水量的主要影响因子进行探讨。结果表明:(1)1955-2014年河北省夏玉米全生育期需水量和缺水量均呈显著下降趋势,变化率分别为-11.19 mm/10 a和-8.26 mm/10 a;不同生育期的需水量和缺水量的趋势变化与全生育期保持一致;需水量和缺水量在快速发育期最大,分别为127.56 mm和91.08 mm,在成熟期最小,分别为30.34 mm和25.69mm。(2)全生育期需水量和缺水量由东北向西南逐渐递减,大致呈以黄骅一带为高值中心,向邢台、邯郸和南宫一带形成低值区的空间过渡形态;各生育期需水量和缺水量空间分布形态差异较大。(3)影响需水量的4个主要气候因素依次为:相对湿度、最高气温、风速和日照时数;影响缺水量的4个主要气候要素依次为降水量、相对湿度、最高气温和风速。     

变化环境下农业需水量演变趋势及驱动力

根据宝鸡峡灌区11个气象站近30 a的气象及近20 a种植面积资料,分析了气候及作物种植结构的变化特征,计算了作物需水量和农业需水量,研究了灌区农业需水量的演变趋势,并利用主成分回归分析法揭示了影响农业需水量变化的驱动因素.结果表明:灌区气温呈显著上升趋势,相对湿度和风速呈显著下降趋势,蒸发量和日照时数略有增多,降水量有所减少.灌区农业种植结构变化较大,粮食作物与经济作物种植面积比例显著降低,由1991年的4.08减小为2010年的1.83;粮食作物与农作物总播种面积比例也呈下降趋势,由1991年的0.46减小为2010年的0.40.灌区小麦、玉米、油菜、棉花等4种主要作物需水量呈递增趋势,其中油菜需水量递增速率最快,约为3.558 mm/a;灌区农业需水量呈递减趋势,其递减速率为3.35×107m3/a.影响农业需水量变化的主要驱动因素为种植面积、降水量和蒸发量.降水量的减少和蒸发量的增多使得作物需水量明显增多,而农作物种植面积的减少,引起农业需水量的显著减少.     

滇池流域气候变化及与水资源利用的关系

利用昆明站1953-2000年的逐日气象数据、滇池1961-2004年月平均水位流量、海口和蔡家村水文站1953-2005年逐月径流量及2000水平年的社会经济统计资料,采用Mann-Kendall方法分析了滇池流域近50年来的气候环境和农业用水变化趋势,Granger因果分析方法检验流域降水与径流的因果关系。研究结果表明:①滇池流域内气温升高,日照时数、相对湿度和平均风速降低,降水量略微增加;年均ET0显著降低,在1990年前后发生由减少到增加的转折变化;干湿指数为雨季增加、枯季显著降低;水稻灌溉定额和农业综合灌溉定额都呈减少趋势。②在1-3、8、9月份出现"蒸发悖论"现象,蒸发量与降水量之间的变化趋势存在"逆向关系"的时段为1-3、9、10、12等月份。③昆明站年降水与蔡家村站年径流无因果关系,但与海口站年径流在10%的检验水平上存在因果关系;在年度、枯季及汛期,海口站年径流与下游的蔡家村站年径流都存在明显的因果关系。④滇池出湖径流变化与流域内降水的不一致性,反映出全球气候变化已对滇池流域的水资源利用产生了影响,但滇池水生态环境的修复治理仍须立足于全社会节约用水、城市截污和污水资源化、水源地保护、外流域引水等措施。     

皖北地区水文要素演变特征分析

以皖北地区及其周边的16个气象站点1957-2013年的降水、气温、蒸发数据和6个水文站点1960-2006年的径流数据为基础资料,对该地区水文要素进行分析。结果表明:从趋势性方面看,皖北地区年降水量和年径流量均没有明显的增加和减少趋势,而气温和蒸发则表现出相反的变化趋势,其中气温呈现出较为明显增加趋势,而蒸发量下降明显。从突变性方面看,皖北地区年降水量、蒸发量和径流量均无明显突变,而气温则在1993年突变性地上升。从周期性方面看,皖北地区年降水量存在2~3a和5~6a的震荡周期;年均气温存在4~5a的震荡周期;年蒸发量存在5~6a的震荡周期;年径流量存在5~6a的震荡周期和16a左右的震荡周期。     

“蒸发悖论”在云南省的探讨

利用云南省1981—2011年52个站点候气象数据,通过分析云南省各站点季、年潜在蒸散量与气温变化趋势,探讨了"蒸发悖论"在云南省的时空分布。结果表明,(1)全省年潜在蒸散量t-ET0,y经历了先下降后上升的变化过程。1981—1990年,t-ET0,y以4.45mm/a的速率下降,有"蒸发悖论"存在;1991—2011年,t-ET0,y以2.42 mm/a的速率上升,不存在"蒸发悖论";(2)不同时间段内存在"蒸发悖论"的站点数量不同,分布区域差异明显。1981—1990年主要分布于中部和东南地区,1991—2011年集中分布在西部地区,且站点数量变少;(3)1981—1990年,存在"蒸发悖论"的站点在春、夏、秋、冬四季均有成片分布,其中冬季主要分布于云南省西北和中部地区,春季集中于中部,夏季和秋季主要分布于西南地区。1991—2011年,各季节也有一定数量的站点存在"蒸发悖论",但站点分布较无序,空间趋势变化不明显;(4)"蒸发悖论"的有无与时间段的长短选取有关,长时段的研究序列可能会掩盖短时段的"蒸发悖论"现象。因此,"蒸发悖论"在云南省具有阶段性、季节性和区域性。     

广西蒸发皿蒸发量时空变化研究

利用广西20个气象观测站点1957-2001年Eф20小型蒸发皿的实测水面蒸发资料,采用变差系数和年际极值比分析蒸发的年际变化特征,应用累积滤波器法定性分析蒸发量的年际变化趋势,Kendall秩次相关法定量分析蒸发量的年际变化趋势及其显著性,Mann-Kendall非参数统计检验法分析蒸发量的突变点。结果表明,桂北蒸发皿蒸发量年际变化最剧烈（Cv=11.2,Km=1.77）,桂南和桂东次之,桂中和桂西年际变化最小。非岩溶发育地区和岩溶发育地区蒸发量的年际变化特征没有差别。20个站点中,10%的蒸发量呈上升趋势,90%的蒸发量呈下降趋势。18个蒸发量下降趋势的站点中,95%信度水平呈显著下降趋势的占72.2%。存在突变点且突变趋势显著的站点有10个,占研究总站点数的50.0%。桂中、桂东、桂南3个地区的12个站点都呈下降趋势,这3个地区的蒸发量变化趋势依次是桂南>桂东>桂中。岩溶发育地区蒸发量呈下降趋势站点的比例和Z值平均值小于非岩溶发育地区,但其差异不明显。