黄河上游参考作物蒸散量变化特征及其对气候变化的响应

研究参考作物蒸散量对气候变化的响应对于辨析气候要素对蒸散发的影响具有重要意义。该文在验证FAO推荐的Penman-Monteith(P-M)方法在黄河上游地区适用性的基础上,分析了10个气象站点近50a来参考作物蒸散量的变化特征,计算了参考作物蒸散量对4种气候要素的敏感系数及其对气候变化的响应。结果表明:FAOP-M方法在研究区域具有较强的适用性;参考作物蒸散量随海拔升高而减少,主要集中在生长季的3-10月。高海拔站点参考作物蒸散量年值多呈显著增加趋势,低海拔则明显减少,且变化过程不同。气温和风速敏感系数的年内变化分别呈显著的波峰型和波谷型,日照时数的变化不明显,相对湿度的敏感性呈生长季略有增加趋势;年际变化方面,气温的敏感系数呈显著增加趋势,低海拔地区相对湿度的敏感系数呈显著增加趋势。气温、日照时数的增加和相对湿度的降低导致了高海拔站点参考作物蒸散量的增加,高海拔地区的蒸散发主要受气温、日照时数等能量制约;低海拔站点参考作物蒸散量的减少主要受日照时数和风速减小、相对湿度提高的影响,水分条件的限制更显著。该研究对于结合未来气候变化趋势开展黄河上游地区生态管理,促进生态系统的良性发展,具有重要的科学意义和应用价值。     

西北地区近49年生长季参考作物蒸散量的敏感性分析

基于FAO Penman-Monteith公式计算了西北地区126个站点1961-2009年的生长季参考作物蒸散量（ET0）对气温、风速、相对湿度和太阳总辐射的敏感系数,并对敏感系数的时空变化特征进行分析。结果表明：西北地区生长季ET0对太阳总辐射最敏感,其次是气温和相对湿度,对风速的敏感性最低。气象要素分布的不均匀性导致敏感系数的空间差异显著,气温和风速的敏感系数在西风带气候区较大,相对湿度敏感系数在较湿润地带形成高值区,太阳总辐射敏感系数南部明显大于北部。生长季内,各气象因子的敏感系数均存在一定程度的波动,气温和太阳总辐射的敏感系数呈单峰型分布,风速敏感系数呈单谷型分布,相对湿度敏感系数的绝对值持续上升。49a来,太阳总辐射敏感系数显著上升,相对湿度敏感系数明显下降,其趋势系数均通过0.05水平的显著性检验,而气温和风速的敏感系数以波动为主,无明显变化趋势。     

黄土高原地区生长季参考作物蒸散量对主要气象要素的敏感性分析

为预测气候因子变化引起的区域参考作物蒸散量(ETo)的变化,以黄土高原地区为研究区,运用FAOPenman-Montieth方程计算了68个站点1961-2010年生长季参考作物蒸散量,并计算其对平均气温、太阳辐射、风速和实际水汽压的敏感系数,最后分析了敏感系数的时空变化特征.结果表明,黄土高原地区生长季ETo对实际水汽压最敏感,其次是太阳辐射和平均气温,对风速的敏感性最低;平均气温的敏感系数和实际水汽压敏感系数绝对值呈单峰型分布,二者分别在7月、9月达到最大值,太阳辐射敏感系数表现为持续上升趋势,风速敏感系数波动幅度最小,其值在4月最大;生长季气候因子敏感系数的空间差异性显著,平均气温敏感系数西部明显大于东部,太阳辐射敏感系数在高海拔地区形成高值区,风速敏感系数在西风带Ⅳ区形成高值区,实际水汽压敏感系数在黄土高原湿润地带最大.     

石羊河流域近53 a参考作物蒸散量的敏感性分析

利用国家气象信息中心提供的地面气候资料日值数据集,基于FAO Penman-Monteith公式计算了石羊河流域4个测站1959-2011年的逐日参考作物蒸散量(ET₀)。利用敏感系数法计算了其对平均最高气温、平均最低气温、风速、平均相对湿度和日照时数的敏感系数,并分析了敏感系数的时空变化特征。结果表明,石羊河流域ET₀对相对湿度最敏感,其次为风速和气温,而对日照时数的敏感性最低。由于气象要素分布不均,敏感系数的空间差异显著,相对湿度的敏感系数在上游祁连山区形成高值区,同时,气温在该区的敏感系数也相对较大,而风速的敏感系数在下游民勤盆地较大,日照时数的敏感系数在全区无明显差异。各气象因子的敏感系数均存在一定程度的波动,风速的敏感系数冬高夏低,气温和日照时数的敏感系数均为夏季最高,相对湿度敏感系数的绝对值持续上升在秋季达到最大。53 a来,相对湿度敏感系数波动变化,近20 a来其绝对值上升趋势显著,而风速、日照时数和气温的敏感系数无明显变化趋势。     

东北地区参考作物蒸散量对主要气象要素的敏感性分析

利用国家气象局提供的地面气候资料日值数据集,通过FAO推荐的Penman-Monteith公式计算了东北地区1961-2008年生长季(5-9月)逐日的参考作物蒸散量(ET0),分析了ET0及主要气象要素的变化趋势,并通过响应曲线、敏感矩阵、敏感系数等方法分析了ET0对气温、日照时数、平均风速、平均相对湿度的敏感性。结果表明:(1)近50a来,东北地区的气温呈极显著上升趋势(P0.01),日照时数、平均风速、平均相对湿度呈极显著下降趋势(P0.01);东北地区生长季平均日ET0在以3.60mm.d-1为平均值、±0.3mm.d-1的范围内波动,总体上比较稳定,最大值出现在2001年(3.87mm.d-1),最小值出现在1990年(3.28mm.d-1);(2)当气温、日照时数、平均风速的变化量从-20%变化到20%时,ET0表现为逐渐增加的趋势,当平均相对湿度的变化量从-20%增加到20%时,ET0则逐渐减小;(3)气温、日照时数、平均风速、平均相对湿度的生长季平均日敏感系数均具有较强的空间分异特性,其中气温变化对ET0的影响最为明显,其次是平均相对湿度,日照时数、平均风速对ET0的影响较小。     

塔里木盆地生长季ET0的时空变化特征及其敏感性分析

基于塔里木盆地19个气象站2000−2019年生长季逐日气象数据,采用FAO−56PM公式计算各站逐日ET0,运用敏感系数、ArcGIS反距离权重插值、气候倾向率和Mann-Kendall非参数检验等方法,对该地区ET0的时空变化规律及ET0对关键气象因子的敏感性进行分析。结果表明：（1）近20a来,塔里木盆地生长季ET0日均值在空间上呈北低南高的趋势,多年ET0日均值从大到小依次为6、7、5、8、4、9和10月,其值分别为5.84、5.73、5.29、4.95、4.23、3.65和2.17mm⋅d⁻¹,气候倾向率分别为−0.09、0.24、0.11、−0.07、0.16、0.07和0.08mm⋅10a⁻¹,ET0日均值在盆地中、西部以负倾向率为主,盆地东部则以正倾向率为主。（2）整个生长季,塔里木盆地的相对湿度逐月增加,2m处风速逐月减小,日照时数则呈先增加后降低的趋势,最低气温和最高气温均呈倒U形分布,且均在7月达到最大值。相对湿度的变化以负倾向率为主,2m处风速和最低气温的变化以正倾向率为主,日照时数和最高气温变化的倾向率无明显规律。（3）在生长季（4−10月）,塔里木盆地ET0对关键气象因子的敏感性表现为最高气温>相对湿度>日照时数>2m处风速>最低气温,ET0对最低气温的敏感性以较低敏感性为主,对其余气象因子均以高敏感性为主。ET0对最低气温和最高气温最敏感的月份是7月,而对相对湿度、2m处风速和日照时数最敏感的月份分别是10月、4月和8月。ET0对相对湿度的敏感系数绝对值的空间分布呈由北向南递减的趋势,对2m处风速和最高气温的敏感系数均以塔克拉玛干沙漠为高值中心,对日照时数无明显规律,对最低气温则呈由西向东递减的趋势。     

黄淮海平原各农业亚区潜在蒸散量变化及其对气候要素的敏感性分析

潜在蒸散量是确定作物需水量的重要依据和基础,客观分析其时空变化及气候成因具有重要意义。本文以国家气象局整编的黄淮海平原40个站点近53a（1961-2013年）逐日气象资料,将黄淮海平原分为6个农业亚区,分别计算潜在蒸散量（ET0）及其对气候要素（气温、相对湿润度、太阳辐射和风速）的敏感系数,并分析其变化特征。结果表明：从各区年、季ET0的平均值看,黄淮海平原各亚区都是夏季ET0最高,秋季和冬季以鲁西平原鲁中丘陵水浇地旱地二熟区（Ⅳ区）最高。从各区年、季ET0变化倾向率看,6个农业亚区夏季ET0均呈显著递减趋势,其中南阳盆地水浇地旱地二熟区（Ⅴ区）减幅最大,而春季ET0表现为燕山太行山山前平原水浇地二熟区（Ⅱ区）和江淮平原丘陵麦稻两熟区（VI区）呈显著递增的变化趋势、冬季Ⅱ区ET0呈现显著递增的变化趋势;从各区年、季ET0敏感系数的平均值和变化倾向率看,春、秋、冬季和年ET0对相对湿度最敏感,夏季ET0对太阳辐射最敏感;ET0对太阳辐射和相对湿度分别呈正向和负向敏感,且敏感性在时间序列上呈减弱趋势;相对湿润度和风速在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区（Ⅰ区）、太阳辐射和气温在VI区形成高值区,说明ET0在黄淮海平原Ⅰ区对相对湿润度和风速、在VI区对太阳辐射和温度较敏感。     

衡水市参考作物蒸散量的时空变化特征及其气候成因

参考作物蒸散量是计算作物需水量的关键,是进行实时灌溉预报和农田水分管理的主要参数.本文基于1981-2010年衡水市11个站点的地面气象观测资料,利用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),通过小波分析、突变检验等方法分析其时空变化特征,并采用相关分析法初步探讨其气候成因.结果表明,(1)近30a衡水市年参考作物蒸散量呈显著下降趋势(P＜0.05),除2、3月外,其它月份的参考作物蒸散量均有下降趋势;衡水东北部年参考作物蒸散量较大,西南部及安平较小,年参考作物蒸散量较大的地区其下降速率也较大,较小的地区其下降速率也较小.(2)衡水市年参考作物蒸散量存在准6a的主要振荡周期,周期显著;6、8和12月以及全年参考作物蒸散量均发生了气候突变;全区一致型是衡水市年及月参考作物蒸散量变化的最主要的空间模态,且其空间分布均具有很好的收敛性.(3)气温日较差、最高气温、日照时数和相对湿度是影响参考作物蒸散量变化的关键气候因子,其影响程度因季节而异,ET0与气温日较差、最高气温和日照时数呈显著正相关(P＜0.05),与相对湿度呈显著负相关(P＜0.05),风速变化对ET0影响较小;其中5-9月ET0受日照时数影响最大,受气温日较差、相对湿度和最高气温的影响依次减小.     

洮河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析

潜在蒸散发(ET0)的气候敏感性分析是变化环境下陆表能-水通量过程研究的重要内容,对气候变化背景下区域水文循环和农业水资源有效利用具有重要的理论和实践指导意义。为探讨气候变化对区域潜在蒸散发的可能影响,以洮河流域为研究区,采用Penman-Monteith模式和Beven敏感性公式计算该区ET0及其对关键气候要素的敏感系数,按Sen斜率和Mann-Kendall方法对敏感系数的变幅和显著性进行检验,基于此,对洮河流域ET0的气候敏感性进行了综合分析,并探讨了1981-2010年间该区ET0发生变化的气候原因。结果表明:洮河流域ET0对关键气候因素的敏感性排序为:净辐射相对湿度最高气温最低气温风速,其中,净辐射、最高气温和风速的敏感系数与ET0的相关性较强,特别是前2个要素在敏感性和相关性方面均具有较高系数;1981-2010年间,洮河流域ET0敏感性以净辐射的降低和最高气温的增强为主,净辐射和气温共同造就了洮河流域ET0的增加,且气温占主导。     

西北旱区参考作物蒸散量空间格局演变特征分析

利用西北旱区124个站点10a逐日气温、相对湿度、日照时数和风速资料,采用FAO的Penman-Monteith和Kriging方法对参考作物蒸散量进行估算和空间化,分析2000-2009年作物生长季(4-9月)参考作物蒸散量年际变化≥0.4mm区域质心的空间迁移规律。结果表明,作物生长季(4-9月)年际日均蒸散量变化≥0.4mm地区的质心整体经历从西到东两次波动,最后定位在中东部,质心迁移路径空间变化表现为由较发散变为较集中,然后到较发散;从各月年际变化上看,4月质心迁移平面距离最长,其次为7、9、6、8月,5月最短;迁移方向没有明显变化规律,各月质心最后到达位置各不相同,但是都处于内蒙古地区。近10a(2000-2009年)来,4-9月参考作物年际日均蒸散量变化≥0.4mm区域的面积呈现一定的增加趋势,其中4、6、9月的波动较大,年际变化趋势不明显,而5、7、8月面积变化曲线呈稳定增加趋势(P<0.05)。8月蒸散量对平均温度正向敏感的站点最多,敏感性较高的站点主要分布在中部和南部地区,其次是日照时数,蒸散量对相对湿度敏感的站点最少。研究结果对农业旱情监测、水资源管理和评价具有重要意义。     

黄河流域日潜在蒸散量变化及气象敏感要素分析

潜在蒸散量反映了大气的蒸发能力,准确的估算和科学客观的分析其气象影响要素,是水资源优化配置的重要依据和基础。该文以国家气象局整编的黄河流域109个站点近52a(1961-2012年)逐日气象资料计算潜在蒸散量及其敏感系数,探明黄河流域上游、中游和下游日潜在蒸散量(potential evapotranspiration,ET0)对4种气象要素的敏感性时空变化特征。结果表明:从ET0日值来看,黄河流域上游变化趋势不明显,但其均值高于中游和下游,下游以-0.043 mm/10a的趋势显著(p0.05)递减;在年内变化上,上游、中游和下游太阳辐射和温度及太阳辐射敏感系数均呈单峰型曲线变化,风速敏感系数呈单谷型变化,而相对湿度、风速以及相对湿度和温度的敏感系数波动较大;年际变化上,上游、中游和下游太阳辐射、相对湿度和风速都显著下降,温度显著提升,ET0对太阳辐射量和温度的敏感性减弱,而对相对湿度和风速敏感性增强;相对湿度是上游、中游和下游ET0变化的最敏感的要素,而太阳辐射量是ET0年内和年际变化的主控气象要素;太阳辐射、相对湿度和温度3个气候变量的敏感系数都在研究区西南部形成高值区,表明ET0在黄河流域西南部对气候变化最敏感。该研究对于指导黄河流域不同区域农业种植结构的调整和生态工程科学布局,合理开发调配水土资源,促进农业和生态环境的良性发展,具有重要的科学意义。     

京津冀地区潜在蒸散量时空演变特征及归因分析

为了深入认识京津冀地区潜在蒸散量的时空变化特征及其对气候变化的响应,该研究基于京津冀地区23个气象站57 a逐日气象观测资料,应用Penman-Monteith公式计算各站点日潜在蒸散量(ET0),剖析ET0的时空变化特征,运用敏感性分析法定量研究ET0对各气象要素的敏感性及其时空变化特征,定量识别各气象要素变化对ET0变化的贡献。研究结果表明:1)京津冀地区ET0空间分布整体呈由南向北递减趋势(除中部地区的塘沽站、黄烨站与保定站点ET0较高外)。ET0整体呈下降趋势,线性趋势率为-0.92 mm/a。ET0变化趋势空间分布由西北向东南递减,以春季减幅最为明显。2)京津冀地区ET0对相对湿度的最为敏感(-0.44),其次为风速(0.31)、日照时数(0.28)与平均气温(0.26)。随时间推移,ET0对平均风速与相对湿度敏感性整体呈下降趋势,而ET0对平均气温与日照时数的敏感性逐渐增强。敏感性系数空间分布从西北到东南:风速与平均气温敏感性系数逐渐递增,而日照时数与相对湿度敏感性系数逐渐递减。3)风速变化对京津冀地区ET0变化的贡献最大,平均气温次之。风速为主导因素的站点个数随时间呈下降趋势,平均气温与日照时数为主导的站点个数随时间呈上升趋势,说明近年来平均气温与日照时数对潜在蒸散量变化的影响愈加明显,这可能是由于近年来京津冀地区雾霾尤其是冬季雾霾对日照时数、气温与风速的产生一定影响,进而影响ET0。     

1961－2014年中国干湿气候时空变化特征及成因分析

利用全国701个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料,基于降水量和参考作物蒸散量(ET0)计算的湿润指数研究了近54a中国干湿气候时空变化特征,并利用敏感性和贡献率法分析了气候变化背景下主要气象因子对ET0的影响,对干湿气候变化的成因进行了探讨.结果表明:全国气候在3个时间段(时段1:1961-1980;时段2:1981-2000;时段3:2001-2014)中经历了变湿到变干的过程;不同地区干湿状况变化差异很大,干旱趋势主要发生在中国的半干旱半湿润气候区;1961-2014年降水量变化趋势不显著,ET0呈显著下降的趋势,61.6%的站点出现"蒸发悖论"现象.南方大部分地区和新疆的西北部由于降水量增加和ET0减少,气候变湿;西北和西南大部分地区由于年降水量减少和ET0增加,气候呈显著变干的趋势.ET0对相对湿度的变化最敏感,风速的负贡献率是引起ET0变化的主导因子.研究时段内风速和日照时数的减少对ET0的负效应超过温度上升对ET0的增大作用,导致全国ET0总体呈下降趋势.     

GFDL-ESM2M气候模式下京津冀地区未来潜在蒸散量时空变化

为探究未来潜在蒸散量时空变化特征,该研究以京津冀地区为例,基于美国GFDL提供的GFDL-ESM2M全球气候模式,得到京津冀地区92个格点2000-2050年的平均气温、最高气温、最低气温、太阳总辐射、平均相对湿度和近地面平均风速,应用Penman-Monteith公式计算京津冀地区未来92个格点的逐日潜在蒸散量(ET0),分析其时空分布特征及其与气象要素的相关关系。结果表明:未来年ET0总体呈增加趋势,RCP8.5情景下ET0上升速度最快,且随着时间推移增幅越来越大。夏季ET0增长速度最快,其次为春季、秋季与冬季,意味着未来ET0季节差异将愈加明显,可能出现更为严重的季节性干旱。ET0空间分布呈由西南向东北逐渐递减趋势,其中中部地区增速最快,增长趋势由中部向南北递减。不同气候情景下平均气温均呈逐年上升趋势,风速、太阳总辐射略微上升,而相对湿度下降。ET0与太阳总辐射的相关系数最大,呈由东北向西南递增趋势,其次为最高气温,呈由西北向东南递增趋势。ET0与相对湿度变化呈显著负相关,相关系数绝对值呈东北向西南递增趋势,ET0与风速相关度不明显。该研究可为农业需水预测与灌溉管理、科学应对气候变化提供基础支撑。