黄河流域近40年蒸发皿蒸发量的气候变化特征

、 开发利用和运行管理具有重要意义。 蒸散（发）既是地表热量平衡的组成部分，又是水量平衡的组成部分，是水循环中最直接 受土地利用和气候变化影响的一项；反过来，蒸散（发）又可减小辐射向感热的转化，增加空 气湿度，提高最低气温及降低最高气温，起到调节气候的作用。全球性陆面蒸散对大气环流 和降水均有重要影响D&、@E。因此，进行蒸散（发）变化的研究，对深入了解气候变化规律及探讨 气候变化的原因具有十分重要的意义。蒸发皿蒸发量虽不能直接代表水面蒸发，但与水面蒸 发之间存在很好的相关关系，是水文、气象台站常规观测项目之一。由于实际蒸散（发）的测 定非常困难，而蒸发皿观测资料累积序列长、可比性好，长期以来，一直是水资源评价、水文 研究、水利工程设计和气候区划的重要参考指标。 % 资料及研究区概况 黄河是我国第二条大河，发源于青藏高原，全长@ &*& F>。流域集水面积大，跨度长，地 理环境复杂。流域面积为 :<)#G%"@F>!，其中，干旱区占%%<:A；半干旱区占!9>。 本文所用资料为%)*",!"""年黄河流域及其周边%!#个气象站（图%）逐月!"=>口径蒸发 皿蒸发量。 自 然 资 源 学 报 !" 卷 # 研究方法 参考文献 $%&，引入气候趋势系数和 气候倾向率来研究黄河流域蒸发皿蒸发 量的气候变化特征。 !"# 气候趋势系数 !"#’ $ % ’ ! !("%)""*(%) #"* $ % ’ ! !("%)""*# $ % ’ ! !(%) #"*## (!* 式中，!"#为$个时刻（年）的要素序列与自 然数列!，#，+，⋯，$的相关系数。其中$为 年数，"%为第%年要素值，"为其样本均值；#’($,!* - #。!"#为正（负）时表示该要素在所计算的$年 内有线性增（降）的趋势。 !"! 气候倾向率 将气象要素的趋势变化用一次线性方程表示，即 "& #’’.,’!# #’!/#，⋯，$ （#） 式中，"& #为气象要素的拟合值；’!·!.称为气候倾向率，表示气象要素每!.年的变化率。 对!#+个站分别按年和四季计算其蒸发皿蒸发量的气候趋势系数和气候倾向率，季节划 分是以+01月为春季、%0"月为夏季、20!!月为秋季、!#月至翌年#月为冬季。 !"$ 黄河流域蒸发皿蒸发量气候变化空间分布图 将计算的每个台站蒸发皿蒸发量的气候倾向率，按345678插值法求出其在空间上的分布 情况，并用黄河流域界提取出黄河流域蒸发皿蒸发量气候倾向率的空间分布图。根据空间分 布图，借助地理信息系统9:;<=3">!获得流域平均和流域内不同气候区的特征序列。 + 结果分析 $"# 黄河流域蒸发皿蒸发量气候变化趋势 由表!可以看出，近?.年黄河流域及其内不同气候区的年蒸发皿蒸发量均呈明显下降趋 势。就全流域平均而言，#.世纪%.与@.年代蒸发皿蒸发量相当，".与2.年代相当，但".02.年 代较%.0@.年代下降了!+%AA（约@>1B），2.年代较".年代略有回升；不同气候区下降幅度不 同，以半干旱区为最大；在季节上，春季和夏季蒸发皿蒸发量呈下降趋势，秋季和冬季变化幅 度不大。 图#给出了黄河流域年蒸发皿蒸发量的逐年变化和逐年累积距平变化，图#（C）中直线为 图 ! 黄河流域及气象站点分布图 D6E>! FG8 H855IJ K6L8: MCN67 C7O PG8 A8P8I:I5IE6;C5 NPCP6I7N QN8O 67 PG8 NPQOR 表 # 不同年代黄河流域蒸发皿蒸发量（%%）特征统计 FCS58 ! 3PCP6NP6;N IT 4C7 8LC4I:CP6I7 IL8: PG8 H855IJ K6L8: MCN67 67 O6TT8:87P O8;CO8N (U76PNV AA* 年代 全流域及其内各气候区年蒸发皿蒸发量 全流域不同季节蒸发皿蒸发量 全流域 干旱区 半干旱区 半湿润区 湿润区 春季 夏季 秋季 冬季 !2%.0!2%2 ! ".@>2 # #%.>" ! 22@>2 ! %%?>+ ! #@">. 12@>. @+1>! +#1>? !%?>? !2@.0!2@2 ! ".#>? # ##@>+ ! 22?>@ ! %1%>? ! +?@>% %.#>. @!+>+ +++>2 !1@>1 !2".0!2"2 ! %%?>+ # !+2>1 ! "%2>? ! 1.#>! ! #!+>! 1?%>2 %+2>! +!!>+ !?@>" !22.0!222 ! %2+>? # !!2>% ! "%#>? ! 1%!>2 ! ##?>. 1+#>. %1+>% +#">1 !1?>@ ?+" ! 期 邱新法等：黄河流域近 !" 年蒸发皿蒸发量的气候变化特征 蒸发量与时间序列（年）拟合的趋势线（以下同），通过了##$的信度检验，因此黄河流域蒸发 皿蒸发量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图%（&）可看出，’#(")’#*!年黄河流域 蒸发皿蒸发量基本上均高于!"年平均水平，’#+%年为主要的转折年，’#+%年之后基本低于!" 年平均水平，’##(年之后开始略有回升。 图,给出了’#(")%"""年黄河流域不同季节蒸发皿蒸发量变化曲线，其中，春季和夏季蒸 发皿蒸发量变化趋势线的相关系数通过了##$的信度检验，即蒸发量呈明显下降趋势；秋季 和冬季蒸发量趋势拟合不能通过信度检验，即蒸发量无显著变化。 !"# 黄河流域蒸发皿蒸发量气候变化趋势的空间分析 虽然黄河流域整体平均蒸发皿蒸发量呈下降趋势，但局部区域与整个流域的气候变化 趋势并不完全同步。图!中空白部分代表蒸发皿蒸发量变化不大，在统计上无显著意义的地 区；横竖线条所表示区域其蒸发皿蒸发量的变化趋势（上升或下降）通过了#-$的信度检验 （以下同）。由图!可看出，蒸发皿蒸发量下降的地区主要位于黄河流域上游和下游集水区，上 升的地区主要位于黄河流域中游集水区。气候倾向率最大为#".. / ’"0，最小为1,," .. / ’"0，后者为前者的,倍以上，可见下降要比上升幅度大得多。 图-为黄河流域不同季节蒸发皿蒸发量气候倾向率空间分布图，其颜色与线条含义与图 图 % ’#(")%"""年黄河流域年蒸发皿蒸发量特征变化曲线 2345% 677809 :07 ;<0:=>0?3=7 @A074; ?>;7B =<;> ?A; C;99=D E3<;> F0G37 H>=. ’#(")%""" 图 , ’#(")%"""年黄河流域蒸发皿蒸发量不同季节特征变化曲线 2345, I;0G=709 :07 ;<0:=>0?3=7 =<;> ?A; C;99=D E3<;> F0G37 H>=. ’#(")%"""5 !,# 自 然 资 源 学 报 !" 卷 图 # 黄河流域年蒸发皿蒸发量气候倾向率空间分布图 $%&’# ()*+%*, -%.+/%01+%23 42/ +56 75*3&6 /*+6 24 *331*, )*3 68*)2/*+%23 286/ +56 96,,2: ;%86/ <*.%3 =>3%+.?@@ A !B*C 图D 黄河流域四季蒸发皿蒸发量气候倾向率空间分布图 $%&’D ()*+%*, -%.+/%01+%23 42/ +56 75*3&6 /*+6 24 .6*.23*, )*3 68*)2/*+%23 286/ +56 96,,2: ;%86/ <*.%3 #同。由图D可看出，不同季节蒸发皿蒸发量变化趋势的空间分布基本与图#相似，只是蒸发量 上升、下降幅度和地区范围略有不同。春季和夏季蒸发皿蒸发量主要表现为下降的气候趋 势，且下降的幅度较大，最高达E!DF @@ A !B*（出现在夏季），蒸发量上升的区域较小；各季节 蒸发量下降的幅度均比上升的幅度要高，在蒸发量较高的春季和夏季，前者是后者的G倍以 上；尽管蒸发量上升区域的范围在秋季相对大一些，但其上升幅度并不高，最高也仅为GB @@ A !B*。 !"! 蒸发皿蒸发量下降的原因探讨 大量研究证实，在过去!BB*中全球气温平均上升了B’GHB’IJKLM；近DB*中的升温幅度为 B’!DJ A !B*KFM。中国的一些研究也表明，在!ND!H!NNB年间，年平均温度升高了B’GJK"、NM。基于此 事实，很容易认为全球变暖可能会使近地面层变干，则陆地上水体蒸发量应上升，而实际结 论却与此相反，目前的研究结果均表明，就平均状况而言，在近 DB*中北半球蒸发皿蒸发量 呈稳定下降的趋势K!B、!!M。对黄河流域年平均温度变化趋势的分析表明，!NIBHLBBB年黄河流域 ##B ! 期 邱新法等：黄河流域近 !" 年蒸发皿蒸发量的气候变化特征 平均温度呈上升趋势，年平均温度上升了约"#$%。温度上升，而蒸发皿蒸发量下降，这与国际 上同类研究的结论相同。 目前，国际上研究认为，蒸发皿蒸发量的下降主要是由太阳总辐射的下降引起 &’"(’)*。 +,-./011 和23/4.认为云量和气溶胶的增加是近年来全球太阳辐射下降的主要原因 &’!*。 506/-41从全球温度日较差变小的事实出发，在理论上解释了近年来蒸发皿蒸发量的下降主 要是由于太阳辐射量的减少造成&7*。太阳辐射驾驭着全球的气候变化，它的变化必然引起地 表热量、水分收支状况的变化。全球太阳辐射下降而温度却在升高，其机理值得探讨。 参考文献!"#$#%#&’#()： &’* 张志强8 孙成权# 全球变化研究十年新进展&9*# 科学通报8 ’:::8 !!;<=> !$!(!77#&?@ABC ?/0DE0-.F8 +GB 2/4.FDEH-.# IJ4KJ04L 3M ,/4 NK3FK4OO 0. F13P-1 6/-.F4 K4O4-K6/ 3J4K K464., ’" Q4-KO# !"#$%&% ’(#%$(% )*++%,#$8 ’:::8 !!;<=> !$!(!77#* &R* @3HF/,3. 9 S8 540K- T01/3 U C8 2-11-.V4K W A# S/4 +604.64 3M 210X-,4 2/-.F48 210X-,4 2/-.F4 ’::<&Y*# Z[22# AXD PK0VF48 G\> 2-XPK0VF4 G.0J4KO0,Q [K4OO8 ’::<8 ’!R# &)* 江涛8 陈永勤8 陈俊合8 等# 气候变化对我国水文水资源影响的研究&9*# 中山大学学报（自然科学版）8 R"""8;增刊R=> ’<’(’<7#&9ZABC S-38 2@]B ^3.FDE0.82@]B 9H.D/48%, -+#ZXN-6, O,HV04O 3M MH,HK4 610X-,4 6/-.F4 3. /QVK313F06-1 K4F0X4O -.V L-,4K K4O3HK64O 0. 2/0.-# .(,- ’(#%$,+-/*0 1-,*/-+#*0 2$#3%/&#,-,#& ’*$4-,&%$#8 R"""8 ;+HNN14X4.,R=>’<’(’<7#* &!* +GB U-.8 _G CH3D‘03.F# Z.M1H4.64 3M 1-.V 4J-N3,K-.ON0K-,03. 3. 610X-,4 J-K0-,03.O 0.M1H4.64 3M 1-.V 4J-N3,K-.ON0K-,03. 3. 610X-,4 J-K0-,03.O&9*# ’(#%$(% #$ !"#$- ;+4K04O a=8R""’8!!>b)b(b!$# &<* +/Hc1- 98 50.,d ^# S/4 0.M1H4.64 3M 1-.V OHKM-64 4J-N3,K-.ON0K-,03. 3. ]-K,/eO 610X-,4&9*# ’(#%$(%8 ’:bR8 R’<> ’!:b(’<"’# &$* 施能8 陈家其8 屠其璞# 中国近’""年来!个年代际的气候变化特征&9*# 气象学报8’::<8<);!=>!)’(!):#&+@Z B4.F82@]B 90-DE08 SG f0DNH# T3HKDN/-O4 610X-,4 6/-.F4 M4-,HK4O 0. ,/4 1-O, ’"" Q4-KO 3J4K 2/0.-# .(,- 5%,%6/6+67#(- ’#$#(-8 ’::<8 <);!=>!)’(!):#* &7* 506/-41 U Y8 CK-/-X a T# S/4 6-HO4 3M V46K4-O4V N-. 4J-N3K-,03. 3J4K ,/4 N-O, <" Q4-KO&9*# ’(#%$(%8R""R8R:b;’<=>’!’"( ’!’’# &b* 丁一汇8 戴晓苏# 中国近百年来的温度变化&9*# 气象8 ’::!8 R";’R=>’:(R$#&aZBC ^0D/H08 aAZ g0-3DOH# S4XN4K-,HK4 J-K0-D ,03. 0. 2/0.- VHK0.F ,/4 1-O, ’"" Q4-KO# 5%,%6/6+6748 ’::!8 R";’R=>’:(R$#* &:* 翟盘茂8 任福民# 中国近四十年最高最低温度变化&9*# 气象学报8 ’::78 <<;!=> !’b(!R:#&?@AZ [-.DX-38 Y]B THDX0.# I. 6/-.F4O 3M 2/0.-eO X-‘0XHX -.V X0.0XHX ,4XN4K-,HK4O 0. ,/4 K464., !" Q4-KO# .(,- 5%,%6/6+67#(- ’#$#(-8’::78<<;!=> !’b(!R:#* &’"* [4,4KO3. S 28 C31HP4J h +8 CK30OX-. [ ^# ]J-N3K-,03. 13O0.F 0,O O,K4.F,/&9*# 1-,*/%8’::<8)77>$b7($bb# &’’* 23/4. +8 +,-./011 C# ]J-N3K-,0J4 610X-,4 6/-.F4O -, W4,Da-F-.8 ZOK-418 ’:$!(’::b&9*#.7/#(*+,*/-+ -$8 96/%&, 5%,%6/6+6748 R""R8 ’’’;R=> b)(:’# &’R* 2/-,,3N-V/Q-Q B8 @H1X4 5# ]J-N3K-,03. -.V N3,4.,0-1 4J-N3,K-.ON0K-,03. 0. Z.V0- H.V4K 63.V0,03.O 3M K464., -.V MH,HK4 610X-,4 6/-.F4&9*# .7/#(*+,*/-+ -$8 96/%&, 5%,%6/6+6748’::78b7><<(7R# &’)* S/3X-O A# +N-,0-1 -.V ,4XN3K-1 6/-K-6,4K0O,06O 3M N3,4.,0-1 4J-N3,K-.ON0K-,03. ,K4.VO 3J4K 2/0.-&9*# :$,%/$-,#6$-+ ;6*/$-+ 6< !+#0-,6+6748 R"""8 R"> )b’():$# &’!* +,-./011 C8 23/4. +# C13P-1 V0XX0.F> - K4J04L 3M ,/4 4J0V4.64 M3K - L0V4ONK4-V -.V O0F.0M06-., K4VH6,03. 0. F13P-1 K-V0-D ,03. L0,/ V0O6HOO03. 3M 0,O NK3P-P14 6-HO4O -.V N3OO0P14 -FK06H1,HK-1 63.O4EH4.64O&9*# .7/#(*+,*/-+ -$8 96/%&, 5%,%6/6+6748 R""’8’"7>R<<(R7b# !!’ 自 然 资 源 学 报 !" 卷 !"#$%&’ () *#$ &+#*(,#-.($ .$ -"& ,&/&$- 01 2&#,’ (+&, -"& 3&44(5 6.+&, 7#’.$ #$% &’()*+!,-，.$% /0+(1)2’(13，4567 8+(3 9!: %;<+( = >?@AB;C? D?E+;F2?(F, 6+(G’(1 %(’H?;@’FI, 6+(G’(1 -!JJK3, /0’(+L -: D?E+;F2?(F A* 7?A1;+E0I, 6+(G’(1 $(@F’FBF? A* M?F?A;ANA1I, 6+(G’(1 -!JJOO, /0’(+L 3: $(@F’FBF? A* 7?A1;+E0’C PC’?(C?@ +(Q 6+FB;+N >?@AB;C?@ >?@?+;C0, /RP, S?’G’(1 !JJ!J!, /0’(+T 89’-,#/-: 5H+EA;+F’A( 9?H+EAF;+(@E’;+F’A(T, A( F0? A(? 0+(Q, ’@ +( ’2EA;F+(F CA2EA(?(F ’( F0? 0?+F +(Q U+F?; <+N+(C? A* F0? 5+;F0V@ @B;*+C?, +(Q ’@ F0? CA2EA(?(F A* F0? 0IQ;ANA1’C CICN? 2A@F Q’;?CFNI ’(*NB?(C?Q ?@?+;C0?@ A( F0? ’(*NB?(C? A* CN’2+F? C0+(1? A( ?H+EA;+) F’A( 9?H+EAF;+(@E’;F+F’A(T +;? ’( @2+NN (B2’H?; S+@’(, F0? @E+F’+N +(Q F?2EA;+N Q’@F;’) ’H?; S+@’( 0+@, A( +H?;+1?, ’(C;?+@?Q J:Y\ AH?; F0? E+@F OJ I?+;@, F0? ;+F? 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