曹永强
, 高璐, 袁立婷, 李维佳
辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁 大连 116029
Cao Yongqiang, Gao Lu, Yuan Liting, Li Weijia
中图分类号: P426.2
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2017)09-1422-08
版权声明: 2017 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：曹永强（1972-）,男,内蒙古丰镇人,博士,教授,主要从事水文水资源研究。 E-mail: caoyongqiang@lnnu.edu.cn
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摘要
采用Penman-Monteith法和敏感系数法对辽宁省1965~2014年潜在蒸散发量及影响潜在蒸散发的气象因子敏感性进行分析,探讨气候变化下影响辽宁省潜在蒸散发量变化的主导因子及潜在蒸散发对气候变化的定量响应。结果表明：① 近50 a辽宁省潜在蒸散发呈现显著减少趋势,在空间上由西向东递减;② 潜在蒸散发对气象因子的敏感性在年尺度上表现为,水汽压最为敏感,其次为太阳辐射、风速、平均气温;在季节尺度上,春季和秋季对平均气温最不敏感,夏季对风速最不敏感,冬季对太阳辐射最不敏感;③ 空间分布上,气象因素的敏感系数与气象因子空间变化规律相吻合,潜在蒸散发对气温的敏感性由北部向南部递增,对水汽压、太阳辐射的敏感性由东部向西部递减,而风速与之变化趋势相反。④ 风速的显著降低是辽宁省潜在蒸散发量下降的主要原因,太阳辐射的下降及水汽压的升高也促使了潜在蒸散发量的下降。
关键词：
Abstract
Research the change of potential evapotranspiration and its sensitivity, it is of great significance for agricultural sustainable development and protection of the ecological environment. This article use Penman-Monteith method and sensitivity coefficient method to analyze spatial and temporal variation of potential evapotranspiration and sensitivity of potential evapotranspiration to average temperature, wind speed, solar radiation, and vapor pressure from 1965 to 2014 in Liaoning Province. It aimed to investigate the dominant factors affecting the potential evapotranspiration and the quantitative response of potential evapotranspiration to climate change. The results showed that: Nearly 50 years potential evapotranspiration showed a significant decrease trend. In space, it presented by the west to east decreasing trend. The reference evapotranspiration was most sensitive to vapor pressure, which is followed by solar radiation and wind speed, average temperature on an annual scale. In terms of season, average temperature was the least sensitive variable in spring and autumn, wind speed was the least sensitive variable in summer and solar radiation was the least sensitive variable in winter. Spatially speaking, spatial variation of meteorological factors and its sensitivity coefficient are consistent during the year. Sensitivity to the temperature of the potential evaporation is increasing north to the south, sensitivity to the vapor pressure and solar radiation of the potential evaporation is decreasing east to west, but the change of wind speed is opposite. The main reasons for the decrease of potential evapotranspiration in Liaoning Province are the significant decrease of wind speed, and the decrease of solar radiation and the increase of vapor pressure also contribution to the decrease of potential evapotranspiration.
Keywords：
潜在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发量[1]。由于实际蒸散发观测资料的缺乏,人们往往依据潜在蒸散发来估算实际蒸散发量。在全球变暖的背景下,近50 a来世界各地的潜在蒸散发量大多呈下降趋势,这一现象被称作“蒸发悖论”并受到广泛关注[1,2]。国内外学者对“蒸发悖论”的现象一般有3种解释：① 云量或大气气溶胶等污染物增加,太阳辐射下降,蒸发量减少;② 大气水分增多导致空气湿度增加,水汽压差减小;③ 夏季季风变化,引起地面风速下降[3,4]。由于潜在蒸散发量受诸多因素影响,包括太阳辐射、空气湿度、风速以及水汽压差等。为了辨析潜在蒸散发的变化原因,近几年开展了一系列潜在蒸散发对气象因子的敏感性研究[5~8],这对于深入理解气候变化对水文循环的影响具有重要的理论和实践意义。刘昌明等[1]根据中国1960~2007年的653个气象台站的常规气象观测资料,分析了中国10大流域片区的潜在蒸散发对气象因子的敏感性及其区域分异,发现潜在蒸散发对气象因子的敏感性为：水汽压>最高气温>太阳辐射>风速>最低气温,且敏感系数与海拔有一定的线性相关性。邹璐等[9]分析了辽宁省1954~2006年的潜在蒸散发量并探讨了敏感系数的时空变化特征,结果表明多年平均潜在蒸散发量以 0.017 mm/(d∙10 a)的速率减少,潜在蒸散发对相对湿度最敏感,其次为太阳辐射、温度和风速。
研究潜在蒸散发量及其敏感性变化规律,对辽宁省农业持续发展和保护生态环境具有重要意义,但目前针对辽宁省的研究较少且研究时间不能反映现状特点,因此本文参阅已有研究方法及成果,采用Penman-Monteith方法,揭示长时间序列下（1965~2014年）辽宁省潜在蒸散发对于气候变化的定量响应关系以及识别影响辽宁省潜在蒸散发量变化的主导因子;利用ArcGIS软件对辽宁省各区域潜在蒸散发空间变化特征进行系统分析,探讨区域间潜在蒸散发的相异性,以期为辽宁省不同地区农作物合理管理及灌溉等提供理论基础。
辽宁省位于欧亚大陆东岸、中纬度地区,118°50′~125°47′E,38°43′~43°29′N之间,属于温带大陆性季风气候。气候总体特点为：雨热同期,冬季温度低,寒冷期比较漫长,夏季气温适中,日照时数大,春秋季节短。平均气温在2~10°C的范围内波动,自沿海向内陆逐渐降低。阳光辐射年总量在100~200 cal/cm2之间,年日照时数2 100~
2 600 h,四季各区域日照时数不均匀。
综合辽宁省1965~2014年逐日平均温度、最高温度、最低温度、风速、日照时数以及相对湿度等气象数据,为保证所选气象数据资料的均一和稳定,选取辽宁省数据完整的21个气象站点进行研究,数据来源于中国气象数据网(http://data.cma.cn/site/index.html),站点分布如图1所示。
图1 辽宁省气象站点分布
Fig.1 Spatial distribution of weather stations in Liaoning Province
1.3.1 Penman-Monteith（P-M）法
Penman-Monteith（P-M）法是目前公认的单点计算潜在蒸散发量误差最小的一种标准方法,以能量平衡和水汽扩散理论为基础,充分考虑了植被的生理特征。本文采用世界粮农组织(FAO)1998年修正的P-M模型计算潜在蒸散量,计算公式如下[10~12]：
式中,ET0为P-M法计算的潜在蒸散发量,mm;Rn为净辐射,MJ/(m2·d);T为日平均温度(℃);G为土壤热通量,MJ/(m2·d);u2为2 m高处风速,m/s;es为饱和空气水汽压,kPa;ea为空气水汽压,kPa;
1.3.2 敏感系数
蒸散发的气候敏感系数是衡量气候要素（如气温、风速等）变化对蒸散发影响的重要指标。由于本文选择FAO-56推荐的PM公式计算ET0,因此采用基于P-M模型的敏感系数法,该方法在潜在蒸散发研究中得到了广泛应用[1,6~9]。基于P-M公式推求的无量纲敏感系数公式,蒸散发气候敏感系数为蒸散发变化率与气候因子变化率之比,即：
式中,Sx为蒸散发关于气象因子x的敏感系数,无量纲。公式（2）的特点在于通过变化率把各个气象因子无量纲化,可便于不同气候因子之间的比较。敏感系数绝对值越大,表明气候变量对ET0的影响越大,例如当潜在蒸散发对某气象因子的敏感系数为0.1时,则当气象因子变量变化10%,潜在蒸散发将变化1%。
1.3.3 气象因子对ET0贡献值
采用尹云鹤等[14]提出的敏感系数和多年相对变化率计算气象因子对ET0变化的贡献研究潜在蒸散发变化的成因。公式如下：
式中,Cvi和Svi为气象因子vi对ET0变化的贡献率（%）和敏感系数;Rcvi、Trendvi、
1965~2014年辽宁省ET0变化趋势如图2所示,年均ET0在α=0.05水平下呈现出显著下降的趋势,多年平均值为926.28 mm。绘制曼-肯德尔法（M-K）检验统计量曲线发现（图3）,UF曲线小于0,说明辽宁省ET0有减少的趋势,从2010年开始ET0减少的趋势超过了显著性水平0.05临界线,表明辽宁省ET0下降趋势是显著的。
对ET0多年平均数据进行空间分析（图4a）发现,辽宁省多年平均ET0表现出由西向东递减的趋势,高值区位于朝阳市的朝阳气象站（1 062.82 mm）,低值区位于抚顺市的清源气象站（768.18 mm）,由于所处地理环境不同导致各区域多年平均ET0存在明显差异。ET0变化率空间分布图（图4b）结果表明,西部ET0变化相比东部更为明显,说明西部的气象因子在近50 a内对ET0作用较为显著,全省ET0变化率最大为锦州市的黑山气象站,该区域ET0平均每年下降2.71 mm;同时以朝阳市、葫芦岛市、锦州市为代表的全省大部分地区ET0均呈现下降趋势（90.48%的气象站点）,合理解释了前文ET0呈现显著下降趋势的现象。
图4 潜在蒸散发量空间分布（a）和变化趋势（b）
Fig.4 Spatial distribution of ET0 (a) and the trend of ET0 (b)
采用敏感系数法分析潜在蒸散发对平均风速（U）、太阳辐射（Rs）、平均气温（T）和水汽压（ea）的敏感性如图5及表1所示,潜在蒸散发对气象因素敏感性在年际上呈现增加的态势,且增加最为显著的是水汽压,变化趋势为0.022/10 a。在年际尺度上潜在蒸散发对气象因子的敏感性为：水汽压（S-ea）>太阳辐射（S-Rs）>风速（S-U）>平均气温（S-T）。因此水汽压是对辽宁省潜在蒸散发影响最突出的气象因子,而风速和平均气温则为相对不敏感的气象因子。
表1 潜在蒸散发气候敏感系数年际变化趋势
Table 1 Interannual variation trend in sensitivity coefficients of ET0
| S-T | S-U | S-Rs | S-ea | |
|---|---|---|---|---|
| 上升 | 17 | 12 | 18 | 16 |
| 显著上升 | 7 | 6 | 10 | 12 |
| 下降 | 4 | 9 | 3 | 5 |
| 显著下降 | - | 3 | - | 2 |
| 多年平均 | 0.05 | 0.23 | 0.32 | -0.81 |
| 变化趋势（/10 a） | 0.002 | 0.001 | 0.004 | 0.022 |
潜在蒸散发与各气象要素的敏感系数空间分布上存在较为明显的地带性特征（图6）。S-T、S-U以及S-Rs在研究区域内均为正值,而S-ea为负值,说明当气温、风速和太阳辐射数值增加10%时,ET0将增加1%,而水汽压对潜在蒸散发的影响与之相反。S-T呈现自北部向南部敏感性增加的趋势,高值区位于大连市、丹东市以及鞍山市南部,由于海陆地区气温差异明显,所以该区域气温对潜在蒸散发的影响较北部更为敏感;S-U表现较为明显的地区包括辽宁西部及西北部地区,以朝阳市、葫芦岛市、阜新市为主,说明当风速发生变化时,辽宁西部及西北部地区的潜在蒸散发能敏感的反应风速的变化;S-Rs的空间变化呈现由东南向西北敏感性随之减弱的特征,由于太阳辐射随纬度越高辐射量越小,因此潜在蒸散发对低纬度地区太阳辐射变化更为敏感,所以大连市、丹东市、抚顺市、本溪市及鞍山市的南部敏感系数较高;与S-Rs空间变化趋势整体相似,S-ea空间变化以辽宁南部和东部地区敏感系数较大,而西部以及本溪市、抚顺市的东部小范围地区敏感性较弱。根据空间变化特点,与已有参考文献中辽宁省各气象因子的空间变化规律对比发现,气象因素的敏感系数与气象因子空间变化规律[15~17]相吻合,说明了不同区域的潜在蒸散发气候敏感性存在一定的差异,这与该地区气象因子的变化有关。
在月尺度上潜在蒸散发对气象因子的敏感程度及气象因子年内变化,结果如图7所示,敏感性与气象因子变化存在不同程度的响应。从图7a中发现,在冬季S-T数值最小表明冬季不利于蒸散发的进行,且平均气温和其敏感系数变化趋势相同,则表明年内敏感系数随着气温的变化而变化;S-U呈现夏季敏感系数最低冬季较高的现象,与风速年内变化不同,风速增加并不能引起敏感系数的增加,则说明潜在蒸散发对风速敏感性较弱;S-Rs变化曲线（图7c）表现为单峰变化且最大值出现在夏季,与太阳辐射变化曲线对比发现,虽然在4月太阳辐射减少但敏感系数曲线仍在上升,直到8月才转变为下降的趋势,则认为4~8月太阳辐射的敏感性较年内其他月份变弱;S-ea变化呈现为双峰曲线,在5月和9月分别出现了波峰,同时对照水汽压变化曲线,发现敏感系数并未随水汽压的增加而变大,也出现了减少的现象。综上所述,在季节尺度上,蒸散发对水汽压最为敏感,春季和秋季对风速最不敏感,夏季对风速最不敏感,冬季对太阳辐射最不敏感。
图7 气象因子及敏感系数年内变化曲线
Fig.7 The change of meteorological factors and sensitivity coefficient in the year
利用近50 a气象数据对影响潜在蒸散发的气象因子变化趋势进行分析,如表2所示。近50 a内,平均气温、风速、太阳辐射和水汽压的变化均通过了α=0.05水平下显著检验,其中平均气温和水汽压呈现增加趋势,变化速率为0.27℃/10a和0.02 hPa/10a,而风速和太阳辐射呈现相反变化趋势,太阳辐射的下降速度为0.12 MJ/(m2∙d∙10a),风速的下降速度为0.18 m/(s∙10 a）,且相关系数通过了α=0.01水平下显著检验。
各气象因子对ET0变化的贡献结果表明（表2）,4个气象因子对ET0多年相对变化的之和为-15.38%,辽宁省主要是由于平均风速下降引起ET0的显著减少。由上文敏感性分析发现,潜在蒸散发对风速的敏感系数值较低,但是风速对潜在蒸散发的负贡献率最大,为-9.12%,多年相对变化率为-39.89%,说明风速的显著降低是造成辽宁省潜在蒸散发量下降的主要原因。诸多学者研究表明,中国近50 a风速明显减小[18,19],而辽宁省为中国风速下降较大的区域之一。造成辽宁省风速下降可能原因归纳为自然原因和人为原因,其中自然原因可能是由于近几十年东亚冬季风和夏季风的减弱,而辽宁省正处于东亚季风区,风速受季风系统的减弱而相应减小,也有专家认为是高纬度地带地面气温显著上升,改变了大尺度环流场,从而明显减弱了近地面的平均风速[20];人为原因可能与辽宁省老工业基地和较快的城市化发展影响有关,城市化使建筑物增多导致风速减小,也存在风速观测记录方式改变等其他人为因素的影响[20,21]。
表2 气候因子变化对潜在蒸散发的贡献率
Table 2 Contribution rate of meteorological factors to ET0
| 多年线性倾向率 | 多年平均值 | 多年相对变化率(%) | 敏感系数 | 贡献率(%) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 风速 | -0.018** | 2.205 m/s | -39.890 | 0.229 | -9.120 |
| 太阳辐射 | -0.012* | 14.999 MJ/(m2∙d) | -3.922 | 0.322 | -1.263 |
| 平均气温 | 0.027* | 8.525℃ | 15.913 | 0.048 | 0.766 |
| 水汽压 | 0.002* | 1.070 hpa/10a | 7.107 | -0.810 | -5.758 |
水汽压的负贡献率为-5.76%,也是引起ET0减少的主要原因之一。虽然其在近50 a上升变化幅度较小,但由于ET0对水汽压的变化敏感性较强,促使其对ET0的减少贡献也较大。水汽压受相对湿度、日最高气温及日最低气温影响且与之成正比例相关,近50 a暖湿化现象较为突出,3个气象因素均呈现不同程度的上升趋势,因此三者叠加导致了辽宁省水汽压呈现显著的增加态势,从而对潜在蒸散发量的变化影响较为突出。
太阳辐射减少也对ET0的减少做出一定贡献,太阳辐射受纬度、日照时数等因素影响,由于人为因素影响了大气层云量和气溶胶量,使太阳辐射在近50 a总体趋势以下降为主,造成了ET0的减少。
平均气温的增加引起了ET0的增加,平均气温对ET0的贡献率为0.77%,多年相对变化率为15.91%,但该增加的部分却由风速、太阳辐射的减少以及水汽压的增加同时作用导致的ET0减少所抵消,从而最终导致辽宁省潜在蒸散发量的减少,出现了“蒸发悖论”的现象,即气温增加,而蒸散发量减少。
1） 近50 a,年均潜在蒸散发量在α=0.05水平下呈现出显著下降的趋势,多年平均为926.28 mm,空间上呈现由西向东递减的趋势,且西部较东部变化更为明显。
2） 潜在蒸散发对气象因子的敏感性为：水汽压>太阳辐射>风速>平均气温,因此辽宁省潜在蒸散发对水汽压的变化最为敏感,对平均气温最不敏感。平均气温敏感系数、风速敏感系数、太阳辐射敏感系数以及水汽压的敏感系数年际间呈上升变化,且速率分别为0.002/10a、0.001/10a、0.004/10a、0.022/10 a。在季节尺度上,潜在蒸散发对水汽压最为敏感,春季和秋季对平均气温最不敏感,夏季对风速最不敏感,冬季对太阳辐射最不敏感。
3） 敏感系数在空间上的明显地域差异与气象因子空间变化规律相吻合,潜在蒸散发对气温的敏感性呈北部向南部递增,对水汽压、太阳辐射的敏感性呈东部向西部递减,而风速与水汽压、太阳辐射的变化趋势相反。
4） 风速的显著降低是辽宁省潜在蒸散发量下降的最主要原因,水汽压的升高及太阳辐射的减少也促使了潜在蒸散发量的下降,而平均气温的增加引起的潜在蒸散发量增加的部分被其他因素导致的减少所抵消,从而出现了“蒸发悖论”的现象。
敏感性分析可以获得潜在蒸散发对气候因子变化的定量响应关系,结合气象因子对潜在蒸散发量变化的贡献水平可以进一步识别影响辽宁省潜在蒸散发量变化的主导因子。辽宁省近年来暖湿化现象越发明显,加之风速显著减少,对辽宁省潜在蒸散发的影响甚大,这将直接影响辽宁省农作物灌溉需水量、灌溉制度及合理管理。通过分析辽宁省气象因子的变化程度、潜在蒸散发量对气象因子的定量响应关系以及气象因子对潜在蒸散发量的贡献水平发现,自然因素和人为因素均直接或间接影响了潜在蒸散发量的变化,而城市化的快速发展、社会经济发展、空气污染严重等人为因素所导致的气象因子变化已成为了现阶段影响辽宁省潜在蒸散发量变化的主要原因,因此采取合理的手段改善由于潜在蒸散发量变化对农业灌溉产生影响是下一步工作的重点。
The authors have declared that no competing interests exist.
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中国地表潜在蒸散发敏感性的时空变化特征分析 [J].https://doi.org/10.11821/xb201105001 URL [本文引用: 4] 摘要
潜在蒸散发是农田灌溉管理、作物需水量估算、稀缺资料地区水量平衡等研究中的重要参量,分析其对气象因子的敏感性有助于农业水资源优化配置和气候变化对水资源的影响研究。根据中国1960-2007年的653个气象台站的常规气象观测资料,采用优化太阳辐射计算的Penman-Monteith潜在蒸散发计算方法,分析了中国10大流域片区的潜在蒸散发对最高气温、最低气温、风速、太阳辐射、水汽压的敏感性及其区域分异。研究结果表明:(1)采用优化后的Penman-Monteith公式,计算的潜在蒸散发与蒸发皿蒸发量的复相关系数从0.61提高到了0.75;计算得出的潜在蒸散发在8个流域片区呈下降趋势,从流域尺度上揭示了"蒸发悖论"在中国的普遍存在。(2)空间上,海河流域片区、黄河流域片区、淮河流域片区、长江流域片区、珠江流域片区、东南诸河的潜在蒸散发对最高气温最为敏感,松花江流域片区、辽河流域片区和西北诸河对水汽压最为敏感,西南诸河则对太阳辐射最为敏感。全国范围内,潜在蒸散发对气象因子的敏感性为:水汽压最高气温太阳辐射风速最低气温;且各敏感系数与海拔有一定的线性相关性。(3)时间尺度上,潜在蒸散发对最高气温和太阳辐射最为敏感的月份是7月,而对最低气温、风速和水汽压最为敏感的月份是1月。1960-2007年之间,潜在蒸散发对最高气温的敏感性呈下降趋势,而对最低气温、风速、太阳辐射和水汽压的敏感性呈上升趋势。
Temporal and spatial change analysis of the sensitivity of potential evapotranspiration to meteorological influencing factors in China. https://doi.org/10.11821/xb201105001 URL [本文引用: 4] 摘要
潜在蒸散发是农田灌溉管理、作物需水量估算、稀缺资料地区水量平衡等研究中的重要参量,分析其对气象因子的敏感性有助于农业水资源优化配置和气候变化对水资源的影响研究。根据中国1960-2007年的653个气象台站的常规气象观测资料,采用优化太阳辐射计算的Penman-Monteith潜在蒸散发计算方法,分析了中国10大流域片区的潜在蒸散发对最高气温、最低气温、风速、太阳辐射、水汽压的敏感性及其区域分异。研究结果表明:(1)采用优化后的Penman-Monteith公式,计算的潜在蒸散发与蒸发皿蒸发量的复相关系数从0.61提高到了0.75;计算得出的潜在蒸散发在8个流域片区呈下降趋势,从流域尺度上揭示了"蒸发悖论"在中国的普遍存在。(2)空间上,海河流域片区、黄河流域片区、淮河流域片区、长江流域片区、珠江流域片区、东南诸河的潜在蒸散发对最高气温最为敏感,松花江流域片区、辽河流域片区和西北诸河对水汽压最为敏感,西南诸河则对太阳辐射最为敏感。全国范围内,潜在蒸散发对气象因子的敏感性为:水汽压最高气温太阳辐射风速最低气温;且各敏感系数与海拔有一定的线性相关性。(3)时间尺度上,潜在蒸散发对最高气温和太阳辐射最为敏感的月份是7月,而对最低气温、风速和水汽压最为敏感的月份是1月。1960-2007年之间,潜在蒸散发对最高气温的敏感性呈下降趋势,而对最低气温、风速、太阳辐射和水汽压的敏感性呈上升趋势。
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Evaporation losing its strength [J]. |
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“蒸发悖论”现象在吉林省地区的表现 [J].Wang Qi et al. “Evaporation paradox” phenomenon expression in Jilin Province. |
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1980-2009年西藏西北部潜在蒸散时空分布特征及其影响因素 [J].Spatiotemporal distribution of potential evapotranspiration and its affecting factors in northwest Tibet during the period of 1980-2009. |
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海河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析 [J].
蒸散发是水文循环的重要环节，分析潜在蒸散发对气候因子的敏感性有助于深入理解气候变化对水文循环的影响。本文基于Penman-Monteith公式，分析了海河流域潜在蒸散发对气温、风速、水汽压和太阳辐射的敏感性及其时空变化规律。研究结果表明：①在年尺度上潜在蒸散发对水汽压最为敏感，其次是温度和太阳辐射；在季节尺度上，春夏两季潜在蒸散发对温度最为敏感，对风速最不敏感；秋冬两季潜在蒸散发对水汽压最为敏感，对太阳辐射最不敏感；②从空间分布上看，潜在蒸散发对温度和水汽压的敏感系数以海河流域南部和冀东沿海的低海拔地区为最高，流域北部的燕山和太行山高海拔地区为最小；③潜在蒸散发对太阳辐射变化的敏感性表现出从南到北递减的趋势，对风速变化的敏感性则表现出由南往北递增的趋势；④趋势分析表明，海河流域1957～2008年间，潜在蒸散发对风速、太阳辐射和温度的敏感程度都呈增大趋势，其中对温度的敏感程度增大趋势最为明显，对水汽压的敏感程度有减弱的趋势。
Sensitivity of the potential evapotranspiration to key climatic variables in the Haihe River basin.
蒸散发是水文循环的重要环节，分析潜在蒸散发对气候因子的敏感性有助于深入理解气候变化对水文循环的影响。本文基于Penman-Monteith公式，分析了海河流域潜在蒸散发对气温、风速、水汽压和太阳辐射的敏感性及其时空变化规律。研究结果表明：①在年尺度上潜在蒸散发对水汽压最为敏感，其次是温度和太阳辐射；在季节尺度上，春夏两季潜在蒸散发对温度最为敏感，对风速最不敏感；秋冬两季潜在蒸散发对水汽压最为敏感，对太阳辐射最不敏感；②从空间分布上看，潜在蒸散发对温度和水汽压的敏感系数以海河流域南部和冀东沿海的低海拔地区为最高，流域北部的燕山和太行山高海拔地区为最小；③潜在蒸散发对太阳辐射变化的敏感性表现出从南到北递减的趋势，对风速变化的敏感性则表现出由南往北递增的趋势；④趋势分析表明，海河流域1957～2008年间，潜在蒸散发对风速、太阳辐射和温度的敏感程度都呈增大趋势，其中对温度的敏感程度增大趋势最为明显，对水汽压的敏感程度有减弱的趋势。
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近30年甘肃省潜在蒸散发时空变化特征及演变归因的定量分析 [J].https://doi.org/10.11705/j.issn.1672-643X.2015.01.043 URL [本文引用: 1] 摘要
蒸散发是地球系统水量平衡和能量平衡中的重要组成部分，研究潜在蒸散发的变化对于更好地理解气候变化对水文循环的影响及水资源配置具有重要意义。本文基于FAO推荐并修订的Penman－Monteith模型，利用1981－2010年甘肃省内及周边的32个气象站点的常规观测资料对甘肃近30年内潜在蒸散发的时空变化特征进行研究，并对潜在蒸散发对气象因子的敏感性及其敏感系数的空间分布进行分析，定量揭示了影响甘肃潜在蒸散发变化的主导因素。结果可为研究甘肃气候变化对水循环的影响、提高农业灌溉效率和调整水资源利用结构及优化配置水资源提供参考。
Quantitative analysis of causes for temporal and spatial variation characteristics and evolution of potential evapotranspiration in Gansu Province during recent 30 years. https://doi.org/10.11705/j.issn.1672-643X.2015.01.043 URL [本文引用: 1] 摘要
蒸散发是地球系统水量平衡和能量平衡中的重要组成部分，研究潜在蒸散发的变化对于更好地理解气候变化对水文循环的影响及水资源配置具有重要意义。本文基于FAO推荐并修订的Penman－Monteith模型，利用1981－2010年甘肃省内及周边的32个气象站点的常规观测资料对甘肃近30年内潜在蒸散发的时空变化特征进行研究，并对潜在蒸散发对气象因子的敏感性及其敏感系数的空间分布进行分析，定量揭示了影响甘肃潜在蒸散发变化的主导因素。结果可为研究甘肃气候变化对水循环的影响、提高农业灌溉效率和调整水资源利用结构及优化配置水资源提供参考。
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泾惠渠灌区潜在蒸散发量的敏感性及变化成因 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2015.01.010 URL 摘要
潜在蒸散发量（ET0）是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET0的影响至关重要。根据泾惠渠灌区4个气象站1961—2011年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算日ET0,应用Mann-Kendall趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET0对4个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET0的变化成因。结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET0呈显著下降趋势;ET0对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET0下降的主要原因。
Sensitivity and attribution of potential evapotranspiration in Jinghuiqu Irrigation District. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2015.01.010 URL 摘要
潜在蒸散发量（ET0）是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET0的影响至关重要。根据泾惠渠灌区4个气象站1961—2011年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算日ET0,应用Mann-Kendall趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET0对4个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET0的变化成因。结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET0呈显著下降趋势;ET0对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET0下降的主要原因。
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北京潜在蒸散发量年内-年际的气候变化特征及成因辨识 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2013.11.008 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
论文基于北京站1951—2009 年的气象资料,采用Penman-Monteith 公式估算潜在蒸散发,并对其年际年内的变化特征进行辨析。结果表明:北京1951—2009 年年均潜在蒸散发量呈显著上升趋势;气象要素的敏感性从强到弱依次为:空气相对湿度、温度、太阳辐射和风速;论文提出实测变幅均值法,基于此方法考虑气象要素年内变化特征,估算温度、饱和差、风速和太阳辐射的贡献率分别为13%、58%、17%和11%;对气象因子的年际变化趋势进行分析,平均气温在0.05 显著水平下增加趋势显著,太阳辐射和空气相对湿度在0.05 显著水平下减少趋势显著,风速变化趋势没有通过显著性检验;综合考虑年际变化和敏感性的去趋势分析显示:温度增加和空气相对湿度减少是造成潜在蒸散发增加的主要原因,太阳辐射的减少使得其增加趋势有所减弱,但未改变其增加趋势。
The Iner-Intra annual climatic pattern of potential evaporation in Beijing and attribution. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2013.11.008 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
论文基于北京站1951—2009 年的气象资料,采用Penman-Monteith 公式估算潜在蒸散发,并对其年际年内的变化特征进行辨析。结果表明:北京1951—2009 年年均潜在蒸散发量呈显著上升趋势;气象要素的敏感性从强到弱依次为:空气相对湿度、温度、太阳辐射和风速;论文提出实测变幅均值法,基于此方法考虑气象要素年内变化特征,估算温度、饱和差、风速和太阳辐射的贡献率分别为13%、58%、17%和11%;对气象因子的年际变化趋势进行分析,平均气温在0.05 显著水平下增加趋势显著,太阳辐射和空气相对湿度在0.05 显著水平下减少趋势显著,风速变化趋势没有通过显著性检验;综合考虑年际变化和敏感性的去趋势分析显示:温度增加和空气相对湿度减少是造成潜在蒸散发增加的主要原因,太阳辐射的减少使得其增加趋势有所减弱,但未改变其增加趋势。
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辽宁省参考作物腾发量的敏感性分析 [J].https://doi.org/10.7631/j.issn.1672-3317.2014.01.012 URL [本文引用: 2] 摘要
通过FAO推荐的P-M公式计 算辽宁省1954—2006年逐日参考作物腾发量(ET0),分析了ET0及主要气象要素的变化趋势,并通过敏感系数法分析了ET0对气温、风速、相对湿 度以及太阳辐射的敏感性,同时使用M-K趋势检验及克里金插值法探讨了敏感系数的时空变化特征。结果表明,近50年,辽宁地区平均气温呈极显著上升趋势 (p0.01),风速、太阳辐射呈极显著下降趋势(p0.01),相对湿度呈下降趋势,但不显著(p=0.12)。多年平均ET0为2.38mm/d,在 2.1~2.69mm/d内波动,以平均每10年0.017mm/d的速率减少。ET0对相对湿度最敏感,其次是太阳辐射,最后是温度和风速。4个主要气 象要素的敏感系数具有非常明显的空间分布规律,研究区南、北部ET0对相对湿度的变化最敏感,东、西部ET0对太阳辐射的变化最敏感。
Sensitive analysis on reference evapotranspiration in Liaoning province. https://doi.org/10.7631/j.issn.1672-3317.2014.01.012 URL [本文引用: 2] 摘要
通过FAO推荐的P-M公式计 算辽宁省1954—2006年逐日参考作物腾发量(ET0),分析了ET0及主要气象要素的变化趋势,并通过敏感系数法分析了ET0对气温、风速、相对湿 度以及太阳辐射的敏感性,同时使用M-K趋势检验及克里金插值法探讨了敏感系数的时空变化特征。结果表明,近50年,辽宁地区平均气温呈极显著上升趋势 (p0.01),风速、太阳辐射呈极显著下降趋势(p0.01),相对湿度呈下降趋势,但不显著(p=0.12)。多年平均ET0为2.38mm/d,在 2.1~2.69mm/d内波动,以平均每10年0.017mm/d的速率减少。ET0对相对湿度最敏感,其次是太阳辐射,最后是温度和风速。4个主要气 象要素的敏感系数具有非常明显的空间分布规律,研究区南、北部ET0对相对湿度的变化最敏感,东、西部ET0对太阳辐射的变化最敏感。
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Natural evaporation from open water,barc and grass [J].https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0037 URL PMID: 18865817 [本文引用: 1] 摘要
Two theoretical approaches to evaporation from saturated surfaces are outlined, the first being on an aerodynamic basis in which evaporation is regarded as due to turbulent transport of vapour by a process of eddy diffusion, and the second being on an energy basis in which evaporation is regarded as one of the ways of degrading incoming radiation. Neither approach is new, but a combination is suggested that eliminates the parameter measured with most difficulty-surface temperature-and provides for the first time an opportunity to make theoretical estimates of evaporation rates from standard meteorological data, estimates that can be retrospective. Experimental work to test these theories shows that the aerodynamic approach is not adequate and an empirical expression, previously obtained in America, is a better description of evaporation from open water. The energy balance is found to be quite successful. Evaporation rates from wet bare soil and from turf with an adequate supply of water are obtained as fractions of that from open water, the fraction for turf showing a seasonal change attributed to the annual cycle of length of daylight. Finally, the experimental results are applied to data published elsewhere and it is shown that a satisfactory account can be given of open water evaporation at four widely spaced sites in America and Europe, the results for bare soil receive a reasonable check in India, and application of the results for turf shows good agreement with estimates of evaporation from catchment areas in the British Isles.
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Estimation of crop water deficit through remote sensing in Central Luzon, Philippines [C]. |
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Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements: irrigation drainage paper No. 56[R].
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Attribution analyses of potential evapotranspiration changes in China since the 1960s [J].https://doi.org/10.1007/s00704-009-0197-7 URL [本文引用: 1] 摘要
This paper focuses on the primary causes of changes in potential evapotranspiration (ET o ) in order to comprehensively understand climate change and its impact on hydrological cycle. Based on modified Penman-Monteith model, ET o is simulated, and its changes are attributed by analyzing the sensitivity of ET o to influence meteorological variables together with their changes for 595 meteorological stations across China during the period 1961-2008. Results show the decreasing trends of ET o in the whole country and in most climate regions except the cold temperate humid region in Northeast China. For China as a whole, the decreasing trend of ET o is primarily attributed to wind speed due to its significant decreasing trend and high sensitivity. Relative humidity is the highest sensitive variable; however, it has negligible effect on ET o for its insignificant trend. The positive contribution of temperature rising to ET o is offset by the effect of wind speed and sunshine duration. In addition, primary causes to ET o changes are varied for differing climate regions. ET o changes are attributed to decreased wind speed in most climate regions mainly distributed in West China and North China, to declined sunshine duration in subtropical and tropical humid regions in South China, and to increased maximum temperature in the cold temperate humid region.
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1956-2008年辽宁省日照时数变化特征 [J].
根据辽宁省7市1县8个气象站近53年(1956-2008年)逐月日照时数资料,建立辽宁省月、年日照时数时间序列,运用复值Morlet小波分析、5年滑动、气候倾向率和Mann-Kendall趋势检验法,分析辽宁省近53年的日照时数变化特征.结果表明:年日照时数呈显著减少趋势,倾向率为-57.61h/10a,M(标准化变量)值为-6.49,且存在25年和16年左右的周期性变化;春、夏、秋、冬四季的日照时数均表现为下降趋势,夏季下降趋势最明显,冬季表现最微弱,倾向率分别为-18.345h/10a和-7.615h/10a;年代际的变化趋势是,2000年以后日照时数的下降趋势很显著,M值为-2.59,而日照时数高值区和低值区的范围都有所减小.
Characteristic on sunshine duration in Liaoning province during the period from 1956 to 2008.
根据辽宁省7市1县8个气象站近53年(1956-2008年)逐月日照时数资料,建立辽宁省月、年日照时数时间序列,运用复值Morlet小波分析、5年滑动、气候倾向率和Mann-Kendall趋势检验法,分析辽宁省近53年的日照时数变化特征.结果表明:年日照时数呈显著减少趋势,倾向率为-57.61h/10a,M(标准化变量)值为-6.49,且存在25年和16年左右的周期性变化;春、夏、秋、冬四季的日照时数均表现为下降趋势,夏季下降趋势最明显,冬季表现最微弱,倾向率分别为-18.345h/10a和-7.615h/10a;年代际的变化趋势是,2000年以后日照时数的下降趋势很显著,M值为-2.59,而日照时数高值区和低值区的范围都有所减小.
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近50年辽宁省气温及降水量变化趋势与突变特征分析 [J].Trend and abrupt change analysis of annual temperature and precipitation in Liaoning Province over the past 50 years. |
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1957~2009年辽宁省气候变化趋势分析 [D].The analysis of the climatic variation in Liaoning Province from 1956 to 2009. |
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近50年中国地面气候变化基本特征 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0577-6619.2005.06.011 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用国家基准气候站和基本气象站的地面资料，系统地分析了中国大陆地区1951年以来近地表主要气候要素演化的时间和空间特征。结果表明，中国近50 a来年平均地表气温变暖幅度约为1.1 ℃，增温速率接近0.22 ℃/（10 a），比全球或半球同期平均增温速率明显偏高。地表气温增暖主要发生在最近的20余年，其季节和空间特征与前人分析结论基本一致。降水量变化趋势对所取时间段和区域范围敏感。1951年以来全国平均降水量变化趋势不明显，但1956年以来略有增加。降水变化的空间特征明显而相对稳定，东北北部、包括长江中下游的东南部地区和西部广大地区降水增加，而华北地区以及东北东南部和西北东部地区降水明显减少。分析还发现，近50 a来全国平均的日照时数、平均风速、水面蒸发等气候要素均呈显著下降趋势，但积雪地带的最大积雪深度却有所增加。中国日照时间和水面蒸发量变化的空间特征很相似，减少最明显的地区均发生在华北和华东，新疆次之。影响中国年代以上尺度气候变化的因子错综复杂，人类活动引起的大气中温室气体浓度增高可能在一定程度上影响了中国近50 a来的气候，但考虑到尚存的不确定性，目前仍不能给出明确结论。中国东部大部分地区日照时间和水面蒸发量减少可能均起源于人为排放的气溶胶影响，平均风速减弱也有利于水面蒸发量下降，而在西部地区云量和降水量的变化可能更重要。
Climate changes of China's mainland over the past half century. https://doi.org/10.3321/j.issn:0577-6619.2005.06.011 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用国家基准气候站和基本气象站的地面资料，系统地分析了中国大陆地区1951年以来近地表主要气候要素演化的时间和空间特征。结果表明，中国近50 a来年平均地表气温变暖幅度约为1.1 ℃，增温速率接近0.22 ℃/（10 a），比全球或半球同期平均增温速率明显偏高。地表气温增暖主要发生在最近的20余年，其季节和空间特征与前人分析结论基本一致。降水量变化趋势对所取时间段和区域范围敏感。1951年以来全国平均降水量变化趋势不明显，但1956年以来略有增加。降水变化的空间特征明显而相对稳定，东北北部、包括长江中下游的东南部地区和西部广大地区降水增加，而华北地区以及东北东南部和西北东部地区降水明显减少。分析还发现，近50 a来全国平均的日照时数、平均风速、水面蒸发等气候要素均呈显著下降趋势，但积雪地带的最大积雪深度却有所增加。中国日照时间和水面蒸发量变化的空间特征很相似，减少最明显的地区均发生在华北和华东，新疆次之。影响中国年代以上尺度气候变化的因子错综复杂，人类活动引起的大气中温室气体浓度增高可能在一定程度上影响了中国近50 a来的气候，但考虑到尚存的不确定性，目前仍不能给出明确结论。中国东部大部分地区日照时间和水面蒸发量减少可能均起源于人为排放的气溶胶影响，平均风速减弱也有利于水面蒸发量下降，而在西部地区云量和降水量的变化可能更重要。
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近50年中国风速减小的可能原因 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.014 URL [本文引用: 1] 摘要
综述了近50年中国风速变化的特征和可能原因。绝大部分研究指出,观测的中国风速近50年明显减小,大约为(-0.10~-0.18m/s)/10a。风速减小的原因来自自然和人类强迫两大方面,自然原因即气候系统内部的相互作用,包括近几十年东亚冬季风和夏季风的减弱,中国南海夏季风强度减弱,南亚夏季风减弱,寒潮频数减小,沙尘暴频数减小,以及东亚温带气旋频数减小。人类强迫包括城市化效应,土地利用变化,人类排放导致的全球变暖,以及风电场效应,等等。引起近50年中国风速减小的原因是复杂和多方面的,需要更深入的研究来揭示相互作用与反馈机制,以及定量评估各种因子的贡献。
Possible reasons of wind speed decline in China for the last 50 years. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.014 URL [本文引用: 1] 摘要
综述了近50年中国风速变化的特征和可能原因。绝大部分研究指出,观测的中国风速近50年明显减小,大约为(-0.10~-0.18m/s)/10a。风速减小的原因来自自然和人类强迫两大方面,自然原因即气候系统内部的相互作用,包括近几十年东亚冬季风和夏季风的减弱,中国南海夏季风强度减弱,南亚夏季风减弱,寒潮频数减小,沙尘暴频数减小,以及东亚温带气旋频数减小。人类强迫包括城市化效应,土地利用变化,人类排放导致的全球变暖,以及风电场效应,等等。引起近50年中国风速减小的原因是复杂和多方面的,需要更深入的研究来揭示相互作用与反馈机制,以及定量评估各种因子的贡献。
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1971-2010年东北三省平均地面风速变化 [J].
利用1971-2010年逐月观测资料，分析东北三省年、季节和月平均地面风速变化的时空特征。结果表明：① 东北三省年平均地面风速变化呈显著递减趋势，变化速率为-0.23 m·s<sup>-1</sup>·(10 a）<sup>-1</sup>，1971-2000年（前30 a）、1981-2010年（近30 a）和1991-2010年（近20 a）平均地面风速变化均呈显著递减趋势，线性变化速率分别达-0.25 m·s<sup>-1</sup>·（10 a）<sup>-1</sup>、-0.20 m·s<sup>-1<sub>·</sub></sup>（10 a）<sup>-1</sup>和-0.17 m·s<sup>-1<sub>`</sub></sup>（10 a）<sup>-1</sup>，均通过了0.001显著性检验；② 近40 a东北三省各季和逐月平均地面风速变化趋势呈显著递减趋势，均通过了0.001显著性检验；春季递减速率最大，冬、秋季次之，夏季最小；③ 近40 a东北三省地面年平均风速的趋势变化除个别站点外，其他均呈现出比较一致的显著递减趋势，但最近20 a呈显著递减趋势的站点数在减少，递增趋势的站点数增多。
Change in surface mean wind speed of Northeast China during the period of 1971 -2010.
利用1971-2010年逐月观测资料，分析东北三省年、季节和月平均地面风速变化的时空特征。结果表明：① 东北三省年平均地面风速变化呈显著递减趋势，变化速率为-0.23 m·s<sup>-1</sup>·(10 a）<sup>-1</sup>，1971-2000年（前30 a）、1981-2010年（近30 a）和1991-2010年（近20 a）平均地面风速变化均呈显著递减趋势，线性变化速率分别达-0.25 m·s<sup>-1</sup>·（10 a）<sup>-1</sup>、-0.20 m·s<sup>-1<sub>·</sub></sup>（10 a）<sup>-1</sup>和-0.17 m·s<sup>-1<sub>`</sub></sup>（10 a）<sup>-1</sup>，均通过了0.001显著性检验；② 近40 a东北三省各季和逐月平均地面风速变化趋势呈显著递减趋势，均通过了0.001显著性检验；春季递减速率最大，冬、秋季次之，夏季最小；③ 近40 a东北三省地面年平均风速的趋势变化除个别站点外，其他均呈现出比较一致的显著递减趋势，但最近20 a呈显著递减趋势的站点数在减少，递增趋势的站点数增多。
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气候变化背景下辽宁省气候资源变化特征分析 [J].
采用辽宁省54个气象台站建站以来的气温、降水、积温、风速、日照、蒸发等9个气象要素年资料，分析了近半个世纪辽宁省气候资源变化的空间、时间特征，以及其变化对农业和气象能源的影响。结果表明：辽宁省各地的气温、积温普遍为增高趋势，降水、风速、日照、蒸发普遍为减少倾向；气温、积温、日照、蒸发等均具有突变性和阶段性特征，风速、最低气温无显著突变性，而是存在明显的趋势性；从长远看，气候资源变化对辽宁省农业生产和生态环境的影响是弊大于利；虽然观测表明风速有下降趋势，但不能说明风能资源蕴藏量有下降趋势，需要今后进一步关注，但太阳能资源有一定的减少倾向；辽西地区易发展太阳能资源开发利用项目。
Analysis of changes in climate resources in Liaoning province in the context of global climate change.
采用辽宁省54个气象台站建站以来的气温、降水、积温、风速、日照、蒸发等9个气象要素年资料，分析了近半个世纪辽宁省气候资源变化的空间、时间特征，以及其变化对农业和气象能源的影响。结果表明：辽宁省各地的气温、积温普遍为增高趋势，降水、风速、日照、蒸发普遍为减少倾向；气温、积温、日照、蒸发等均具有突变性和阶段性特征，风速、最低气温无显著突变性，而是存在明显的趋势性；从长远看，气候资源变化对辽宁省农业生产和生态环境的影响是弊大于利；虽然观测表明风速有下降趋势，但不能说明风能资源蕴藏量有下降趋势，需要今后进一步关注，但太阳能资源有一定的减少倾向；辽西地区易发展太阳能资源开发利用项目。
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