西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析

基于FAO Penman-Monteith 公式计算了我国西北地区126 个测站1961-2009 年的生长季(4-10 月) 参考作物蒸散(ET₀) 对平均气温、风速、相对湿度和太阳辐射的敏感系数,并结合各气象因子的多年变化特征定量讨论参考作物蒸散变化的原因。结果表明：风速和气温的敏感性虽然相对较低,但因其显著变化,成为引起ET₀变化的主导因子,贡献达到-5.22%和3.29%;太阳辐射和相对湿度敏感性较大,但因变化小,贡献仅为-0.76%和0.63%。空间上,气温在西北地区对ET₀ 变化多为正贡献,风速和太阳辐射多为负贡献;相对湿度在西部多为负贡献,东部为正贡献。估算的4 个气象因子共同作用引起的ET₀变化在趋势、数值和空间分布上均与ET₀的实际变化基本一致,两者的相关系数高达0.99,表明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区ET₀变化的原因兼具合理性和可行性。而且该方法弥补了趋势分析法、相关分析法和敏感性分析法的不足,为定量分析ET₀变化成因提供一条新思路     

1960 年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

利用中国新疆地区1960-2005 年109 个设有蒸发皿蒸发观测的常规气象站资料, 并结 合不同驱动场和不同陆面模式的模拟结果, 对蒸发皿蒸发及模拟的实际蒸发的年、各个季节 的变化及其它们的相互联系进行了详细的分析和讨论。结果发现, 在过去的46 年里, 年蒸发 皿蒸发总体上都表现为明显的下降趋势, 而实际蒸发在总体上显著上升, 与蒸发皿蒸发的变 化趋势相反。在80 年代中后期, 蒸发皿蒸发、实际蒸发和降水的转折点(1986 年) 一致, 进 一步说就是无论在转折点的前后, 降水增加的转折性变化与模拟的实际蒸发的转折性增加变 化一致, 而与蒸发皿蒸发减小的转折性变化相反, 这表明, 在新疆地区, 蒸发皿蒸发和实际 蒸散之间具有相反的变化关系, 这支持Brutsaert and Parlange 提出的蒸发皿蒸发和实际蒸散 之间具有互补相关关系(变化趋势相反) 的理论。分析气温、降水、湿度、云量和日照时数等 环境变量的变化趋势发现： 降水、云量等表征大气中水分特征的变量表现为明显的上升趋势, 这也间接的证明了蒸发皿蒸发和实际蒸散之间存在相反的关系, 而与各个环境变量之间相关 系数的分析则表明, 气温日较差、风速、低云量和降水是与蒸发皿蒸发和实际蒸发关系最紧 密的环境因子, 它们的变化可能是导致蒸发皿蒸发和蒸散量变化的原因。     

1960～2005年中国蒸发皿蒸发量变化趋势及其影响因素分析

针对蒸发悖论这一科学问题,对1960~2005年的蒸发皿蒸发资料进行系统研究,全面分析中国蒸发皿蒸发量变化特征、探究中国各气候区蒸发皿蒸发变化的敏感因子及主要影响因素。研究表明:1利用模糊聚类FCM算法,将中国分成3个蒸发皿蒸发量变化差异区:东中南分区(中国南部、中部、西南部以及东部);西北分区(中国西北部)和中国东北至西南的狭长分布带;2蒸发皿蒸发量变化趋势分布具有明显区域性:中国南部、东部、中部及西北部,蒸发皿蒸发量以显著下降趋势为主,其中显著上升站点零星分布于东南沿海、西南、洞庭湖及西北地区的西北部;中国东北部至西南狭长分布带中密集分布显著上升及无明显变化趋势的站点;3对蒸发皿蒸发量与4种气象要素进行敏感性分析,研究发现东南分区、西北分区和狭长分布带的敏感因子均为相对湿度。由此可知,相对湿度是影响中国蒸发皿蒸发量变化的关键因子。     

近55 a辽宁省风速时空变化特征分析

风速时空演变特征分析是气候变化研究的主要方面之一,对气候异常评估与防风预测预报工作有重要意义。以辽宁省为研究区,利用1960-2014年省内23个气象站点逐日气象数据,采用线性回归、Mann-Kendall法分析风速多时间格局演变情况。借助ArcGIS软件中反距离权重插值与表面分析模块对研究区进行空间分析,并通过Pearson相关性检验探讨风速与气温、气压的相关关系。结果表明：（1） 从时间格局上看,1960年以来辽宁省平均风速总体呈显著下降趋势,年内下降趋势为“双峰型”,递减率0.559 m·s^-1·（10 a）^-1;年际递减率为0.22 m·s^-1·（10 a）^-1;四季风速递减率春季 > 冬季 > 秋季 > 夏季。（2） 就空间格局而言,空间分布特征由中部向东西两侧递减,季节差异性较小。（3） 辽宁省风速降低与气温、气压变化有关,且风速与气温呈负相关,与气压呈正相关。     

影响西藏地区蒸发皿蒸发量的主要气象因素分析

蒸发是水循环中受下垫面状况和气候变化影响最为直接的气候因子,同时也是地面热量平衡和水分平衡的重要组成部分．因此,对青藏高原蒸发量及其影响因素的研究对于分析青藏高原的气候变化及热量收支平衡具有重要的意义．本研究在分析青藏高原西藏地区蒸发皿蒸发量时间与空间分布格局及变化趋势的基础上,进一步对影响蒸发的气温、风速、日照时数、相对湿度的长期变化趋势及其与蒸发量的关系进行了分析,其结果表明：西藏地区存在“蒸发悖论”现象,即在气温升高的背景下（0．03℃／a）,蒸发皿蒸发量呈下降趋势（-1．98mm／a）．西藏地区年平均蒸发量及变化趋势的空间差异性比较大,年平均蒸发潜力变化范围从1400～2600mm、变化趋势从-16～20mm／a不等;整个西藏地区蒸发量与气温的相关关系显著,气温是影响蒸发的主要因素．各因素对蒸发皿蒸发量的影响程度排序为：气温〉风速〉日照时数．相对湿度对蒸发皿蒸发量的影响不显著．在月尺度上气温是蒸发皿蒸发量变化的决定因素,但从年尺度分析结果看,风速和日照时数对于蒸发皿蒸发量的影响是导致蒸发皿蒸发量减少的主要原因．此外,由于下垫面条件及区域气候条件的不同,各因素对蒸发皿蒸发量影响程度的空间差异性很大．西藏地区蒸发皿蒸发量的减少意味着区域水循环速度的变慢,由此对于全球水气循环造成的影响需要进一步的研究．     

东江流域实际蒸发量与蒸发皿蒸发量的对比分析

利用东江流域1956-2003年的水文、气象资料,用趋势线分析、集对分析和方差分析方法对年实际蒸发量和年蒸发皿蒸发量的变化特征及其与气象因子的关系进行对比分析,揭示其相同与相异之处.结果表明:实际蒸发量与蒸发皿蒸发量都有减少的趋势,但蒸发皿蒸发量减少的趋势显著,实际蒸发量减少的趋势不显著;两者都在20世纪90年代出现最小值;实际蒸发量与蒸发皿蒸发量存在不确定相关关系和弱的负相关关系.温度与实际蒸发量、蒸发皿蒸发量都为不确定相关关系;风速与蒸发皿蒸发量为正相关,与实际蒸发量为不确定相关关系;随降水量的变化,两种蒸发量的变化相反,即一个增加而另一个减小:随日照时数的变化,趋势线分析与集对分析都反映出两者有相反的变化,通过年景分析,随日照时数的增加,蒸发皿蒸发量增加,实际蒸发量先增加后减小.年日照时数偏多、降水量偏少时,蒸发皿蒸发量显著偏多;年日照时数为中等、降水量偏多时,实际蒸发量最大,但没有达到显著水平.     

“蒸发悖论”在黄河流域的探讨

利用黄河流域72个气象站点1960-2010年的气象资料,系统分析了过去51年间气温、降水量以及潜在蒸散量的变化趋势,研究了气温、降水量与潜在蒸散量之间的长期变化趋势关系,对影响潜在蒸散量下降的主要因子进行了探讨,重点对黄河流域是否存在“蒸发悖论”进行验证.研究结果表明:(1)过去51年间,黄河流域内气温增加显著、潜在蒸散量呈下降趋势,总体上存在“蒸发悖论”;(2)“蒸发悖论”具有空间上和时间上的不一致性,随着气温增加,春、夏、冬三季潜在蒸散量呈减少趋势,减少区域主要集中于山西、河南大部分区域以及甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等少部分区域;时间上主要表现在1960-1979年潜在蒸散量变化趋势不明显,1980-2010年气温与潜在蒸散量变化趋势在空间分布上的逆向关系更加明显;(3)过去51年间,降水量无论是年际还是夏、秋季变化趋势都不明显,降水量与潜在蒸散量时空变化分布上大体呈现逆向变化关系;(4)从气象要素变化对潜在蒸散量变化的贡献率来看,近51年来风速的明显减小是导致黄河流域潜在蒸散量减少的主导因素.     

祁连山排露沟流域径流对气候及下垫面变化的响应

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,中国西北干旱半干旱区水循环变化与水资源再分配正在改变区域生态环境。在长时间序列尺度上,仍缺乏对西北内陆河径流变化机制与特征时空格局的统一认识。本研究以祁连山排露沟流域为试验区,基于量水堰实测长序列径流数据,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt和累积距平等检验方法,分析排露沟流域1994—2020年径流序列的变化趋势和突变年份;以气象站监测和人工潜在蒸发观测数据为基础,采用Budyko假设水热耦合平衡模型对排露沟流域径流量变化趋势进行归因分析;以固定样地2003—2021年每木检尺数据,采用材积源生物量法,对排露沟流域15个乔木固定样地的1017棵青海云杉的碳密度进行估算。结果表明：(1)1994—2020年排露沟流域径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2006年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了9.53×10⁴ m³,增加率为34.88%。(2)在2007—2020年的突变期,排露沟流域径流对降水、潜在蒸发和流域下垫面参数的弹性系数分别为3.15、-0.70和-...     

1960-2009年新疆渭干河流域蒸发皿蒸发量变化特征

根据新疆气象局地面观测资料,整理出渭干河流域1960-2009年蒸发皿蒸发量资料,运用线性趋势估计、距平与累积距平、滑动t检验、小波分析、灰色预测等方法,对蒸发皿蒸发量的变化趋势、周期特征、突变特征及未来趋势进行了分析。结果表明:①50年来,渭干河流域蒸发皿蒸发量有升有降,总体上呈波动式减少的趋势,其变化倾向率为-19.72 mm/10a,通过了0.05的显著性检验。累积距平曲线的变化趋势显示,年蒸发皿蒸发量以1987年和2004年为转折点,前期偏多,中期偏少,后期偏多。②年蒸发皿蒸发量在1987年发生了由多到少的突变,在2004年发生了由少到多的突变,突变类型比较复杂,是均值突变和转折突变两种突变类型的组合。③蒸发皿蒸发量在50a的时间序列中存在8a、17a和20a的周期。在8a的时间尺度上,年蒸发皿蒸发量序列经历了7个偏多期和6个偏少期;在17a的时间尺度上,经历了2个偏多期和2个偏少期;在20a的时间尺度上,经历了1个偏少期和2个偏多期。④利用建立的灰色预测GM(1,1)模型对渭干河流域蒸发皿蒸发量进行了预测,发现模型的可靠性高,预测结果准确,年蒸发皿蒸发量在未来3年将出现增加的趋势。     

秦岭南北潜在蒸发与气温响应关系及其影响因素

蒸发是水文循环的重要组成部分，精细化蒸发变化与气象要素的响应关系，对中国重要生 态过渡带水资源、生态恢复重建以及社会经济的可持续发展具有重要意义。基于 1970—2017 年 70 个气象站点观测数据，辅以趋势分析和小波相干方法，对秦岭南北气温和潜在蒸发（ET₀）变化特征 进行分析，探讨气象要素与 ET₀ 的响应关系。结果表明：以滑动相关方法为基础，无论是滑动窗口 调整，还是去趋势序列，气温与ET₀均呈现正相关关系，说明秦岭南北气温上升，ET₀ 增加；但是，秦 岭南北气温与ET₀ 相关关系存在时空差异。以 1993 年为时间节点，前期气温和 ET₀相关性呈现增 加趋势，后期则逐渐减弱；空间上西秦岭地区是气温和 ET₀ 的弱相关区。在主导因素上，ET₀对太阳 辐射变化更为敏感，风速并非区域 ET₀ 变化的主导因素，从而导致“蒸发悖论”现象并不突出。多因 素主导 ET₀ 变化，是秦岭南北 ET₀ 与气温响应关系存在时空差异的原因。     

1960-2005年新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

Pan evaporation,an indictor of potential evaporation,has decreased during the last several decades in many parts of the world;the trend is contrary to the expectation that the increase of actual evaporation will accompany global warming,known as the pan evaporation paradox.What is the essential relationship between pan evaporation and actual evaporation? This is still an uncertain problem.In this paper,the trends of pan evaporation and actual evaporation are investigated using observational data and observation-constrained simulation results using NCAR Community Land Model(CLM) in Xinjiang from 1960 to 2005.Our analysis suggests that the decreasing trend of annual pan evaporation accompanies the increasing trend of annual actual evaporation,the tendencies of them both have statistical significance(at 99% level and at 95% level,respectively).We also find that there is the same turning point in precipitation,pan evaporation and actual evaporation of 1986,and either before the point or after,pan evaporation has inverse trend comparing with actual evaporation and precipitation.The above analysis indicates that pan evaporation and actual evaporation have complementary relationship.These results support the issue of evaporation paradox described by Brutsaert and Parlange(1998) and suggest that decrease of pan evaporation indicates an increase of actual evaporation in Xinjiang in the past half century.The correlation analysis shows that diurnal temperature range(DTR),wind speed,low cloud cover and precipitation are the most likely driving forces for the reduced pan evaporation and the ascending actual evaporation.     

Comparison of pan evaporation and actual evaporation estimated by land surface model in Xinjiang from 1960 to 2005

Pan evaporation,an indictor of potential evaporation,has decreased during the last several decades in many parts of the world;the trend is contrary to the expectation that the increase of actual evaporation will accompany global warming,known as the pan evaporation paradox.What is the essential relationship between pan evaporation and actual evaporation? This is still an uncertain problem.In this paper,the trends of pan evaporation and actual evaporation are investigated using observational data and observation-constrained simulation results using NCAR Community Land Model(CLM) in Xinjiang from 1960 to 2005.Our analysis suggests that the decreasing trend of annual pan evaporation accompanies the increasing trend of annual actual evaporation,the tendencies of them both have statistical significance(at 99% level and at 95% level,respectively).We also find that there is the same turning point in precipitation,pan evaporation and actual evaporation of 1986,and either before the point or after,pan evaporation has inverse trend comparing with actual evaporation and precipitation.The above analysis indicates that pan evaporation and actual evaporation have complementary relationship.These results support the issue of evaporation paradox described by Brutsaert and Parlange(1998) and suggest that decrease of pan evaporation indicates an increase of actual evaporation in Xinjiang in the past half century.The correlation analysis shows that diurnal temperature range(DTR),wind speed,low cloud cover and precipitation are the most likely driving forces for the reduced pan evaporation and the ascending actual evaporation.     

近50年中国蒸发皿蒸发量变化

Trends in pan evaporation are widely relevant to the hydrological community as indicators of hydrological and climate change. Pan evaporation has been decreasing in the past few decades over many large areas with differing climates globally. This study analyzes pan evaporation data from 671 stations in China over the past 50 years in order to reveal the trends of it and the corresponding trend attribution. Mann-Kendall test shows a significant declining trend in pan evaporation for most stations, with an average decrease of 17.2 mm/10a in China as a whole, the rate of decline was the steepest in the humid region (29.7 mm/10a), and was 17.6 mm/10a and 5.5 mm/10a in the semi-humid/semi-arid region and arid region, respectively. Complete correlation coefficients of pan evaporation with 7 climate factors were computed, and decreases in diurnal temperature range (DTR), SD (sunshine duration) and wind speed were found to be the main attributing factors in the pan evaporation declines. Decrease in DTR and SD may relate to the increase of clouds and aerosol as well as the other pollutants, and decrease in wind speed to weakening of the Asian winter and summer monsoons under global climate warming.     

Trend in pan evaporation and its attribution over the past 50 years in China

Trends in pan evaporation are widely relevant to the hydrological community as indicators of hydrological and climate change. Pan evaporation has been decreasing in the past few decades over many large areas with differing climates globally. This study analyzes pan evaporation data from 671 stations in China over the past 50 years in order to reveal the trends of it and the corresponding trend attribution. Mann-Kendall test shows a significant declining trend in pan evaporation for most stations, with an average decrease of 17.2 mm/10a in China as a whole, the rate of decline was the steepest in the humid region (29.7 mm/10a), and was 17.6 mm/10a and 5.5 mm/10a in the semi-humid/semi-arid region and arid region, respectively. Complete correlation coefficients of pan evaporation with 7 climate factors were computed, and decreases in diurnal temperature range (DTR), SD (sunshine duration) and wind speed were found to be the main attributing factors in the pan evaporation declines. Decrease in DTR and SD may relate to the increase of clouds and aerosol as well as the other pollutants, and decrease in wind speed to weakening of the Asian winter and summer monsoons under global climate warming.     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

基于CMIP5模式的黑河流域潜在蒸散量预估

蒸散发是干旱内陆河流域水资源的主要耗散途径。预估黑河流域未来潜在蒸散量（ET₀）可为气候变化条件下流域水资源的优化管理提供基础数据支撑。使用1960—2014年黑河流域气象数据,采用FAO-56Penman-Monteith公式计算流域潜在蒸散量;基于同期NCEP（美国环境预报中心）再分析资料及2006—2100年CMIP5中CNRM-CM5模式的RCP4.5、RCP8.5路径预测数据,经统计降尺度模拟与偏差校正,预估了流域未来潜在蒸散量;通过旋转经验正交函数将流域各划分为3个子区,进行子区及全流域Mann-Kendall未来趋势分析。结果显示：（1）NCEP再分析资料与流域潜在蒸散量建立的逐步回归降尺度模型模拟效果好,经CNRM-CM5模式模拟及偏差校正,适宜于预估黑河流域未来潜在蒸散量。（2）预估RCP4.5路径流域2021—2050年、2071—2100年年均潜在蒸散量较1971—2000年分别增加3.49%、6.11%,RCP8.5路径分别增加4.64%、10.07%,RCP8.5路径增幅高于RCP4.5路径。（3）利用旋转经验正交函数可将两种路径流域未来蒸散量划分为3个子区,RCP4.5、RCP8.5路径黑河流域Ⅰ区潜在蒸散量各为不显著、显著的下降趋势,两种路径下Ⅱ区、Ⅲ区及全流域均为显著上升趋势。     

新疆地区蒸发皿蒸发量变化及基于小波的周期分析

Φ20 cm和E₆₀₁型蒸发皿在新疆均有使用,但两种数据序列自观测开始至今均不完整,尤其自2003年以后数据未进行整合和校正,使得对蒸发皿蒸发量数据的使用和深入分析受到限制。本研究基于Φ20 cm （E₂₀）和E₆₀₁型蒸发皿蒸发量（E₆₀₁）的共同观测期数据,选取新疆地区57个气象站,分析4~10月E₂₀和E₆₀₁的换算系数K。以数据序列较长的喀什（隶属南疆）和塔城站（北疆）为例,分析了逐日和逐月尺度下K的变化,并将各月K值用于两个典型站2003-2016年期间4月1日~9月30日E₂₀的估算,得出1961-2016年完整的日E₂₀序列。进一步基于复Morlet小波函数对月及年尺度E₂₀的波谱特性和周期变化进行了分析,结果表明：（1）新疆地区E₂₀和E₆₀₁的换算系数在4~10月期间具有较大的空间差异,南疆K值较北疆大。（2）喀什和塔城站插补后完整的1961-2016年期间日E₂₀序列具有以年为周期的典型变化,月E₂₀在7月最大,年E₂₀均具有明显的增加趋势;日、月及年尺度下喀什站E₂₀均高于塔城站。（3）两站点1~12月E₂₀的主周期和准周期具有2~16 a的波动,年E₂₀的主周期均为7 a,喀什站准周期为3 a和6 a,塔城站准周期为2 a和4 a。本研究可为新疆地区蒸发量序列的插补及进一步应用提供参考。     

青藏高原蒸发皿蒸发量时空变化特征及其成因的定量分析(英文)

Despite the observed increase in global temperature, observed pan evaporation in many regions has been decreasing over the past 50 years, which is known as the "pan evaporation paradox". The "pan evaporation paradox" also exists in the Tibetan Plateau, where pan evaporation has decreased by 3.06 mm a-2 (millimeter per annum). It is necessary to explain the mechanisms behind the observed decline in pan evaporation because the Tibetan Plateau strongly influences climatic and environmental changes in China, Asia and even in the Northern Hemisphere. In this paper, a derivation based approach has been used to quantitatively assess the contribution rate of climate factors to the observed pan evaporation trend across the Tibetan Plateau. The results showed that, provided the other factors remain constant, the increasing temperature should have led to a 2.73 mm a-2 increase in pan evaporation annually, while change in wind speed, vapor pressure and solar radiation should have led to a decrease in pan evaporation by 2.81 mm a-2, 1.96 mm a-2 and 1.11 mm a-2 respectively from 1970 to 2005. The combined effects of the four climate variables have resulted in a 3.15 mm a-2 decrease in pan evaporation, which is close to the observed pan evaporation trend with a relative error of 2.94%. A decrease in wind speed was the dominant factor for the decreasing pan evaporation, followed by an increasing vapor pressure and decreasing solar radiation, all of which offset the effect of increasing temperature across the Tibetan Plateau.