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。     

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.     

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．     

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。     

广东蒸发皿蒸发量的变化特征及成因

利用广东86 个气象站1961-2008 年20 cm口径蒸发皿的实测资料,分析了广东小型蒸发皿蒸发量的变化趋势及其原因。结果表明,尽管在这48 年间广东年平均气温以0.21 ^oC/10a 的趋势递增,但是蒸发皿蒸发量总体上却以-54.67 mm/(10a) 的速度递减。蒸发皿蒸发量上升的地区只集中在粤中部分地区,下降幅度最大的地区则在粤西南、粤东沿海和珠江三角洲。通过对彭曼公式中能量平衡项和空气动力项的分析表明,粤中蒸发皿蒸发量的上升主要是因为供蒸发的动力上升幅度略大于能量下降幅度,而蒸发皿蒸发量的下降主要是供蒸发的能量和动力共同下降(或能量下降幅度远大于动力上升幅度) 所致。对各气象因子的趋势分析和相关分析表明,影响广东蒸发量的主要因子为日照时数和风速。     

甘肃省不同气候区蒸发量变化特征及其影响因子研究

蒸发量是研究水分平衡和气候变化的一个非常重要的参数。众多研究普遍认为,近几十年来,国内外大部分区域蒸发量总体上呈下降趋势,且认为太阳总辐射、净辐射、日照时数以及风速的减小是造成蒸发下降的主要原因。研究也发现,在不同的区域,因地形、地理位置以及气候的差异,蒸发量的变化趋势、变化幅度和主要影响因子也存在差异。利用甘肃省4个不同气候区代表站1970—2007年的实测气象资料,分析了近38 a来各站潜在蒸发量及20 cm蒸发皿蒸发量的变化特征,同时,通过分析各站主要气象要素的变化特征,探讨了影响各站蒸发量变化的主要气象因子。结果表明,与国内外大多数区域不同,近38 a来,甘肃省4个不同气候区代表站的蒸发皿蒸发量均呈增加趋势,且从暖干区向冷湿区,蒸发皿蒸发量依次由明显的增加趋势逐渐转变为不变或微弱的增加趋势;位于亚热带湿润区的文县和暖干区的敦煌站潜在蒸发量均呈下降趋势;位于高寒湿润区的玛曲站,潜在蒸发量表现为微弱的上升趋势;中温带干旱区马鬃山站潜在蒸发量表现为明显的上升趋势;各气候区中蒸发的影响因子有所不同,但无论是干旱区还是湿润区,动力因子——风速的显著减小是导致潜在蒸发量显著减少的最重要原因,而热力因子是影响蒸发皿蒸发量的主要因子。     

东江流域蒸发皿蒸发量及其影响因子的变化特征分析

分析了东江流域1961-2003年蒸发皿蒸发量及其影响因子的趋势变化和突变变化,结果表明:东江流域年蒸发量减少趋势显著,一年中,春季、前汛期、后汛期的蒸发量减少趋势显著,秋季蒸发量减少,但不显著;年蒸发量的突变发生在1981年;秋香江口以下和东江三角洲的年蒸发量减少趋势显著,秋香江口以上有增加趋势,但不显著;全年和各季的蒸发皿蒸发量与日照时数、温度、风速的偏相关系数为正,与相对湿度的为负;日照时数、风速显著减少,突变分别发生在1981年和1982年;气温显著增加,突变发生在1987年;相对湿度显著减少,突变发生在1986年:蒸发皿蒸发量出现减少趋势的原因主要是日照时数的减少,其次是风速减小.     

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。     

云南干季月蒸发量与常规气象要素的关系

基于112个站点干旱期4月39年蒸发皿蒸发量和常规地面气象观测8要素数据,应用EOF和典型相关分析,深入论证各常规气象要素与气候蒸发量的相关性,分析并比较各要素对蒸发量场总方差的解释能力;同时应用线性回归分析作为验证,并探寻多气象要素对蒸发量模拟的最优要素组合。结果显示,从单要素影响角度分析,常规地面气象观测要素与蒸发量相关性的排列次序为：平均相对湿度＞平均气温＞平均地面温度＞日照时数＞平均风速＞平均水汽压＞气压＞降水量,这与蒸发的热力学和动力学理论解释相一致。回归分析验证了典型相关的主要结果;单个常规气象要素中平均相对湿度对气候蒸发量的模拟效果最好;基于平均相对湿度、平均气温、风速、日照时数和平均水汽压资料的前3个要素组合和全部5要素组合,分别是简便普通精度和高精度需求下常规气象要素推算模拟气候蒸发量的最优要素组合。本文加深了对气候蒸发量的相关认识,并对其模拟推算和空间分布量化有重要指导意义。     

福建古田站水面蒸发计算方法的探讨

本文以器测法和经验公式法,从物理成因和公式的确定,探讨了古田站用蒸发器测量的水面蒸发量,换算为自然水体蒸发量,及以水文气象因子的资料,计算水面蒸发量. 在器测法中,以折算系数和统计相关两种不同方法,探讨折算系数的确定、时空变化规律、及其影响因素,分升、降温期,用数学函数建立蒸发池、器蒸发量间的关系公式. 在经验公式法中,探讨水面蒸发与湿度梯度、温度梯度和风速的关系,并建立其与水文气象因子的关系公式. 本文可供研究确定水面蒸发量参考.在同一个气候区内,以各已知要素资料,用其相应公式,计算水面蒸发量,可以得到满意的成果.     

近50年中国蒸发皿蒸发量变化趋势及原因

采用Mann-Kendall趋势检验方法、完全相关系数法及多元线性回归模型分析了中国全域及其各气候区近50年的蒸发皿蒸发量变化趋势及原因.结果表明,中国蒸发皿蒸发量存在减少趋势,区域平均减少速率为17.2mm/10a;其中湿润区减少速率最大,为29.7 mm/10a;半干旱半湿润区次之.为17.6 mm/10a:干旱区最小,为5.5 mm/10a.四季中,夏季减少速率最大,全国平均减少速率为16.2 mm/10a,其次为春季,为9.7 mm/10a,秋冬两季减少速率较小.中国蒸发皿蒸发量存在显著减少趋势的地区主要分布在湿润区的长江中下游地区、华南地区和云贵两省,半干旱半湿润区的黄淮海地区、山东半岛和藏东地区,以及干旱区的新疆、甘肃中部和青海省等.完全相关系数法分析表明,气温日较差和平均风速的减小与蒸发皿蒸发量的减少具有最显著的相关性,是蒸发皿蒸发量减少的影响因子.气温日较差的减小主要由云量和人类活动所引起的气溶胶及其他污染物的增加引起,这导致到达地面的太阳辐射强度减弱;而平均风速的减小则主要与全球变暖背景下亚洲冬季风和夏季风减弱导致我国平均风速的减小有关.     

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.     

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。     

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.     

长沙地区蒸发皿水体蒸发过程中稳定同位素的变化特征

蒸发过程中水体同位素分馏与蒸发时的气象要素密切相关。为此,于2013年6―9月份在长沙地区进行了4组室外蒸发皿蒸发实验,从而探讨蒸发剩余水体中稳定同位素与温度、相对湿度等气象要素之间的关系。实验结果表明：1）剩余水体中稳定同位素比率随着剩余水比例f的减少而富集,在高温无雨的伏旱天气下,蒸发剩余水体中稳定同位素分馏结果与瑞利分馏模式比较吻合;2）温度越高,分馏效应也将变大,蒸发过程中稳定同位素比率的改变量也将变大,随着水体质量的减小,稳定同位素比率的变化与相对湿度呈现负相关,尤其到蒸发后期,负相关关系更为明显,这可能是由于实验后期剩余水体绝对质量太小,易受空气中稳定同位素的影响;3）蒸发线δ2H＝3.89δ18O－24.55与δ2H＝3.38δ18O－24.96的斜率和截距明显小于同时期长沙降水线δ2H＝6.85δ18O－4.4的斜率和截距,与同时期湘江河水蒸发线δ2H＝3.9δ18O－13.2的斜率接近。以上结果说明本蒸发皿实验能一定程度上体现夏季自然水体蒸发分馏情况。     

A PARABOLIC FUNCTION TO MODIFY THORNTHWAITE ESTIMATES OF POTENTIAL EVAPOTRANSPIRATION FOR THE EASTERN UNITED STATES

The Thornthwaite potential evapotranspiration model is well known and widely used, but has received some criticism as it is primarily based on air temperature to estimate potential evapotranspiration. Errors of the Thornthwaite model can be analyzed using adjusted pan evaporation as an index of potential evapotranspiration. An examination of ratios of adjusted pan evaporation to Thornthwaite potential evapotranspiration indicates that the ratios are highest in the winter and lowest during summer months. This trend suggests a parabolic pattern. In this study a parabolic function is used to adjust Thornthwaite estimates of potential evapotranspiration. Forty locations east of the Rocky Mountains are analyzed and indicate that a parabolic adjustment of Thornthwaite potential evapotranspiration estimates generally increases correlation with adjusted pan evaporation and decreases error by 20 to 70 percent. [Key words: potential evapotranspiration, pan evaporation, Thornthwaite.]     

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.     

基于析因数值实验方法的蒸发皿蒸发归因研究

蒸发皿蒸发是唯一可长时间大范围观测的潜在蒸发,其准确估算和长时间序列趋势变化归因分析,对变化环境下干旱研究、水文过程理解分析与预估具有重要意义。本文筛选出416个具有连续观测的气象台站资料,率定了PenPan模型中适合模拟中国20 cm口径（D20）蒸发皿蒸发的风速函数,发展了基于去趋势法的析因数值实验归因法,对比了此方法与常用的偏导归因法在1960-2014年、1960-1993年（“蒸发悖论”时段）及1993-2014年（“蒸发悖论”消失）蒸发皿蒸发趋势变化的归因结果。结果表明,使用新率定的风速函数f_q(u₂)=3.977×10^-8(1+0.505u₂)能更准确模拟中国D20蒸发皿蒸发;相较于偏导归因法结果,析因数值实验法也能对蒸发皿蒸发趋势变化进行定量归因分析,且归因结果略优于偏导归因法结果;此外,可利用析因数值实验法的基准态信息来对偏导归因法结果进行校正,从而更准确地对蒸发皿蒸发趋势变化进行归因分析,加深对蒸发皿蒸发趋势变化的理解,为水文水循环研究准确分析提供保障。