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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

1960-2004年新疆地区地表水热过程的数值模拟研究 Ⅰ. 以观测资料为基础的陆面过程模型大气驱动场的发展

 近20 a来,中国西北地区尤其是新疆降水显著增加、温度持续上升,冰川萎缩、冰川融水量持续增加、河川径流量增加、湖泊水位上升面积扩大、植被覆盖有增加迹象等等,这些事实都充分说明该地区的气候水文过程正在发生着重大的变化,但目前由于与水热过程有关的各个分量,如潜热、感热、蒸散、土壤湿度和径流等变量都缺少长时间、大范围的观测数据,因此,现有的研究还不能从整体上认识西北地区水热过程在全球增暖大背景下的变化特征和规律,无法客观地估算该地区水热过程的可能变化趋势。为了能够进一步深入研究这个问题,我们考虑以新疆地区108站1960—2004年气象站的观测数据为基础,并结合其他大气驱动场中结果检验的辐射数据来建立了一个长达45 a,时间分辨率3 h,空间分辨率0.5°×0.5°针对新疆区域的陆面模型大气驱动场,主要的变量包括降水、气温、风速、气压、比湿和辐射。最后得到的产品能够提供一个长期的、区域内具有良好均一性的近地面气象变量数据集,它可以用于驱动陆面、水文、生态过程模式,为研究整个新疆地区年际、年代际,甚至月季到日的连续水热过程变化奠定坚实的基础,并可以作为评估耦合模型以及其他陆面预测计划的初始化条件。     

长江流域蒸发皿蒸发量的区域变化特征及影响因素

基于长江流域148个气象站1980—2017年的蒸发皿观测数据,将旋转经验正交函数（REOF）和模糊C均值聚类（FCM）相结合,对流域蒸发皿蒸发量（PE）进行分区,然后运用Modified Mann-Kendall检验和多元逐步回归等方法,分析各子区域PE的变化特征并识别其主要影响因子。结果表明：1) REOF的前4个空间模态显示流域PE存在5个主要的异常敏感区,基于这4个空间模态,流域PE在空间上可划分为9个子区域。2）在年尺度上,各区PE呈不同程度的增加趋势,其中中部盆地区上升速率最大（111.28 mm/10 a）,西部高原区上升速率最小（12.5 mm/10 a）;而在季节尺度上,秋、冬季流域PE呈显著上升趋势,春、夏季PE的变化具有明显的区域差异性,部分地区PE为下降趋势。3）影响PE变化的主要因子因地而异,但大多子区域的PE变化与平均气温和饱和水汽压差的变化显著相关。     

1960-2017年艾比湖流域实际蒸散量与气象要素的变化特征

传统估算蒸散发的方法大都基于局地尺度,而在生态水文发生剧烈变化的资料稀缺流域背景下,充分考虑流域下垫面的空间变异性的陆面过程模型为流域长时序、大尺度及连续模拟实际蒸散量提供了新途径.以艾比湖流域为研究区,应用可变下渗能力模型(VIC)模拟1960-2017年艾比湖流域的水文过程,探讨研究区值实际蒸散发量的年、月、日时空...     

1960-2008年黑河流域参考作物蒸发蒸腾量的时空变化

利用1960 - 2008年黑河流域16个气象站的逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman -Monteith公式计算流域参考作物蒸发蒸腾量(ET0),在此基础上运用IDW插值法进行空间插值,对黑河流域ET0的时空分布和变化趋势进行了分析,并采用多元回归分析法对影响ET0变化的主导因素进行了探讨.结果表明:黑河流域E...     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。