近50年廣西蒸發(fā)量與太陽輻射關(guān)系分析

郭 媛，陳貽亮，何 寬

（1.廣西區(qū)防雷中心，南寧 530022；2.廣西梧州市氣象局，廣西 梧州 543002）

引 言

蒸發(fā)皿蒸發(fā)量作為反映蒸發(fā)能力的指標(biāo)，受輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等多種要素的影響，且這些要素作用機(jī)理復(fù)雜，全球許多地區(qū)觀測(cè)的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量都表現(xiàn)為穩(wěn)定的下降趨勢(shì)，對(duì)其成因的探求一直是科學(xué)界致力解決的問題之一。Michael［1］根據(jù)全球溫度日較差變小的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出太陽輻射量是影響蒸發(fā)量的關(guān)鍵因子，太陽輻射量降低，蒸發(fā)量也隨之減少［2］。同時(shí)，不少研究表明，在1960到1990年的30年時(shí)間里，地表太陽輻射量正在不斷下降。

本文統(tǒng)計(jì)廣西區(qū)氣象站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算太陽輻射量，綜合分析蒸發(fā)量和太陽輻射變化之間的關(guān)系，為合理開發(fā)使用廣西區(qū)內(nèi)水資源、太陽能等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源與處理

根據(jù)收集的區(qū)內(nèi)92個(gè)氣象觀測(cè)站的資料，提取20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和日照時(shí)數(shù)，時(shí)段從1961年到2010年。

參考廣西區(qū)氣候中心資料，遵循氣候相似性和差異性原則，將全區(qū)站點(diǎn)劃分為桂南、桂中和桂北地區(qū)（圖略）。

1.2 方法

1.2.1 太陽輻射的計(jì)算

太陽輻射R1的計(jì)算方法如下：

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)A、B取值為0.15和0.5，S為太陽輻射的單位矢量。R0天文總輻射計(jì)算方法如下：

上式（2）：R0是天文輻射日總量（單位為：MJ·m-2·d-1）；T0是一天的周期 （單位為：86400s）；I0是太陽常數(shù)（單位為：0.1367×10-2MJ·m-2·s-1）；ρ 是日地相對(duì)距離（單位為：km）；ω0是日落時(shí)角（rad）；φ 是地理緯度；δ是太陽赤緯（rad）。

1.2.2 分析方法

（1）Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)方法

該文使用Mann—Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法，對(duì)時(shí)間序列變化趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)［3］。當(dāng)統(tǒng)計(jì)變量趨勢(shì)值MK＞0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈上升趨勢(shì)；MK＜0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈下降趨勢(shì)；MK＝0時(shí)，表示統(tǒng)計(jì)值呈現(xiàn)不波動(dòng)趨勢(shì)［4］。

（2）相關(guān)分析法

根據(jù)全區(qū)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽輻射數(shù)據(jù)，分別處理上述數(shù)據(jù)在年際、季節(jié)變化方面的Pearson相關(guān)系數(shù)R，以此分析蒸發(fā)量和太陽輻射二者在年際、季節(jié)變化上的相關(guān)性，以及在時(shí)空分布上是否存在一定關(guān)聯(lián)。

（3）回歸分析法

采用線性回歸分析法來擬合蒸發(fā)量和時(shí)間變化的關(guān)系、太陽輻射和時(shí)間變化的關(guān)系，建立兩者的回歸模型，計(jì)算決定系數(shù)R2，用模型檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性水平（即Sig.值），模型是否有顯著的統(tǒng)計(jì)意義。

2 結(jié)果分析

2.1 廣西近50年來20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化特征

2.1.1 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量年際變化

統(tǒng)計(jì)得出全區(qū)實(shí)測(cè)20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量年均值，近50年來蒸發(fā)量的年際變化總體呈下降趨勢(shì)（圖 1），氣候變化率為-2.9173mm·a-1，通過 0.01 置信度檢驗(yàn)。

全區(qū)蒸發(fā)量主要集中在1960年到1980年，之后呈明顯下降趨勢(shì)，減少幅度為-29.173mm·（10a）-1（通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)）。

從蒸發(fā)量年際變化MK趨勢(shì)圖看（圖略），桂北和桂中蒸發(fā)量變化曲線和全區(qū)變化曲線趨勢(shì)吻合度較高；桂南的蒸發(fā)能力最強(qiáng)，蒸發(fā)量變化曲線處于其他區(qū)域變化曲線之上，但蒸發(fā)量下降趨勢(shì)沒有桂北和桂中地區(qū)明顯，下降幅度也不及其他地區(qū)大。

分析蒸發(fā)量變化MK趨勢(shì)值分布圖 （圖略），全區(qū)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)具有明顯減少的特點(diǎn)。桂北地區(qū)存在顯著減少趨勢(shì)的站點(diǎn)多于桂南。

圖1 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)圖

2.1.2 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的季節(jié)變化

全區(qū)季節(jié)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果顯示（圖2-圖3，全區(qū)蒸發(fā)量在季節(jié)變化方面呈現(xiàn)十分明顯的下降趨勢(shì)，除桂南的秋冬兩季和桂北的秋季，均通過99%的置信度檢驗(yàn)。除秋季外，全區(qū)的蒸發(fā)量在其他三季均為顯著減少趨勢(shì)。

圖2 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量季節(jié)變化MK趨勢(shì)值

圖3 廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化MK趨勢(shì)分布圖（春季）

2.2 廣西近50年來太陽輻射的變化特征

2.2.1 太陽輻射年際變化

分析廣西全區(qū)太陽輻射量變化 （圖4），20世紀(jì)60年代，全區(qū)太陽輻射量最大，在多年均值以上平穩(wěn)波動(dòng)變化；70、80年代，太陽輻射在多年均值上下變化，從20世紀(jì)80年代后期開始，太陽輻射量呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)，其氣候變化速率為-4.43MJ·m-2·（10a）-1。 在 1990年前， 太陽輻射在多年均值2031.03MJ·m-2·a-1附近上下波動(dòng)，呈平緩下降趨勢(shì)；從90年代中期開始，太陽輻射就在多年均值以下顯著減少；2000年代初，恢復(fù)到多年均值上下波動(dòng)變化。桂南、桂中和桂北太陽輻射變化態(tài)勢(shì)均與全區(qū)變化曲線相符，即50年來桂中太陽輻射變化呈顯著下降趨勢(shì)，明顯的轉(zhuǎn)折變化發(fā)生在20世紀(jì)80年代后期；其中桂中太陽輻射變化曲線和全區(qū)太陽輻射變化曲線吻合度最為貼切，桂南變化均值最大，桂北最??；桂南太陽輻射變化在多年均值以上波動(dòng)變化，而桂北太陽輻射變化在多年均值以下。

根據(jù)全區(qū)太陽輻射年際變化的MK趨勢(shì)值（圖5），得出全區(qū)太陽輻射變化呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。存在顯著減少趨勢(shì)的站點(diǎn)分布為桂北多于桂南 （圖6）。

圖4 廣西太陽輻射變化趨勢(shì)圖

圖5 廣西太陽輻射年際變化MK趨勢(shì)

圖6 廣西太陽輻射MK趨勢(shì)分布圖

2.2.2 太陽輻射的季節(jié)變化

從季節(jié)變化分析，根據(jù)通過99%的置信度檢驗(yàn)的MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果得出（見圖7），在春夏季節(jié)，太陽輻射變化表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代后期以來，春夏季節(jié)的太陽輻射減少是全區(qū)太陽輻射減少主要因素。對(duì)比季節(jié)變化和年變化態(tài)勢(shì)，太陽輻射呈現(xiàn)一致的下降趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后期開始出現(xiàn)下降轉(zhuǎn)折變化，桂北下降趨勢(shì)明顯于桂南（圖略）。

圖7 廣西太陽輻射季節(jié)變化MK趨勢(shì)

2.3 近50年來廣西20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽輻射的變化關(guān)系

2.3.1 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽輻射的年際變化關(guān)系

根據(jù)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽輻射年際變化相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)量和太陽輻射呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。全區(qū)氣象站點(diǎn)太陽輻射變化和蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化的Pearson相關(guān)系數(shù)全大于0，二者變化關(guān)系在桂北的顯著相關(guān)性最強(qiáng)。

全區(qū)蒸發(fā)量和太陽輻射在總體、局部方面呈相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)太陽輻射強(qiáng)時(shí)，蒸發(fā)力也強(qiáng)（比如60、70年代）；當(dāng)太陽輻射明顯減少時(shí)，蒸發(fā)量也會(huì)出現(xiàn)降低態(tài)勢(shì)（比如80年代末）；當(dāng)太陽輻射發(fā)生轉(zhuǎn)折變化時(shí)，蒸發(fā)量也會(huì)有相似的轉(zhuǎn)折變化。太陽輻射的變化是影響蒸發(fā)量的關(guān)鍵因子之一。

2.3.2 20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽輻射的季節(jié)變化關(guān)系

計(jì)算全區(qū)20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量和太陽輻射變化在各個(gè)季節(jié)的Pearson相關(guān)系數(shù)。蒸發(fā)量與太陽輻射變化關(guān)系顯著，一致表現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，且桂北顯著于桂南。夏季Pearson相關(guān)系數(shù)呈高度顯著相關(guān)的站點(diǎn)最多。

3 結(jié)論與討論

（1）在1960年至2010年期間，廣西全區(qū)的蒸發(fā)能力表現(xiàn)為減少態(tài)勢(shì)。僅在60～70年代蒸發(fā)能力表現(xiàn)較強(qiáng)。自1980年開始蒸發(fā)量在多年均值附近區(qū)域上下波動(dòng)式減小；春季、夏季、冬季蒸發(fā)皿蒸發(fā)量存在顯著減少趨勢(shì)，桂南地區(qū)的蒸發(fā)能力最強(qiáng)，但下降趨勢(shì)沒有桂北和桂中地區(qū)明顯。

（2）同期，廣西全區(qū)的太陽輻射量也呈顯著下降趨勢(shì)。20世紀(jì)60年代，全區(qū)太陽輻射量最大，自20世紀(jì)80年代后期開始，表現(xiàn)為顯著減少趨勢(shì)。春季、夏季太陽輻射變化存在顯著減少趨勢(shì)，桂北太陽輻射變化減少趨勢(shì)比桂南明顯。

（3）廣西全區(qū)蒸發(fā)量變化與太陽輻射變化在總體和局部方面均保持良好一致的變化趨勢(shì)，呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Moonen A C， L Ercoli， M Mariotti， et al.Climate change in Italy indicated by agromet eorological indices over 122 years［J］.Agric For Meteor， 2002， 111： 13～ 27.

［2］ Gilgen H.， Wild M.and Ohmura A.Means and trends of shortwave irradiance atthe surface estimated from GlobalEnergy Balance Archive Data. ［J］.Climate.1998， 11， 2042～2061.

［3］魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2007：123～127.

［4］郭媛，王艷君，劉長(zhǎng)坤.近50年來（1960—2007年）長(zhǎng)江流域20cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與太陽輻射變化的對(duì)比［J］.南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2012，4（6）：496～505.

［5］曾燕，邱新法，劉昌明等.1960-2000年中國蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的氣候變化特征［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2007，18 （3） ：311～318.

［6］韋華紅.影響蒸發(fā)量的主要?dú)庀笠蜃蛹罢舭l(fā)量觀測(cè)異常值成因初探 ［J］. 氣象研究與應(yīng)用， 2011，32（S2）：149，152.

［7］林正揚(yáng)，唐海榮.永興1981-2010年蒸發(fā)特征及其影響因子相關(guān)性分析［J］.氣象研究與應(yīng)用， 2012，33（4）：27～31.

［8］蘇志，涂方旭.廣西太陽總輻射的計(jì)算及分布特征［J］.廣西氣象， 2003，24（4）：32～34，45.

［9］譚斐，楊映霞.廣西地面太陽輻射分布特征以及對(duì)人體健康的影響 ［J］. 氣象研究與應(yīng)用， 2012，33 （2）：45～48，54.

［10］陳鳳娟.影響北海總輻射量大小的相關(guān)氣象要素［J］.廣西氣象， 2005，26（S2）：65～66.

［11］羅紅磊，何潔琳，李艷蘭等.氣候變化背景下影響廣西的主要?dú)庀鬄?zāi)害及變化特征 ［J］.氣象研究與應(yīng)用，2016，37（1）：10～14.

［12］孫小龍，梁珊珊，游美玲.氣候變暖背景下賀州地區(qū)水資源的變化特征 ［J］. 氣象研究與應(yīng)用， 2012，33（4）：35～37.

［13］杜春麗，沈新勇，陳渭民等.43a來我國城市氣候和太陽輻射的變化特征［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，31（2）：200～207.

［14］劉敏，沈彥俊，曾燕等.近50年中國蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)及原因［J］.地理學(xué)報(bào)，2009，64（3）：259～269.

［15］經(jīng)志梅，雷新玉.羅城近50年降水量與蒸發(fā)量變化特征［J］.氣象研究與應(yīng)用， 2012，S1：112～114.

［16］陳冰廉，潘家友，廖勝石等.廣西區(qū)域地面蒸發(fā)量的計(jì)算及其時(shí)空分布與演變特征分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（1）：29～33.

［17］ Tomas A.Spatial and temporal characteristics of potential evapotranspiration trends over China ［J］.Int J Clim.2000，20： 381～396.

［18］ Binhui Liu， Ming Xu， Mark Henderson， et al.A spatial analysis of pan evaporation trends in China，1955-2004 ［J］.J Geophys Res，2004，109： 1～ 9.

［19］ Xu J.An analysis of the climatic changes in eastern-Asia using the potential evaporation ［J］.J Soc Hydro Water Resour，2001，14： 151～ 170.

［20］ A.Romanou，B.Liepert，G.A.Schmidt，etal.20th century changes in surface solar irradiance in simulations and observations ［J］.GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS， VOL.34， L05713， 5 PP.， 2007.

［21］ PetersonT.C.， GolubevV.S.， GroismanP.Y.Evaporation losing its strength.Nature，1995，337：687～688.

［22］ Chattopadhyay N， M Hulme.Evaporat ion and potential evapotrans piration in India under conditions of recent and future climate change ［J］.Agric For Meteor，1997，87： 55～72.