電白蒸發(fā)量變化趨勢及氣象因子的通徑分析

張濤，古明媚，胡壤之

（1.茂名市電白區(qū)氣象局，廣東電白 525400；2.廣元市氣象局，四川廣元 62800）

氣候變化已成為國內外關注的熱點話題之一，根據2019年中國氣候變化藍皮書指出，全球變暖趨勢進一步持續(xù)，而我國是全球氣候變化的敏感區(qū)［1］。蒸發(fā)量作為水量平衡的重要組成部分［2］，在氣候變化中具有重要的作用。蒸發(fā)作為地球物質和能量循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是陸地和海洋大氣循環(huán)的主要物質之一，表征了水資源的時空變化分布。此外，蒸發(fā)量與水面蒸發(fā)兩者之間有很好的相關性，它也是氣候區(qū)劃和水資源評價的重要參考指標。

全球氣溫升高，大部分人都會猜測蒸發(fā)量會增大。但是美國學者，根據前蘇聯和美國的蒸發(fā)數據研究指出，過去50年期間蒸發(fā)量呈持續(xù)下降的趨勢［3］。我國對蒸發(fā)的研究也比較早［4-7］，很多學者都得出，在中國蒸發(fā)量的變化也有明顯下降的趨勢［8-10］，但我國對蒸發(fā)的研究大部分針對內陸地區(qū)，對廣東省沿海蒸發(fā)量研究比較少。電白位于廣東省西南沿海，本研究選取電白國家基準氣候站的1957—2018年的蒸發(fā)觀測資料，系統(tǒng)而全面分析蒸發(fā)量的變化特征及氣象因子的影響，對本地區(qū)水資源評價、生態(tài)研究和氣候區(qū)劃都有很好的參考意義。

1 資料與方法

1.1 資料

本研究采用數據均來自于電白國家基準氣候站1957—2018年地面觀測資料，資料均通過廣東省氣象局信息中心質量控制，其中1957—1991年采用器口直徑為20 cm小型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量，器口面積314 cm2；1992—2018年采用E-601B蒸發(fā)器，器口直徑為61.8 cm，面積為3 000 cm2。兩種觀測方法的蒸發(fā)量并不相同，之間存在折算系數K：定義為E-601B蒸發(fā)量與小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量之比。根據文獻［12］，查詢得出廣東省1—12月的折算系數K分別為0.72、0.66、0.63、0.60、0.60、0.62、0.62、0.63、0.66、0.66、0.68、0.71。因E-601B蒸發(fā)量更接近于實際蒸發(fā)量，因此把1957—1991年的蒸發(fā)數據轉換為E-601B蒸發(fā)數據進行分析處理。

1.2 方法

本研究主要通過氣候傾向率、累積距平、相關系數、變差系數、通徑分析等統(tǒng)計方法，以及M-K檢驗法，還有利用SPSS19.0軟件對數據進行處理分析。

通徑分析是研究多個變量與響應變量間線性關系的一種方法，它通過對自變量和因變量間的相關分解來研究因變量的相對重要性，能有效地表示相關變量間單一因素對結果的直接影響效應，同時兼顧兩種因素對結果的協同影響，估計出影響因子對響應變量的間接作用，從而直接比較各因素的相對重要性［13］。通徑分析分為直接通徑系數和間接通徑系數，本研究主要通過SPSS軟件實現通徑分析計算［13］。

2 結果與分析

2.1 年變化

電白近62年平均蒸發(fā)量為1 216.4 mm，變差系數為12.3%。從電白歷年總蒸發(fā)量的變化趨勢（圖1）可以看出，年總蒸發(fā)量與時間序列的擬合趨勢線通過了0.01的顯著性檢驗，表明電白蒸發(fā)量變化顯著，氣候傾向率為-3.9 mm／年，呈明顯下降趨勢，這與全國蒸發(fā)量變化趨勢相吻合。其中年最大蒸發(fā)量為1967年的1 555.7 mm，比歷年蒸發(fā)量偏多30%，最小值為2001年的932 mm，比歷年蒸發(fā)量偏少23.3%。從年代際變化可以看出（圖略），電白蒸發(fā)量呈下降又上升的趨勢，總體呈波動下降趨勢，而且減少幅度大。電白在20世紀90年代和21世紀初蒸發(fā)量達到最小值，分別為1 048.7和1 068.5 mm。

圖1 1957—2018年電白年總蒸發(fā)量變化趨勢

由累積距平曲線（圖2a）分析可知，電白近62年的蒸發(fā)量累積距平呈“一峰一谷”的交替變化，1957—1989年蒸發(fā)量累積距平曲線呈波動上升，表明這期間的蒸發(fā)量是緩慢增加的過程，是蒸發(fā)量的偏多期；1990—2010年呈下降趨勢，2010年達到最小之后又緩慢上升。根據圖2b的UF曲線可見，電白年總蒸發(fā)量在1957至1977年前后呈上升趨勢，上升的趨勢不顯著；1977年之后呈明顯下降趨勢。在0.05的顯著性水平下，根據UF和UK曲線交點的位置，可以確定電白年總蒸發(fā)量的下降是突變現象，大概是從1977年前后開始的。并且在1985年之后，UF曲線一直處于信度線之下，甚至超過了0.001的顯著性水平，表明年總蒸發(fā)量在1977年前后的下降趨勢非常明顯。

圖2 1957—2018年電白年總蒸發(fā)量累積距平（a）和M-K統(tǒng)計量曲線（b）

2.2 月和季節(jié)變化

電白1957—2018年各月蒸發(fā)量都呈下降趨勢，下降趨勢最大的為11和1月均達到-0.51 mm／年，減少最小的為3月的-0.07 mm／年。各月變差系數呈下降趨勢，但是都大于年總蒸發(fā)量變差系數12.3%，其中最大為1月27.7%，最小為10月14.6%。從電白歷年月蒸發(fā)量變化曲線（圖略）可以看出，電白蒸發(fā)量呈單峰模式變化。最大值出現在7月為131.0 mm，最小值為2月64.1 mm，最大和最小值相差50%以上。變化趨勢上2—7月為緩慢增大的過程；7月以后又波動下降；5—11月蒸發(fā)量都在100 mm以上，平均值為116.9 mm，占全年蒸發(fā)量的67%，這可能和本站在后汛期平均風速比較大有關。

為了更好分析汛期蒸發(fā)量的變化，本研究劃分1—3月為春季、4—9月為夏季、10—12月為秋季，其中 4—6月為前汛期、7—9月為后汛期［4］。4個季節(jié)蒸發(fā)量變化都比較顯著，都是下降趨勢。春季和前汛期蒸發(fā)量變化趨勢基本相同，每10年下降大致6～8 mm；后汛期和秋季變化趨勢比較一致，為每10年減少11～13 mm。蒸發(fā)量變化最顯著的是秋季（通過了0.01信度的顯著性檢驗），每10年減少13.24 mm；春季蒸發(fā)量變化最小，平均每10年減少6.59 mm（通過了0.05的顯著性檢驗）。平均蒸發(fā)量最大的為后汛期366.5 mm，占全年平均蒸發(fā)量的30%，變差系數為最小15.3%，蒸發(fā)量最小為春季219.5 mm，占全年平均蒸發(fā)量的18%，變差系數為最大26.1%。總的來說，汛期蒸發(fā)量在全年所占的比例比較大，達到55%。

3 蒸發(fā)量影響因子的通徑分析

3.1 年總蒸發(fā)量的正態(tài)性檢驗

利用SPSS19.0的分析菜單，對蒸發(fā)因變量Y進行正態(tài)分布檢驗，得出因變量Y的偏度為-0.253，接近于正態(tài)分布，為負偏態(tài)，說明蒸發(fā)量服從正態(tài)分布，可以進行回歸分析。

3.2 結果分析

影響蒸發(fā)量的氣象因子有很多，根據道爾頓蒸發(fā)定律、彭曼公式可以看出，日照時數、水汽壓、溫度、飽和差、風速等氣象要素的變化都會影響蒸發(fā)量。這些因子可以大致分為濕度因子、熱力因子和動力因子?？紤]不同氣象要素之間往往都互相影響，因此通過通徑分析來研究不同氣象要素變化與蒸發(fā)量之間的因果關系。根據相關系數分析，平均相對濕度、平均總云量、本站氣壓和降水量沒通過顯著性檢驗，故不引入研究。根據參考文獻［14-16］，本研究的氣象因子主要有X1（低云量）、X2（氣溫）、X3（日照時數）、X4（風速）、X5（氣溫年較差）等5種與蒸發(fā)量相關的氣象要素進行研究分析，其中云量反映濕度因子，氣溫、日照時數和氣溫年較差反映接受太陽總輻射的熱力因子，風速代表了動力因子。

通過表1分析看出，5種氣象因子與蒸發(fā)量變化擬合度都通過了0.01水平的顯著性檢驗。其中低云量和氣溫與蒸發(fā)量的變化呈負相關，其它3種（日照時數、風速和氣溫年較差）都呈正相關。表2是各種因子的通徑分析，主要是各種氣象因子的通徑系數，能夠表示不同氣象要素對蒸發(fā)量的直接作用和間接作用，以及它們之間的關聯。

表1 歷年蒸發(fā)量與氣象因子的直接相關系數

表2 各氣象因子通徑分析結果

分析表1和表2，各種氣象因子的直接通徑系數正負號和相關系數正負號都一致，這表明選取的氣象因子對蒸發(fā)量的影響作用是真實可信的。從相關系數上看，大小排序為X4＞X5＞X3＞X1＞X2，風速對蒸發(fā)量的影響最顯著；從通徑分析系數來看，大小排序和相關系數一樣；按決策系數排序為X4＞X5＞X2＞X1＞X3。通過比較可以看出，風速和氣溫年較差對蒸發(fā)量的影響起主要決定性作用，間接作用也是最小的。而日照時數的間接作用是最大的，為0.366，說明其它氣象要素通過日照時數對蒸發(fā)量的間接作用最明顯。從表2還可以反映出，其它因子通過低云量和氣溫對蒸發(fā)起到限制性作用，通過低云量限制性因子最大的為風速（-0.130），氣溫限制性因子最大的為氣溫年較差（-0.109）；而在起增進作用方面，協助日照時數對蒸發(fā)量起最大增進作用的是風速，其次是低云量。分析表明，風速和氣溫年較差主要是通過直接作用的影響，間接作用比較小，對蒸發(fā)量起到增進作用；低云量和氣溫直接作用和間接作用各50%左右，對蒸發(fā)量起到限制性作用；日照時數對蒸發(fā)量的增進作用主要是來自其它氣象因子的間接作用。剩余通徑系數為0.254，說明還有其它因子影響蒸發(fā)量沒有考慮，需要更進一步的研究。

4 結論

1）電白62年年平均蒸發(fā)量為1 216.4 mm，蒸發(fā)量呈明顯的下降趨勢，線性傾向率為-3.927 mm／年，變差系數為12.3%；年代際變化中20世紀90年代和21世紀初蒸發(fā)量達到最小值；

2）1957—1989年蒸發(fā)量累積距平曲線呈波動上升，表明這期間的蒸發(fā)量是緩慢增加的過程，是蒸發(fā)量的偏多期；1990—2010年呈下降趨勢，2010年達到最小之后又緩慢上升的。根據UF和UK曲線交點的位置，確定電白年總蒸發(fā)量的下降是突變現象，大概是從1977年前后開始。

3）電白蒸發(fā)量月平均變化呈單峰模式，歷年月平均最大為7月，最小為2月，下降趨勢最大的為11和1月，均為-0.51 mm／年，減少最小為3月-0.07 mm／年。

4）季節(jié)變化上，4季蒸發(fā)量都呈下降趨勢，蒸發(fā)量變化最顯著的是秋季，春季蒸發(fā)量變化最??；平均蒸發(fā)量最大的為后汛期的366.5 mm。

氣象因子對蒸發(fā)量的影響，風速是影響蒸發(fā)量的主要因子，起決定性的作用。其中風速和氣溫年較差主要是通過直接作用的影響，間接作用比較小，對蒸發(fā)量起到增進作用；低云量和氣溫直接作用和間接作用各一半左右，對蒸發(fā)量起到限制性作用；日照時數對蒸發(fā)的增進作用主要是來自其它氣象因子的間接作用。