延河流域潛在蒸散發(fā)的時(shí)空變化特征

羅 宇, 穆興民,3, 尹殿勝, 高 鵬,3, 趙廣舉,3, 邱德勛

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100; 4.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽 合肥 230601)

水循環(huán)系統(tǒng)在氣候變化的影響下發(fā)生了顯著變化[1]。蒸散發(fā)是水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，聯(lián)系著水量和能量的平衡，氣候變化影響下蒸散發(fā)的變化成為了研究焦點(diǎn)。潛在蒸散發(fā)(potential evapotranspiration， ET0)指下墊面供水條件不受限制時(shí)的蒸散量[2]，是決定流域干濕情況的重要因子之一。深入研究潛在蒸散發(fā)的時(shí)空特征，有助于理解水文過程對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，可為潛在蒸散發(fā)變化原因的研究奠定基礎(chǔ)，為區(qū)域生態(tài)需水和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

常用的潛在蒸散發(fā)估算方法有Hargreaves[3]、Priestley-Taylor[4]、Hamon[5]、Thomthwaite[6]、Rohwer[7]、Penman-Monteith方法[2]。其中世界糧農(nóng)組織(FAO)推薦的Penman-Monteith方法是計(jì)算ET0的常用公式，它綜合考慮了能量平衡和空氣動(dòng)力學(xué)原理，具有較強(qiáng)的物理意義，在濕潤(rùn)和干旱地區(qū)的潛在蒸散發(fā)估算中均具有較高的精度，得到了廣泛的應(yīng)用[8]。尹云鶴等[1]基于Penman-Monteith方法對(duì)我國(guó)潛在蒸散發(fā)的時(shí)空演變規(guī)律及原因進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)潛在蒸散發(fā)整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，潛在蒸散發(fā)變化的主導(dǎo)因子是風(fēng)速，但不同時(shí)間尺度上的潛在蒸散發(fā)變化趨勢(shì)及主導(dǎo)因素均具有差異。目前蒸散互補(bǔ)、太陽輻射、風(fēng)速減少等理論可作為解釋大部分蒸散變化的基礎(chǔ)，但是不同時(shí)空蒸散變化原因還需深入研究。童瑞等[9]利用可變下滲能力模型VIC(variable infiltration capacity)計(jì)算黃河流域潛在蒸散發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)黃河流域潛在蒸散發(fā)整體呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)，但空間差異顯著；黃河流域各河段蒸散變化的主導(dǎo)因素不同，上游主要是能量的影響較大，中下游則是水量的供應(yīng)。鐘巧等[10]利用Penman-Monteith公式計(jì)算博斯騰湖流域山區(qū)和平原的潛在蒸散發(fā)，并對(duì)山區(qū)和平原的潛在蒸散發(fā)的變化趨勢(shì)和主導(dǎo)因子研究發(fā)現(xiàn)，山區(qū)潛在蒸散發(fā)呈上升趨勢(shì)且主導(dǎo)因子是凈輻射和風(fēng)速，平原潛在蒸散發(fā)呈下降趨勢(shì)且風(fēng)速對(duì)潛在蒸散發(fā)變化的貢獻(xiàn)最大。韓松俊等[11]對(duì)塔里木河山區(qū)和綠洲潛在蒸散發(fā)研究發(fā)現(xiàn)，兩者蒸散量均呈下降趨勢(shì)，但導(dǎo)致蒸散量變化的因子不同，山區(qū)主要受輻射和風(fēng)速的影響，綠洲受風(fēng)速影響最為顯著。趙捷等[12]研究表明，黑河流域多年潛在蒸散發(fā)年值和季節(jié)值整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，說明黑河流域可能存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。綜合當(dāng)前研究可知，不同區(qū)域潛在蒸散發(fā)的變化趨勢(shì)以及導(dǎo)致蒸散量變化的主導(dǎo)因子具有時(shí)空差異，還需深入探究。此外全球長(zhǎng)期變暖的背景下，潛在蒸散發(fā)卻呈下降趨勢(shì)的“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象[13]普遍存在于我國(guó)大部分地區(qū)，該現(xiàn)象的主導(dǎo)因素引起了學(xué)者們的廣泛研究?！罢舭l(fā)悖論”現(xiàn)象的主導(dǎo)因素具有時(shí)空差異，且相同因素不同變化的組合也會(huì)導(dǎo)致潛在蒸散的變化[12-11,14-15]。因此不同區(qū)域不同時(shí)間“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主導(dǎo)因子需深入研究。延河流域是黃土高原丘陵溝壑區(qū)的典型流域，20世紀(jì)90年代以來氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)其水文循環(huán)過程產(chǎn)生了劇烈影響，深入了解ET0的時(shí)空變化特征對(duì)延河流域水資源的合理配置有重要意義。為此，本文以延河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用Penman-Monteith方法計(jì)算ET0，對(duì)延河流域潛在蒸散發(fā)的時(shí)空特征及其與氣象因子的相關(guān)性進(jìn)行研究，揭示不同時(shí)間、不同區(qū)域下氣象因子對(duì)潛在蒸散發(fā)的影響，為研究氣候變化對(duì)水文過程的影響提供科學(xué)參考，為延河流域乃至黃土高原水資源管理提供理論支持。

1 研究區(qū)概況

延河流域位于陜西省北部，是黃河中游區(qū)段的一級(jí)支流，發(fā)源于靖邊縣天賜灣鄉(xiāng)周山，流經(jīng)志丹、安塞、寶塔、延長(zhǎng)等4個(gè)縣(市)區(qū)，在延長(zhǎng)縣南河溝鄉(xiāng)涼水岸附近匯入黃河，全長(zhǎng)286.9 km，流域總面積7 725 km2。延河流域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季溫涼，冬季寒冷干燥[16]。多年平均降水量為520 mm左右，平均蒸發(fā)量為897.7～1 678 mm，平均溫度為8.8～10.2 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為2 450 h[17]。延河流域是黃土高原水土流失治理的重點(diǎn)區(qū)域，近年來隨著生態(tài)治理工程的實(shí)施，區(qū)域水文循環(huán)過程發(fā)生著重要的變化。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù) 據(jù)

本文氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)，包括逐日降水量(P)、日平均溫度(T)、日最高溫度(T-max)、日最低溫度(T-mix)，10 m高風(fēng)速(U10)、日照時(shí)數(shù)(n)、日平均相對(duì)濕度等(RH)，其中10 m高風(fēng)速需轉(zhuǎn)換成2 m高風(fēng)速(U2)再帶入Penman-Monteith公式，所有數(shù)據(jù)的時(shí)間序列均為1978—2017年。選取的控制水文站為甘谷驛站，氣象站點(diǎn)為志丹、安塞、延安、子長(zhǎng)、延川、延長(zhǎng)、甘泉站。氣象站和甘谷驛站的分布情況如圖1所示，各站點(diǎn)氣象因子基本情況詳見表1。本文由逐日氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出各氣象站點(diǎn)的日潛在蒸散發(fā)量，再統(tǒng)計(jì)月、季節(jié)、年尺度的潛在蒸散發(fā)，并通過ArcGIS對(duì)各站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到延河流域潛在蒸散發(fā)的空間分布特征。

圖1 延河流域氣象站、水文站分布

表1 延河流域1978-2017年基本情況

2.2 研究方法

2.2.1 潛在蒸散發(fā)的計(jì)算方法 本文采用大多研究作為標(biāo)準(zhǔn)[8,18-19]的Penman-Monteith方法計(jì)算潛在蒸散發(fā)，其計(jì)算公式為：

式中：ET0為潛在蒸散發(fā)量(mm);Rn為地表凈輻射〔MJ/(mm2·d)〕;G為土壤熱通量〔MJ/(mm2·d)〕;γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃);λ為汽化潛熱(MJ/kg);T為平均溫度(℃);U2為2 m高風(fēng)速(m/s);es為飽和水氣壓(kPa);ea為實(shí)際水氣壓(kPa); Δ為飽和水氣壓表示溫度曲線斜率(kPa/℃)。各參數(shù)具體計(jì)算方法詳見參考文獻(xiàn)[2]。

2.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法 本文采用反距離加權(quán)法(inverse distance weighting， IDW)[20]對(duì)延河流域7個(gè)站點(diǎn)的潛在蒸散發(fā)值進(jìn)行空間插值得到延河流域潛在蒸散發(fā)的空間特征，采用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法(M-K)[21]、Pettitt檢驗(yàn)進(jìn)行突變分析[22]分析延河流域1978—2017年潛在蒸散發(fā)的時(shí)空變化特征，并運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析[23]探討不同時(shí)間尺度(年和季節(jié))、不同區(qū)域引起潛在蒸散發(fā)變化的因子。

3 結(jié)果與分析

3.1 潛在蒸散發(fā)的時(shí)間特征

延河流域1978—2017年潛在蒸散量變化曲線如圖2所示。延河流域多年平均潛在蒸散量為923.53 mm，波動(dòng)范圍為846.47～1 008.81 mm；潛在蒸散量隨年序呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，上升速率為1.14 mm/a，通過M-K趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)潛在蒸散發(fā)的上升趨勢(shì)通過了90%顯著性檢驗(yàn)。采用Pettitt方法分析潛在蒸散發(fā)變化的臨界年份，結(jié)果如圖3所示，1996年以來延河流域潛在蒸散表現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)。對(duì)延河流域多年序列月尺度、季節(jié)尺度潛在蒸散量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析(圖4—5)。延河流域月潛在蒸散量呈單峰分布，高值月份出現(xiàn)于5—7月。季節(jié)上，潛在蒸散量表現(xiàn)為：夏季>春季>秋季>冬季，秋季呈下降趨勢(shì)，下降速率為0.03 mm/a；夏季、春季、冬季的潛在蒸散量呈上升趨勢(shì)，上升速率分別為0.35，0.59和0.24 mm/a，其中春季、冬季的變化趨勢(shì)分別通過了90%，95%顯著性檢驗(yàn)。

圖2 延河流域1978-2017年潛在蒸散發(fā)變化特征 圖3 延河流域潛在蒸散發(fā)Pettitt檢測(cè)

圖4 延河流域潛在蒸散發(fā)月變化特征 圖5 延河流域潛在蒸散發(fā)季節(jié)變化特征

3.2 潛在蒸散發(fā)的空間特征

延河流域1978—2017年潛在蒸散發(fā)的空間分布規(guī)律如圖6所示。由圖6可知，流域潛在蒸散發(fā)呈現(xiàn)由西向南增加再向東南減少的趨勢(shì)，最大蒸散量(978.00 mm)在延安站，最小蒸散量(861.55 mm)在志丹站。

圖6 延河流域潛在蒸散發(fā)空間分布特征

延河流域各站點(diǎn)潛在蒸散發(fā)變化趨勢(shì)及變化率如圖7所示，甘泉站潛在蒸散發(fā)呈下降趨勢(shì)，其他站點(diǎn)均呈現(xiàn)上升。其中子長(zhǎng)站、志丹站、延安站、延川站的上升趨勢(shì)均通過了95%顯著性檢驗(yàn)，延長(zhǎng)站潛在蒸散發(fā)的上升趨勢(shì)通過了90%顯著性檢驗(yàn)。延河流域潛在蒸散量變化率呈現(xiàn)東南高西北低的分布規(guī)律，延安站潛在蒸散發(fā)變化率最大，安塞站的變化率最低?？梢姡镜ふ菊羯⒘啃〉亲兓俾蚀?。

圖7 延河流域潛在蒸散發(fā)變化趨勢(shì)及變化率空間分布特征

3.3 影響因素分析

通過分析氣象因子各季節(jié)的變化趨勢(shì)與變化率及其與ET0的相關(guān)關(guān)系，對(duì)延河流域各季節(jié)潛在蒸散發(fā)變化的原因進(jìn)行探究(表2)。由表2可知，在年尺度上，平均溫度、日照時(shí)數(shù)、降雨量呈上升趨勢(shì)，其中平均溫度的趨勢(shì)通過了99%顯著性檢驗(yàn)，變化率最大的氣象因子是降雨量；相對(duì)濕度、氣壓、2 m高風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中氣壓的下降趨勢(shì)通過了99%顯著性檢驗(yàn)，變化率最大的是相對(duì)濕度。從季節(jié)上看，延河流域四季的平均溫度均呈通過了90%以上顯著性檢驗(yàn)的上升趨勢(shì)，四季氣壓均呈通過了99%顯著性檢驗(yàn)的下降趨勢(shì)。日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、2 m高風(fēng)速和降雨量的四季變化趨勢(shì)和變化率具有顯著差異，日照時(shí)數(shù)在春季和冬季呈上升趨勢(shì)，在夏季和秋季呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中日照時(shí)數(shù)在春季和秋季的變化趨勢(shì)分別通過了90%，95%顯著性檢驗(yàn)且變化率較大；相對(duì)濕度在春季和夏季呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在秋季和冬季呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度在春季的變化率最大，冬季最小；2 m高風(fēng)速在春季呈下降趨勢(shì)，其他3季均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中冬季的趨勢(shì)通過了95%顯著性檢驗(yàn)，不同季節(jié)間2 m高風(fēng)速的變化率差異較??；降雨量在夏季呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其他3季均呈上升趨勢(shì)，其中冬季的上升趨勢(shì)通過了90%顯著性檢驗(yàn)，秋季降雨量的變化率最大。

表2 延河流域氣象因子季節(jié)變化MK趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與變化率 mm/a

表3是延河流域各季節(jié)潛在蒸散發(fā)與氣象因子相關(guān)性分析的結(jié)果。從年尺度看，延河流域潛在蒸散發(fā)的增加與平均溫度、日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)最大的是日照時(shí)數(shù)(0.84)；與相對(duì)濕度、氣壓、降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，分別通過了0.01，0.05，0.05顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)最大的是相對(duì)濕度(0.72)。從季節(jié)上看，春季平均溫度、日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速與潛在蒸散發(fā)的增加為正相關(guān)，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)最大的日照時(shí)數(shù)(0.94)；相對(duì)濕度、氣壓、降雨量與潛在蒸散發(fā)的增加為負(fù)相關(guān)，分別通過了0.01，0.05，0.01顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)最大的是相對(duì)濕度(0.84)；結(jié)合表3分析可知，延河流域春季蒸散量的增加是由平均溫度、日照時(shí)數(shù)的上升以及相對(duì)濕度、氣壓、降水量的下降綜合導(dǎo)致的，主導(dǎo)因子是日照時(shí)數(shù)。夏季潛在蒸散量的變化是由平均溫度、2 m高風(fēng)速的上升以及相對(duì)濕度、氣壓、降水量的下降引起的，在該氣象因子變化趨勢(shì)組合下，日照時(shí)數(shù)仍是潛在蒸散發(fā)變化的主導(dǎo)因子。秋季，潛在蒸散發(fā)與平均溫度、氣壓的相關(guān)關(guān)系未通過顯著性檢驗(yàn)；日照時(shí)數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，相對(duì)濕度呈上升趨勢(shì)，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)；秋季潛在蒸散量的下降趨勢(shì)主要是日照時(shí)數(shù)的下降、相對(duì)濕度和降雨量的上升綜合導(dǎo)致的，該氣象因子變化趨勢(shì)組合下主導(dǎo)因子是相對(duì)濕度。冬季潛在蒸散量的變化與平均溫度、2 m高風(fēng)速的正相關(guān)關(guān)系分別通過了0.05，0.01顯著性檢驗(yàn)，與降雨量呈現(xiàn)不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；冬季日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、降水量均呈上升趨勢(shì)，該組合下與潛在蒸散發(fā)變化最為相關(guān)的因子是日照時(shí)數(shù)，且相對(duì)濕度、降水量的上升趨勢(shì)并未造成潛在蒸散量的顯著減少。一年中春季平均溫度、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、2 m高風(fēng)速的變化率均是四季中較高的，這可能是春季潛在蒸散發(fā)增加速率最大的原因。綜上，延河流域各季節(jié)潛在蒸散發(fā)與氣象因子相關(guān)性具有顯著差異，同一氣象因子在不同的季節(jié)對(duì)潛在蒸散發(fā)的影響具有差異，氣象因子不同變化趨勢(shì)的組合對(duì)潛在蒸散發(fā)的影響不同。

表3 延河流域潛在蒸散發(fā)季節(jié)變化與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

通過分析延河流域各站點(diǎn)氣象因子的變化趨勢(shì)與變化率及其與潛在蒸散發(fā)的相關(guān)關(guān)系，對(duì)延河流域潛在蒸散發(fā)空間變化的原因進(jìn)行探究。如表4所示，子長(zhǎng)站平均溫度、相對(duì)濕度、2 m高風(fēng)速、降雨量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)、氣壓呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中平均溫度、氣壓的變化趨勢(shì)通過了99%顯著性檢驗(yàn)，2 m高風(fēng)速的變化趨勢(shì)通過了95%顯著性檢驗(yàn)，所有氣象因子中變化率最大的是降雨量。志丹站平均溫度、氣壓的變化趨勢(shì)分別通過了99%，95%顯著性檢驗(yàn)，日照時(shí)數(shù)呈通過了90%顯著性檢驗(yàn)的上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度、2 m高風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，變化率最大的因子是日照時(shí)數(shù)。

表4 延河流域各站點(diǎn)氣象因子變化M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與變化率

安塞站各氣象因子變化趨勢(shì)與志丹站相同，但安塞站日照時(shí)數(shù)的上升趨勢(shì)沒有通過顯著性檢驗(yàn)，2 m高風(fēng)速的下降趨勢(shì)通過了99%的顯著性檢驗(yàn)，變化率最大的因子是日照時(shí)數(shù)。延安站平均溫度、日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，分別通過了99%，90%的顯著性檢驗(yàn)；相對(duì)濕度、氣壓、2 m高風(fēng)速、降雨量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中前三者的趨勢(shì)分別通過了95%，99%，90%顯著性檢驗(yàn)，日照時(shí)數(shù)是變化率最大的因子。甘泉站平均溫度、降雨量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、氣壓、2 m高風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中氣壓、2 m高風(fēng)速的變化趨勢(shì)分別通過了95%，99%顯著性檢驗(yàn)。延川站平均溫度、2 m高風(fēng)速、降雨量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，氣壓、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中平均溫度、氣壓的變化趨勢(shì)通過了99%顯著性檢驗(yàn)，2 m高風(fēng)速的上升趨勢(shì)通過了95%的顯著性檢驗(yàn)。延長(zhǎng)站各氣象因子的變化趨勢(shì)和延川站一樣，但顯著性水平有不同，其中平均溫度的上升趨勢(shì)未通過顯著檢驗(yàn)，日照的下降趨勢(shì)通過了90%顯著性檢驗(yàn)?？梢姡雍恿饔騼?nèi)各氣象因子的變化趨勢(shì)和變化率具有顯著的空間異質(zhì)性。

表5是延河流域各站點(diǎn)潛在蒸散發(fā)與氣象因子的相關(guān)性分析結(jié)果。對(duì)潛在蒸散發(fā)增加有著正作用的是平均溫度、日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速，有負(fù)作用的是相對(duì)濕度、氣壓、降雨量；在不同的站點(diǎn)，氣象因子與潛在蒸散發(fā)的相關(guān)關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果具有差異。各站點(diǎn)潛在蒸散發(fā)與平均溫度、日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，通過了0.01顯著性檢驗(yàn)；與相對(duì)濕度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。子長(zhǎng)站、延安站、甘泉站的潛在蒸散發(fā)與氣壓的負(fù)相關(guān)關(guān)系未通過顯著性檢驗(yàn)，安塞站、延安站的潛在蒸散發(fā)與2 m高風(fēng)速的正相關(guān)關(guān)系未通過顯著性檢驗(yàn)，降水量與潛在蒸散發(fā)的負(fù)相關(guān)關(guān)系僅有安塞站和甘泉站通過了顯著性檢驗(yàn)(顯著性水平分別為0.05，0.01)。除延長(zhǎng)站外，延河流域其他站點(diǎn)均與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大。可見，氣象因子對(duì)延河流域潛在蒸散發(fā)影響的程度具有空間異質(zhì)性。結(jié)合各站氣象因子的變化趨勢(shì)、變化率綜合分析可得，子長(zhǎng)站潛在蒸散發(fā)在日照時(shí)數(shù)下降、相對(duì)濕度和降水量上升的變化組合下呈上升趨勢(shì)，且主導(dǎo)因子是日照時(shí)數(shù)；志丹站溫度和日照時(shí)數(shù)的上升趨勢(shì)、相對(duì)濕度和氣壓的下降趨勢(shì)抵消了風(fēng)速和降水量對(duì)潛在蒸散減少作用，因此該站點(diǎn)潛在蒸散發(fā)仍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；安塞站氣象因子的變化趨勢(shì)與志丹類似，潛在蒸散發(fā)也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但安塞站的潛在蒸散發(fā)高于志丹站，這可能是該氣象因子變化趨勢(shì)組合中降水量的上升速率較小的緣故；延安站只有2 m高風(fēng)速的下降對(duì)潛在蒸散發(fā)有減少作用，其他氣象因子均對(duì)蒸散量有增加作用，在該變化趨勢(shì)組合下，延安站成為延河流域潛在蒸散量最大的區(qū)域；甘泉站日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速和降水量對(duì)潛在蒸散發(fā)減少作用大于溫度、相對(duì)濕度、氣壓的增加作用，在該變化趨勢(shì)組合下，甘泉站潛在蒸散發(fā)呈下降趨勢(shì)；延川站與甘泉站不同的是，延川站2 m高風(fēng)速呈現(xiàn)顯著上趨勢(shì)，導(dǎo)致延川站在該變化組合下潛在蒸散發(fā)呈上升趨勢(shì)；延長(zhǎng)站潛在蒸散發(fā)也呈上升趨勢(shì)，但與延川站不同的是，延長(zhǎng)站相對(duì)濕度呈上升趨勢(shì)，這可能是延長(zhǎng)站蒸散量低于延川站的原因，且該變化趨勢(shì)組合下平均溫度成為蒸散變化的主導(dǎo)因子。綜上可得，延河流域潛在蒸散發(fā)的變化與日照時(shí)數(shù)最為相關(guān)，同一氣象因子對(duì)潛在蒸散發(fā)的影響程度具有空間差異，氣象因子不同變化趨勢(shì)的組合對(duì)蒸散發(fā)的影響具有顯著差異。

表5 延河流域潛在蒸散發(fā)與氣象因子相關(guān)系數(shù)的空間特征

4 討 論

氣象因子對(duì)潛在蒸散發(fā)的影響程度在不同季節(jié)、不同區(qū)域具有顯著差異[1,9-10,12]。本研究發(fā)現(xiàn)延河流域1978—2017年潛在蒸散發(fā)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，造成該趨勢(shì)的主導(dǎo)因子是平均溫度、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度。延河流域秋季的潛在蒸散發(fā)呈下降趨勢(shì)，通過對(duì)同期氣象因子的變化趨勢(shì)及其與潛在蒸散發(fā)的相關(guān)性進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)，秋季潛在蒸散發(fā)與平均溫度的正相關(guān)關(guān)系不顯著，與氣壓的負(fù)相關(guān)關(guān)系不顯著，與日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速的正相關(guān)關(guān)系顯著，與相對(duì)濕度、降水量的負(fù)相關(guān)關(guān)系顯著，且相對(duì)濕度的相關(guān)系數(shù)最大，可知延河流域平均溫度和氣壓的顯著變化趨勢(shì)并未對(duì)秋季潛在蒸散發(fā)產(chǎn)生顯著的影響，秋季潛在蒸散發(fā)的下降趨勢(shì)由相對(duì)濕度、降水量的上升趨勢(shì)以及日照時(shí)數(shù)的下降趨勢(shì)導(dǎo)致，因此延河流域秋季潛在蒸散發(fā)對(duì)水分較為敏感。這與童瑞等[9]發(fā)現(xiàn)黃河中下游蒸散發(fā)主要受水量供應(yīng)條件影響的研究結(jié)果類似。

延河流域潛在蒸散發(fā)空間差異顯著，甘泉站潛在蒸散發(fā)在平均溫度的上升趨勢(shì)下呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，由此推斷甘泉地區(qū)存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象?！罢舭l(fā)悖論”現(xiàn)象是一個(gè)熱點(diǎn)話題，該現(xiàn)象普遍存在于我國(guó)大部分地區(qū)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，黑河流域[12]、青藏高原[14]、長(zhǎng)江流域[15]的“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象分別由風(fēng)速、輻射和風(fēng)速、輻射和溫度導(dǎo)致；塔里木河流域[11]則主要由輻射和風(fēng)向引起，但在不同區(qū)域受輻射和風(fēng)向的影響程度不同；黃河流域上中下游各河段均存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象，且日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度或風(fēng)速等因子可能是黃河流域“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主導(dǎo)因子[25]?？偟目磥恚瑴囟?、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速、降水量等氣象因子都可能成為“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主導(dǎo)因素，“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象的主導(dǎo)因素具有時(shí)空差異，而且相同因素不同變化的組合也會(huì)導(dǎo)致潛在蒸散的變化[1,12]。本研究中甘泉站潛在蒸散發(fā)的變化與日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速、降水量的相關(guān)關(guān)系均通過了顯著性檢驗(yàn)，從簡(jiǎn)單的相關(guān)角度分析可得，甘泉地區(qū)的“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象主要由日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速的下降和降水量的上升綜合導(dǎo)致；且相對(duì)而言，甘泉站相對(duì)濕度和氣壓下降的變化率比其他站小，相對(duì)濕度和氣壓在某種意義上也對(duì)蒸散量的減少具有作用。因此，導(dǎo)致蒸發(fā)悖論現(xiàn)象的原因很復(fù)雜，有待進(jìn)一步的定量研究。

5 結(jié) 論

(1) 延河流域多年平均潛在蒸散量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但潛在蒸散發(fā)變化趨勢(shì)、變化率具有時(shí)空差異。

(2) 延河流域氣象因子的變化趨勢(shì)、變化率具有顯著的時(shí)空差異，同一氣象因子與潛在蒸散發(fā)變化的相關(guān)性具有時(shí)空差異，氣象因子不同變化趨勢(shì)的組合對(duì)蒸散發(fā)的影響具有顯著差異。總的來說，潛在蒸散發(fā)的變化與平均溫度、日照時(shí)數(shù)與相對(duì)濕度顯著相關(guān)，與日照時(shí)數(shù)最為相關(guān)。

(3) 延河流域局部存在蒸發(fā)悖論現(xiàn)象，主要由日照時(shí)數(shù)、2 m高風(fēng)速的下降和降水量的上升綜合導(dǎo)致，但是氣壓、相對(duì)濕度等氣象因子的影響也很重要。