華北平原參考作物蒸散量變化特征及氣候影響因素

華北平原參考作物蒸散量變化特征及氣候影響因素劉園;王穎;楊曉光【摘要】參考作物蒸散量是估算作物需水量的關(guān)鍵因子，對指導(dǎo)農(nóng)田灌溉是有十分重要的現(xiàn)實意義.在氣候變化的背景下，利用Penman-Monteith方法，計算華北平原典型站點1961-2007年逐日參考作物蒸散量，并從能量平衡和動力學(xué)角度對其分解,分析年際變化和季節(jié)變化特征;結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法，研究影響參考作物蒸散量及其構(gòu)成項變化的主次氣候因子，為該區(qū)農(nóng)田水分管理提供更有效的科學(xué)指導(dǎo).研究結(jié)果表明:在華北平原全區(qū)溫度顯著上升、日照時數(shù)，相對濕度,平均風(fēng)速呈顯著下降的背景下，絕大部分站點參考作物蒸敞最及構(gòu)成項呈顯著下降趨勢.夏季的參考作物蒸散量和輻射項值相對最高，冬季值最低;春季的空氣動力學(xué)項值相對比例最高.輻射項與空氣動力學(xué)項年際間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,春夏兩季之間呈不顯著正相關(guān)趨勢，秋冬兩季呈不顯著負(fù)相關(guān)趨勢.輻射項的變化主要受日照時數(shù)、風(fēng)速及溫度的影響，其中風(fēng)速的貢獻(xiàn)是負(fù)效應(yīng);空氣動力學(xué)項的變化主要受風(fēng)速、相對濕度及平均溫度的影響，相對濕度的貢獻(xiàn)是負(fù)效應(yīng).參考作物蒸散最的變化主要受日照時數(shù)、相對濕度、溫度日較差和風(fēng)速的綜合影響.此外，降水與其呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,下降幅度略高于參考作物蒸散量的變化幅度.【期刊名稱】《生態(tài)學(xué)報》【年(卷)，期】2010(030)004【總頁數(shù)】10頁(P923-932)【關(guān)鍵詞】華北平原;參考作物蒸散量;Penman-Monteith公式;影響因子【作者】劉園;王穎;楊曉光【作者單位】中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193;中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193【正文語種】中文參考作物蒸散量既是熱量平衡的重要組成分量，也是水分平衡的重要組成分量，歷來是多個領(lǐng)域研究的熱點問題之一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，參考作物蒸散量不僅是計算作物需水量的重要依據(jù)，也是指導(dǎo)合理灌溉的重要參數(shù)之一［1-3］。目前，計算參考作物蒸散量多采用FAO于1998年推薦的Penman-Monteith方法，該方法計算準(zhǔn)確度較高［4-6］，因其僅受當(dāng)?shù)貧夂驐l件、海拔的影響，應(yīng)用范圍較為廣泛［7-12］。近幾十年來，在全球氣候變化的大背景下［13］，不僅實際觀測的蒸散量、蒸發(fā)量有較大變化，而且基于氣候資料計算的參考作物蒸散量也不斷變化。Hulme等［14］認(rèn)為溫度升高會促進潛在蒸發(fā)增加，但近50年來全球?qū)嶋H蒸發(fā)量除個別地區(qū)升高外大部分地區(qū)呈下降趨勢，且不同地區(qū)的變化原因不同［15］。北半球云量加厚，相對濕度增加及輻射減少是造成美國、前蘇聯(lián)和印度等地區(qū)潛在蒸發(fā)下降的主要原因［16-17］；南半球云量和氣溶膠濃度的增加同樣造成澳大利亞和新西蘭地區(qū)潛在蒸發(fā)下降［18］。相反，Cohen等［19］發(fā)現(xiàn)以色列地區(qū)過去30多年實際蒸發(fā)量升高且夏季變化不顯著，主要受水汽壓差和風(fēng)速增加的影響。同樣，我國參考作物蒸散量在過去幾十年中的變化趨勢非常明顯［20-24］。各區(qū)域參考作物蒸散量呈下降趨勢［25］；而黃土高原地區(qū)整體變化趨勢不明顯［26］；北京、河北、山東和安徽等地的參考作物蒸散量不同程度的下降［27-28］，這些變化與當(dāng)?shù)厝照諘r數(shù)，風(fēng)速及相對濕度等氣候要素的變化密不可分。不同區(qū)域的氣候要素特征不同，在計算參考作物蒸散量的過程中所起的貢獻(xiàn)不同，各地區(qū)參考作物蒸散量的變化特征也不完全相同，但任何變化都將對農(nóng)田水分平衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此，綜合評價各氣候要素在不同時期內(nèi)對參考作物蒸散量的影響和作用，是準(zhǔn)確估算作物需水量的前提。華北平原地處東亞季風(fēng)帶，不僅是我國氣候敏感區(qū)之一，也是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一［2］。該區(qū)域的水資源虧缺制約了農(nóng)業(yè)發(fā)展，也影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境［29］，鑒于此水資源供需狀況及變化特征備受關(guān)注［30］。參考作物蒸散量是區(qū)域作物需水量的基礎(chǔ)參數(shù)，準(zhǔn)確的估算和科學(xué)客觀的分析，是衡量作物需水量的關(guān)鍵，是制定灌溉決策和水資源優(yōu)化配置的重要依據(jù)和基礎(chǔ)，為農(nóng)業(yè)合理用水和科學(xué)灌溉提供可靠支撐。本文采用FAO推薦的Penman-Monteith方法，利用華北平原典型站點1961-2007年逐日氣象資料計算參考作物蒸散量；并從能量平衡和動力學(xué)的角度分解參考作物蒸散量，分析其年際變化和季節(jié)變化特征，研究不同時間尺度上參考作物蒸散量各構(gòu)成項之間的相關(guān)關(guān)系；基于氣候變化的背景，明確影響參考作物蒸散量及其構(gòu)成項——輻射項和空氣動力學(xué)項變化的主要氣象因子和次要氣象因子。1研究地區(qū)與研究方法1.1資料來源華北平原地處我國中緯度地帶，屬溫帶大陸性季風(fēng)區(qū)。光熱資源豐富，雨熱同季，降水量的年際變化大且多集中于7—8月份。主要種植制度為一年兩熟。圖1華北平原典型氣象站分布Fig.1LocationsoftypicalmeteorologicalstationsacrosstheNorthChinaPlain注：荷澤站和淄博站自1995年業(yè)務(wù)分另U由定陶站（緯度35。06',經(jīng)度115。33'，海拔50.5m）和淄川站（緯度36°38’，經(jīng)度117。57’，海拔95m）替代，1995—2007年氣象數(shù)據(jù)為后者提供本文根據(jù)區(qū)域內(nèi)氣候分布特征，并參考行政區(qū)劃，在全區(qū)選取9個氣象站點進行分析，其中，河北省2個（黃驊和石家莊），河南省4個（盧氏、南陽、新鄉(xiāng)和信陽）,山東省3個（荷澤、淄博，萊陽）。典型站點選擇的依據(jù)是：（1）所選站點均勻分布于華北平原，溫度和降水量等氣象要素從南到北遞減，基本能代表各氣候要素的傾向率變化區(qū)域；(2)所選站點為國家氣象局的基準(zhǔn)站點，從建站至今數(shù)據(jù)記錄較完整，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高；(3)所選站點主體種植制度是冬小麥和夏玉米一年兩熟。氣象資料來自于中國氣象局，為1961—2007年47a逐日氣象資料，包括：平均溫度，最高氣溫，最低氣溫，降水量，日照時數(shù)，平均相對濕度及平均風(fēng)速。所選站點分布見圖1。1.2研究方法1.2.1參考作物蒸散量計算方法參考作物蒸散量(ET0)為假設(shè)作物高度為0.12m，葉面阻力為常數(shù)70sm-1，地面反射率為0.23條件下的蒸散量，即高度一致，生長旺盛且完全覆蓋的開闊地表，土壤水充分滿足情況下的蒸散量。本文采用FAO于1998年推薦的Penman-Monteith公式計算參考作物蒸散量，從能量平衡和動力學(xué)兩方面分析并將其分解為輻射項(ETrad)和空氣動力學(xué)項(ETaero)，具體公式如下［31］：ET0=ETrad+ETaero(1)(2)(3)式中,ET0為參考作物蒸散量(mmd-1)，ETrad為輻射項(mmd-1)，ETaero為空氣動力學(xué)項(mmd-1),A為水汽壓對溫度的斜率(kPa。。1),Rn為到達(dá)作物表面的凈輻射(MJm-2d-1),G為土壤熱通量密度(MJm-2d-1)(本文忽略不計)，y為干濕球常數(shù)，t為2m高處空氣溫度(。Q,U2為2m高處風(fēng)速(ms-1),ed為飽和水汽壓(kPa),ea為實際水汽壓(kPa)。1.2.2統(tǒng)計方法本文利用MicrosoftExcel和SPSS統(tǒng)計軟件，采用Pearson相關(guān)分析，偏相關(guān)分析及線性回歸等方法進行統(tǒng)計分析，并進行顯著性檢驗。2結(jié)果與分析2.1氣候要素變化特征1961-2007年典型站點各氣候要素的氣候傾向率如表1所示，由此可以看出：過去47a中，各站點氣溫呈上升趨勢，變化范圍在0.05—0.44oC(10a)-1之間，通過a=0.01的顯著性檢驗。全區(qū)最高溫度、最低溫度的氣候傾向率均為正值。最低溫度升幅的范圍在0.09—0.68C(10a)-1，通過a=0.01顯著性檢驗，高于最高溫度的變幅2倍多，因此，最高溫度與最低溫度之差——氣溫日較差的氣候傾向率為負(fù)值，且同樣通過a=0.01顯著性檢驗。地處華北西部盧氏站海拔較高(568.8m)，平均溫度和最低溫度呈微弱上升趨勢。左洪超等［32］研究也發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)在過去50a間是增溫最快、范圍最大的區(qū)域之一，且增溫幅度高于全球平均增溫水平。氣候變化與大氣環(huán)流密切相關(guān)，是影響降水的最直接因素［32］。由表1可知，華北平原全區(qū)年降水量呈下降趨勢，僅黃驊站通過a=0.05的顯著性檢驗。過去幾十年中，全國年降水量變化不明顯，但中緯度地區(qū)明顯減少，其中，華北地區(qū)無論在范圍和強度上都強于其他地區(qū)。這也可能是北方干旱化加劇的另一個原因［32-33］。此外，該區(qū)域年平均日照時數(shù)、相對濕度和風(fēng)速均呈下降趨勢，且通過a=0.05的顯著性檢驗。2.2參考作物蒸散量及其構(gòu)成項變化特征2.2.1參考作物蒸散量及其構(gòu)成項年際變化特征如圖2所示，1961—2007年，華北平原參考作物蒸散量呈下降趨勢。華北中部和西南部的6個站點參考作物蒸散呈下降趨勢，降幅9mm(10a)-1(黃驊)一32mm(10a)-1(荷澤)，其中，石家莊、南陽、荷澤3站通過a=0.01的顯著性檢驗，盧氏和新鄉(xiāng)兩站通過a=0.05的顯著性檢驗。華北東部(萊陽和淄博)參考作物蒸散量呈上升趨勢，變化幅度為每10a增加12mm，萊陽站通過a=0.01的顯著性檢驗。這一結(jié)果與李春強等、Zuo等以及張方敏和申雙和［27,34-35］的研究結(jié)果相似。表1華北平原典型站點1961—2007年各氣象要素的氣候傾向率Table1ClimatictendencyrateofeachclimaticvariableateachstationacrosstheNCP,1961—2007省份Province站點Station氣候傾向率Climatictendencyrate平均溫度Averagetemperature最高溫度Maximumtemperature最低溫度Minimumtemperature日較差Differenceoftemperature/(°C(10a)-1)降水量Precipitation/(mm(10a)-1)B照時數(shù)Sunshinehours/(h(10a)-1)相對濕度Relatedhumidity/(%(10a)-1)風(fēng)速Windspeed/(ms-1(10a)-1)河北黃驊0.36**0.26**0.52**-0.26**-44.2*-0.37**-0.05-0.14**Hebei石家莊0.39**0.16*0.66**-0.50**-18.5-0.54**-0.08*-0.04河南盧氏0.050.23**0.090.15-0.7-0.040.04-0.21**Henan南陽0.16**0.030.32**-0.29**-1.4-0.32**0.02-0.18**新鄉(xiāng)0.22**0.070.35**-0.28**-18.9-0.26**-0.04-0.14**信陽0.18**0.090.22**-0.10-0.30**-0.09**0.15**山東荷澤0.15**0.060.21**-0.15**-0.1-0.33**0.11**-0.13*Shandong萊陽0.37**0.26**0.46**-0.19**-32.3-0.16**-0.11**0.03淄博0.44**0.23**0.68**-0.45**8.1-0.23**-0.12**-0.03*表示通過a=0.05的顯著性檢驗；**表示通過a=0.01的顯著性檢驗圖2華北平原典型站點參考作物蒸散量及其構(gòu)成項年際變化Fig.2TrendsinannualmeanET0,ETradandETaeroateachtypicalmeteorologicalstationacrosstheNCP*表示通過a=0.05的顯著性檢驗；**表示通過a=0.01的顯著性檢驗輻射項和空氣動力學(xué)項作為參考作物蒸散量的構(gòu)成項，在不同地區(qū)所占比例并不相同［7］。由圖2可知，參考作物蒸散量中輻射項所占比例均大于動力學(xué)項所占的比例，范圍在52%—80%之間。與參考作物蒸散量年際變化特征類似，輻射項和空氣動力學(xué)項也存在明顯的年際波動。所有站點輻射項均呈下降趨勢(通過a=0.05或a=0.01的顯著性檢驗)，降幅為5—26mm(10a)-1，小于參考作物蒸散量的下降速率。而西部的盧氏輻射項呈上升趨勢(a=0.05)。動力學(xué)項的變化趨勢同參考作物蒸散量年值變化較為一致，只有中部(石家莊)呈上升趨勢，但沒有通過顯著性檢驗。2.2.2參考作物蒸散量及其構(gòu)成項季節(jié)變化特征華北平原地處溫帶，依其氣候特點，3—5月份為春季，6—8月份為夏季，9—11月份為秋季，12—翌年2月份為冬季［36］。參考作物蒸散量及其構(gòu)成項季節(jié)變化特征見表2。由表可見，夏季溫度、太陽輻射和相對濕度等氣象要素變化幅度相對較大，參考作物蒸散量的變化亦較為強烈［25］。全區(qū)夏季參考作物蒸散量占全年比例最高，其次是春季和秋季，冬季相對最低。除東部的淄博和萊陽兩站夏季參考作物蒸散量微弱下降，其余地區(qū)顯著下降，降幅為四季中最大。春、秋和冬3季，東部的萊陽和淄博以及西南的信陽呈上升趨勢，春秋兩季上升顯著，其余地區(qū)呈微弱下降趨勢。表2華北平原典型站點參考作物蒸散量及其構(gòu)成項的四季氣候傾向率Table2SeasonalclimatictendencyrateofET0,ETradandETaeroateachstudystationacrosstheNCP省份Province站點Station季節(jié)Season氣候傾向率Climatictendencyrate/(mm(10a)-1)輻射項ETrad空氣動力學(xué)項ETaero參考作物蒸散量ET0河北Hebei黃驊春0.9-3.3-2.4夏-7.8**0.1-7.7*秋-1.3*2.31.0冬1.0**-1.5-0.5石家莊春-4.0**0.1-3.9夏-14.8**3.6*-11.1**秋-2.8**1.8-1.0冬0.6*-3.0*-2.3河南Henan盧氏春6.8**-3.6*3.2夏-1.6-13.1**-14.6**秋4.3**-4.7**-0.5冬1.9**-3.3**-1.3南陽春1.7-0.71.0夏-13.4**-8.9**-22.3**秋0.93.1-2.2冬0.5-3.7**-3.2*新鄉(xiāng)春夏-8.5**-4.8*-13.3**秋-冬0.8-3.3*-2.5信陽春-2.9*12.5**9.6**夏-18.6**3.0-15.7**秋-3.1*8.2**5.0*冬-1.7**4.3**2.7山東Shandong荷澤春1.7-11.3**-9.7**夏-9.6**-9.0**-18.6**秋-0.1-1.6-1.8冬0.6-2.5-1.8萊陽春0.46.4**6.8**夏-6.1**4.7**-1.4秋-1.26.3**5.1**冬0.6*1.9**2.5**淄博春*夏-6.7**3.3-3.5秋-0.95.5**4.5*冬1.0**1.72.7*表示通過a=0.05的顯著性檢驗；**表示通過a=0.01的顯著性檢驗由于輻射項占參考作物蒸散量一半以上，因此，輻射項的季節(jié)變化與參考作物蒸散量的變化類似。夏季輻射項所占比例仍為4季中最高，冬季最低。與參考作物蒸散量不同的是，夏季，除西部的盧氏外，其余站點均顯著下降(a=0.01)，降幅最大的是西南的信陽，每10a下降18.6mm。而空氣動力學(xué)項4季變化特征不同于上述兩項。最明顯的是春季空氣動力學(xué)項比例相對最高，其次為夏季和秋季，最低的是冬季。冬季該項變化趨勢尤為突出，年參考作物蒸散量呈上升趨勢的是信陽及東部的萊陽和淄博，冬季動力學(xué)項呈非常顯著的上升趨勢(a=0.01)。其余各站冬季動力學(xué)項呈下降趨勢，西部盧氏通過a=0.01的顯著性檢驗。2.2.3輻射項和空氣動力學(xué)項的相關(guān)關(guān)系輻射項和空氣動力學(xué)項對參考作物蒸散量的影響是相互關(guān)聯(lián)的，存在一定的相關(guān)關(guān)系，兩項均受溫度、風(fēng)速和氣壓等氣候要素變化的影響。本文利用Pearson相關(guān)分析法分析輻射項和空氣動力學(xué)項之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在著一定的相關(guān)關(guān)系，但這種關(guān)系并不顯著：輻射項和空氣動力學(xué)項年值之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，只有南陽和黃驊兩站呈正相關(guān)，但相關(guān)關(guān)系不顯著。春、夏兩季，輻射項和空氣動力學(xué)項之間呈微弱正相關(guān)關(guān)系；秋季和冬季有微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。表3典型站點輻射項和空氣動力學(xué)項相關(guān)關(guān)系Table3CorrelationsbetweenETradandETaeroatannualandseasonalrangeatstudystations省份Province站點Station年值A(chǔ)nnual春季Spring夏季Summer秋季Autumn冬季W(wǎng)inter河北Hebei黃驊0.170.310.260.05-0.15石家莊-0.020.38-0.11-0.10-0.21河南Henan盧氏-0.060.200.30-0.090.06南陽0.410.53*0.55*0.230.27新鄉(xiāng)-0-0.06-0.12信陽-0.48*0.080.03-0.170.04山東Shandong菏澤-0.12-0.060.380.02-0.15萊陽-1-0.230.05淄博-0.200.290.04-0.050.02*表示通過a=0.05的顯著性檢驗；**表示通過a=0.01的顯著性檢驗2.3參考作物蒸散量變化的主要影響因素不同區(qū)域參考作物蒸散量及其構(gòu)成項變化的原因是不同的。為了深入分析華北平原典型站點參考作物蒸散量變化的主要氣候原因，本文利用線性逐步回歸的統(tǒng)計方法著重分析參考作物蒸散量及其構(gòu)成項與同期的氣候要素之間的關(guān)系，并將通過a=0.05顯著性檢驗的氣侯因子引入回歸方程。2.3.1輻射項和動力項變化的主要影響因素參考作物蒸散量的兩個構(gòu)成項與同期各氣象要素間的統(tǒng)計分析結(jié)果如表4所示。對于輻射項來講，日照時數(shù)、平均風(fēng)速和日平均溫度的變化對其影響最為突出，其中風(fēng)速的貢獻(xiàn)是負(fù)的。線性回歸方程的決定系數(shù)(R2)均達(dá)到0.80以上；日照時數(shù)因子的變化可以解釋50%以上的輻射項變化。輻射項的能量主要來自于太陽輻射，表現(xiàn)為參考作物蒸散量尤其是輻射項與日照時數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，即日照時數(shù)越高輻射越大，參考作物蒸散量的輻射項越大。過去47a中，華北平原日照時數(shù)顯著下降，必然導(dǎo)致參考作物蒸散量的輻射項呈下降趨勢?？諝鈩恿W(xué)項主要與平均風(fēng)速、日平均溫度和最高、最低溫度、相對濕度、水汽壓差等氣象因子有關(guān)，從表4可知，通過a=0.05顯著性的檢驗引入回歸方程的僅有風(fēng)速、相對濕度和日平均溫度，回歸方程的決定系數(shù)(R2)達(dá)0.90以上；單一風(fēng)速或相對濕度的氣象因子可解釋50%以上的動力學(xué)項變化。另外，相對濕度對動力學(xué)項的貢獻(xiàn)為負(fù)的。過去47a中，華北平原相對濕度減少，風(fēng)速降低，溫度升高的綜合結(jié)果導(dǎo)致參考作物蒸散量動力學(xué)項的變化趨勢。表4典型站點參考作物蒸散量構(gòu)成項與各氣候要素的相關(guān)關(guān)系排序Table4SequentialcorrelationbetweenETradandETaerovsclimaticvariablesatthestudystations省份Province輻射項ETrad站點Station第1項Firstterm第2項Secondterm第3項Thirdterm第4項FourthtermR2河北Hebei黃驊日照時數(shù)最低溫度風(fēng)速*-0.78(0.51)石家莊日照時數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.88(0.75)河南Henan盧氏日照時數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.93(0.75)南陽日照時數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.85(0.69)新鄉(xiāng)日照時數(shù)風(fēng)速*降水*日較差0.80(0.44)信陽日照時數(shù)風(fēng)速*平均溫度平均大氣壓0.94(0.75)山東Shandong荷澤日照時數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.87(0.35)萊陽日照時數(shù)風(fēng)速*最高溫度-0.84(0.58)淄博日照時數(shù)風(fēng)速*最高溫度-0.84(0.57)省份Province空氣動力學(xué)項ETaero站點Station第1項Firstterm第2項Secondterm第3項Thirdterm第4項FourthtermR2河北Hebei黃驊相對濕度*風(fēng)速最高溫度-0.90(0.58)石家莊風(fēng)速相對濕度*平均溫度-0.93(0.49)河南Henan盧氏風(fēng)速相對濕度*平均溫度最低溫度0.97(0.80)南陽風(fēng)速相對濕度*平均溫度降水0.97(0.61)新鄉(xiāng)風(fēng)速相對濕度*平均溫度-0.98(0.71)信陽風(fēng)速相對濕度*平均溫度-0.97(0.66)山東Shandong荷澤風(fēng)速相對濕度*平均溫度-0.98(0.79)萊陽相對濕度*風(fēng)速平均溫度-0.96(0.72)淄博風(fēng)速相對濕度*平均溫度-0.96(0.46)表中給出的相關(guān)因子按照貢獻(xiàn)率遞減順序排列，*在過去47a間該因子對主因子的貢獻(xiàn)是負(fù)的；括號內(nèi)的R2是由第一項單一因子建立對主因子的線性回歸方程所得到的相關(guān)系數(shù)2.3.2參考作物蒸散量變化的主要影響因素偏相關(guān)系數(shù)法可排除要素間的相互影響，選擇與參考作物蒸散量變化關(guān)系最為密切的氣候要素，表5為華北平原參考作物蒸散量與各氣候要素的偏相關(guān)系數(shù)?？芍?，參考作物蒸散量同日照時數(shù)、日較差、風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，與相對濕度和降水呈密切負(fù)相關(guān)，降水雖沒有直接參與計算過程，但與參考作物蒸散量關(guān)系密不可表5典型站點參考作物蒸散量與各氣象要素的偏相關(guān)系數(shù)Table5PartialcorrelationcoefficientsbetweenET0andclimaticvariablesinthestudystations省份Prov-ince參考作物蒸散量ET0站點Station降水Rainfall日平均溫度Meantemperature日較差Defferenceoftemperature日照時數(shù)Sunshinehour相對濕度Relatedhumidity風(fēng)速Windspeed河北Hebei黃驊-0.48*0.150.72**0.61**-0.65**0.47*石家莊-0.38-0.060.69**0.74**-0.430.47*河南Henan盧氏-0.53*0.53*0.60**0.88**-0.48*0.43南陽-0.390.420.76**0.87**-0.68**0.70**新鄉(xiāng)-0.320.330.62**0.67**-0.67**0.70**信陽-0.58**0.55*0.63**0.54*-0.72**0.20山東荷澤-0.300.100.70**0.85**-0.73**0.67**Shandong萊陽-0.430.51*0.270.43-0.79**0.36淄博-0.49*0.430.050.41-0.63**0.51**表示通過a=0.05的顯著性檢驗；**表示通過a=0.01的顯著性檢驗分。原因在于參考作物蒸散量與降水天氣需要的氣象條件相反，云層越厚，日照時數(shù)越短，空氣濕度變大，空氣流動越慢，越有利于降水的形成，但不利于蒸散。結(jié)合表1,華北平原西南部地區(qū)（信陽）風(fēng)速顯著增加和東部地區(qū)（萊陽和淄博）風(fēng)速微弱增加，與其參考作物蒸散量的年際變化呈上升趨勢有著密不可分的關(guān)系?？傮w來講，基于Penman-Monteith公式計算得到的參考作物蒸散量，主要受各種氣候因子的綜合作用。華北平原參考作物蒸散量受日照時數(shù)、相對濕度、風(fēng)速和溫度日較差的影響最大。3結(jié)論本文在華北平原全區(qū)溫度呈顯著上升，日照時數(shù)，相對濕度和風(fēng)速均顯著下降，且降水微弱下降的大背景下，選擇典型站點分析了1961—2007年典型站點參考作物蒸散量及其構(gòu)成項的變化特征和氣候影響因素，得到如下結(jié)論：華北平原參考作物蒸散量及其構(gòu)成項呈明顯的年際變化和季節(jié)變化特征。近47a參考作物蒸散量呈下降趨勢，下降范圍在10—32mm(10a)-1之間，且下降趨勢通過顯著性檢驗。西南部及東部(信陽、萊陽和淄博)個別站點呈上升趨勢。夏季參考作物蒸散量和夏季輻射項占其全年比例相對最高，其次是春季和秋季，冬季值最低，且各站夏季下降趨勢尤為顯著。春季空氣動力學(xué)項占其全年比例最高，冬季相對較低。輻射項與動力學(xué)項的年值之間有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系；春、夏兩季，輻射項和動力學(xué)項之間具有正相關(guān)關(guān)系；秋、冬兩季有負(fù)相關(guān)關(guān)系。但不管是年值還是季節(jié)值的相關(guān)關(guān)系并不顯著。參考作物蒸散量的輻射項主要受日照時數(shù)，風(fēng)速及溫度影響，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.80以上，其中風(fēng)速貢獻(xiàn)是負(fù)值，即過去47a中，風(fēng)速減小能在一定程度上促進輻射項增加；空氣動力學(xué)項主要受風(fēng)速，相對濕度及平均溫度影響，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.90以上，其中相對濕度貢獻(xiàn)是負(fù)值，即過去47a中相對濕度減小在一定程度上加速了空氣動力學(xué)項的減小。該區(qū)參考作物蒸散量年值主要受日照時數(shù)，相對濕度，日較差，風(fēng)速的綜合作用影響，與降水呈負(fù)相關(guān)，且下降幅度略低于降水。4討論科學(xué)估算作物需水量，對于減少作物生育期的無效水分消耗，提高水分有效利用效率，指導(dǎo)節(jié)水灌溉具有十分重要的現(xiàn)實意義。作物需水量是提高農(nóng)田水分利用效率以及制定農(nóng)田灌溉制度必不可少的關(guān)鍵參數(shù)，在缺少實際資料的地區(qū)，計算參考作物蒸散量顯得尤為重要。受各氣候要素綜合影響，華北平原參考作物蒸散量的降低，將會影響當(dāng)?shù)刂饕魑锒←満拖挠衩椎哪晷杷康慕档?。而且該區(qū)降水量年際分布不均，主要集中在夏玉米生長季，而冬小麥的生長則依靠灌溉才能達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)定。因此，春季和秋季參考作物蒸散量的降低，在作物系數(shù)不變的前提下，冬小麥生長季內(nèi)的需水量亦隨之降低，在一定程度上稍許緩解了華北平原的水資源不足的現(xiàn)狀;而夏季參考作物蒸散量的降低尤為顯著，夏玉米生育期內(nèi)需水量下降幅度要高于冬小麥。冬小麥和夏玉米生育期內(nèi)需水量雖然降低，能在一定程度上能緩解農(nóng)業(yè)用水壓力，但還需要考慮當(dāng)?shù)亟邓?，土壤條件等因素，明確冬小麥和夏玉米體系的周年需水量，根據(jù)不同作物生長階段對水分的敏感程度進行適量、有效的灌溉，制定優(yōu)化的灌溉制度。References:YangJP,DingYJ,ChenRS,LiuLY.VariationsofprecipitationandevaporationinNorthChinainrecent40years.JournalofAridLandResourcesandEnvironment,2002,57(6):655-661.LiuXY,LiYZ,HaoWP.TrendandcausesofwaterrequirementofmaincropsinNorthChinainrecent50years.TransactionoftheCSAE,2005,21(10):155-159.MaXQ,ZhangH.Spatialandtemporalcharacteristicsofdry/wetlandsurfaceinAnhuiprovincewiththeirimpactsonagricultureinrecent30years.JournalofAppliedMeteorologicalScience,2007,18(6):783-790.AllenRG,JensenME,WrightJL,BurmanRD.Operationalestimatesofreferenceevapotranspiration.AgronomyJournal,1989,81:650-662.JensenME,BurmanRD,AllenRG.EvapotranspirationandIrrigationWaterRequirements.ASCEManualsandReportsonEngineeringPractice,No70.NewYork:AmericanSocietyofCivilEngineers,1990:332.PengS乙XuJZ.Comparisonofreferencecropevapotranspirationcomputingmethods.JournalofIrrigationandDrainage,2004,23(6):5-9.GongYS.ComparisonofthereferenceevapotranspirationestimatedbythePenman-MonteithandFAO-PPP-17PenmanMethods.ActaAgricultureUniversitatisPekinensis,1995,21(1):68-75.MaoF,ZhangG乙XuXD.Severalmethodsofcalculatingthereferenceevapotranspirationandcomparisonoftheirresults.QuarterlyJournalofAppliedMeteorology,2000,11(S1):29-35.ZhangJS,MengP,YinCJ.ReviewonmethodsofestimatingevapotranspirationofPlants.WorldForestryResearch,2001,14(2):23-28.LiuXY,LiYZ,WangQS.Evaluationonseveraltemprature-basedmethodsforestimatingreferencecropevapotranspiration.TransactionsoftheCSAE,2006,22(6):12-18.FanJ,ShaoMA,WangQJ.ComparisonofmanyequationsforcalculatingreferenceevapotranspirationintheLoessPlateauofChina.TransactionsoftheCSAE,2008,24(3):98-102.LiuN,XiaW,WuXW,DingJ,XuJB,FanXL.Comparativestudyoncalculationmethodsofreferencecropevapotranspiration.JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnology,2009,30(1):17-24.ZhaiP,SunA,RenF,LiuX,GaoB,ZhangQ.ChangesofclimateextremesinChina.ClimaticChange,1999,42:203-218.HulmeM,ZhaoZC,JiangT.RecentandfutureclimatechangeinEastAsia.InternationalJournalofClimatology,1994,14:637-658.RoderickML,FarquharGD.TheCauseofDecreasedPanEvaporationoverthePast50Years.Science,2002,298:1410-1411.PetersonTC,GolubevVS,GroismanPY.EvaporationLosingitsstrength.Nature,1995,377:687-688.Chattop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