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(duì)指導(dǎo)農(nóng)田灌溉是有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義.在氣候變化的背景下，利用Penman-Monteith方法，計(jì)算華北平原典型站點(diǎn)1961-2007年逐日參考作物蒸散量，并從能量平衡和動(dòng)力學(xué)角度對(duì)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(jì)方法，研究影響參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)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(shí)數(shù)，相對(duì)濕度,平均風(fēng)速呈顯著下降的背景下，絕大部分站點(diǎn)參考作物蒸敞最及構(gòu)成項(xiàng)呈顯著下降趨勢(shì).夏季的參考作物蒸散量和輻射項(xiàng)值相對(duì)最高，冬季值最低;春季的空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)值相對(duì)比例最高.輻射項(xiàng)與空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(shì)，秋冬兩季呈不顯著負(fù)相關(guān)趨勢(shì).輻射項(xiàng)的變化主要受日照時(shí)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(dòng)力學(xué)項(xiàng)的變化主要受風(fēng)速、相對(duì)濕度及平均溫度的影響，相對(duì)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(shí)數(shù)、相對(duì)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(bào)》【年(卷)，期】2010(030)004【總頁(yè)數(shù)】10頁(yè)(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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193;中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193【正文語(yǔ)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(lái)是多個(gè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，參考作物蒸散量不僅是計(jì)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(jì)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(jì)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(lái)，在全球氣候變化的大背景下［13］，不僅實(shí)際觀測(cè)的蒸散量、蒸發(fā)量有較大變化，而且基于氣候資料計(jì)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(huì)促進(jìn)潛在蒸發(fā)增加，但近50年來(lái)全球?qū)嶋H蒸發(fā)量除個(gè)別地區(qū)升高外大部分地區(qū)呈下降趨勢(shì)，且不同地區(qū)的變化原因不同［15］。北半球云量加厚，相對(duì)濕度增加及輻射減少是造成美國(guó)、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(guò)去30多年實(shí)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(guó)參考作物蒸散量在過(guò)去幾十年中的變化趨勢(shì)非常明顯［20-24］。各區(qū)域參考作物蒸散量呈下降趨勢(shì)［25］；而黃土高原地區(qū)整體變化趨勢(shì)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(shí)數(shù)，風(fēng)速及相對(duì)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(jì)算參考作物蒸散量的過(guò)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(duì)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(píng)價(jià)各氣候要素在不同時(shí)期內(nèi)對(duì)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(guó)氣候敏感區(qū)之一，也是我國(guó)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(diǎn)1961-2007年逐日氣象資料計(jì)算參考作物蒸散量；并從能量平衡和動(dòng)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(shí)間尺度上參考作物蒸散量各構(gòu)成項(xiàng)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(xiàng)——輻射項(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)變化的主要?dú)庀笠蜃雍痛我獨(dú)庀笠蜃印?研究地區(qū)與研究方法1.1資料來(lái)源華北平原地處我國(guó)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(gè)氣象站點(diǎn)進(jìn)行分析，其中，河北省2個(gè)（黃驊和石家莊），河南省4個(gè)（盧氏、南陽(yáng)、新鄉(xiāng)和信陽(yáng)）,山東省3個(gè)（荷澤、淄博，萊陽(yáng)）。典型站點(diǎn)選擇的依據(jù)是：（1）所選站點(diǎn)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(diǎn)為國(guó)家氣象局的基準(zhǔn)站點(diǎn)，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(diǎn)主體種植制度是冬小麥和夏玉米一年兩熟。氣象資料來(lái)自于中國(guó)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(shí)數(shù)，平均相對(duì)濕度及平均風(fēng)速。所選站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。1.2研究方法1.2.1參考作物蒸散量計(jì)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(zhǎng)旺盛且完全覆蓋的開(kāi)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(jì)算參考作物蒸散量，從能量平衡和動(dòng)力學(xué)兩方面分析并將其分解為輻射項(xiàng)(ETrad)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)(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(xiàng)(mmd-1)，ETaero為空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)(mmd-1),A為水汽壓對(duì)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(jì))，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(shí)際水汽壓(kPa)。1.2.2統(tǒng)計(jì)方法本文利用MicrosoftExcel和SPSS統(tǒng)計(jì)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。2結(jié)果與分析2.1氣候要素變化特征1961-2007年典型站點(diǎn)各氣候要素的氣候傾向率如表1所示，由此可以看出：過(guò)去47a中，各站點(diǎn)氣溫呈上升趨勢(shì)，變化范圍在0.05—0.44oC(10a)-1之間，通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。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(guò)a=0.01顯著性檢驗(yàn)，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——?dú)鉁厝蛰^差的氣候傾向率為負(fù)值，且同樣通過(guò)a=0.01顯著性檢驗(yàn)。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(shì)。左洪超等［32］研究也發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)在過(guò)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(shì)，僅黃驊站通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)。過(guò)去幾十年中，全國(guó)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(wú)論在范圍和強(qiáng)度上都強(qiáng)于其他地區(qū)。這也可能是北方干旱化加劇的另一個(gè)原因［32-33］。此外，該區(qū)域年平均日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度和風(fēng)速均呈下降趨勢(shì)，且通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)。2.2參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)變化特征2.2.1參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)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(shì)。華北中部和西南部的6個(gè)站點(diǎn)參考作物蒸散呈下降趨勢(shì)，降幅9mm(10a)-1(黃驊)一32mm(10a)-1(荷澤)，其中，石家莊、南陽(yáng)、荷澤3站通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)，盧氏和新鄉(xiāng)兩站通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)。華北東部(萊陽(yáng)和淄博)參考作物蒸散量呈上升趨勢(shì)，變化幅度為每10a增加12mm，萊陽(yáng)站通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。這一結(jié)果與李春強(qiáng)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(diǎn)1961—2007年各氣象要素的氣候傾向率Table1ClimatictendencyrateofeachclimaticvariableateachstationacrosstheNCP,1961—2007省份Province站點(diǎn)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(shí)數(shù)Sunshinehours/(h(10a)-1)相對(duì)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)；**表示通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)圖2華北平原典型站點(diǎn)參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)年際變化Fig.2TrendsinannualmeanET0,ETradandETaeroateachtypicalmeteorologicalstationacrosstheNCP*表示通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)；**表示通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)輻射項(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)作為參考作物蒸散量的構(gòu)成項(xiàng)，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(xiàng)所占比例均大于動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)也存在明顯的年際波動(dòng)。所有站點(diǎn)輻射項(xiàng)均呈下降趨勢(shì)(通過(guò)a=0.05或a=0.01的顯著性檢驗(yàn))，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(xiàng)呈上升趨勢(shì)(a=0.05)。動(dòng)力學(xué)項(xiàng)的變化趨勢(shì)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(shì)，但沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。2.2.2參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)季節(jié)變化特征華北平原地處溫帶，依其氣候特點(diǎn)，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(xiàng)季節(jié)變化特征見(jiàn)表2。由表可見(jiàn)，夏季溫度、太陽(yáng)輻射和相對(duì)濕度等氣象要素變化幅度相對(duì)較大，參考作物蒸散量的變化亦較為強(qiáng)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(duì)最低。除東部的淄博和萊陽(yáng)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(yáng)和淄博以及西南的信陽(yáng)呈上升趨勢(shì)，春秋兩季上升顯著，其余地區(qū)呈微弱下降趨勢(shì)。表2華北平原典型站點(diǎn)參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)的四季氣候傾向率Table2SeasonalclimatictendencyrateofET0,ETradandETaeroateachstudystationacrosstheNCP省份Province站點(diǎn)Station季節(jié)Season氣候傾向率Climatictendencyrate/(mm(10a)-1)輻射項(xiàng)ETrad空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)；**表示通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)由于輻射項(xiàng)占參考作物蒸散量一半以上，因此，輻射項(xiàng)的季節(jié)變化與參考作物蒸散量的變化類似。夏季輻射項(xiàng)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(diǎn)均顯著下降(a=0.01)，降幅最大的是西南的信陽(yáng)，每10a下降18.6mm。而空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)4季變化特征不同于上述兩項(xiàng)。最明顯的是春季空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)比例相對(duì)最高，其次為夏季和秋季，最低的是冬季。冬季該項(xiàng)變化趨勢(shì)尤為突出，年參考作物蒸散量呈上升趨勢(shì)的是信陽(yáng)及東部的萊陽(yáng)和淄博，冬季動(dòng)力學(xué)項(xiàng)呈非常顯著的上升趨勢(shì)(a=0.01)。其余各站冬季動(dòng)力學(xué)項(xiàng)呈下降趨勢(shì)，西部盧氏通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。2.2.3輻射項(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)的相關(guān)關(guān)系輻射項(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)對(duì)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(xiàng)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(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)年值之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，只有南陽(yáng)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(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(diǎn)輻射項(xiàng)和空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)相關(guān)關(guān)系Table3CorrelationsbetweenETradandETaeroatannualandseasonalrangeatstudystations省份Province站點(diǎn)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(yáng)0.410.53*0.55*0.230.27新鄉(xiāng)-0-0.06-0.12信陽(yáng)-0.48*0.080.03-0.170.04山東Shandong菏澤-0.12-0.060.380.02-0.15萊陽(yáng)-1-0.230.05淄博-0.200.290.04-0.050.02*表示通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)；**表示通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)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(xiàng)變化的原因是不同的。為了深入分析華北平原典型站點(diǎn)參考作物蒸散量變化的主要?dú)夂蛟?，本文利用線性逐步回歸的統(tǒng)計(jì)方法著重分析參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)與同期的氣候要素之間的關(guān)系，并將通過(guò)a=0.05顯著性檢驗(yàn)的氣侯因子引入回歸方程。2.3.1輻射項(xiàng)和動(dòng)力項(xiàng)變化的主要影響因素參考作物蒸散量的兩個(gè)構(gòu)成項(xiàng)與同期各氣象要素間的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表4所示。對(duì)于輻射項(xiàng)來(lái)講，日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速和日平均溫度的變化對(duì)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(shí)數(shù)因子的變化可以解釋50%以上的輻射項(xiàng)變化。輻射項(xiàng)的能量主要來(lái)自于太陽(yáng)輻射，表現(xiàn)為參考作物蒸散量尤其是輻射項(xiàng)與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，即日照時(shí)數(shù)越高輻射越大，參考作物蒸散量的輻射項(xiàng)越大。過(guò)去47a中，華北平原日照時(shí)數(shù)顯著下降，必然導(dǎo)致參考作物蒸散量的輻射項(xiàng)呈下降趨勢(shì)?？諝鈩?dòng)力學(xué)項(xiàng)主要與平均風(fēng)速、日平均溫度和最高、最低溫度、相對(duì)濕度、水汽壓差等氣象因子有關(guān)，從表4可知，通過(guò)a=0.05顯著性的檢驗(yàn)引入回歸方程的僅有風(fēng)速、相對(duì)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(duì)濕度的氣象因子可解釋50%以上的動(dòng)力學(xué)項(xiàng)變化。另外，相對(duì)濕度對(duì)動(dòng)力學(xué)項(xiàng)的貢獻(xiàn)為負(fù)的。過(guò)去47a中，華北平原相對(duì)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(dòng)力學(xué)項(xiàng)的變化趨勢(shì)。表4典型站點(diǎn)參考作物蒸散量構(gòu)成項(xiàng)與各氣候要素的相關(guān)關(guān)系排序Table4SequentialcorrelationbetweenETradandETaerovsclimaticvariablesatthestudystations省份Province輻射項(xiàng)ETrad站點(diǎn)Station第1項(xiàng)Firstterm第2項(xiàng)Secondterm第3項(xiàng)Thirdterm第4項(xiàng)FourthtermR2河北Hebei黃驊日照時(shí)數(shù)最低溫度風(fēng)速*-0.78(0.51)石家莊日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.88(0.75)河南Henan盧氏日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.93(0.75)南陽(yáng)日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.85(0.69)新鄉(xiāng)日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*降水*日較差0.80(0.44)信陽(yáng)日照時(shí)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(shí)數(shù)風(fēng)速*最低溫度-0.87(0.35)萊陽(yáng)日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*最高溫度-0.84(0.58)淄博日照時(shí)數(shù)風(fēng)速*最高溫度-0.84(0.57)省份Province空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)ETaero站點(diǎn)Station第1項(xiàng)Firstterm第2項(xiàng)Secondterm第3項(xiàng)Thirdterm第4項(xiàng)FourthtermR2河北Hebei黃驊相對(duì)濕度*風(fēng)速最高溫度-0.90(0.58)石家莊風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度-0.93(0.49)河南Henan盧氏風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度最低溫度0.97(0.80)南陽(yáng)風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度降水0.97(0.61)新鄉(xiāng)風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度-0.98(0.71)信陽(yáng)風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度-0.97(0.66)山東Shandong荷澤風(fēng)速相對(duì)濕度*平均溫度-0.98(0.79)萊陽(yáng)相對(duì)濕度*風(fēng)速平均溫度-0.96(0.72)淄博風(fēng)速相對(duì)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(guò)去47a間該因子對(duì)主因子的貢獻(xiàn)是負(fù)的；括號(hào)內(nèi)的R2是由第一項(xiàng)單一因子建立對(duì)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(shí)數(shù)、日較差、風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，與相對(duì)濕度和降水呈密切負(fù)相關(guān)，降水雖沒(méi)有直接參與計(jì)算過(guò)程，但與參考作物蒸散量關(guān)系密不可表5典型站點(diǎn)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(diǎn)Station降水Rainfall日平均溫度Meantemperature日較差Defferenceoftemperature日照時(shí)數(shù)Sunshinehour相對(duì)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(yáng)-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(yáng)-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(yáng)-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(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)；**表示通過(guò)a=0.01的顯著性檢驗(yàn)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(shí)數(shù)越短，空氣濕度變大，空氣流動(dòng)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(yáng)）風(fēng)速顯著增加和東部地區(qū)（萊陽(yáng)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(shì)有著密不可分的關(guān)系?？傮w來(lái)講，基于Penman-Monteith公式計(jì)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(shí)數(shù)、相對(duì)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(shí)數(shù)，相對(duì)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(diǎn)分析了1961—2007年典型站點(diǎn)參考作物蒸散量及其構(gòu)成項(xiàng)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(xiàng)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(shì)，下降范圍在10—32mm(10a)-1之間，且下降趨勢(shì)通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。西南部及東部(信陽(yáng)、萊陽(yáng)和淄博)個(gè)別站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)。夏季參考作物蒸散量和夏季輻射項(xiàng)占其全年比例相對(duì)最高，其次是春季和秋季，冬季值最低，且各站夏季下降趨勢(shì)尤為顯著。春季空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)占其全年比例最高，冬季相對(duì)較低。輻射項(xiàng)與動(dòng)力學(xué)項(xiàng)的年值之間有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系；春、夏兩季，輻射項(xiàng)和動(dòng)力學(xué)項(xiàng)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(xiàng)主要受日照時(shí)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(guò)去47a中，風(fēng)速減小能在一定程度上促進(jìn)輻射項(xiàng)增加；空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)主要受風(fēng)速，相對(duì)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(duì)濕度貢獻(xiàn)是負(fù)值，即過(guò)去47a中相對(duì)濕度減小在一定程度上加速了空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)的減小。該區(qū)參考作物蒸散量年值主要受日照時(shí)數(shù)，相對(duì)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(duì)于減少作物生育期的無(wú)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(shí)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(shí)際資料的地區(qū)，計(jì)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(huì)影響當(dāng)?shù)刂饕魑锒←満拖挠衩椎哪晷杷康慕档汀６以搮^(qū)降水量年際分布不均，主要集中在夏玉米生長(zhǎng)季，而冬小麥的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)階段對(duì)水分的敏感程度進(jìn)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.ChattopadhyayN,HulmeM.EvaporationandpotentialevapotranspirationinIndiaunderconditionsofrecentandfutureclimatechange.AgriculturalandForestMeteorology,1997,87:55-73.RoderickML,FarquharGD.ChangesinAustralianpanevaporationfrom1970to2002.InternationalJournalofClimatology,2004,24:10771090.CohenS,IanetzA,StanhillG.EvaporativeclimatechangesatBetDagan,Israel,1964-1998.AgriculturalandForestMeteorology,2002,111:83-91.ThomasA.SpatialandtemporalcharacteristicsofpotentialevapotranspirationtrendsoverChina.InternationalJournalofClimatology,2002,20:381-296.ChenSB,LiuYF,AxelT.ClimaticChangeonTibetanPlateau:PotentialEvapotranspirationTrendsfrom1961-2000.ClimaticChange,2006,76:291-319.XieXQ,WangL.ChangesofpotentialevaporationinNorthernChinaoverthePast50years.JournalofNaturalResources,2007,22(5):683-691.AnYG,LiYH.Changeofevaporationinrecent50yearsinHebeiRegion.JournalofAridLandResourcesandEnvironment,2005,19(4):159-162.ZhaoSH,YangYH,QiuGY,FanT,HuYK.AnalyzingtheclimaticchangesinHebeiPlainoverthelast34years.ResourcesScience,2007,29(4):109-113.GaoG,ChenDL,RenGY,ChenY,LiaoYM.TrendofpotentialevapotranspirationoverChinaduring1956-2000.GeographicalResearch,2006,25(3):378-387.WangYQ,FanJ,ShaoMA,BaiYR.AnalysisofeffectsofclimatechangeonreferenceevapotranspirationontheLoessPlateauinrecent50years.TransactionsoftheCSAE,2008,24(9):6-10.LiCQ,HongKQ,LiBG.Analysisoftemporal-spatialvariationsofreferenceevapotranspirationduring1965and1999inHebeiProvince.ChineseJournalofAgrometeorology,2008,29(4):414-419.DuanYH,TaoY,LiBG.SpatialandtemporalvariationsofreferencecropevapotranspirationinBeijing.ChineseJournalofAgrometeorology,2004,25(2):22-25.LinYM,RenH乙YuJJ,YaoZJ.BalancebetweenlanduseandwaterresourcesinthenorthChinaPlain.JournalofNaturalResources,2000,15(3):252-258.JiangYF.AnalysisonwaterscarcityintheNorthChinaPlain.JournalofChinaWaterResources,2000,(1):23-25.AllenRG,PereiraLS,RaesD,SmithM.CropevapotranspirationGuidelinesforcomputingcropwaterrequirements-FAOIrrigationanddrainagepaper56,ISBN92-5-104219-5IIFAO,LandandWaterDevelopmentDivision.Rome:FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations,1998:37-58.ZuoHC,LuSH,HuYQ.VariationstrendsofyearlymeanairtemperatureandprecipitationinChinainthelast50years.PlateauMeteorology,2004,23(2):238-244.ChenWH,LiuYX,MaZG.TheseasonalcharacteristicsofclimaticchangetrendinChinafrom1951to1997.PlateauMeteorology,2002,21(3):252-257.ZuoHC,LiDL,HuYQ,BaiY,LuSH.Chara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