劉美玲，王子佳，朱麗麗，呂佳品

（1.松遼水利委員會(huì)水文局（信息中心），吉林 長春 130021；2.常熟市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 常熟 215500；3.長春城市設(shè)施建設(shè)股份公司，吉林 長春 130033）

0 引言

蒸發(fā)量是重要的氣象參數(shù)，與水資源開發(fā)利用和作物灌溉密切相關(guān)，分析蒸發(fā)量的變化及其影響因素具有十分重要的意義。影響蒸發(fā)的氣象因子主要有：日照時(shí)數(shù)、降水量、氣壓、風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度、水汽壓等。一般認(rèn)為氣溫是影響蒸發(fā)的重要因子。在以往的研究中，魏光輝等對(duì)深圳市各氣象要素對(duì)水面蒸發(fā)量影響程度進(jìn)行分析，溫度影響最大，風(fēng)速影響最?。徊軅サ葘?duì)新疆瑪納斯縣水面蒸發(fā)進(jìn)行分析，溫度影響最大，而日照影響最小[1]。

以齊齊哈爾站1963—2010年氣象資料為基礎(chǔ)，采用灰色關(guān)聯(lián)度方法分析各氣象因子對(duì)蒸發(fā)量的影響程度。在此基礎(chǔ)上，分析影響蒸發(fā)量變化的主要因素，以期為該地區(qū)水資源的合理配置和管理提供科學(xué)的氣象依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

齊齊哈爾市位于黑龍江省西南部的松嫩平原，東北與綏化市、東南與大慶市、南與白城市、西與呼倫貝爾市、北與黑河市接壤，面積43 000 km2。

齊齊哈爾市地域平坦，平均海拔146 m，東部和南部地勢低洼；屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候；四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季暫短霜早，冬季干冷漫長；年降水量423.2 mm，年平均溫度3.9℃，1月平均溫度-18.7℃，7月平均溫度23.1℃；年平均無霜期122～151 d。年日照時(shí)數(shù)在2 460～3 000 h，生長期（5—9月），日照時(shí)數(shù)為1 300～1 350 h。

齊齊哈爾市主要江河有嫩江、諾敏河、雅魯河、罕達(dá)罕河、烏裕爾河、音河等170余條，有湖泡800余個(gè)，入境水量豐沛。

2 資料與方法

2.1 資料來源及處理

資料來源于齊齊哈爾氣象站1963—2010年（共48年）逐月的實(shí)測蒸發(fā)量（E20和E601型蒸發(fā)皿）、降水量、風(fēng)速、氣溫、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度和水汽壓等氣象資料。在氣象觀測中，E20蒸發(fā)皿是安裝在距離地面70 cm高度的小型蒸發(fā)皿，是各級(jí)氣象臺(tái)站廣泛使用的蒸發(fā)測量儀器。E20蒸發(fā)皿因水體面積、安裝高度等原因，使測得的蒸發(fā)量與實(shí)際水體蒸發(fā)（可由E601蒸發(fā)皿觀測值近似代表）有一定差距。但在東北地區(qū)，由于E601蒸發(fā)皿受結(jié)冰影響，因此僅在汛期使用，其他月份仍采用E20觀測。所以，從資料完整性角度考慮，采用長系列的E20觀測資料分析蒸發(fā)量變化，亦能反應(yīng)自然水體蒸發(fā)的一般規(guī)律。

根據(jù)收集的資料，齊齊哈爾站1985—2010年5—9月為E601蒸發(fā)量，其余月份為E20蒸發(fā)量，為保證資料觀測的完整性和一致性，將E601觀測數(shù)據(jù)換算成E20觀測數(shù)據(jù)。具體計(jì)算過程：1985—2001年5—9月為E601和E20同步觀測，因此利用該17年資料估算E601蒸發(fā)皿和E20蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)間的折算系數(shù)，然后利用該折算系數(shù)將2002—2010年5—9月E601觀測值轉(zhuǎn)算為E20觀測值。根據(jù)上述資料計(jì)算，齊齊哈爾地區(qū)E20和E601觀測數(shù)據(jù)的折算系數(shù)平均為1.86，即E20=1.86×E601。按月統(tǒng)計(jì)，折算系數(shù)不同，其中5月為2.0，6月為 1.96，7月為 1.88，8月為 1.76，9月為1.71。最終得到齊齊哈爾氣象站1963—2010年歷年逐月E20蒸發(fā)量。

2.2 研究方法

采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析主要?dú)庀笠蜃樱ń邓?、風(fēng)速、氣溫、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、水汽壓）對(duì)蒸發(fā)量的影響程度。

灰色關(guān)聯(lián)度分析方法是一種用灰色關(guān)聯(lián)度順序來描述因素間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小、次序的方法。其基本思路是：以因素的數(shù)據(jù)序列為依據(jù)，用數(shù)學(xué)的方法研究因素間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，即序列曲線的幾何形狀越接近，則它們之間的關(guān)聯(lián)度越大，反之越小。目前，判斷序列間灰色關(guān)聯(lián)度大小的計(jì)算模型主要有鄧氏關(guān)聯(lián)度、灰色B型關(guān)聯(lián)度、廣義關(guān)聯(lián)度、灰色斜率關(guān)聯(lián)度等。本文采用廣義關(guān)聯(lián)度作為計(jì)算模型。

廣義關(guān)聯(lián)度包括灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度、灰色相對(duì)關(guān)聯(lián)度、灰色綜合關(guān)聯(lián)度。灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度主要是研究兩個(gè)序列絕對(duì)增量間的關(guān)系，用兩條序列折線間所夾的面積大小來衡量兩序列的關(guān)聯(lián)性的大小[2]。

灰色相對(duì)關(guān)聯(lián)度主要研究的是兩序列增長速度之間的關(guān)系。設(shè) Xi=（xi（1），xi（2），…，xi（n）），（i=0，1，2，…，m），記折線 X′i=（xi（1）/（xi（1），xi（2）/xi（1），…，xi（n）/xi（1）），X′0與 X′i的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度為X0與Xi的灰色相對(duì)關(guān)聯(lián)度，記為r0i。

灰色綜合關(guān)聯(lián)度既體現(xiàn)折線間的相似程度，又體現(xiàn)二者相對(duì)于初始點(diǎn)的變化速率的接近程度，是較為全面的表征序列之間聯(lián)系是否緊密的一個(gè)數(shù)量指標(biāo)?；疑C合關(guān)聯(lián)度為：

式中：θ——般取0.5。

3 蒸發(fā)量變化特征分析

3.1 蒸發(fā)量的時(shí)程變化

齊齊哈爾站20世紀(jì)70年代蒸發(fā)量比60年代約增加6.3%，80年代和90年代蒸發(fā)量無明顯變化趨勢，2000—2010年蒸發(fā)量總體呈減少趨勢，其中2005—2010年蒸發(fā)量降至多年平均值以下。齊齊哈爾站歷年蒸發(fā)量值見表1，變化過程線如圖1所示。

表1 齊齊哈爾站歷年蒸發(fā)量

3.2 蒸發(fā)量與各氣象因子的線性相關(guān)分析

計(jì)算1963—2010年各月蒸發(fā)量與主要?dú)庀笠蜃拥木€性相關(guān)系數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表2。

圖1 齊齊哈爾站歷年蒸發(fā)量變化過程線圖

從表2來看，各氣象因子中，與蒸發(fā)相關(guān)系數(shù)最大的為相對(duì)濕度，最小的為水汽壓。給定資料序列長度為48，自由度為46，給定顯著性水平α=0.01，rα=0.37，在相關(guān)系數(shù)均值中，0.69＞rα，0.58＞rα，0.46＞ rα，因此，僅相對(duì)濕度、氣溫、日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)量的線性相關(guān)達(dá)到99%信度。

與蒸發(fā)量線性相關(guān)通過0.001顯著性檢驗(yàn)的是相對(duì)濕度和氣溫。相對(duì)濕度與蒸發(fā)為負(fù)相關(guān)，即相對(duì)濕度越大，蒸發(fā)越?。粴鉁嘏c蒸發(fā)為正相關(guān)，即氣溫越高越長，蒸發(fā)越大。歷年月平均蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)成果見表3，月平均蒸發(fā)量與氣溫和相對(duì)濕度的時(shí)間關(guān)系圖如圖2和圖3所示。

由圖2可見，1—5月蒸發(fā)量隨氣溫升高而增加，9—12月蒸發(fā)量隨氣溫降低而減小。6—8月（汛期）蒸發(fā)量未隨氣溫同步變化，主要是因?yàn)檠雌诮邓吭黾?，相?duì)濕度增加，使蒸發(fā)量減小。由圖3可見，1—5月蒸發(fā)量隨相對(duì)濕度減小而增加，6—8月蒸發(fā)量隨相對(duì)濕度增加而減小，11，12月蒸發(fā)量隨相對(duì)濕度增加而減小，9，10月蒸發(fā)量與相對(duì)濕度之間的異步變化不明顯。

表3 齊齊哈爾站各月平均蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)成果

圖2 各月蒸發(fā)量、氣溫和時(shí)間關(guān)系圖

圖3 各月蒸發(fā)量、相對(duì)濕度和時(shí)間關(guān)系圖

4 蒸發(fā)量與氣象因子間的灰色關(guān)聯(lián)分析

4.1 計(jì)算步驟

以齊齊哈爾氣象站1963—2010年逐月平均蒸發(fā)量、降水量、日照時(shí)數(shù)、平均氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、平均水汽壓為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對(duì)蒸發(fā)量和以上氣象因子進(jìn)行分析。設(shè)歷年月平均蒸發(fā)量系列為序列X0，歷年月降水量、月日照時(shí)數(shù)、月平均氣溫、月平均相對(duì)濕度、月平均風(fēng)速、月平均水汽壓系列分別為序列X1，X2，X3，X4，X5和 X6。對(duì)各序列進(jìn)行始點(diǎn)零化處理，得到序列（i=0，1，2，…，6），分別計(jì)算si（i=0，1，2，…，6），根據(jù)公式 ε0i=（1+|si0|+|si|）/（1+|s0|+|si|+|si-s0|），得到各氣象因子與蒸發(fā)量的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度。對(duì)各序列進(jìn)行初值化處理，得到序列（i=0,，1，2，…，6），分別計(jì)算與的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度，記為r0i，得到各氣象因子與蒸發(fā)量的相對(duì)關(guān)聯(lián)度。利用公式 ρ0i=θε0i+（1-θ）r0i計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度，該文θ取0.5。

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)以上公式和方法，計(jì)算得出各氣象因子與齊齊哈爾站蒸發(fā)量的灰色關(guān)聯(lián)度，具體結(jié)果見表4、表5和圖4。

表4 齊齊哈爾站各月蒸發(fā)量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度

表5 齊齊哈爾站各月蒸發(fā)量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度均值及排序

圖4 齊齊哈爾站蒸發(fā)量與各氣象因子的關(guān)聯(lián)度排序圖

由表5和圖4可知，在全年平均情況下，各氣象因子與齊齊哈爾站蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)順序?yàn)椋浩骄鶜鉁兀窘邓浚救照諘r(shí)數(shù)＞平均水汽壓＞平均相對(duì)濕度＞平均風(fēng)速；在汛期，與齊齊哈爾站蒸發(fā)量關(guān)聯(lián)度較大的為日照時(shí)數(shù)、平均氣溫和降水量；在非汛期，與齊齊哈爾站蒸發(fā)量關(guān)聯(lián)度較大的為平均氣溫、降水量和平均水汽壓。

5 結(jié)論

1）齊齊哈爾站20世紀(jì)70年代蒸發(fā)量比60年代約增加6.3%，80年代和90年代蒸發(fā)量無明顯變化趨勢，2000—2010年蒸發(fā)量總體呈減少趨勢，2005—2010年蒸發(fā)量降至多年平均值以下。

2）通過線性相關(guān)分析，相對(duì)濕度、氣溫、日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)量的線性相關(guān)通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，相對(duì)濕度和氣溫通過0.001的顯著性檢驗(yàn)。1—5月蒸發(fā)量隨氣溫升高、相對(duì)濕度減小而增加；6—8月蒸發(fā)量受降水量增多的影響，主要隨相對(duì)濕度增加而減小，隨氣溫同步變化不明顯；9—12月蒸發(fā)量主要隨氣溫降低、相對(duì)濕度增加而減小。

3）通過灰色關(guān)聯(lián)分析，全年平均情況下，與蒸發(fā)量關(guān)聯(lián)度最大的氣象因子為平均氣溫，其次為降水量，最小的是平均風(fēng)速。

相對(duì)濕度主要受降水的影響，綜合考慮線性相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，可認(rèn)為對(duì)蒸發(fā)影響最大的氣象因子為氣溫和降水。因此，在齊齊哈爾地區(qū)氣候資源開發(fā)利用上，應(yīng)充分考慮氣溫和降水對(duì)蒸發(fā)量的影響，積極應(yīng)對(duì)氣候變化，合理開發(fā)和利用水資源。

采用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)影響蒸發(fā)的氣象因子進(jìn)行了關(guān)聯(lián)排序，但是影響蒸發(fā)的氣象要素比較多，物理機(jī)制比較復(fù)雜[3]，不同的分析方法可能會(huì)有不同的結(jié)論，因此還有待進(jìn)一步收集資料，綜合應(yīng)用分析方法，科學(xué)論證氣象要素對(duì)蒸發(fā)的影響。

［1］吉奇，劉克中，詹克榮，吳英杰.本溪山區(qū)主要?dú)庀笠貙?duì)水面蒸發(fā)量影響程度的灰色關(guān)聯(lián)分析［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（29）：266-270.

［2］曹明霞.灰色關(guān)聯(lián)分析模型及其應(yīng)用的研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2007：15-16.

［3］劉蕊蕊，陸寶宏，許丹，張杰，翟夢恩，常娜，李莉會(huì).石羊河流域蒸發(fā)量變化特征及影響因素分析［J］.水文，2013，33（1）：82-89.