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(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)話題之一，根據(jù)2019年中國氣候變化藍(lán)皮書指出，全球變暖趨勢(shì)進(jìn)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(zhì)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(zhì)之一，表征了水資源的時(shí)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(guān)性，它也是氣候區(qū)劃和水資源評(píng)價(jià)的重要參考指標(biāo)。

全球氣溫升高，大部分人都會(huì)猜測(cè)蒸發(fā)量會(huì)增大。但是美國學(xué)者，根據(jù)前蘇聯(lián)和美國的蒸發(fā)數(shù)據(jù)研究指出，過去50年期間蒸發(fā)量呈持續(xù)下降的趨勢(shì)［3］。我國對(duì)蒸發(fā)的研究也比較早［4-7］，很多學(xué)者都得出，在中國蒸發(fā)量的變化也有明顯下降的趨勢(shì)［8-10］，但我國對(duì)蒸發(fā)的研究大部分針對(duì)內(nèi)陸地區(qū)，對(duì)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(zhǔn)氣候站的1957—2018年的蒸發(fā)觀測(cè)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(duì)本地區(qū)水資源評(píng)價(jià)、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(shù)據(jù)均來自于電白國家基準(zhǔn)氣候站1957—2018年地面觀測(cè)資料，資料均通過廣東省氣象局信息中心質(zhì)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(cè)方法的蒸發(fā)量并不相同，之間存在折算系數(shù)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(jù)文獻(xiàn)［12］，查詢得出廣東省1—12月的折算系數(shù)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(shí)際蒸發(fā)量，因此把1957—1991年的蒸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為E-601B蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)系數(shù)、變差系數(shù)、通徑分析等統(tǒng)計(jì)方法，以及M-K檢驗(yàn)法，還有利用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

通徑分析是研究多個(gè)變量與響應(yīng)變量間線性關(guān)系的一種方法，它通過對(duì)自變量和因變量間的相關(guān)分解來研究因變量的相對(duì)重要性，能有效地表示相關(guān)變量間單一因素對(duì)結(jié)果的直接影響效應(yīng)，同時(shí)兼顧兩種因素對(duì)結(jié)果的協(xié)同影響，估計(jì)出影響因子對(duì)響應(yīng)變量的間接作用，從而直接比較各因素的相對(duì)重要性［13］。通徑分析分為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，本研究主要通過SPSS軟件實(shí)現(xiàn)通徑分析計(jì)算［13］。

2 結(jié)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(shù)為12.3%。從電白歷年總蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)（圖1）可以看出，年總蒸發(fā)量與時(shí)間序列的擬合趨勢(shì)線通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)，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(shì)，這與全國蒸發(fā)量變化趨勢(shì)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(shì)，總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，而且減少幅度大。電白在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初蒸發(fā)量達(dá)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(shì)

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(dòng)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(shì)，2010年達(dá)到最小之后又緩慢上升。根據(jù)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(shì)，上升的趨勢(shì)不顯著；1977年之后呈明顯下降趨勢(shì)。在0.05的顯著性水平下，根據(jù)UF和UK曲線交點(diǎn)的位置，可以確定電白年總蒸發(fā)量的下降是突變現(xiàn)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(shì)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(jì)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(shì)，下降趨勢(shì)最大的為11和1月均達(dá)到-0.51 mm／年，減少最小的為3月的-0.07 mm／年。各月變差系數(shù)呈下降趨勢(shì)，但是都大于年總蒸發(fā)量變差系數(shù)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(xiàn)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(shì)上2—7月為緩慢增大的過程；7月以后又波動(dòng)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(fēng)速比較大有關(guān)。

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(gè)季節(jié)蒸發(fā)量變化都比較顯著，都是下降趨勢(shì)。春季和前汛期蒸發(fā)量變化趨勢(shì)基本相同，每10年下降大致6～8 mm；后汛期和秋季變化趨勢(shì)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(yàn)），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(yàn)）。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(shù)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(shù)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(dá)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(yàn)

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

3.2 結(jié)果分析

影響蒸發(fā)量的氣象因子有很多，根據(jù)道爾頓蒸發(fā)定律、彭曼公式可以看出，日照時(shí)數(shù)、水汽壓、溫度、飽和差、風(fēng)速等氣象要素的變化都會(huì)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(dòng)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(guān)系。根據(jù)相關(guān)系數(shù)分析，平均相對(duì)濕度、平均總云量、本站氣壓和降水量沒通過顯著性檢驗(yàn)，故不引入研究。根據(jù)參考文獻(xiàn)［14-16］，本研究的氣象因子主要有X1（低云量）、X2（氣溫）、X3（日照時(shí)數(shù)）、X4（風(fēng)速）、X5（氣溫年較差）等5種與蒸發(fā)量相關(guān)的氣象要素進(jìn)行研究分析，其中云量反映濕度因子，氣溫、日照時(shí)數(shù)和氣溫年較差反映接受太陽總輻射的熱力因子，風(fēng)速代表了動(dòng)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(yàn)。其中低云量和氣溫與蒸發(fā)量的變化呈負(fù)相關(guān)，其它3種（日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速和氣溫年較差）都呈正相關(guān)。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(shù)，能夠表示不同氣象要素對(duì)蒸發(fā)量的直接作用和間接作用，以及它們之間的關(guān)聯(lián)。

表1 歷年蒸發(fā)量與氣象因子的直接相關(guān)系數(shù)

表2 各氣象因子通徑分析結(jié)果

分析表1和表2，各種氣象因子的直接通徑系數(shù)正負(fù)號(hào)和相關(guān)系數(shù)正負(fù)號(hào)都一致，這表明選取的氣象因子對(duì)蒸發(fā)量的影響作用是真實(shí)可信的。從相關(guān)系數(shù)上看，大小排序?yàn)閄4＞X5＞X3＞X1＞X2，風(fēng)速對(duì)蒸發(fā)量的影響最顯著；從通徑分析系數(shù)來看，大小排序和相關(guān)系數(shù)一樣；按決策系數(shù)排序?yàn)閄4＞X5＞X2＞X1＞X3。通過比較可以看出，風(fēng)速和氣溫年較差對(duì)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(shí)數(shù)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(shí)數(shù)對(duì)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(duì)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(fēng)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(jìn)作用方面，協(xié)助日照時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)量起最大增進(jìn)作用的是風(fēng)速，其次是低云量。分析表明，風(fēng)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(duì)蒸發(fā)量起到增進(jìn)作用；低云量和氣溫直接作用和間接作用各50%左右，對(duì)蒸發(fā)量起到限制性作用；日照時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)量的增進(jìn)作用主要是來自其它氣象因子的間接作用。剩余通徑系數(shù)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(jìn)一步的研究。

4 結(jié)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(shì)，線性傾向率為-3.927 mm／年，變差系數(shù)為12.3%；年代際變化中20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初蒸發(fā)量達(dá)到最小值；

2）1957—1989年蒸發(fā)量累積距平曲線呈波動(dòng)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(shì)，2010年達(dá)到最小之后又緩慢上升的。根據(jù)UF和UK曲線交點(diǎn)的位置，確定電白年總蒸發(fā)量的下降是突變現(xiàn)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(shì)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(shì)，蒸發(fā)量變化最顯著的是秋季，春季蒸發(fā)量變化最?。黄骄舭l(fā)量最大的為后汛期的366.5 mm。

氣象因子對(duì)蒸發(fā)量的影響，風(fēng)速是影響蒸發(fā)量的主要因子，起決定性的作用。其中風(fēng)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(duì)蒸發(fā)量起到增進(jìn)作用；低云量和氣溫直接作用和間接作用各一半左右，對(duì)蒸發(fā)量起到限制性作用；日照時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)的增進(jìn)作用主要是來自其它氣象因子的間接作用。