近50年来山东省参考作物蒸散量变化及定量化成因

2016-10-20 05:51董旭光邱粲王静
生态环境学报 2016年7期
关键词:气象要素日照时数年际

董旭光,邱粲,王静

近50年来山东省参考作物蒸散量变化及定量化成因

董旭光,邱粲,王静

山东省气候中心,山东 济南 250031

参考作物蒸散量(ET0)被广泛应用于估算生态需水、农业灌溉、区域气候干湿状况评价等方面,在气候和环境变化中起着非常重要的作用。基于山东省1961—2010年90个气象站的逐日气象观测数据,应用Penman-M onteith模型估算了区域内的ET0,研究了山东省ET0的空间分布特征和时间演变规律及主要影响要素,定量分析了各影响要素对ET0变化的贡献。结果表明,山东省年平均ET0为1028.4 mm,由东南沿海向西北内陆递增;夏季最高,其次为春季、秋季,冬季最低。年平均ET0变化倾向率为-1.818 mm·a-1,减少趋势极显著(P<0.01);各季节均呈减少的变化趋势,夏季最明显;鲁西和鲁西南ET0的减少趋势最显著,向东则减少趋势减弱,至半岛东部部分站点则有增加趋势。全省年平均ET0在1983年前后发生突变,春季、夏季、冬季分别发生在1969年、1987年、1971年,秋季没有突变。主振荡周期为12 a左右,不同年代表现出的周期性不一致,且多种周期尺度相互交叉。年际和各季节风速和日照时数呈极显著的减少趋势,对ET0变化的负贡献较大,是山东省ET0减少的主要影响因素;最高和最低气温、相对湿度对ET0变化表现为正贡献,在一定程度上消弱了风速和日照时数的负贡献。年际和季节各气象要素对ET0变化的总贡献率与ET0的实际变化率较接近,年际、春季、秋季、冬季对ET0减少变化的第一主导气象要素是风速,贡献率分别为-9.587%、-8.074%、-9.920%、-16.847%,夏季第一主导气象因素为日照时数,贡献率为-8.287%。

参考作物蒸散量;Penman-Monteith模型;气象要素;贡献率;山东省

引用格式:董旭光, 邱粲, 王静. 近50年来山东省参考作物蒸散量变化及定量化成因[J]. 生态环境学报, 2016, 25(7):1098-1105.

DONG Xuguang, QIU Can, WANG Jing. Temporal and Spatial Variation Characteristics and Quantification of Causes for Reference Evapotranspiration in Shandong Province in Recent 50 Years [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(7): 1098-1105.

参考作物蒸散量(ET0)是地表热量平衡和水分平衡的重要组成部分,作为自然界水分循环的一个过程,其在气候与环境变化中起着非常重要的作用。ET0被广泛应用于估算生态需水、农业灌溉、气候干湿状况评价等方面。ET0反映了区域蒸散能力的大小,与太阳辐射、气温、相对湿度、风速等气象要素有关。在全球气候变暖的背景下(Solomon et al.,2007),中国在同时期的增暖更为明显(丁一汇,2008),受气候变暖的影响,降水、风速、太阳辐射等要素不同程度的变化(任国玉等,2005;王遵娅等,2004)将导致ET0的变化。

ET0的估算方法较多,通常采用联合国粮农组织(FAO)1998年推荐的Penman-Monteith方法,该方法较全面地考虑了影响蒸散的各种因素,而且在气候条件差异较大(湿润、干旱或风速变化范围较大等)地区的应用中都取得了较好的结果(毛飞等,2000;左德鹏等,2011;高歌等,2006;刘普幸等,2012;张守红等,2010;马宁等,2012),是目前计算ET0精度最高、应用最广泛的一种方法。该方法具有充分的理论基础,结果仅受当地气候要素的影响,与下垫面、土壤类型等无关(Allen et al.,1998)。近年来许多学者对中国不同区域ET0的时空分布进行了分析,表明在中国大部分地区,ET0呈减少变化趋势,但空间分布差异明显,同时对影响其变化的原因进行了讨论。高歌等(2006)得出1956—2000年除松花江流域,其它大部分地区ET0呈减少趋势的结论。尹云鹤等(2009,2010)分析了ET0的变化趋势和影响因子,认为我国ET0减少的主要原因是太阳辐射和风速的减小。谢贤群等(2007)、曹雯等(2011a)和段春锋等(2011)、王琼等(2013)、张山清等(2011)学者分别对中国北方、西北地区、长江流域、新疆等区域或流域的ET0时空分布进行了探讨并分析了主要的影响因子。刘昌明等(2011)、刘小莽等(2009)、曹雯等(2011b)、梁丽乔等(2008)也分别对不同区域ET0和气候因子之间的相互作用及敏感性等方面进行研究,从不同的方面证实了ET0在气候研究中的重要性。由于ET0的变化是温度、风速、湿度、辐射等多种气象要素共同作用的结果,因此不同地区不同的气候背景条件使得ET0对气候变化的响应具有明显的区域差异。

山东省位于中国中东部沿海,是人口密集的农业大省,属暖温带季风气候区,雨热同季,四季分明,受海陆位置及区域内地形地貌特征差异影响,降水时空分布差异明显,旱涝等自然灾害频发,给农业生产和社会经济发展带来不利影响。参考作物蒸散量作为气候变化响应及水分循环中不可或缺的因素,对其时空特征和变化趋势的研究显得尤为重要,过去山东省区域气候变化的研究多集中在降水和气温等气象要素方面(高留喜等,2005;徐宗学等,2007;杨士恩等,2007;迟竹萍等,2009;董旭光等,2014),对ET0的研究很少。同时由于受气候变暖和山东特殊地形的制约以及人类活动的影响,区域水循环发生了显著变化,因此研究山东区域ET0的时空变化特征,有助于深入理解气候变化对山东省水分循环的影响,可为科学评价区域气候干湿状况、合理开发调配水土资源提供科学依据。本文根据山东省1961—2010年90个气象站逐日气象观测数据,以Penman-Monteith模型计算各站点ET0,分析其时空分布特征、变化趋势、突变以及周期变化等方面特征,并对ET0与影响要素的关系及可能原因进行了定量分析。

1 资料和方法

1.1资料

采用山东省气象信息中心提供的1961—2010年逐日气象观测数据较完整的90个站点,包括逐日最高气温、最低气温、日照时数、风速、相对湿度、降水量等。计算出各气象站点逐日ET0,进而得到月、季、年等不同时段的ET0。其中每年3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11月为秋季,12月至次年2月为冬季。计算某日的ET0需要上述5种气象要素及站点经纬度、海拔高度等信息数据,若某日的气象要素中有任意一个要素缺测,则ET0为空值。山东省行政区划、地形及使用的气象站点等信息见图1。

1.2方法

1.2.1Penman-Monteith公式

估算ET0的模型有多种,其中FAO在1998年推荐的Penman-Monteith公式以能量平衡和水汽扩散理论为基础,较全面地考虑了影响潜在蒸散的各种因素,不仅考虑了空气动力学和辐射,也考虑了植被的生理特征,有较可靠的物理依据(Allen et al.,1998),故得到了广泛运用。该模型被广泛应用于湿润和干旱等各种气候条件地区,并都取得了较好的效果(左德鹏等,2011;刘普幸等,2012;谢贤群等,2007;王琼等,2013)。其计算公式为:

图1 山东省行政区划、地形及使用的气象站点地理位置分布图Fig. 1 Administrative regionalization, terrain and distribution of used meteorological stations of Shandong Province

式中,ET0是参考作物蒸散量(mm·d-1);Δ是饱和水汽压温度曲线斜率(kPa·℃-1);Rn是地表净辐射(MJ·m-2·d-1);G是土壤热通量(MJ· m-2·d-1);γ是干湿表常数(kPa·℃-1);T是日平均气温(℃),为日最高气温和日最低气温的平均值;u2为2 m高度处的风速(m·s-1);es是饱和水汽压(kPa-1);ea是实际水汽压(kPa-1)。参考作物蒸散量计算过程中所涉及到的其它参数取值和计算方法均参照国家标准(气象干旱等级,2006)。

1.2.2气象要素的贡献

单个气象要素对ET0变化的贡献可表示为该气象要素的敏感系数及其多年相对变化的乘积。导致ET0增加为正贡献,导致ET0减小为负贡献。表达式如下(尹云鹤等,2010;曹雯等,2011a):

式中,Convi是气象要素Vi对ET0变化的贡献;RCVi是Vi的多年相对变化;SVi为敏感系数,无量纲;ET0和ΔET0分别为参考作物蒸散量及其变化量;Vi和ΔVi分别为气象要素和变化量。利用1961—2010年Vi的平均值Vav和线性倾向率Trend计算得到;线性倾向率Trend可由趋势分析法计算得到。相应的ET0的多年实际变化也可用RCVi计算得到。影响ET0变化的气象因子众多,实际应用中不可能只是单个气象因子发生变化,因此,将各因子的贡献累加后就得到所有气象因子对ET0变化的总贡献(尹云鹤等,2010;曹雯等,2011a)。

1.2.3其它方法

采用A rcGIS反距离加权(马宁等,2012)空间插值法,研究区域参考蒸散量的空间分布和时间变化特征。反距离加权插值法是一种常见而简便的空间插值方法,它是基于相近相似的原理,即两个物体离得越近,它们的性质就越相似,以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均,离插值点越近的样本点被赋予的权重越大;采用Mann-Kendall(尹云鹤等,2009)突变检验方法对各季节和年ET0的变化进行突变检验;应用M orlet小波(王琼等,2013;胡乃发等,2010)的实部和模平方对ET0进行周期分析;采用相关分析(施能等,2004)等对山东省年和季节ET0变化的主导因素进行探讨。

2 结果分析

2.1参考作物蒸散量的时空分布特征

2.1.1多年平均空间分布

近50年来,山东省ET0的年平均值为1028.4 mm,荣成最少,为898.4 mm;济南最多,为1 227.3 mm(图2)。ET0空间分布存在较大的区域差异,整体表现为西北部高东南沿海低的特征,高值区主要位于鲁中山区以北向东延伸至半岛西北部一带,普遍超过1 038.0 mm。东南沿海年平均ET0一般不高于1000 mm,半岛东南部最少,少于950 mm。春季和夏季ET0平均值分别为324.4、396.8 mm,占全年比率分别为31.5%、38.6%,其空间分布和年平均ET0相似,高值区和低值区的范围和位置接近。秋季和冬季ET0的空间分布相似,平均值分别为211.0、96.2 mm,占全年比率分别为20.5%、9.4%,但与年均ET0和春夏季ET0的空间分布差异较明显,高值区主要在济南周边、胶莱平原、环半岛沿海等地,低值区在鲁北、鲁西、鲁西南、鲁中山区南侧及半岛内陆等地。

图2 1961—2010年山东省年平均ET0空间分布Fig. 2 Spatial distribution of the average annual reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

表1 1961—2010年山东省年和季节ET0的年代际变化Table 1 Decadal variation of the annual and seasonal reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

2.1.2年代际变化

山东省各年代际ET0呈减少趋势(表1),20世纪60年代最大,为1075.0 mm;至21世纪前10年最小,为999.4 mm;60、70年代 ET0平均值高于1961—2010年平均值,分别多46.6、16.3 mm;80年代以后均低于1961—2010年平均值。1961—2010年逐年代际减少量分别为30.3、29.6、7.5、8.2 mm,20世纪60—80年代减少最明显。各季节ET0的年代际变化与多年平均略有不同,春季ET0在21世纪以前逐年代际减少,90年代最小,为310.5 mm,但21世纪前10年有所增加,接近累年春季平均值,为324.2 mm。夏季ET0在各年代际间均最大,平均达396.8 mm,呈逐年代际减小的变化趋势;20世纪60、70年代超过400.0 mm。秋季、冬季ET0各年代际变化不大,接近平均值。

山东省各年代际ET0空间分布差异显著(图3),20世纪60年代仅东南沿海和半岛东部地区ET0低于多年平均值,向西呈明显的递增趋势,鲁西、鲁西北和鲁北大部分地区高于多年平均值;70年代,低于多年平均ET0地区的范围明显向西扩展,高值区范围比60年代明显缩小;80年代整个山东省ET0进一步减小,仅在鲁中山区北侧至莱州湾一带高于1116 mm;90年代和21世纪前10年大部分站点ET0低于多年平均值。

2.1.3年际变化

山东省ET0的年际变化倾向率为-1.818 mm·a-1(P<0.01),表明山东省ET0呈极显著的减小趋势(图4)。20世纪60年代前期ET0逐年减小,1964年接近历年最小值,1965年迅速增加,之后开始呈现逐年波动减少的变化趋势。1961—1964年山东全省产生了大面积的洪涝灾害(李君等,2009),降水量偏多,气温低、相对湿度大、日照时数少是这段时期ET0逐年急剧减小的可能原因。各季节ET0的年际变化与多年平均年际变化趋势相似,均呈减小的变化趋势(图略),夏季减幅最大(P<0.01),减小趋势极显著。

山东省各站年平均ET0变化趋势在-5.8~3.1 mm·a-1之间,区域差异明显(图5)。内陆的鲁西南、鲁西等地减少趋势最明显,普遍在-3.5 mm·a-1以上。半岛地区减弱趋势最不明显,半岛东部部分站点有增加趋势,鲁中山区北侧部分站点有增加趋势。减少趋势通过α=0.05置信度水平检验的有77个,主要分布在山东中西部,而增加趋势通过α=0.05置信度水平检验的站点仅有8个,主要分布在半岛地区。

各季节ET0变化趋势与年变化趋势类似,均在西部地区呈现明显减少趋势,越向东减小趋势越不明显,半岛地区尤其半岛东部部分站点有增大变化趋势,鲁中山区北侧减少趋势较小,个别站点有增大趋势。春夏秋冬四季变化趋势(图略)分别为-2.0~1.2、-2.7~1.0、-0.9~0.8、-0.6~0.6 mm·a-1,各季节中减少趋势通过α=0.05置信度水平检验的站点分别有65、83、63、56个,增大趋势通过α=0.05置信度水平检验的站点分别有15、5、19、22个。夏季减少趋势最强、站点数最多,春季次之,冬季最弱、最少。

图3 1961—2010年山东省年代际ET0空间分布Fig. 3 Decadal spatial distribution of the reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

图4 1961—2010年山东省年和季节ET0年际变化趋势Fig. 4 Inter-annual changing trend of the reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

图5 1961—2010年山东省年平均ET0气候倾向率空间分布Fig. 5 Spatial distribution of the average annual changing rates of reference evapotranspiration in Shandong Province druing 1961—2010

2.2参考作物蒸散量变化的突变特征

采用Mann-Kendall法对山东省年平均ET0序列进行突变检验(图6e)。ET0在1983年前后产生突变,呈减少变化趋势,至1985年减少趋势超过了0.05的临界线,表明其减少趋势更为显著,之后一直呈减少的变化趋势。春季在1969年产生突变,呈减少变化趋势,至1985年减少趋势更为显著,至1999年有增加的变化趋势。夏季UF曲线在1968年以前呈上升趋势,表明ET0有增加的变化趋势,1969年后开始持续减少,突变时间出现在1987年,至1990年开始减少趋势更为显著。秋季UF曲线不存在显著变化趋势,虽有多个交点,但没有产生突变,秋季ET0呈在波动中逐年减少的趋势,但趋势不明显。冬季UF和UB曲线在1971年以前出现多个交点,但均不是突变点,1971年是冬季ET0的突变点,1971年以后总体呈减少的变化趋势,至1990年减少趋势更为显著,之后有增加的变化趋势。

2.3参考作物蒸散量变化的周期性

山东省年平均ET0的复值Morlet小波变换系数的实部和模平方时频分布见图7,实部反映了尺度信号在不同时间上的分布和位相信息,模的大小反映了尺度信号的强弱分布,通过两者结合进行周期分析。年ET0存在3、6、12、15、26 a左右多个振荡周期,其中12 a左右的振荡周期最强,为第一主周期。12 a左右的周期主要出现在1985年以前且最明显;3 a左右的周期一直存在,在1970年前表现最明显;6 a左右的周期在2000年前表现较明显,在1970年前表现最明显;15 a左右的周期不明显;26 a左右的周期主要出现在20世纪70年代末期以后,表现不明显。春季、夏季、冬季第一主周期分别为7、16、16 a且贯穿整个时域,秋季第一主周期为10 a,在2000年以前最明显。ET0的周期变换多个同时并存,不同年代表现出的周期性并不一致,且多种周期尺度相互交叉,具有较强的时频局部特征。

图6 1961—2010年山东省年和季节平均ET0Mann-Kendall突变检验Fig. 6 The average annual and seasonal Mann-Kendall mutation test in Shandong Province during 1961—2010

图7 1961—2010年山东省年平均ET0的复值Morlet小波变换系数的实部(a)和模平方时频(b)Fig. 7 Real part of the Morlet wavelet analysis and the modulus square of potential evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

2.4参考作物蒸散量变化成因分析

2.4.1各气象要素和参考作物蒸散量变化讨论

最高与最低气温、风速、日照时数、相对湿度等气象要素的相互作用导致ET0变化的原因比较复杂。本文采用气象要素气候变化倾向率和气象要素与ET0的相关性结合的方法定性探讨其变化的成因,进而定量分析各气象要素的变化对ET0的贡献。

从表2可知,最高与最低气温、风速、日照时数的逐年变化极显著,均通过了α=0.01置信度检验,表明最高与最低气温上升趋势及风速、日照时数下降趋势均极显著,相对湿度下降趋势、降水量增多趋势不显著。从各季节气候倾向率变化看,冬季最高气温上升趋势极显著,达到0.031 ℃·a-1,夏季略下降,但变化不显著;各季节最低气温均呈极显著的上升趋势,冬季上升趋势最大,夏季最小。各季节风速也呈极显著减小趋势,春季和冬季最明显。春季日照时数减少趋势不明显,其它各季节减少趋势均极显著,夏季最明显。各季节相对湿度和降水量上升和下降趋势均不显著。

各气象要素与ET0的相关系数中,除春夏季和冬季最低气温外,其它年和各季节相关性均较显著。最高气温、风速、日照时数均与ET0呈正相关,最低气温、相对湿度、降水量呈负相关。对年ET0影响较大的气象要素是日照时数、风速、相对湿度,春季是日照时数、相对湿度、降水量、最高气温,夏季是日照时数、相对湿度、风速、最高气温,秋季是日照时数、相对湿度、降水量,冬季是相对湿度、降水量、日照时数、最高气温。

综合各气象要素和ET0的气候倾向率的相关系数分析结果来看,虽然年相对湿度、季节相对湿度、降水量与ET0呈极显著负相关,但相对湿度、降水量的变化趋势不显著,不是导致山东省参考作物蒸散量减少的主导因素;日照时数、风速与ET0相关性高且减少趋势极显著,对ET0的变化呈负贡献,是影响山东省ET0减少的主导因素;最高气温与ET0相关性也较高且上升趋势极显著,导致ET0增加;最低气温与ET0相关性除在年际和秋季略高外,其它各季节较低。综合考虑,日照时数、风速对ET0的变化呈负贡献,是导致山东省年和季节ET0减少的主导因素;最高气温的极显著上升对ET0的变化呈正贡献。

表2 1961—2010年山东省年和季节ET0和气候要素的相关性、气候倾向率Table 2 Annual and seasonal changing rate and correlation of climate factors and reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010

表3 1961—2010年山东省年和季节气候要素对ET0的贡献及ET0实际变化率Table 3 Contribution of Annual and seasonal climate factors variables to reference evapotranspiration and actual relative change for reference evapotranspiration in Shandong Province during 1961—2010                 %

2.4.2各气象要素和参考作物蒸散量的定量分析

ET0的变化主要由气象要素的变化而导致,通过计算各气象要素的敏感系数和各气象要素和ET0的相对变化量,定量分析各气象要素对ET0变化的贡献。

由表3可以看出,最高气温对年ET0变化的贡献为2.090%,为正贡献,表明山东省最高气温的升高导致了ET0增多,冬季的极显著增温导致ET0增多最明显。最低气温对年ET0变化的贡献比最高气温略高,为2.714%。各季节最低气温的贡献也比相应最高气温高。在所有气象要素中风速对年ET0变化的贡献最大,为-9.587%,春季、秋季和冬季风速对ET0变化贡献在所有气象要素中最大,夏季风速的贡献小于日照时数。相对湿度对年ET0的变化贡献为1.828%,秋季的正贡献最大,夏季则有不明显的负贡献。日照时数对年ET0变化的贡献仅次于风速,为-3.257%,夏季日照时数对ET0变化贡献在所有气象要素中最大,冬季日照时数对ET0减少的贡献最小。

所有气象要素对年ET0变化的总贡献为-6.220%,对夏季ET0变化的总贡献最大,其它各季节的总贡献较接近,与ET0实际变化较接近,表明运用敏感系数和气象要素相对变化可以合理地解释年ET0和季节ET0实际变化。

综上所述,对年ET0实际变化负贡献最大的气象要素是风速和日照时数,这与尹云鹤等(2010)、谢贤群等(2007)的研究结论一致。最高最低气温的正贡献和相对湿度相对较小的正贡献,在一定程度上削弱了风速和日照时数对ET0实际变化的负贡献;对春季、秋季和冬季ET0实际变化负贡献最大的是风速,日照时数次之,其它要素为正贡献;夏季负贡献最大的是日照时数,风速次之,最低气温具有较小的正贡献。

3 结论

(1)山东省年际和季节平均参考作物蒸散量(ET0)由东南沿海向西北内陆递增,夏季最高,其次为春季、秋季,冬季最低。大部地区ET0在20世纪80年代以前减幅较大,鲁中山区北部至鲁北沿海21世纪前10年有较小的增加趋势。ET0逐年代际递减,其年际变化倾向率为-1.818 mm·a-1,减少趋势极显著,各季节均呈减少的变化趋势,夏季最明显。鲁西和鲁西南ET0的减少趋势最显著,东向总体上减少趋势变缓,至半岛东部部分站点则有增加趋势。

(2)山东省年平均ET0在1983年前后发生突变,之后呈减少趋势,春季发生在1969年,夏季发生在1987年,秋季没有产生突变,冬季则发生在1971年。年际和各季节ET0分别存在12、7、16、10、16 a左右的主振荡周期,不同年代表现出的周期性不一致,且多种周期尺度相互交叉。

(3)整体上,山东省年际和各季节风速和日照时数呈极显著的下降变化趋势,且和ET0显著正相关;相对湿度和降水量与ET0呈显著正相关,但变化趋势不显著;最高气温与ET0显著正相关。年际和冬季上升趋势显著,最低气温上升趋势显著,但与ET0相关性较低。

(4)山东省年际和各季节各气象要素对ET0变化的总贡献率与ET0的实际变化率较接近,风速和日照时数对ET0的负贡献最大,最高和最低气温、相对湿度则为正贡献,在一定程度上削弱了风速和日照时数的负贡献。导致夏季ET0减少变化的第一主导因子是日照时数,贡献率为-8.287%,风速次之,为-3.507%;导致年际、春、秋和冬季ET0减少变化的第一主导因子均是风速,贡献率分别为-9.587%、 -8.074%、-9.920%、-16.847%。

影响ET0时空分布和变化的因素比较复杂,不仅与气象要素有关,其它由气象要素导致的间接影响也不可忽略,同时气象要素的变化也相互影响。本文定量分析了影响山东ET0变化的主要气象要素的贡献,在很大程度上解释了ET0变化的具体原因。对于其它气象要素和非气象要素对ET0变化的影响方式和程度仍有待深入研究。

ALLEN R G, PEREIRA L S, RAES D, et al. 1998. Crop evapotranspiration:guidelines for computing crop water requirements [R]. Rome: FAO.

SOLOMON S, QIN D, MANNING M, et al. 2007. Climate Change: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge: Cambridge University Press.

曹雯, 申双和, 段春锋. 2011a. 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析[J]. 地理学报, 66(3): 407-415.

曹雯, 申双和, 段春锋. 2011b. 西北地区近49年生长季参考作物蒸散量的敏感性分析[J]. 中国农业气象, 32(3): 375-381.

迟竹萍. 2009. 近45年山东夏季降水时空分布及变化趋势分析[J]. 高原气象, 28(1): 220-226.

丁一汇. 2008. 中国气候变化科学概论[M]. 北京: 气象出版社.

董旭光, 顾伟宗, 孟祥新, 等. 2014. 山东省近50年来降水事件变化特征[J]. 地理学报, 69(5): 661-671.

段春锋, 缪启龙, 曹雯. 2011. 西北地区参考作物蒸散变化特征及其主要影响因素[J]. 农业工程学报, 27(8): 77-83.

高歌, 陈德亮, 任国玉, 等. 2006. 1956—2000年中国潜在蒸散量变化趋势[J]. 地理研究, 25(3): 378-387.

高留喜, 刘秦玉. 2005. 山东春季降水的时空变化特征分析[J]. 高原气象, 24(5): 811-815.

胡乃发, 王安志, 关德新, 等. 2010. 1959—2006年长白山地区降水序列的多时间尺度分析[J]. 应用生态学报, 21(3): 549-556.

李君, 邰庆国, 韩国泳, 等. 2009. 山东伏期旱涝特征与大气环流异常[J].气象科学, 29(1): 106-109.

梁丽乔, 李丽娟, 张丽, 等. 2008. 松嫩平原西部生长季参考作物蒸散发的敏感性分析[J]. 农业工程学报, 24(5): 1-5.

刘昌明, 张丹. 2011. 中国地表潜在蒸散发敏感性的时空变化特征分析[J]. 地理学报, 66(5): 579-588.

刘普幸, 卓玛兰草. 2012. 甘肃省1960—2008年潜在蒸散量时空变化及影响因子[J]. 自然资源学报, 27(9): 1561-1571.

刘小莽, 郑红星, 刘昌明, 等. 2009. 海河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析[J]. 资源科学, 31(9): 1470-1476.

马宁, 王乃昂, 王鹏龙, 等. 2012. 黑河流域参考蒸散量的时空变化特征及影响因素的定量分析[J]. 自然资源学报, 27(6): 975-989.

毛飞, 张光智, 徐祥德. 2000. 参考作物蒸散量的多种计算方法及其结果的比较[J]. 应用气象学报, 11(增刊): 128-136.

任国玉, 郭军, 徐铭志, 等. 2005. 近50年中国地面气候变化基本特征[J]. 气象学报, 63(6): 942-955.

施能, 陈绿文, 封国林. 2004. 1920—2000年全球陆地降水场气候特征与气候变化[J]. 高原气象, 23(4): 435-443.

王琼, 张明军, 潘淑坤, 等. 2013. 长江流域潜在蒸散量时空变化特征[J].生态学杂志, 32(5): 1292-1302.

王遵娅, 丁一汇, 何金海, 等. 2004. 近50年来中国气候变化特征的再分析[J]. 气象学报, 62(2): 228-236.

谢贤群, 王菱. 2007. 中国北方近50年潜在蒸发的变化[J]. 自然资源学报, 22(5): 683-691.

徐宗学, 孟翠玲, 赵芳芳. 2007. 山东省近40 a来的气温和降水变化趋势分析[J]. 气象科学, 27(4): 387-393.

杨士恩, 王启. 2007. 山东夏季降水的气候特征及其成因[J]. 热带气象学报, 23(1): 65-71.

尹云鹤, 吴绍洪, 陈刚. 2009. 1961—2006年我国气候变化趋势与突变的区域差异[J]. 自然资源学报, 24(12): 2147-2157.

尹云鹤, 吴绍洪, 戴尔阜. 2010. 1971—2008年我国潜在蒸散时空演变的归因[J]. 科学通报, 55(22): 2226-2234.

张山清, 普宗朝. 2011. 新疆参考作物蒸散量时空变化分析[J]. 农业工程学报, 27(5): 73-79.

张守红, 刘苏峡, 莫兴国, 等. 2010. 阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响分析[J]. 地理学报, 65(11): 1363-1370.

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 2006. 气象干旱等级: GB/T20481—2006[S]. 北京: 中国标准出版社: 9-13.

左德鹏, 徐宗学, 李景玉, 等. 2011. 气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量时空变化特征[J]. 水科学进展, 22(4): 455-461.

Temporal and Spatial Variation Characteristics and Quantification of Causes for Reference Evapotranspiration in Shandong Province in Recent 50 Years

DONG Xuguang, QIU Can, WANG Jing
Shandong Climate Center, Jinan 250031, China

As a main component of the hydrological cycle, reference evapotranspiration (ET0) was widely used for understanding regional moisture conditions, estimating ecology water requirement and irrigating crop. ET0played a very im portant role in the climate and environment change. Based on the daily meteorological data from 90 meteorological stations in Shandong Province from 1961 to 2010, the Penman-Monteith method recommended by FAO was used to calculate the ET0and to analyze its spatial-temporal distribution characteristics. Major factors' contribution to the ET0variation trend was also provided through partial derivative quantification analysis. Temporal variations in ET0were analyzed using the Mann-Kendall method and Morlet wavelet. Results indicated that the mean annual ET0was 1 028.4 mm in Shandong Province during the study period. ET0ascended from southeast coast to northw est inland, peaking in summer and reaching the bottom in w inter. The dam ping of ET0w as greater before 1980s. The annual ET0showed a significant decline w ith a rate of -1.818 mm·a-1. The decreasing trend w as mostly prom inent in w est and southwest of Shandong and the increasing trend appeared in some stations of eastern peninsula. By using Mann-Kendall analysis, it had been found that the annual ET0mutation happened around 1983, and spring-, summer- and w inter-mutation happened in 1969,1987, 1971 respectively w ith no mutation happening in autumn. The annual and seasonal ET0presented oscillations of 12, 7, 16, 10 and 16 a respectively. The oscillation periods was different in each year and various periods crossed each other.As the main factors for ET0decrease in Shandong, the annual and seasonal mean w ind speed and sunshine duration decreased significantly and were dramatically positive-correlated w ith ET0. The total contribution from the annual and seasonal meteorological elements to the ET0variation was close to actual changing in ET0. The main impacting factor on ET0decreasing was wind speed meanly in spring,autumn, w inter and the whole year w ith the negative-contribution of -8.074%, -9.920%, -16.847% and -9.587% respectively. However, in summer, sunshine duration was the dom inant factor with negative-contribution of -8.287%.

reference evapotranspiration; Penman-Monteith model; climate factors; contribution rate; Shandong Province

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.07.002

X16

A

1674-5906(2016)07-1098-08

山东省气象局科研项目(2015sdqxm05);中国气象局气候变化专项(CCFS201233)

董旭光(1979年生),男,高级工程师,硕士,主要从事气候变化和气候应用等工作。E-mail: dongxugg@sina.com

2015-04-22

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