基于日尺度的非冰期水面蒸发影响因素对比分析——以新疆准噶尔盆地南缘及塔里木盆地北缘为例

魏光辉，姜振盈

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

0 引 言

蒸发是计算水量平衡的重要内容，其中：水面蒸发是水库、湖泊等水体水量损失的主要组成.正确认识水面蒸发与各气象因素之间的关系，对于干旱区水资源高效利用、农田灌溉管理具有重要意义[1].

准噶尔盆地、塔里木盆地是我国的极端干旱区，降水稀少，蒸发强烈，当地人类活动主要集中在沙漠边缘的绿洲内.平原水库作为绿洲灌区内重要的调节水源，为绿洲工农业生产提供了有效保障.但由于平原水库水深浅、水面面积大、非冰期蒸发损失大，因此如何通过科学合理的调度管理减少平原水库水面无效蒸发，节约宝贵的水资源，这将是解决极端干旱区水资源严重短缺的一项重要途径.赵成义[2]等人以阿克苏绿洲为例，分析了近30年不同口径蒸发器水面蒸发量的变化趋势，表明研究区蒸发量呈下降趋势，水面蒸发量与水汽压差、气温、和风速有较好的相关关系，其中影响水面蒸发的主要因子是水汽压差；魏光辉[3-6]等人以塔里木河下游铁干里克气象站2005年资料为例，采用熵值法对水面蒸发影响因素进行敏感性分析，结果表明温度与风速对水面蒸发影响最为敏感；李万义[7]以水汽压力、风速和相对湿度为主要影响因素，建立了3因子水面蒸发预测模型.

由于水面蒸发影响机理复杂，受观测方法精细程度、气候环境变化、观测场地下垫面植被高度与海拔等因素影响，各区域的计算分析结论存在着不同.为探索准噶尔盆地与塔里木盆地绿洲区水面蒸发的主要影响因素，进而为建立区域水面蒸发预测模型提供技术支持.本文以研究区内的尉犁县、石河子市非冰期日水面蒸发观测数据为基础，利用灰色关联分析法，对比分析了上述地区气象要素对水面蒸发的影响程度，取得了一些有价值的结果.

1 资料与方法

1.1 研究区概况

石河子市地处天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，北临古尔班通古特大沙漠，行政区域460 km2.平均海拔350～600 m左右，属典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，年均气温7.5～8.2 ℃，日照时数2 318～2 732 h，无霜期147～191 d，多年平均降水量213 mm，多年平均蒸发量1 537 mm.研究区水资源较为丰富，境内有玛纳斯河、宁家河、金沟河、大南沟河、巴音沟河等五条河流，年总径流量15.3亿m3，地下水可采量3亿m3.建有大中小型水库11座，蓄水总量4.33亿m3.

尉犁县地处天山南麓，塔里木盆地北缘，行政隶属于巴音郭楞蒙古自治州，行政区域59 234.5 km2，平均海拔750～950 m左右，为暖温带大陆性荒漠气侯，多年平均降水量55.7 mm，平均蒸发量2 526 mm，年均气温11.5 ℃.全年日照时间长，年日照时数3 036.2 h，适宜种植棉花、瓜果等作物.

1.2 数据资料

本文选取新疆石河子市气象站(44°19′N，86°03′E，海拔442.9 m)与尉犁县气象站(41°45′N，86°08′E，海拔931.5 m)2017年4月至9月非冰期日均气温、日均相对湿度、日均风速、日照时数、日均大气压、日均水汽压以及日蒸发量(20 cm小型蒸发器)7个基本气象要素.

1.3 关联分析法

运用关联分析法[8]，设有一母因素数列，记作X0(k)=(X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n))，同时有一系列子因素数列，依次记作Xi(k)，i=1，2，3，…，m，序列长度为N.

X1=(X1(1)，X1(2)，X1(3)，…，X1(n))；

X2=(X2(1)，X2(2)，X2(3)，…，X2(n))；

… … …

Xm=(Xm(1)，Xm(2)，Xm(3)，…，Xm(n)).

关联系数为

ζi(K)=

(1)

2 模型应用

以石河子气象站与尉犁县气象站2017年4月至9月非冰期日气象资料为基础，采用关联分析法对影响研究区水面蒸发的主要因素进行分析.选取日均气温(x1，℃)、日均相对湿度(x2，%)、日均风速(x3，m/s)、日照时数(x4，h)、日均大气压(x5，hPa)与日均水汽压(x6，hPa)这6个气象因素为影响因素，日水面蒸发量(φ20 cm小型蒸发器观测)为评价目标.

2.1 水面蒸发与各气象因素的相关性分析

利用SPSS软件分别计算上述两站日水面蒸发与气象因素的相关性，结果(见表1与表2).由表1可知，除日均风速x3与日均水汽压x6这两个因素外，其它因素与水面蒸发的相关性均达到极显著水平，且日均气温x1与日照时数x4为正指标，日均相对湿度x2与日均大气压x5为负指标.

表1 影响因子相关性分析(石河子市)

表2 影响因子相关性分析(尉犁县)

由表2可知，除日均水汽压x6因素外，其它因素与水面蒸发的相关性均达到了极显著水平，且日均气温x1、日均风速x3及日照时数x4为正指标，日均相对湿度x2与日均大气压x5为负指标.

2.2 关联分析法计算过程

根据关联分析的计算步骤，首先将石河子气象站与尉犁气象站2017年4月至9月的日气象资料进行标准化处理，之后计算关联系数与关联度(见表3，表4).

表3 关联度计算及排序(石河子)

表4 关联度计算及排序(尉犁)

由表3可知，在石河子地区，影响水面蒸发的气象因素由大到小排序为：x4>x1>x3>x6>x2>x5.

由表4可知，在尉犁地区，影响水面蒸发的气象因素由大到小排序为：x1>x3>x4>x6>x2>x5.

根据关联分析的计算结果可以知道，研究区在水面蒸发次要因素分析上的结果完全相一致，但在主要因素的判定上存在较大差异.

3 讨 论

(1)由于水面蒸发对于微气象条件的影响较敏感(如气象站所处海拔、经纬度等)，这可能是研究区水面蒸发因素判定结果存在一定差异的原因.

(2)相关系数法计算结果(因素相关性排序)与关联分析法结果(关联度排序)存在较大差别，分析其原因：水面蒸发是多气象因素共同作用的结果，相关系数法反映的往往是非本质的联系，要准确地反映单个气象要素与蒸发之间的内在联系，应采用别的数学方法来解决(如偏相关系数法等).

(3)水面蒸发影响因素的计算尺度不一样(如采用日、旬、月、年尺度)，也会导致分析结果随着计算尺度的变化而变化.其计算结果在一定程度上还会受数据计算尺度的影响.

4 结 论

(1)在非冰期，关联分析法的分析结果表明：在石河子地区，水面蒸发主要受日照时数与温度这2因素影响；在尉犁地区，水面蒸发主要受温度与风速这2因素影响.

(2)在上述研究区水面蒸发分析结果中，温度均表现为是影响水面蒸发的主要因素，这一结果与周金龙[10]及胡顺军[11]的研究相一致，也说明了温度对水面蒸发的影响较为稳定.

(3)在今后研究区的平原水库优化调度中，应当充分考虑气象因素对水资源利用的影响，合理优化水资源调度方案.