汾河流域潜在蒸发量时空变化特征

郑晓燕

（山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

汾河流域是山西省第一大流域，工业产值占全省的40%以上，农业产值占全省的60%以上，是全省工农业主要集中区。20 世纪80 年代以来，由于气候变化及不合理的人类活动影响，汾河流域水循环特征发生深刻变化，出现了地下水位持续下降，岩溶大泉断流，水资源量大幅减少等生态环境恶化问题。为此山西省于2017 年启动了汾河流域生态修复与保护工程，力争用10～15 年的时间全面修复汾河流域生态环境。

蒸发量是水循环变化的重要因子[1-2]，采用数理统计和ArcGIS 空间分析等研究方法，分析汾河流域气候因子及潜在蒸发量的时空变化特征，可为汾河流域生态修复提供一定的理论支撑。

1 研究区域

汾河流域地处山西省中南部，干流全长713 km，涉及6 市41 县，面积39 826 km2，多年平均水资源量31.39 亿 m3，其中，地表水资源量 20.66 亿 m3，地下水资源量10.73 亿m3，多年平均气温9.22℃，多年平均风速2.26 m/s，多年平均相对湿度65.04%，多年平均净辐射8.22 MJ/m·2d，多年平均降水量498 mm。

2 数据来源及研究方法

研究所用气象因子主要包括：气温、风速、相对湿度、净辐射等。其中，气温、风速、相对湿度等数据来自中国气象数据网，净辐射数据来自http：//www.esrl.noaa.gov.，采用彭曼公式计算潜在蒸发量，采用数理统计的方法计算各气象因子及潜在蒸发量演变特征，采用ArcGIS 进行空间分析，研究各气象因子及潜在蒸发量空间变化特征。

图1 气象因子及潜在蒸发量演变特征

3 时间演变特征

图 1（a～c）为近 50 年来研究区气温、相对湿度、净辐射演变特征。可以看出，气温、净辐射呈显著上升趋势，上升速率分别为0.28℃/10 年和每十年0.04 MJ/m2·d，相对湿度则呈显著下降的趋势，下降速率分别为0.26%/10 年。基于研究区近50 年各气象因子，利用彭曼公式计算得到汾河流域近50 年潜在蒸发量演变特征（图1-d），可以看出，近50 年来汾河流域潜在蒸发量呈显著上升趋势，上升速率为31.5 mm/10 年。

4 空间特征分析

基于研究区35 个气象站气温、相对湿度、净辐射等气象数据，利用彭曼公式计算得到各气象站潜在蒸发量，利用ArcGIS 空间分析得到各气象因子及潜在蒸发量空间分布图（图2）。由图2-a 可以看出，气温基本呈北高南低的空间特征，下游地区临汾和运城地区偏高，中游晋中地区的太原、榆次区、太谷区、祁县、平遥县和文水县偏高，其余地区偏低；图2-b 可以看出，上游的娄烦县、岚县、阳曲地区相对湿度偏低；图2-c可以看出，净辐射呈从南到北逐渐升高的趋势，稷山和万荣地区最高，达10.2 MJ/m2·d；图2-d 可以看出，潜在蒸发量空间分布不均，下游地区的临汾和运城地区偏高，达970 mm/年，中游地区的汾阳、介休、灵石地区明显偏低。

图2 气象因子及潜在蒸发量空间特征

图3 气象因子与潜在蒸发量相关关系

5 气候变化对潜在蒸发量的影响

图3 为潜在蒸发量与气象因子相关关系曲线。可以看出，潜在蒸发量与气温、净辐射呈正相关关系，与相对湿度呈负相关关系。利用spss 软件进行显著性检验，得出相对湿度、净辐射与潜在蒸发量在0.01 水平上显著相关，气温与潜在蒸发量在0.05 水平上呈显著相关，即近50 年来，汾河流域气温上升，相对湿度下降和净辐射增大共同推动了该区潜在蒸发量呈快速增大趋势。

6 结论

基于汾河流域35 个气象站气温、相对湿度、净辐射等气象数据，研究了近50 年来汾河流域潜在蒸发量时空特征，结果表明：第一，近50 年来研究区气温、净辐射和潜在蒸发量呈显著上升趋势，相对湿度则呈显著下降趋势。第二，气温、相对湿度、净辐射及潜在蒸发量空间分布不均，气温、相对湿度、净辐射基本呈北低南高分布，潜在蒸发量则呈上游及下游偏高，中游偏低的特征。第三，潜在蒸发量与气温、净辐射呈正相关关系，与相对湿度呈负相关关系。