浑河上游蒸发皿蒸发变化趋势及成因分析

(辽宁省白石水库管理局有限责任公司,辽宁 朝阳 122000)

1 引 言

气候变化可直接导致水文循环系统的改变。自20世纪中期以来，全球多数区域地表气温呈明显上升趋势。通常情况下气温的上升会引起蒸发的增强。但是近50年的蒸发皿蒸发量却持续下降，我国很多区域都存在这种 “蒸发悖论”的现象[1]。

本研究采用距平法、Mann-Kendall 检验法及相关分析法，利用水文站的观测资料，分析辽宁省浑河上游1984—2014 年蒸发皿蒸发量变化特征，并探讨影响其变化的主要气候因子的变化规律，以期为辽宁省大部分地区水资源的开发利用、评价和规划提供科学依据。

2 研究区域及数据

浑河是辽宁省水资源最丰富的内河,流域范围在辽宁省中东部,全长415km，承担了辽宁省中心城市群的工农业生产及生活用水任务。浑河上游有北口前、营盘两个水文站，两水文站相距35km，可为研究浑河上游水文变化趋势提供充足的数据支撑。本次选取了北口前站和营盘站的常规水文资料，包括1984—2014年的日气温、日降水量、日平均风速、日照时数、蒸发皿蒸发量。由于部分年份的水文资料缺失，采用大伙房水库站的水文资料进行折算，得出北口前、营盘站两套相对完整蒸发皿蒸发量的时间序列，以及一套日气温、日降水量、日平均风速、日照时数的时间序列。

3 分析方法

采用距平法、5a滑动平均法、Mann-Kendall检验法[2-3]分析北口前站、营盘站两座水文站的蒸发皿蒸发量、日气温、日降水量、日平均风速、日照时数的变化趋势，再利用线性相关系数的相关性分析法，分析各影响因素与蒸发皿蒸发量的主导程度。

4 成果分析

4.1 蒸发皿蒸发量变化趋势分析

4.1.1 距平法、滑动平均法

距平是时间序列中的某一个数值与其均值的差，通常分为正距平和负距平。5a滑动平均法是时间序列连续5a数值的平均值，使原序列光滑。距平法和滑动平均法都可以检测序列的变化趋势。

利用距平法和5a滑动平均法，分析北口前站和营盘站的蒸发皿蒸发量的变化趋势，可以判断出北口前站和营盘站的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势，详见下图。

北口前站、营盘站蒸发量5a滑动平均图

4.1.2 Mann-Kendall检验法

Mann-Kendall检验法是国际上公认的分析时间序列变化趋势的非参数检验方法，该方法不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰。将北口前站和营盘站的蒸发皿蒸发量、日气温、日降水量、日平均风速、日照时数逐月进行分析，见表1。

表1 浑河上游各站1984—2014年蒸发皿蒸发量及各影响因素MK统计值

注*指通过0.05显著性检验

通过Mann-Kendall检验法可以判断出全年北口前站、营盘站的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势，但变化趋势不明显。其中北口前站10—12月的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其他月份的蒸发皿蒸发量变化趋势不明显。营盘站10月、11月的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其他月份的蒸发皿蒸发量变化趋势不明显。

4.2 各要素与蒸发皿蒸发量之间的相关性分析

通过分析日气温、日降水量、日平均风速、日照时数与蒸发皿蒸发量的相关性[4]，进而归纳出影响浑河上游蒸发皿蒸发量的主导因素。采用线性相关系数法反映变量之间的相关程度，结果见表2。

表2 各影响因素与蒸发皿蒸发量的相关系数

注*指通过0.05显著性检验

4.2.1 日气温与蒸发皿蒸发量之间的相关性分析

通过 Mann-Kendall检验法可以判断浑河上游全年日气温呈逐年增高的变化趋势，但变化趋势不明显；其中10月、11月的日气温呈逐年增高的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；1月、2月的日气温呈逐年降低的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其他月份的日气温变化趋势不明显。

由于浑河上游10月、11月的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势，因此说明浑河上游总体上存在“蒸发悖论”现象，且10月、11月更为明显。日气温与蒸发皿蒸发量的相关系数为-0.09，说明两者呈负相关，且相关性较弱，日气温对蒸发皿蒸发量的影响不大。因此，日气温变化不是造成浑河上游“蒸发悖论”现象的主要因素。

4.2.2 日降水量与蒸发皿蒸发量之间的相关性分析

通过Mann-Kendall检验法可以判断浑河上游全年日降水量呈逐年减少的变化趋势，但变化趋势不明显；其中7月、8月的日降水量呈逐年增加的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其中1月、11月的日降水量呈逐年减少的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其他月份的日降水量变化趋势不明显。

日降水量与蒸发皿蒸发量的相关系数为0.16，说明两者呈正相关，且相关性较弱，日降水量对蒸发皿蒸发量的影响不大。

根据Budyko假设，在能量条件不变时，随日降水量增加蒸发皿蒸发量应有所下降，即日降水量与蒸发皿蒸发量呈负相关。但浑河上游的日降水量与蒸发皿蒸发量呈正相关，且变化趋势没有明显的相关性，说明日降水量变化不是造成浑河上游“蒸发悖论”现象的主要因素。

4.2.3 日平均风速与蒸发皿蒸发量之间的相关性分析

通过 Mann-Kendall检验法可以判断浑河上游全年日平均风速呈逐年减小的变化趋势，但变化趋势不明显；其中10—12月的日平均风速呈逐年减小的变化趋势且变化趋势明显，通过0.05显著性检验；其他月份的日平均风速变化趋势不明显。

日平均风速与蒸发皿蒸发量的相关系数为0.84，呈显著性正相关，且通过0.05显著性检测，说明日平均风速是蒸发皿蒸发量的重要影响因素。浑河上游日平均风速与蒸发皿蒸发量的变化趋势一致，且都出现10月、11月的显著减小变化趋势，说明造成浑河上游出现“蒸发悖论”现象的主要原因是浑河上游的日平均风速的减小。

4.2.4 日照时数与蒸发皿蒸发量之间的相关性分析

通过Mann-Kendall检验法可以判断浑河上游全年日照时数呈逐年增高的变化趋势，但变化趋势不明显。各月的变化趋势都没有通过0.05显著性检验。

日照时数与蒸发皿蒸发量的相关系数为0.70，呈显著性正相关，且通过0.05显著性检测，说明日照时数是蒸发皿蒸发量的重要影响因素。原则上浑河上游的日照时数的增加应导致蒸发皿蒸发量的增加，但实际蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势，说明日照时数是影响蒸发皿蒸发量的重要影响因素，但不是造成浑河上游“蒸发悖论”的主要因素。

4.3 “蒸发悖论”原因分析

浑河上游蒸发皿蒸发量的变化是由日气温、日降水量、日平均风速、日照时数共同影响下的结果。在这些影响因子中，日平均风速减小是造成浑河上游“蒸发悖论”的主要因素。浑河上游主要位于辽宁省抚顺市境内，其上游多为山地，城市发展相对落后，因此人类活动对自然环境的影响程度较小；且浑河上游存在多个森林保护区，经多年的保护与生长，森林保护区内树木繁茂，对空气流动造成一定的影响，导致浑河上游的日平均风速减少，进而导致了蒸发皿蒸发量减少，造成浑河上游出现“蒸发悖论”现象。

5 结 论

浑河上游的蒸发皿蒸发量呈逐年减少的变化趋势，但变化趋势不明显；日气温呈逐年增高的变化趋势，但变化趋势不明显，说明浑河上游存在“蒸发悖论”现象。10月、11月的蒸发皿蒸发量呈明显的逐年减少趋势，日气温呈明显的逐年增高趋势，“蒸发悖论”现象更为明显。

通过相关性分析，对蒸发皿蒸发量影响最大的是日平均风速，其次是日照时数，日降水量和日气温对蒸发皿蒸发量的影响程度较小；且蒸发皿蒸发量与日照时数、日平均风速、日降水量呈正相关，与日气温呈负相关，但日照时数的变化趋势不明显，日平均风速呈逐年减小趋势，说明浑河上游的“蒸发悖论”现象主要是由于日平均风速的减小。