1960和田市近40年蒸發(fā)量的變化特征

1960和田市近40年蒸發(fā)量的變化特征

蒸發(fā)量與氣候變化的關(guān)系近年來，全球氣候變化引起了人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)在，人們對溫度、濕度等氣候變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。已經(jīng)從不同的時(shí)空尺度上進(jìn)行了大量研究，并達(dá)成了一些共識，但氣候條件的另一個(gè)重要因素，即蒸發(fā)量變化的研究較少。蒸發(fā)既是地表熱量平衡的組成部分,又是水量平衡的組成部分,是水循環(huán)中最直接受土地利用和氣候變化影響的一項(xiàng)。因此,進(jìn)行蒸發(fā)量變化的研究,對深入了解氣候變化規(guī)律及探討氣候變化的原因,對和田市的生態(tài)環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有十分重要的意義。1蒸發(fā)量數(shù)據(jù)分析利用和田市氣象站1961—2000年20cm口徑蒸發(fā)量資料。統(tǒng)計(jì)方法:(1)蒸發(fā)量距平變化及5年滑動(dòng)曲線圖;(2)10年階段分析;(3)線性趨勢傾向系數(shù)由最小二乘法求得;(4)突變分析和小波分析。2蒸發(fā)體積的變化特征2.1蒸發(fā)量的季節(jié)和年代際從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得出,和田市年、春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12月—次年2月)季平均蒸發(fā)量1971—2000年較1961—1990年的標(biāo)準(zhǔn)氣候均值分別增加了45.5mm、19.9mm、7.0mm、9.6mm、9.1mm。從1961—2000年共40a平均蒸發(fā)量為2682.5mm,其中夏季蒸發(fā)量最多,達(dá)到1118.1mm;其次為春季,蒸發(fā)量為873.8mm;最少的季節(jié)為冬季,蒸發(fā)量只有163.9mm。年代際蒸發(fā)量在年和春、夏、秋季為20世紀(jì)60年代最少,80年代最多;冬季60年代最少,而90年代最多。年和春季蒸發(fā)量經(jīng)歷了一個(gè)“少—多—多—多”的歷史演變過程;夏季蒸發(fā)量經(jīng)歷了一個(gè)“少—多—多—少”的歷史演變過程;秋、冬季蒸發(fā)量經(jīng)歷了一個(gè)“少—少—多—多”的歷史演變過程。以1961—2000年的40a平均值為基準(zhǔn),和田市蒸發(fā)量不論是年還是四季,在70年代末都有明顯的偏多時(shí)段(見圖1)。年蒸發(fā)量最多年份是1980年(為3137.3mm,距平值454.8mm),春季和夏季最多年份出現(xiàn)在1980年,秋季和冬季出現(xiàn)在1979年。最少年份出現(xiàn)在1995年(為2218.9mm,距平值-463.6mm),春季、夏季、秋季最少年份出現(xiàn)在1995年,冬季出現(xiàn)在1967年。2.2傾向率、年蒸發(fā)量和田市過去40a的蒸發(fā)量總體呈增多趨勢,其傾向率為48.52mm/10a(見圖1),與艾比湖流域蒸發(fā)量傾向率-52.731mm/10a的傾向率相反,冬、春、夏、秋季蒸發(fā)量變化傾向率為正值,分別為10.79、16.94、8.43、12.36mm/10a。其中春、秋兩季傾向率大于冬、夏季傾向變化率。而年蒸發(fā)量與春季蒸發(fā)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.23;與夏季之間的相關(guān)系數(shù)為0.11;與秋季之間的相關(guān)系數(shù)為0.32,通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn);與冬季之間的相關(guān)系數(shù)為0.43,通過0.01的顯著性水平檢驗(yàn);與年蒸發(fā)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.28,通過0.1的顯著性水平檢驗(yàn)。年蒸發(fā)量的5年滑動(dòng)曲線反映出1962—1977年,1987—1995年蒸發(fā)量偏少;1975—1985年,1996—2000年蒸發(fā)量偏多。2.3蒸發(fā)量的季節(jié)變化特征表2給出各月平均蒸發(fā)量、線性傾向和相關(guān)系數(shù)。從表2可以看出,40年來蒸發(fā)量最多的月份出現(xiàn)在6月,平均蒸發(fā)量為399mm,蒸發(fā)量最少的月份出現(xiàn)在1月和12月,平均蒸發(fā)量分別為43mm和45mm。而且各月蒸發(fā)量均有不同程度的上升趨勢,其中5月蒸發(fā)量的上升趨勢較明顯,傾向率為9.15mm/10a,其次為2月和9月,傾向率分別為7.44mm/10a、7.20mm/10a,上升趨勢最少月份為6月,傾向率為0.001mm/10a。為了診斷蒸發(fā)量的各月變化特征,用年和逐月蒸發(fā)量進(jìn)行相關(guān)分析,由1—12月逐月蒸發(fā)量的相關(guān)系數(shù)可知,2、4、5、8、9、11、12月份的相關(guān)系數(shù)大于0.2以上。1、3、7、10月份的相關(guān)系數(shù)大于0.04以上。而6月份的相關(guān)系數(shù)為0.0004,9、11月份均超過0.05的顯著性水平檢驗(yàn),只有2月份超過0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。3蒸發(fā)量的突變分析3.1突變年份的確定氣候突變現(xiàn)象是氣候系統(tǒng)的非線性反應(yīng),近幾年來得到越來越密切的關(guān)注,而且成為氣候變化中的重要研究課題,氣候突變是氣或變化過程中存在的某種不連續(xù)現(xiàn)象,因此常用氣候要素累積距平曲線來確定它,即使用指標(biāo):C(t)=t∑i=1(Ζi-ˉΖ)C(t)=∑i=1t(Zi?Zˉˉˉ)若指標(biāo)絕對值達(dá)最大值時(shí),則所對應(yīng)的t為突變年份。為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)折是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn),于是對各轉(zhuǎn)折年份計(jì)算了它們的信噪比,信噪比的定義是:S/Ν=|ˉXa-ˉXb|Sa-Sb(1)S/N=∣∣Xˉˉˉa?Xˉˉˉb∣∣Sa?Sb(1)式中,ˉXa,ˉXb和Sa,Sb是轉(zhuǎn)折年份前后兩階段要素的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,規(guī)定S/N>1時(shí),可認(rèn)為該要素在這個(gè)年份存在氣候突變,否則突變不顯著。3.2蒸發(fā)量的偏少期到偏多期后的轉(zhuǎn)折持續(xù)維持圖2給出了蒸發(fā)量的距平累加曲線(a)和時(shí)間變化曲線(b),由圖2a可見,蒸發(fā)量累積距平曲線的絕對最大值分別在1978年、1996年前后,這兩次轉(zhuǎn)折都是蒸發(fā)量從偏少期轉(zhuǎn)為偏多期,1996年后的偏多期至今仍在持續(xù)。為了檢驗(yàn)上述轉(zhuǎn)折是否都達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn),對上述各轉(zhuǎn)折年份計(jì)算了它們的信噪比。根據(jù)式(1)計(jì)算了蒸發(fā)量在各轉(zhuǎn)折年份的信噪比,得知1978年和1996年蒸發(fā)量的兩次轉(zhuǎn)折的信噪比分別為2.05和0.95,這表明1978年蒸發(fā)量的信噪比值大于1,可以認(rèn)為是氣候突變年,而1996蒸發(fā)量的信噪比值小于1,突變不明顯,只能作為氣候轉(zhuǎn)折年份。3.3蒸發(fā)量的周期變化用Morlet小波分析方法對和田市近40年蒸發(fā)量的年際變化進(jìn)行了分析,小波指數(shù)正值表示處于多蒸發(fā)時(shí)期,反之處于少蒸發(fā)時(shí)期。分析發(fā)現(xiàn),蒸發(fā)量存在較長周期,長周期中又包含短周期,這表明蒸發(fā)量的氣候變化是由不同周期的振蕩疊加而成的。圖3為Morlet小波系數(shù)的實(shí)部,它綜合體現(xiàn)了蒸發(fā)量變化的信號強(qiáng)度和位相兩個(gè)方面的信息,可以清楚地看出和田市的蒸發(fā)量變化存在多時(shí)間尺度結(jié)構(gòu)。由圖3可見,和田市的蒸發(fā)量變化存在著明顯的年代際尺度的周期性變化,以22a左右的周期信號最強(qiáng),也存在4～6a和11a左右的周期變化。年代際尺度的周期中蒸發(fā)量變化表現(xiàn)為兩個(gè)偏少期和三個(gè)偏多期。4蒸發(fā)量的季節(jié)變化(1)和田市過去40a的蒸發(fā)量總體呈增多趨勢,其傾向率為48.52mm/10a,冬、春、夏、秋季蒸發(fā)量變化傾向率為正值,分別為10.79mm/10a、16.94mm/10a、8.43mm/10a、12.36mm/10a。其中春、秋兩季傾向率大于冬、夏季傾向變化率。各月蒸發(fā)量也有不同程度的增多趨勢,其中5月份蒸發(fā)量的增多趨勢最為明顯,