云南盤龍河流域53年來(lái)蒸發(fā)量變化分析及預(yù)測(cè)

王 平，程清平，2，王 倩

（1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

云南盤龍河流域53年來(lái)蒸發(fā)量變化分析及預(yù)測(cè)

王 平1，程清平1，2，王 倩1

（1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

利用盤龍河流域1961—2013年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量觀測(cè)資料，分析了盤龍河流域蒸發(fā)量的變化特點(diǎn)及其未來(lái)變化趨勢(shì).結(jié)果表明：1）53年來(lái)蒸發(fā)量呈十分顯著的減少趨勢(shì)，其變化速率為-23.90mm/10 a，53年來(lái)減少了126.7mm，各季蒸發(fā)量與年變化趨勢(shì)一致，均呈減少趨勢(shì)；2）年蒸發(fā)量與春季、雨季呈顯著的突變減少趨勢(shì)；3）秋季5 a、冬季6 a的變化周期十分顯著；4）R/S分析法與均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果具有一致性，預(yù)示著盤龍河流域未來(lái)蒸發(fā)量將可能仍呈顯著的減少趨勢(shì).

盤龍河流域；蒸發(fā)量；變化特征；預(yù)測(cè)

IPCC第5次評(píng)估報(bào)告指出：從1983到2012年這30 a可能是北半球自1400年以來(lái)最熱的30 a.1880—2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢(shì)，升高了0.85℃；2003—2012年平均溫度比1850—1900年平均溫度上升了0.78℃[1].理論上說(shuō)，氣溫升高會(huì)引起地表和水面蒸發(fā)增強(qiáng)，但有研究表明，在氣候變暖背景下全球大部分地區(qū)的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量卻呈明顯減少趨勢(shì)[2-5].左洪超等[6]、劉敏等[7]分別對(duì)中國(guó)1961—2000年和1955—2001年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的研究表明，蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈下降趨勢(shì).黃英[8]等對(duì)云南省蒸發(fā)量的研究表明云南省東部和西部邊緣地帶年蒸發(fā)量較小，滇中一帶以及金沙江流域河谷地帶年蒸發(fā)量較大.蒸發(fā)量年際變化具有春夏季較大、秋冬季較小的特點(diǎn).近30年來(lái)云南省蒸發(fā)量有普遍減小的趨勢(shì).杜軍[9]等對(duì)西藏怒江流域的研究表明近30年怒江流域四季潛在蒸發(fā)量趨于減少，年潛在蒸發(fā)量以18.4mm/10 a的速率顯著減少.夏、秋、冬季和年潛在蒸發(fā)量具有持續(xù)性，未來(lái)將持續(xù)減少，尤其是在冬季.

以上研究均是對(duì)整個(gè)大區(qū)域尺度的研究，而對(duì)局部小區(qū)域尺度的研究甚少，本文就盤龍河流域蒸發(fā)量的變化特征進(jìn)行了分析，并對(duì)未來(lái)變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，揭示了在整個(gè)中國(guó)[6-7]和云南[8]蒸發(fā)量都減少的大背景下，盤龍河流域蒸發(fā)量變化與全國(guó)和云南的響應(yīng).

1 資料和研究方法

1.1 資料來(lái)源

蒸發(fā)量數(shù)據(jù)來(lái)源于麻栗坡縣氣象站，資料年代序列為1961—2013年的各月平均蒸發(fā)量.年資料統(tǒng)計(jì)按照自然年算法，即每年的1—12月之和.四季資料以3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12月至次年12月為冬季來(lái)統(tǒng)計(jì)蒸發(fā)量，常年值以世界氣象組織（WMO）設(shè)定的時(shí)段（1971—2000）為準(zhǔn).

1.2 研究方法

采用線性趨勢(shì)法分析蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)，Mann-Kendall檢驗(yàn)法（簡(jiǎn)稱M-K）[10-11]研究蒸發(fā)量的突變特征，針對(duì)虛假突變點(diǎn)結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)法[12]確定其真正突變點(diǎn).利用方差分析外推法[12]分析蒸發(fā)量的變化周期，并結(jié)合諧波分析[12]加以檢驗(yàn).選用R/S分析法[13]對(duì)未來(lái)蒸發(fā)量可能變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型[14]對(duì)2014—2028年蒸發(fā)量進(jìn)行預(yù)測(cè).

1.3 研究地區(qū)概況

盤龍河為紅河左岸一級(jí)支流，中越國(guó)際河流.發(fā)源于云南省蒙自市鳴鷲鄉(xiāng)，呈西北-東南向流經(jīng)硯山、文山、西疇、馬關(guān)、麻栗坡等縣，在船頭出國(guó)境，入越南后稱瀘江，于越池匯入紅河干流.在云南省境內(nèi)河長(zhǎng)252.6 km，流域面積6100.2 km2.盤龍河流域大部分地區(qū)位于北回歸線以南，海拔600m以下的區(qū)域?yàn)樵摿饔驓夂蚧鶐?，屬北熱帶濕?rùn)型季風(fēng)氣候，以上區(qū)域大部分為南亞熱帶.流域年降水量在900～1800mm之間，由下游向上游逐漸遞減.麻栗坡氣象站位處盤龍河中游，年日照時(shí)數(shù)1627.5 h，年日照百分率37%，年平均氣溫17.7℃，年降水量1063.2mm，年蒸發(fā)量1360.0mm，年相對(duì)濕度86%，年干燥度≤0.85，屬北熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)氣候[15].

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸發(fā)量變化特征分析

2.1.1 年變化

盤龍河流域蒸發(fā)量呈十分顯著的減少趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），傾向率為-23.90mm/10 a（P<0.01），53年來(lái)盤龍河流蒸發(fā)量減少了126.7mm，蒸發(fā)量1987年最大（1502mm），2008年最小（1122mm），最大值和最小值相差380mm，減少趨勢(shì)呈現(xiàn)一定的年際差異，5 a滑動(dòng)平均曲線顯示（見(jiàn)圖1g），盤龍河流域蒸發(fā)量大致經(jīng)歷偏少(1962—1974年)—偏多（1975—1983年）—偏少（1984—1986年）—偏多（1987—1999年）—偏少（2000-2013年）5個(gè)階段.從季節(jié)變化看，各季蒸發(fā)量均呈減少趨勢(shì).尤以雨季減少趨勢(shì)最為顯著，其傾向率為-17.08mm/10 a（P<0.001），53年來(lái)減少了90.5mm.春季次之，傾向率為-10.5mm/10 a（P< 0.01），53年來(lái)減少了55.7mm.夏、秋、冬、干季傾向率分別為-7.80mm/10 a（P<0.05）、-3.16mm/10 a（P= 0.2）、-2.10mm/10 a（P=0.4）、-6.50mm/10 a（P=0.1）.這與段旭[16]等對(duì)西南和云南蒸發(fā)量研究變化具有一致性，而與朱國(guó)鋒[17]等對(duì)橫斷山區(qū)的潛在蒸發(fā)量研究不一致.

圖1 年和各季蒸發(fā)量變化趨勢(shì)線Fig.1 The annual and seasonal evaporation trend line

從年內(nèi)變化曲線（見(jiàn)圖2a）得知，盤龍河流域蒸發(fā)量變化屬于單峰型，5月份達(dá)到最大值，為163.8mm，占全年比例的12.4%，1月份達(dá)到全年數(shù)值最小，為58.1mm，占全年比例數(shù)為4.4%，這與李湘云[18]等對(duì)西雙版納蒸發(fā)量年內(nèi)變化分析不一致.從全年蒸發(fā)量看，由表1可知盤龍河流域年平均蒸發(fā)量為1324.3mm，雨季蒸發(fā)量797.1mm，占全年的60.2%，干季蒸發(fā)量為527.7mm，占全年的39.8%.從四季分配來(lái)看，春季平均蒸發(fā)量最強(qiáng)，為420.4mm，占全年比例為31.7%，夏季平均蒸發(fā)量次之，為411.4mm，占全年的比例為31.1%，秋季平均蒸發(fā)量為299.1mm，占全年的比例為22.6%，冬季平均蒸發(fā)量最弱，為193.9mm，占全年比例為14.6%.從累積距平曲線（見(jiàn)圖2b）得知，盤龍河流域蒸發(fā)量變化趨勢(shì)具有明顯的年際特點(diǎn)，1961-1983年波動(dòng)增加，1984—2013年波動(dòng)減少.

圖2 蒸發(fā)量月際變化曲線和累計(jì)距平曲線Fig.2 Monthy variation of evaporation and its cumulative departure

表1 1961—2013盤龍河流域各年代和各季蒸發(fā)量平均值Tab.1 The interdecadal average of evaporation annual and seasonal values in Pan long river Basin from 1961—2013

2.1.2 年代際變化

盤龍河流域年蒸發(fā)量1960年代至1990年代穩(wěn)定少變，為1351.1mm，21世紀(jì)來(lái)呈顯著的減少趨勢(shì).春季在1960年代至1990年代穩(wěn)定少變，為430.3mm，2001—2010年較1991—2000年減少35.5mm，2011年以來(lái)有所回升.夏季在1960年代至1990年代呈持續(xù)增加，2001—2010年較1991—2000年減少17.9mm，2011—2013年與2001—2010年持平.秋季在1960年代為292.6mm，1970年代有所增多，1980年代降至292.0mm，之后呈持續(xù)減少.冬季在整個(gè)時(shí)段呈波動(dòng)減少趨勢(shì).干季與冬季具有一致性的變化特征.雨季在1960、1970、1980、1990年代以及2001—2010年、2011—2013年蒸發(fā)量分別為811.7、827.6、820.0、800.5、744.9、727.0mm，1960年代至1990年代呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），1980年代以后呈持續(xù)減少趨勢(shì).

2.2 突變特征分析

根據(jù)M-K突變檢測(cè)結(jié)果表明，春季在正序列UF和逆序列UB之間于1998年交于一點(diǎn)，并于2006—2013年突破-1.96（α=0.05）的臨界線，這說(shuō)明春季從1998年發(fā)生顯著突變減少.夏季于2003年在正序列UF和逆序列UB之間交于一點(diǎn)，并于2012—2013年突破-1.96的臨界線，但位于端點(diǎn)處，一般不可取，因此夏季沒(méi)有發(fā)生突變.秋季在正序列UF和逆序列UB之間于有多個(gè)交點(diǎn)，但在正序列UF和逆序列UB之間未突破+1.96的臨界線，秋季沒(méi)有發(fā)生突變.冬季于1974—1981年突破1.96（α=0.05）的臨界線，但之前在正序列UF和逆序列UB之間于沒(méi)有交點(diǎn)，冬季沒(méi)有發(fā)生突變.干季與冬季具有一致性特征.雨季于2008—2013年突破-1.96的臨界線，顯著突變點(diǎn)為2003年，這說(shuō)明雨季從2003年發(fā)生了顯著的突變減少.年蒸發(fā)量在正序列UF和逆序列UB之間于2003年交于一點(diǎn)，并于2008—2013年突破-1.96（α=0.05）的臨界線，顯著突變點(diǎn)為2000、2003、2005年，結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)得知2003年為雨季真正突變點(diǎn).年蒸發(fā)量從2003年發(fā)生了顯著突變性減少.

圖3 1961—2013年盤龍河流域年及各季蒸發(fā)量M-K突變檢驗(yàn)Fig.3Year and seasonal evaporation M-K mutation test in Pan Long River Basin from 1961 to 2013

2.3 變化周期分析

方差分析外推法（見(jiàn)表2）表明，秋季5 a、冬季6 a、干季11a的變化周期，通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn).年蒸發(fā)量、春、夏、雨季變化周期未通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn).諧波分析顯示年蒸發(fā)量有5.3 a、春季2.9 a、干季10.6 a的周期間隔，顯著性水平在0.05以上，變化周期不明顯，夏、秋、冬、雨季周期間隔顯著性水平在0.05以下，變化周期顯著.結(jié)合方差分析和諧波分析可知，秋季5 a和冬季6 a的變化周期顯著.

表2 1961—2013年盤龍河流域蒸發(fā)量年際變化周期(a)Tab.2 Inter-annual variations cycle of evaporation(a)in Pan long river basin from 1961 to 2013

2.4 未來(lái)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.4.1 R/S分析法

R/S分析法能對(duì)氣候變化的持續(xù)性（0.50.5，在時(shí)間序列上存在顯著的Hurst現(xiàn)象，表明未來(lái)年和各季蒸發(fā)量具有長(zhǎng)期相關(guān)性，且整體變化將繼承過(guò)去的整體變化趨勢(shì)，仍將呈減少趨勢(shì).

2.4.2 均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型

均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型主要有逐步回歸方案、正交篩選方案、最優(yōu)子集建模3種方案[19]，本文利用1961—2013年蒸發(fā)量序列，建立最優(yōu)子集回歸預(yù)測(cè)模型對(duì)盤龍河流域年和各季蒸發(fā)量序列建立預(yù)報(bào)方程（見(jiàn)表3）.根據(jù)雙評(píng)分準(zhǔn)則[20]，CSC值越大越好或者擬合均方根誤差RMSE越小越好.利用最優(yōu)子集建模進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果和實(shí)測(cè)值的擬合曲線如圖4所示（在此僅繪制年擬合曲線），實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值在最大值和最小值之間吻合較好，年和各季蒸發(fā)量擬合相對(duì)誤差絕對(duì)值REAV（見(jiàn)表3）均小于20%誤差允許范圍[21]，模擬效果十分理想，模擬精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求.年和各季蒸發(fā)量2014—2028傾向率分別為-12.33mm/10a（P=0.7）、-5.70mm/10a（P=0.7）、-20.09mm/10a（P= 0.1）、-9.34mm/10a（P=0.3）、-9.15mm/10a（P= 0.4）、-13.57 mm10a（P=0.4）、-14.30 mm10a（P=0.5），年和各季蒸發(fā)量未來(lái)15 a均成減少趨勢(shì)，這與R/S分析法得到結(jié)果具有的一致性，且未來(lái)15 a夏季的顯著減少對(duì)年蒸發(fā)量的顯著減少貢獻(xiàn)最大，這預(yù)示著盤龍河流域未來(lái)氣候?qū)⑾蚺瘽穹较蜣D(zhuǎn)變，這將有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng).

表3 盤龍河流域年和各季蒸發(fā)量最優(yōu)子集預(yù)報(bào)方程Tab.3 Annual and seasonal evaporation of the optimal sub sets forecast equation in pan long river basin

3 結(jié)論

1）年和各季蒸發(fā)量均呈顯著的減少趨勢(shì)，53年來(lái)減少了126.7mm，年內(nèi)變化以5月最大，1月最小，春季、夏季、秋季、冬季分別占年蒸發(fā)量的31.7%、31.1%、22.6%、14.6%；春季和夏季蒸發(fā)量對(duì)全年蒸發(fā)量貢獻(xiàn)最大.出現(xiàn)這種分布情況的可能原因與盤龍河流域春季氣溫高，相對(duì)濕度較低，日照時(shí)數(shù)最高，而冬季是氣溫和日照時(shí)數(shù)較少的季節(jié).

2）從突變特征來(lái)看，年蒸發(fā)量（2003年）、春季（1998年）、雨季（2003年）且通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)均在21世紀(jì)以來(lái)呈顯著的突變減少趨勢(shì).

3）方差分析外推法和諧波分析表明，秋季冬季變化周期通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn)，變化周期顯著.

4）利用1961—2013年盤龍河流域蒸發(fā)量數(shù)據(jù)，建立均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，盤龍河流域在2014—2028年蒸發(fā)量呈顯著減少趨勢(shì)，與R/S分析得到的結(jié)果具有一致性.

圖4 盤龍河蒸發(fā)量實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值擬合曲線Fig.4 Comparison of measured and revised evaporation in Pan long river basin

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責(zé)任編輯：黃 瀾

The Evaporation Change Analysis Over the Past 53 Years and Future Changes Trend Prediction in Pan Long River Basin

WANG Ping1，CHENG Qingping1，2，WANG Qian1
（1.College of Tourism and Geography Science，Yunnan Normal University，Kunming 650500，China；2.School of Geographic Science，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350007，China）

This study used Pan long river basin evaporation observation data from 1961 to 2013,analyzed the change char?acteristics of Pan long river basin evaporation and its future trends.The results showed that:（1）The evaporation decreasing trend was very significant and decreased by 126.7mm in recent 53 years,and the change rate was-23.90mm/10a.Evapora?tion was consistent with the annual season trends and all showed a decreasing trend.（2）The annual evaporation and spring, rainy season significantly tended to mutation decrease.（3）Change cycle was significant which performed as autumn for fire years,winter for six years.（4）R/S analysis method and the prediction of mean generating function suggested that pan long river basin future evaporation still showed a trend of decrease.

Pan Long River Basin；evaporation；variation characteristics；predication

P 426.2

A

1674-4942（2015）03-0286-06

2015-05-08

云南省特色優(yōu)勢(shì)學(xué)科群建設(shè)資助項(xiàng)目；云南老山自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察項(xiàng)目