张晓磊
(子澄建设工程有限公司，辽宁 沈阳 110000)
蒸发是水循环重要的组成部分，蒸发变化特征分析对于区域水资源量评估具有十分重要的意义[1]。朝阳地区位于辽宁的西部，属于典型的干旱半干旱地区，气候干燥少雨，蒸发量大，多年平均蒸发量1200～1600 mm左右，而年均降水量才400～600 mm之间[2]。稀少的降水量和较大的蒸发量，也使得朝阳地区水资源较为短缺，多年平均水资源量占全省水资源量的比重低于20%[3]。近些年来，相关研究成果表明[4-10]随着气候变化影响下辽西地区降水量和蒸发量都发生较为明显的变化，尤其是朝阳地区，其降水和蒸发变化特征较为明显。为系统的对朝阳地区蒸发进行分析，本文结合区域内叶柏寿、大城子、朝阳水文站近65年实测水面蒸发资料，对其蒸发变化特征及趋势进行分析，并结合各站点附近气象观测数据，对蒸发量和气象要素进行相关分析。研究成果对于气候变化背景下朝阳地区水循环变化具有重要参考价值。
本文分别选用叶柏寿、大城子、朝阳水文站作为研究站点，各水文站点均位于大凌河流域内，其中大城子水文站和朝阳水文站分别为大凌河干流主要控制水文站，叶柏寿水文站为朝阳地区内第二牤牛河主要控制水文站。各研究站点水面蒸发资料年限统一为1959—2020年，分别对各水文站的蒸发资料进行一致性、可靠性、代表性检验，均符合水文资料的三性检验要求，可用来进行区域水面蒸发变化特征的分析。此外为保障水面蒸发观测资料的一致性，各水文站点E-601型与Φ20型 蒸发转换系数为0.65。
采用Mann-Kendall非线性趋势显著性检验方法[11]对朝阳地区蒸发量进行趋势检验，该方法针对样本序列x进行秩序样本序列的构造，见式(1)：
(1)
式中：Sk为样本xi>xj在第i时刻的累加值；
k为样本序列总个数；
ri为构造的第i个秩序样本序列值，其计算方程见式(2)：
(2)
假定各年份蒸发量序列属于独立随机的时间序列，对其进行统计量U的计算，见式(3)：
(3)
式中：E(Sk)为Sk序列的均值；
var(Sk)为Sk序列的方差。当样本序列满足相互独立条件时，其均值和方差计算方程分别如式(4)～式(5)：
(4)
(5)
当达到90%的显著性检验水平时，其统计量U值为1.96，当统计量U值低于该临界值，则表明趋势不明显，若高于该临界值，则表示趋势明显。若统计值为正表示为递增趋势，若统计值为负表示为递减趋势。
3.1 年尺度蒸发量分析
分别结合叶柏寿、大城子、朝阳水文站1959—2020年实测水面蒸发观测资料，对其不同年代际水面蒸发均值进行统计，并结合M-K趋势检验方法对其变化趋势进行检验，结果如表1所示。
表1 朝阳地区各水文站点1959—2020年不同年代际水面蒸发变化特征
从朝阳地区各水文站点1959—2020年不同年代际水面蒸发变化特征可看出，选取的三个数位站1959—2020年水面蒸发总体均呈现递增趋势，其趋势检验统计值为正值，各站点年蒸发递增趋势统计检验值均小于1.96，未通过显著性变化趋势检验，综合对各水文站水面蒸发线性倾向率均值为年蒸发量线性倾向率均值为58.5 mm/10 a，其中大城子水文站近61 a水面蒸发变化趋势检验统计值最大，其次为叶柏寿水文站，朝阳水文站水面蒸发变化趋势显著性最弱。
3.2 季节尺度蒸发量分析
在朝阳地区各水文站点年际水面蒸发变化特征分析的基础上，考虑到区域年内蒸发分配，对各站点不同年代际各季节蒸发变化特征进行统计，见表2～表4。
表2 叶柏寿站不同年代际各季节蒸发量变化统计结果
表3 大城子站不同年代际各季节蒸发量变化统计结果
表4 朝阳站不同年代际各季节蒸发量变化统计结果
朝阳地区叶柏寿、大城子、朝阳水文站不同年代际各季节蒸发存在明显的差异性，夏季各站点蒸发量占年蒸发量的比例均超高50%，其次为春季和秋季，冬季蒸发量最低，仅占全年蒸发总量的比例低于5%，从空间分布特征看出，叶柏寿位于大城子和朝阳站上游流域，从上游到下游其水面蒸发量总体呈现先递增后递减的空间变化。各站点不同年代际各季节变化特征具有一致性，春季、夏季、秋季均呈现递增变化，而在冬季受气温变化影响，水面蒸发均呈现递减变化，夏季各站点线性倾向率均值为21.5 mm/10 a，夏季各站点水面蒸发递增趋势明显高于春季和秋季。
在朝阳地区各水文站点水面蒸发变化特征分析的基础上，结合各站点附近气象站实测气象要素资料，分别对各站点不同时段下水面蒸发量和气象要素之间偏相关系数及相对贡献率进行统计，各站点分析结果如表5～表7所示。
从各站点年、季时间尺度下水面蒸发和气象因子的相关性分析结果可看出，各站点不同时段下各气象因子与水面蒸发的相关性具有一致性，对于年尺度而言，风速与各站点水面蒸发的偏相关系数最高，均在0.5以上，相对贡献率也可达40%以上，且均可通过95%的双侧检验，是区域各站点年水面蒸发变化的主因，通过对区域气象资料的分析，近61 a朝阳地区的平均风速总体呈现递增变化，这也使得区域内各水文站点年水面蒸发呈现递增变化的主要原因。从各站点不同季节水面蒸发和气象因子的相关性分析可看出，春季、秋季各站点水面蒸发和气象要素相关性较为一致，而夏季和冬季有所差异，夏季、冬季各站点气温和水面蒸发的偏相关系数及相对贡献率均要略高于风速，是夏季各站点水面蒸发递增变化的主因，朝阳地区从20世纪90年代开始，其夏季气温呈现明显的递增变化，也使得夏季区域水面蒸发加大。而朝阳地区冬季气温的降低也使得其冬季各站点水面蒸发下降。
表5 叶柏寿站年、季节尺度蒸发与各气象因子的相关性统计结果
表6 大城子站年、季节尺度蒸发与各气象因子的相关性统计结果
表7 朝阳站年、季节尺度蒸发与各气象因子的相关性统计结果
(1)朝阳地区近61 a水面蒸发总体呈现递增变化，空间上总体从东向西逐步增加，夏季蒸发占全年蒸发比例超过50%，夏季是朝阳地区干旱频次最高的季节。
(2)近61 a来，朝阳地区年平均风速递增时其年水面蒸发量递增变化的主因，而在夏季气温的递增对水面蒸发影响程度高于风速，随着朝阳地区冬季年平均气温的递减，其冬季水面蒸发也总体呈现递减变化。
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