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南北过渡带潜在蒸散发的估算与时空变化特征研究

侯敬植 金铮 石昕颜 崔黎壮 巴旦罗布 宋小燕

侯敬植, 金铮, 石昕颜, 等. 南北过渡带潜在蒸散发的估算与时空变化特征研究[J]. 自然保护地,2023,3(2):75−89 doi:  10.12335/2096-8981.2022080301
引用本文: 侯敬植, 金铮, 石昕颜, 等. 南北过渡带潜在蒸散发的估算与时空变化特征研究[J]. 自然保护地,2023,3(2):75−89 doi:  10.12335/2096-8981.2022080301
HOU Jingzhi, JIN Zheng, SHI Xinyan, et al. Estimation and Temporal and Spatial Variation of Potential Evapotranspiration in the North-South Transitional Zone[J]. Natural Protected Areas, 2023, 3(2): 75−89 doi:  10.12335/2096-8981.2022080301
Citation: HOU Jingzhi, JIN Zheng, SHI Xinyan, et al. Estimation and Temporal and Spatial Variation of Potential Evapotranspiration in the North-South Transitional Zone[J]. Natural Protected Areas, 2023, 3(2): 75−89 doi:  10.12335/2096-8981.2022080301

南北过渡带潜在蒸散发的估算与时空变化特征研究

doi: 10.12335/2096-8981.2022080301
基金项目: 国家科技基础资源调查专项(2017FY100904);国家自然科学基金项目(41501022)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:xiaoyansong@nwsuaf.edu.cn

  • 中图分类号: P333.1

Estimation and Temporal and Spatial Variation of Potential Evapotranspiration in the North-South Transitional Zone

  • 摘要: 为探究中国南北过渡带主体部分秦岭—大巴山的潜在蒸散发计算方法的适用性、时空变化特征以及其影响因素,本研究以FAO56 Penman-Monteith(P-M)方法为基准,选取了4种不同潜在蒸散发量的估算方法,对比研究各种方法在中国南北过渡带的适用性。以P-M法得到的估算结果为依据,运用Mann-Kendall趋势检验等方法,研究秦岭—大巴山地区潜在蒸散发量时空分布特征,并分析了秦岭—大巴山地区海拔对潜在蒸散发的影响。研究结果表明,在本研究所选的估算方法中,以Priestley-Taylor(P-T)估算方法适用性最好,Hargreaves(Har)方法次之,Thornthwaite (Tho)估算方法适用性最差;研究区年潜在蒸发量最小值(800 mm)出现在都江堰站,最大值(1 120 mm)出现在三门峡站,研究区季节潜在蒸散发量夏季(330~430 mm)最多,冬季(100 mm)最少;年潜在蒸散发量(PET)呈现由西南向东北逐渐增加的变化态势;M-K趋势计算年潜在蒸散发量所得Z值最大值(4.43)出现在合作站,最小值(−4.77)出现在三门峡站,从总体上看,研究区西北部的年潜在蒸散发量(PET)呈现显著增加趋势,而东南、东北及中部偏北地区呈现显著减少趋势;各站点的蒸散发量随着海拔的升高而减少,但海拔对蒸散发量的影响随着时间逐渐减弱。
  • 图  1  秦巴山地及气象站点分布

    Figure  1.  Distribution of Qinling-Daba mountains and meteorological stations

    图  2  典型站点4种估算方法月潜在蒸散发量差异显著性分析结果

    Figure  2.  The significance analysis of the differences in the monthly potential evapotranspiration of four estimation methods at typical stations

    图  3  典型站点4种估算方法各季节潜在蒸散发量差异显著性分析结果

    Figure  3.  The significance analysis of the differences in potential evapotranspiration at seasonal scales for four estimation methods at typical stations

    图  4  典型站点4种估算方法年潜在蒸散发量差异显著性分析结果

    Figure  4.  The significance analysis of the differences in the annual average potential evapotranspiration of four estimation methods at typical stations

    图  5  典型站点多年月平均潜在蒸散发量月变化

    Figure  5.  The monthly variation of mean PET at typical stations

    图  6  季节潜在蒸散发量分布

    Figure  6.  Distribution process diagram of seasonal potential evapotranspiration

    图  7  1966—2015年年均潜在蒸散发量变化

    Figure  7.  Change of annual average potential evapotranspiration in 1966-2015

    图  8  秦巴山地多年平均潜在蒸散发量等值线分布

    Figure  8.  Contour distribution of multi-year average potential evapotranspiration in Qinling-Daba mountains

    图  9  秦巴山地各站点蒸发量变化趋势

    Figure  9.  Trend of evaporation at each station in Qinling-Daba mountains

    图  10  秦巴山地蒸发量和海拔相关系数年际变化

    Figure  10.  Interannual variation of the correlation coefficient between evaporation and altitude in Qinling-Daba mountains

    图  11  秦巴山地年潜在蒸发散量M-K趋势检验空间分布

    Figure  11.  Distribution of M-K trend of average potential evapotranspiration in Qinling-Daba mountains

    表  1  4种潜在蒸散发量估算方法与P-M方法多年月平均值差异性对比

    Table  1.   Comparison of multi-year monthly mean differences between four potential evapotranspiration methods and the P-M method

    站点评价指标I-AHarP-TTho
    临夏 MER(%) 40.40 15.19 14.05 60.81
    R 0.99 1.00 1.00 0.96
    若尔盖 MER(%) 48.97 20.37 18.82 68.63
    R 0.98 1.00 1.00 0.93
    武功 MER(%) 36.63 15.28 16.58 42.34
    R 0.99 1.00 0.99 0.97
    房县 MER(%) 40.36 15.41 16.07 36.22
    R 0.99 0.99 1.00 0.97
    三门峡 MER(%) 15.04 15.77 27.05 50.02
    R 1.00 1.00 0.99 0.96
    奉节 MER(%) 27.58 13.22 15.24 27.97
    R 0.99 0.98 1.00 0.98
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    表  2  典型站点各季节潜在蒸散发量4种估算方法与P-M法差异性对比

    Table  2.   Comparison of seasonal potential evapotranspiration differences between four estimating methods and the P-M method for four typical sites

    季节站点MRE(%)R
    I-AHarP-TThoI-AHarP-TTho
    临夏 31.12 0.73 13.51 56.71 0.79 0.90 0.88 0.69
    若尔盖 52.81 8.98 22.31 71.15 0.68 0.87 0.89 0.76
    武功 33.01 19.45 5.33 41.13 0.84 0.86 0.85 0.67
    房县 36.01 29.09 1.01 37.18 0.93 0.87 0.95 0.82
    三门峡 11.24 2.33 20.74 49.17 0.85 0.70 0.76 0.65
    奉节 26.81 12.07 5.11 31.86 0.75 0.15 0.64 0.21
    临夏 17.01 10.91 22.35 32.62 0.89 0.84 0.93 0.50
    若尔盖 31.17 2.13 27.67 35.42 0.88 0.86 0.94 0.54
    武功 7.98 13.83 2.85 10.65 0.95 0.87 0.96 0.72
    房县 16.42 20.52 11.77 5.51 0.98 0.89 0.97 0.74
    三门峡 1.32 1.55 2.58 16.26 0.92 0.73 0.90 0.71
    奉节 8.59 5.97 4.61 3.66 0.91 0.26 0.89 0.25
    临夏 33.02 9.67 19.83 43.32 0.94 0.78 0.96 0.27
    若尔盖 42.19 19.24 21.23 57.24 0.82 0.85 0.93 0.42
    武功 30.89 1.57 4.18 19.70 0.94 0.83 0.91 0.24
    房县 31.23 9.39 2.17 10.27 0.93 0.89 0.93 0.36
    三门峡 11.94 14.07 18.82 31.24 0.91 0.71 0.83 0.33
    奉节 16.11 11.81 10.77 6.61 0.67 0.26 0.54 0.05
    临夏 75.18 30.19 2.21 99.94 0.67 0.76 0.88 0.12
    若尔盖 66.96 44.23 6.59 100.00 0.37 0.82 0.73 -
    武功 69.21 12.53 42.42 92.61 0.85 0.72 0.34 0.33
    房县 71.73 2.19 35.11 81.83 0.81 0.70 0.57 0.42
    三门峡 31.85 34.88 58.39 94.33 0.78 0.63 0.07 0.33
    奉节 53.25 18.23 33.91 63.09 0.32 −0.14 −0.37 −0.23
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    表  3  典型站点4种估算方法与P-M方法年潜在蒸散发量估算值差异性对比

    Table  3.   Comparison of annual potential evapotranspiration differences between four estimating methods and the P-M method

    站点评价指标
    I-AHarP-TTho
    MER(%)RMER(%)RMER(%)RMER(%)R
    临夏 30.36 0.74 2.25 0.76 17.23 0.86 48.68 0.54
    若尔盖 44.19 0.59 11.18 0.84 20.65 0.86 58.08 0.64
    武功 25.80 0.92 11.00 0.71 5.23 0.92 28.55 0.38
    房县 30.73 0.93 18.99 0.78 1.86 0.93 22.95 0.60
    三门峡 9.98 0.91 6.97 0.49 16.96 0.84 37.08 0.41
    奉节 20.28 0.71 8.79 −0.17 8.06 0.60 19.04 −0.23
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    表  4  研究区32个站点年潜在蒸散发量M-K检验Z值结果及变化趋势

    Table  4.   Z-value and trends of annual evapotranspiration from M-K test at 32 sites in study areas

    序号站名Z变化趋势序号站名Z变化趋势
    1临夏0.74不显著增加17石泉−2.26显著减少
    2临洮3.63显著增加18安康−1.02不显著减少
    3合作4.43显著增加19房县−0.54不显著减少
    4岷县4.25显著增加20老河口0.40不显著增加
    5若尔盖3.66显著增加21巴东−2.86显著减少
    6马尔康−1.12不显著减少22钟样−1.74显著减少
    7松潘0.12不显著增加23宜昌−2.79显著减少
    8都江堰−1.46不显著减少24三门峡−4.77显著减少
    9绵阳2.28显著增加25卢氏−2.11显著减少
    10万源−0.20不显著减少26栾川1.12不显著增加
    11巴中0.02不显著增加27郑州−2.86显著减少
    12红原2.28显著增加28许昌−2.53显著减少
    13武功−3.28显著减少29西峡0.45不显著增加
    14华山0.70不显著增加30南阳−0.94不显著减少
    15佛坪−3.55显著减少31宝丰−4.53显著减少
    16商县−2.04显著减少32奉节−4.43显著减少
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    表  5  研究区各站点趋势统计

    Table  5.   The statistics of trends at sites in study areas

    趋势显著减少不显著减少不显著增加显著增加
    统计个数13676
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  • [1] 杨建平, 丁永建, 陈仁升, 等. 近50年来中国干湿气候界线的10年际波动[J]. 地理学报, 2002, 57(6): 655−661. doi:  10.3321/j.issn:0375-5444.2002.06.004
    [2] 马柱国, 华丽娟, 任小波. 中国近代北方极端干湿事件的演变规律[J]. 地理学报, 2003, 58(增刊1): 69−74. doi:  10.11821/xb20037s008
    [3] 王菱, 谢贤群, 李运生, 等. 中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化[J]. 地理研究, 2004, 23(1): 45−54. doi:  10.3321/j.issn:1000-0585.2004.01.006
    [4] 郭雯雯, 黄生志, 赵静, 等. 渭河流域潜在蒸散发时空演变与驱动力量化分析[J]. 农业工程学报, 2021, 37(3): 81−89. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2021.03.010
    [5] 水利部水资源研究及区划办公室, 全国水资源初步成果汇总技术小组. 中国水资源初步评价[M]. 北京: 水利部, 1981: 48-51.
    [6] Doorenbos J, Pruitt W O. Guidelines for Predicting Crop Water Requirements. Food and Organization United Nations[R]. FAO Irrigation and Drainage Paper 24, 1977: 179.
    [7] 周晓东, 朱启疆, 孙中平, 等. 中国荒漠化气候类型划分方法的初步探讨[J]. 自然灾害学报, 2002, 11(2): 125−131. doi:  10.3969/j.issn.1004-4574.2002.02.022
    [8] 常丽娜, 赵新全. 三江源草地多功能目标管理与自然保护地建设[J]. 自然保护地, 2022, 2(2): 1−8. doi:  10.12335/2096-8981.2022010402
    [9] 张百平, 余付勤, 王晶, 等. 西秦岭自然保护的地位与意义[J]. 自然保护地, 2021, 1(2): 31−37. doi:  10.12335/2096-8981.2021012101
    [10] 国家气象信息中心[DB/OL]. http://www.nmic.gov.cn/.
    [11] 伍海, 夏军, 赵玲玲, 等. 变化环境下12种潜在蒸散发估算方法在不同干湿区的适用性[J]. 南水北调与水利科技(中英文), 2021, 19(1): 1−11.
    [12] Allen R G, Pereira L S, Raes D, et al. Crop Evapotranspiration-Guidelines for Computing Crop Water Requirements-FAO Irrigation and Drainage Paper 56[R]. FAO, 1998.
    [13] Irmak S, Irmak A, Allen R G, et al. Solar and Net Radiation-Based Equations to Estimate Reference Evapotranspiration in Humid Climates[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2003, 129(5): 336−347. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9437(2003)129:5(336)
    [14] 秦孟晟, 郝璐, 施婷婷, 等. 秦淮河流域五种参考作物蒸散量估算方法的比较及改进[J]. 中国农业气象, 2016, 37(4): 390−399. doi:  10.3969/j.issn.1000-6362.2016.04.002
    [15] de Oliveira Aparecido L E, de Meneses K C, Lorençone P A, et al. Climate Classification by Thornthwaite (1948) Humidity Index in Future Scenarios for Maranhão State, Brazil[J]. Environment, Development and Sustainability, 2022. DOI:  10.1007/s10668-021-02082-9.
    [16] Thornthwaite C W, Mather J R. The Water Budget and Its Use in Irrigation[M]// “Water”: The yearbook of Agriculture. US Department of Agriculture Washington DC, 1995: 346-358.
    [17] Li S, Kang S Z, Zhang L, et al. Evaluation of Six Potential Evapotranspiration Models for Estimating Crop Potential and Actual Evapotranspiration in Arid Regions[J]. Journal of Hydrology, 2016, 543: 450−461. doi:  10.1016/j.jhydrol.2016.10.022
    [18] Xu C Y, Singh V P. Evaluation of Three Complementary Relationship Evapotranspiration Models by Water Balance Approach to Estimate Actual Regional Evapotranspiration in Different Climatic Regions[J]. Journal of Hydrology, 2005, 308(1/2/3/4): 105−121.
    [19] 李天生, 夏军, 匡洋, 等. 不同潜在蒸散发估算方法在汉江流域中上游地区的适用性研究[J]. 南水北调与水利科技, 2017, 15(6): 1−10.
    [20] Yue S, Pilon P, Cavadias G. Power of the Mann-Kendall and Spearman’s Rho Tests for Detecting Monotonic Trends in Hydrological Series[J]. Journal of Hydrology, 2002, 259(1/2/3/4): 254−271.
    [21] 张晓琳, 熊立华, 林琳, 等. 五种潜在蒸散发公式在汉江流域的应用[J]. 干旱区地理, 2012, 35(2): 229−237.
    [22] 肖曼珍, 朱春苗, 宋小燕, 等. 我国南北过渡带水面蒸发的时空变化及趋势预测[J]. 南水北调与水利科技(中英文), 2021, 19(2): 263−272.
    [23] 果华雯, 张元伟, 宋小燕, 等. 中国南北过渡带干旱时空变化[J]. 南水北调与水利科技(中英文), 2020, 18(2): 79−85,158.
    [24] 张杨, 邱国玉, 鄢春华, 等. 近50年来海拔高度对参考蒸散发变化趋势的影响研究: 以四川省为例[J]. 生态环境学报, 2018, 27(12): 2208−2216.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-03
  • 修回日期:  2022-12-09
  • 录用日期:  2022-12-12
  • 网络出版日期:  2023-05-19
  • 刊出日期:  2023-05-25

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