李 玫，范彥辰，曾永剛，何 東

(成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106)

0 引 言

蒸散發(fā)是水文過程的一個重要組成部分，是降雨徑流形成過程的惟一損失.蒸散發(fā)是流域能量循環(huán)和水文循環(huán)的重要變量，準確估算蒸散發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義[1].蒸散發(fā)的計算方法很多，包括道爾頓法、波文比—能量平衡法、基于近地層氣流的動力學(xué)特性測定法及Hargreaves方法等[2-3].我國的蒸散發(fā)計算方法主要采用蒸滲儀法、水分平衡法與Potometer法等[4-5].目前，我國蒸散發(fā)的測定工作還處于起步階段，既沒有足夠有效的實測資料，也缺乏用于檢驗的實測數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致大多數(shù)蒸散發(fā)計算結(jié)果得不到實測資料的充分檢驗與驗證.此外，現(xiàn)階段對參考作物蒸散發(fā)的敏感性研究相對較少，大多基于一個站點開展，時間跨度也較短[6].基于此，本研究以紅原縣為研究對象，并以該區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為依據(jù)，利用Penman-Monteith(P-M)方法，計算紅原縣2001～2007年的參照蒸散發(fā)，并對其相關(guān)氣象因子進行了敏感性分析，以找出影響該地區(qū)參照蒸散發(fā)的主要因子及變化規(guī)律，從而為高寒濕地的生態(tài)修復(fù)提供相關(guān)依據(jù).

1 參照蒸散發(fā)(ET0)

1.1 Penman-Monteith(P-M)方法

P-M方法將驅(qū)動蒸發(fā)的能量、影響水汽傳輸?shù)娘柡筒钆c風(fēng)速、限制蒸發(fā)的表面阻力和空氣動力學(xué)阻力等因素組合在一起，來進行蒸散發(fā)的相關(guān)分析.其計算公式為，

(1)

式中，ET0為參照蒸散發(fā)，mm/day；Rn為地表凈輻射，MJ/(m2·day)；G為土壤熱通量，MJ/(m2·day)；es為平均飽和水汽壓，kPa；ea為實際水汽壓，kPa；Δ為飽和水汽壓斜率，kPa/℃；γ為干濕表常數(shù)，kPa/℃；U2為2 m處風(fēng)速，m/s.

相關(guān)因素的計算公式為：

1)凈輻射Rn.

Rn=Rns-Rnl

(2)

式中，Rns為入射的短波輻射，與反照率和太陽輻射入射值有關(guān)，Rns=(1-α)Rs，有，

(3)

式中，α為反照率(查表獲得)；Rs為太陽輻射入射值；as=0.25，bs=0.50；Ra為外空輻射，N為最大可能日照時數(shù)，Ra、N同樣可經(jīng)查表得到；n為實際的日照時數(shù)；Rnl為長波輻射值.

2)土壤熱通量G.

Gmouth,i=0.07(Tmouth,i+1-Tmouth,i-1)

(4)

式中，Tmouth,i+1、Tmouth,i、Tmouth,i-1分別為下個月、本月與上個月的月平均氣溫.

3)干濕表常數(shù)γ.

(5)

式中，Cp為定壓比常數(shù)，ε為水汽與干空氣的摩爾質(zhì)量比，λ為蒸發(fā)潛熱.

4)實際水汽壓ea與飽和水汽壓es.

(6)

(7)

式中，Tdew為露點溫度.

5)飽和水汽壓Δ.

(8)

1.2 ET0計算

1.2.1 紅原縣氣候和植被覆蓋情況.

紅原縣地處青藏高原的東南邊緣，位于四川省西北部、阿壩藏族羌族自治州中部，是長江、黃河上游的重要水源涵養(yǎng)地，平均海拔在3 600 m以上[7].紅原縣因受嚴寒的高原氣候長期的影響，形成了大陸性高原寒溫帶季風(fēng)氣候，其主要氣候特征為春秋短促、長冬無夏、熱量低、干雨季節(jié)分明、雨熱同季、日照長、太陽輻射強烈且災(zāi)害性天氣多[8].紅原縣植被覆蓋如圖1所示.

圖1紅原縣植被覆蓋圖

由圖1可知，紅原縣境內(nèi)草地類型復(fù)雜，差異明顯，牧草資源豐富，牧草地主要分布在海拔3 200～4 000 m地帶，面積7.32×105hm2，占全縣面積的87.19%.

1.2.2ET0計算與結(jié)果.

通常，在3月和10月，研究區(qū)處于凍土期，而4～9月是研究區(qū)作物正常狀態(tài)下的生長季節(jié).因此，本研究利用紅原縣觀測站2001～2007年期間每年4～9月的監(jiān)測實時數(shù)據(jù)進行處理，包括平均氣壓、月最高氣溫、月最低氣溫、平均相對濕度、月最低濕度、平均風(fēng)速和月總?cè)照諘r數(shù)等氣象資料，從而可以直接或間接獲得ET0計算所需要的全部參數(shù)，最終利用P-M方法計算得到ET0研究.不同年份的不同計算結(jié)果如圖2所示.

從圖2看出，研究區(qū)域的月ET0在2001～2007年均值的變化趨勢基本一致.依據(jù)氣候特點，以4～5月為春季、6～8月為夏季及9月～次年3月為封凍期，其ET0存在著較為明顯的季節(jié)性變化特征.ET0在夏季明顯高于其他月份，春、秋季次之，冬季最小.這是因為春季以后,日照與太陽輻射角同時增大，ET0隨之加快，但進入雨季后,增加的相對濕度減弱了ET0的增加速度，而夏季日照時間長，其對ET0影響也較大，進入秋季后,由于日照和太陽輻射角減少，ET0隨之減弱.

2 氣象因子對ET0的敏感性分析

研究發(fā)現(xiàn)，不同地域ET0的變化對氣溫、風(fēng)速及太陽輻射等氣象因子之間的敏感程度均有不同，各個氣候變量的敏感性對ET0均存在一定程度的波動[9].本研究利用單因子敏感性分析法探討了氣象因子最高氣溫Tmax、最低氣溫Tmin、平均相對濕度RH、平均風(fēng)速U2、平均氣壓P及月總?cè)照諘r數(shù)發(fā)生變化時對ET0的影響程度，并采用散點圖趨勢線與趨勢線斜率絕對值的大小分析相應(yīng)氣象因子對ET0的敏感性.研究結(jié)果如圖3所示.

從圖3可以看出，隨著最高氣溫增加的同時，ET0也呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，這說明最高氣溫與ET0存在著較為明顯的正相關(guān)關(guān)系，斜率為0.094 9(見圖3(a)).同樣，ET0隨著最低氣溫的增加而增加，且也有較為明顯的遞增趨勢，斜率為0.048 5(見圖3(b)).同時，當(dāng)最低溫度低于0 ℃時，仍然存在ET0，說明在非凍土期雖然最低溫度較低，但研究區(qū)域的下墊面仍然存在蒸散發(fā)現(xiàn)象，只是蒸散發(fā)量較低.隨著平均相對濕度的增加，ET0數(shù)值基本處于同一水平線上，未發(fā)生較為明顯的變化，斜率僅為0.000 6(見圖3(c))，由此說明，平均相對濕度對ET0的影響極其微小，幾乎可以忽略不計.風(fēng)速的增加會引起ET0的變化，隨著風(fēng)速的增大，ET0值逐漸減小，但減少的趨勢不明顯(見圖3(d))，這說明，風(fēng)速與ET0存在負相關(guān)關(guān)系，平均風(fēng)速增加使得ET0反而變小.從平均氣壓與ET0之間的關(guān)系分析中發(fā)現(xiàn)，ET0隨大氣壓的變化不明顯.當(dāng)大氣壓在當(dāng)?shù)刈兓瘯r，ET0基本變化不大，處于同一水平線，線性趨勢線的斜率為1.153 9(見圖3(e)).ET0隨著月總?cè)照諘r數(shù)的變化也較為明顯.當(dāng)日照時數(shù)增多時，ET0隨之增多，變化幅度也相對較大，線性趨勢線的斜率為0.007 2(見圖3(f)).

圖2 2001～2007年4～9月的ET0變化

圖3ET0與Tmax、Tmin、RH、U2、P與月總?cè)照諘r數(shù)的關(guān)系

本研究對最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、平均風(fēng)速、平均大氣壓與月總?cè)照諘r數(shù)6項氣象因子的ET0敏感性進行分析，列出了其對ET0的敏感系數(shù)，如表1所示.

表1 各項氣象因子對應(yīng)圖示斜率

表1數(shù)據(jù)顯示，氣象因子的敏感系數(shù)排序為P>Tmax>Tmin>U2>月總?cè)照諘r數(shù)>RHmean.可見，平均大氣壓與氣溫對研究區(qū)域ET0影響的敏感性較強，而受相對濕度與日照時數(shù)的影響不大.所以，研究區(qū)域?qū)T0影響最大的氣象因子主要為大氣壓和氣溫.

3 結(jié) 論

本研究利用P-M方法估算了紅原縣區(qū)域的ET0，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的月ET0波動不大，但周期性和規(guī)律性明顯，且存在明顯的季節(jié)性變化.影響該區(qū)域ET0的主要氣象因子為大氣壓與溫度.其中，風(fēng)速對參照蒸散發(fā)有一定的負相關(guān)影響，而大氣壓、溫度、相對濕度和日照時數(shù)都與ET0存在著正相關(guān)影響.需說明的是，由于現(xiàn)有蒸散發(fā)計算方法的難點在于實測數(shù)據(jù)的累積和驗證，因此，本研究所得的蒸散發(fā)計算結(jié)果也需要在實際中不斷被檢驗，最終才能得到真正適合高寒地區(qū)的蒸散發(fā)計算方法.