原创《19722019年白洋淀湿地潜在蒸散量变化分析》
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0 引言
全球气候变暖已是不争的事实[1],在气候变暖的大背景下,近100 年来中国地表气温增加尤为明显,升温幅度约为0.5~0.8℃[2-3].以增温为主要特征的气候变化将对中国的生态系统和社会经济产生重要影响[4-8].湿地作为一个独特的生态系统,在涵养水源,保护生物的多样性,调节区域气候,控制碳循环等方面具有重要的意义[9].近些年来,一些学者对湿地气候变化开展了一些研究,取得了许多有益的成果,贾志军[10]对三江平原典型沼泽湿地蒸散量及其影响因子进行研究,认为沼泽湿地蒸散量时间变化特征明显.罗磊[11]分析认为全球气候变化是青藏高原湿地退化的重要气候背景.沃晓棠等[12]认为扎龙湿地的大气湿润度在减小,气候在向暖干方向发展.李风霞等[13]通过分析,揭示了气候变化对青海湖地区区域生态与环境的影响效应.王芳[14]研究认为七星河湿地对当地气候具有重要的调节作用.
白洋淀湿地位于河北省中部,在保定与沧州境内,是河北省第一大内陆湖,地理坐标在38°43′—39°02′N,115°38—116°26′ E 之间,面积366 km2,素来有“华北之肾”的称谓,但到目前,对白洋淀湿地的研究还不多,而潜在蒸散量是指充分供水条件下的区域蒸散发能力[15].目前已被广泛应用于农田灌溉、作物需水量等水资源管理的研究中[16-17].从气象学的角度来看,潜在蒸发量也是地表水量平衡和能量平衡的重要研究内容[18].因此,笔者立足于白洋淀附近的安新气象站的多年气象资料,分析了近54 年来白洋淀湿地潜在蒸散量的变化状况,此研究能够为白洋淀湿地的水平衡等生态保护问题提供积极地借鉴和参考.
1 资料与方法
1.1 资料来源
本研究数据来源于河北省气象局气候中心,用白洋淀湿地内的安新气象站1972—2012 年逐日平均气温（含最高最低）、降水、日照、风速、相对湿度等观测数据资料,季节的划分按照3—5 月为春季,6—8 月为夏季,9—11 月为秋季,12 月至次年2 月为冬季的划分方式生成逐季序列.
1.2 研究方法
1.2.1 潜在蒸散量计算公式的选取潜在蒸散量又称参考作物蒸散量,是表征大气蒸散能力,评价气候干旱程度、植被耗水量、生产潜力以及水资源供需平衡的最重要的指标之一[19-24],在计算该数值的过程中选取使用世界粮农组织(FAO)推荐使用的修正Penman-Monteinl方程[19]进行本区域潜在蒸散量的计算,方程式如(1)所示.
ET0 等于 0.408Δ(Rn -G)+γ 900 T +273U2(eS -ea)Δ+γ(1+0.34U2) …… (1)
ET0是潜在蒸散量,Rn是冠层表面净辐射,冠层反射系数α取0.23；G是土壤热通量,其数值在本文忽略不计[25]；T是日平均气温；es是饱和水汽压；ea是实际水汽压；△是饱和水汽压－气温关系曲线在T处的切线斜率；γ是湿度计常数；U2是2 m高处的日平均风速.
1.2.2 采用方法采用趋势方程、Mann-Kendall 突变检验、标准差、Morlet 小波分析对白洋淀湿地的地标干湿进行季节、年代的变化分析[26-27].按春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至2 月）的季节划分生成逐季序列,采用月平均统计得到逐年平均气温.
2 结果与分析
2.1 趋势变化分析
由表1可以看到,1972—2012年白洋淀湿地年平均潜在蒸散量为993.0 mm.其中春季蒸散量为330.3 mm,占全年蒸散量的33%；夏季蒸散量402.8 mm,占全年的41%；秋季蒸散量181.1 mm,占全年的18%；冬季蒸散量79.0 mm,占全年的8%.夏季潜在蒸散量最大,其次是春季和秋季,冬季最少.
对白洋淀湿地的年、各季潜在蒸散量进行趋势分析,结合图1和表1可以看到,无论是年际还是各季节,白洋淀湿地的潜在蒸散量均呈波动下降趋势,年潜在蒸散量的趋势变化为-22.5 mm/10 a,各季节中,春季的趋势变化最大,变化量为-9.5 mm/10 a,冬季的趋势变化最小,变化量为-0.5 mm/10 a；在41 年的时间序列中,白洋淀湿地的年变化量、春季变化量、秋季变化量随时间的变化减少显著,趋势变化通过了99%的显著性检验,夏季和冬季的趋势变化没有通过任何的显著性检验；年潜在蒸散量的标准差最大,说明波动幅度最大,各季节的变化过程中,夏季的波动性最大,冬季的波动性最小.
2.2 时间序列的突变分析
Mann-Kendall 突变检验简称M-K法,是一种非参数统计检验方法,可分析时间序列资料的变化趋势和突变点[26].通过对白洋淀湿地年际与各季节潜在蒸散量的M-K检验分析图2 发现,该湿地无论是年际还是各季均存在随着时间变化的突变点.年际潜在蒸散量在1983 年发生突变,在1988 年突破-1.96（95%显著性）的检验线,下降趋势显著；春季潜在蒸散量在1977 年发生突变过程,在1986 年突破-1.96 的检验线,下降显著,但随着时间的变化于2009 年又回归到检验线之内；夏季在1986 年发生突变,在1994 年和2001 年2 次突破-1.96 的检验线,并与2001 年后下降显著；秋季在1987 年发生突变,在1991 年下降显著；冬季在1984 年发生突变,在1991—1997年间下降显著.
2.3 周期变化分析
在实际变化过程中,气象要素并非单调递增或者单调递减,常常在波动增减的基础上叠加了不同的变化周期,因此,采用Morlet 小波方法研究了近41 年来白洋淀湿地潜在蒸散量的周期性变化特征,正值代表增加,负值代表减少.在图3a 可以看到,年潜在蒸散量存在8~10 年的周期变化特征,在2010 年左右潜在蒸散量进入减少阶段,该阶段将延伸至2014—2015 年左右；春季潜在蒸散量存在5~7 年左右的变化周期,潜在蒸散量在2012 年后将进入增加阶段,此阶段的过程将维持3~4 年；夏季存在准8 年左右的周期变化特征,该周期在2011 年左右进入减少阶段,预计在2015 年后进入增加阶段；秋季存在特征在20世纪90年代中期以前不明显,在90 年代后存在准8 年左右的振荡周期,该周期在2008年左右进入减少阶段,在2012年后将进入增加的阶段；冬季存在准10 年的变化周期,在2007 年左右进入增加周期,预计在2012 年后将进入减少的周期.
3 结论
（1）白洋淀湿地多年潜在蒸散量的年平均为993.0 mm,各季节中,夏季潜在蒸散量最大,冬季最少,41 年来该湿地的潜在蒸散量呈波动下降趋势,年潜在蒸散量的下降趋势为-22.5 mm/10 a,各季节中,春季的趋势下降最大,变化量为-9.5 mm/10 a,冬季的趋势下降最小,变化量为-0.5 mm/10 a,在各季节的变化过程中,夏季的波动性最大,冬季的波动性最小.
（2）白洋淀湿地的年际、各季潜在蒸散量均存在时间序列的突变过程,其中年际变化在1988 年下降趋势显著,夏季在2001 年下降趋势显著,秋季在1991 年下降趋势显著；春季在1986—2009 年下降趋势显著.冬季在1991—1997年下降趋势显著.
（3）白洋淀湿地的年际、各季潜在蒸散量随时间的变化存在大小不同的周期变化特征,年潜在蒸散量存在8~10 年的周期变化特征,春季潜在蒸散量存在5~7 年左右的变化周期,夏季存在准8 年左右的周期变化特征,秋季在20 世纪90 年代后存在准8 年左右的周期特征,冬季存在准10年的变化周期.
1972—2012年,白洋淀湿地的潜在蒸散量呈减少趋势,尤其是在1988年后,其潜在蒸散量的年下降趋势呈进一步的减少状态,这对白洋淀湿地的水土保持是一个可喜的结果,对该地区的生态建设有促进的作用,本研究只分析了白洋淀湿地的潜在蒸散量的变化情况,对于湿地生态环境的其他要素的研究工作将在今后开展.
湿地论文参考资料：
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