13曹雯

Size: px

Start display at page:

Download "13曹雯"

牢陶
7 years ago
Views:

1 第 66 卷第 3 期 2011 年 3 月 ACTA GEOGRAPHICA SINICA Vol.66, No.3 Mar., 2011 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析曹雯, 申双和, 段春锋 ( 南京信息工程大学应用气象学院, 南京 ) 摘要 : 基于 FAO Penman-Monteith 公式计算了我国西北地区 126 个测站年的生长季 (4-10 月 ) 参考作物蒸散 (ET 0) 对平均气温风速相对湿度和太阳辐射的敏感系数, 并结合各气象因子的多年变化特征定量讨论参考作物蒸散变化的原因结果表明 : 风速和气温的敏感性虽然相对较低, 但因其显著变化, 成为引起 ET 0 变化的主导因子, 贡献达到 -5.22% 和 3.29%; 太阳辐射和相对湿度敏感性较大, 但因变化小, 贡献仅为 -0.76% 和 0.63% 空间上, 气温在西北地区对 ET 0 变化多为正贡献, 风速和太阳辐射多为负贡献 ; 相对湿度在西部多为负贡献, 东部为正贡献估算的 4 个气象因子共同作用引起的 ET 0 变化在趋势数值和空间分布上均与 ET 0 的实际变化基本一致, 两者的相关系数高达 0.99, 表明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区 ET 0 变化的原因兼具合理性和可行性而且该方法弥补了趋势分析法相关分析法和敏感性分析法的不足, 为定量分析 ET 0 变化成因提供一条新思路关键词 : 参考作物蒸散 ;Penman-Monteith 公式 ; 西北地区参考作物蒸散 (ET 0) 作为全球水文循环研究中的重要参量之一, 在估算作物需水量评价农业水分资源制定合理的灌溉制度和预报作物产量中发挥着不可或缺的作用 FAO [1] 将其定义为假设作物高度为 0.12 m, 冠层阻力和反照率分别为 70 s m -1 和 0.23 的参考冠层的蒸散, 相当于生长旺盛, 长势一致, 完全覆盖地面且水分供应充足的开阔绿色草地的蒸散, 并且推荐基于气象要素的 Penman-Monteith 公式来计算 ET 0 FAO 的定义明确了植物的类型生长状况以及土壤水分状况, 使得参考作物蒸散独立于这些因素, 主要只受到气象因子 [1] 的影响近几十年来, 在全球气候变化背景下, 参考作物蒸散在数量和时空分配上不断发生变化, 其原因引起了国内外众多学者的关注传统的研究主要通过趋势分析和相关分析的方法来讨论影响基于 Penman-Monteith 公式计算的参考作物蒸散变化的主导因素由于太阳辐射和风速分别是 ET 0 的两大构成项辐射项和动力项的重要因子, 所以 Thomas [2],Gao [3],Lakshman Nandagiri [4],Zhang [5],Xu [6] 等人的研究成果均显示, 无论是中国印度等国家还是我国的青藏高原长江流域等局部地区, 太阳辐射和风速都是 ET 0 变化的主导因子同时 Lakshman Nandagiri [4] 指出, 风速在干旱区的作用更大, 而太阳辐射的作用在湿润半湿润区更显著近年来, 鉴于定量化的要求, 有学者提出利用敏感性分析的方法来研究 ET 0 变化的原因, 也取得了一定成果 Goyal [7] 通过分析印度 Rajasthan 干旱区的 ET 0 对平均气温太阳辐射风 [8] [9] 速等的敏感性, 发现当地的 ET 0 对气温最敏感 ;Gong 等和梁丽乔等分别在长江流域和松 [10] 嫩平原西部的研究表明 ET 0 对相对湿度的变化最敏感 ; 曾丽红等发现在东北地区气温变化对 ET 0 的影响最为明显虽然利用趋势分析和相关分析法可以说明参考作物蒸散的变化与太阳辐射风速等气收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 科技部公益性行业 ( 气象 ) 科研专项 (GYHY ); 中国气象局气候变化专项 (CCSF-09-12); 江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目 (CX10B_297Z) [Foundation: National Non-profit Research Project to Serve the Public Interest, No.GYHY ; The Special Fund for Climate Change, No.CCSF-09-12; Innovative Research Project for Postgraduate of Jiangsu Province, No.CX10B_297Z] 作者简介 : 曹雯 (1983-), 女, 安徽芜湖人, 博士生, 主要研究方向为农业气象 sgfxxy_0@163.com 页

2 卷象要素的变化密不可分, 对于探索 ET 0 变化的原因很有意义, 但它们着眼于定性的角度, 没有进行定量的讨论敏感性分析尽管能够定量反映 ET 0 变化对气象因子变化的响应, 但并不能完全确定各气候因子变化对于 ET 0 变化的实际贡献水平, 因为 ET 0 的变化不仅受其气候敏感性的影响, 同时还与各气候因子的变化程度有关所以 Yin [11] 等指出 : 要探寻 ET 0 变化的原因, 就有必要将敏感性分析和要素的实际变化情况结合起来, 从而得到较为全面并且定量化的结果 [12] 我国西北地区深居欧亚大陆腹地, 是全球同纬度最干旱的地区之一, 也是我国气候变 [13] 化的敏感区和生态脆弱区, 水资源成为该地区经济社会和生态环境发展演化的主要影响 [14-20] 因子气候变化背景下, 该地区各气象因子不同程度的改变必然引起参考作物蒸散的变化因此本文选择西北干旱半干旱区为研究区, 基于 Penman-Monteith 公式, 利用 126 个测站年日平均气温风速相对湿度和日照时数等气象资料计算参考作物蒸散对气候变量的敏感系数, 并结合各要素的变化情况定量研究气候变量对参考作物蒸散变化的贡献, 为深入认识参考作物蒸散对气候变化的响应提供科学依据 1 研究区域和资料 1.1 区域概况我国西北地区位于 73º25'~ 110º55'E 和 31º35'~49º15'N 之间, 包括新疆甘肃青海宁夏陕西和内蒙古西部 ( 图 1), 总土地面积约占中国国土面积的 1/3 这里深居欧亚大陆腹地, 四周又有高山阻挡, 海洋潮湿气流难以到达, 因而形成我国最干旱的地区 [21] 该区地貌复杂多样, 高山平原与盆地相间, 沙漠与绿洲共存, 气温图 1 西北地区站点分布图 Fig. 1 Location of meteorological stations in Northwest China [22] 和降水等气候要素由于受地形影响, 分布很不均匀年平均气温从东南向西北逐渐降低, 在青海省东南部达到较低值后又缓慢升高年平均降水量约为 230 mm, 存在自东南向西北 [17] 减少, 自高山向南疆盆地柴达木盆地河西走廊逐渐减少的特点降水量和干湿状况的空间差异使该区植被由东向西呈现草原荒漠草原荒漠的变化特征 [23] 西北地区特殊的地理位置使其成为一个多种气候区共存的区域, 各气候区参考作物 [24-25] 蒸散对气候变化的响应存在差异因此本文根据气候特点将西北地区划分为三个区域研究 :I 区包括新疆柴达木盆地甘肃河西走廊中西段和阿拉善高原, 为西风带气候区 ;II 区包括青海省及祁连山区, 为高原气候区 ;III 区包括陕西宁夏甘肃河西走廊东段以东和河套平原地区, 为亚洲季风影响区及其边缘区域 1.2 资料介绍与数据处理本研究收集了国家气象中心气象资料室整编的西北地区 173 个国家标准气象站年长时间序列的逐日常规气象资料, 包括日平均气温 ( o C),10 m 高处风速 (m/s), 日照时数 (h) 和相对湿度 (%) 等对研究区生长季的多年资料进行适当的插补和筛选后, 选取 173 个站点中的 126 个作为本文的研究对象, 建立年的气象因子时间序列具体数据处理方法如下 :(1) 为保证数据的利用率, 在前后两天资料完整的情况下, 对参与计算 ET 0 的气温风速日照时数和相对湿度等逐日资料的缺测值用线性插值法替换 (2) 当参与计算的气象要素齐备时才能得到某日的 ET 0 因此初步插补后的资料中, 若某日的四要素

3 3 期曹雯等 : 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析 409 中有任意一个要素不完整, 则该日记为缺测将多年资料中有任意一年缺测天数大于 60 天的站点或数据明显异常的站点 ( 如七角井 ) 剔除, 得到本文最终选取的 126 个测站 (3) 各要素的敏感系数及对 ET 0 变化的贡献等参量的年平均值均由对应的逐日数据平均获得西北全区及 3 个子气候区参量值由各区域对应站点参量值的算术平均值求得 2 研究方法 2.1 Penman-Monteith 公式 [1] FAO 推荐的 Penman-Monteith 公式可用于计算不同气候区域不同时间步长的参考作物蒸散, 其优势得到普遍认可, 因此被广泛应用表达形式如下 : 0.408Δ(R n - G) + γ 900 ET 0 = T u 2( e s - e a ) (1) Δ + γ( u 2 ) 式中 :ET 0 是参考作物蒸散 (mm/d);δ 是温度随饱和水汽压变化的斜率 (kpa/ o C);R n 是净辐射 (MJ/(m 2 d));g 是土壤热通量密度 (MJ/(m 2 d)), 相对于 R n 取值很小, 尤其是在植被覆盖计算步长等于或接近于 1 天的情况下, 取值忽略为 0;γ 是干湿表常数 (kpa/ o C);T 是日平均气温 ( o [1] C);u 2 是 2 m 高处风速 (m/s), 可利用风速廓线由 10 m 高处风速换算得到 ;e s 是饱和水汽压 (kpa);e a 是实际水汽压 (kpa) 2.2 敏感性分析和敏感系数敏感性分析是从定量的角度研究一个或几个相关气象因子发生变化时, 对参考作物蒸散变化的影响程度, 主要包括敏感曲线法和敏感系数法两种方法其中, 敏感系数法是 [26-27] 1974 年由 McCuen 等提出的一种用数学定义的敏感性分析方法, 它利用敏感系数来衡量 [7-9] 气象因子变化对 ET 0 的影响, 直观且意义明确, 在研究中得到广泛应用本研究中的敏感系数为 ET 0 相对变化量与单个气象因子相对变化量之比 : æ ΔET S Vi = lim 0 /ET 0 ö ç = ET 0 V i (2) ΔV i 0è ΔV i /V i ø V i ET 0 式中 : S Vi 为 ET 0 关于气象因子 V i 的敏感系数, 无量纲此公式的优点在于通过相对变化 [8] 量把各个气象因子无量纲化, 便于不同因子之间的比较敏感系数的正/ 负表明随气象因子的增加,ET 0 会随之增加 / 减少 ; 其绝对值的大小表明 ET 0 的变化对相应气象因子变化的敏感程度, 即气象因子 V i 的变化中有多少可以传递给 ET 气象因子对参考作物蒸散 (ET 0) 的贡献敏感系数值的大小可以表明气象因子的变化中有多少传递给 ET 0, 因此 Yin [11] 等提出将单个气象因子的敏感系数与该要素的多年相对变化相乘, 从而得到由此要素引起的 ET 0 的变化, 即该要素对 ET 0 变化的贡献将引起 ET 0 增加称为正贡献, 引起 ET 0 减小称为负贡献具体的表达形式如下 : Con Vi = S Vi RC Vi (3) RC Vi = 49 Trend 100% (4) av 式中 :Con Vi 为气象因子 V i 对 ET 0 变化的贡献,S Vi 为 V i 的敏感系数,RC Vi 是 V i 的多年相对变 [11] 化, 可基于 49 年 V i 的平均值 av 和逐年变化率 Trend 利用式 (4) 计算获得, 其中逐年变化率 [28] Trend 由趋势分析法计算得到由敏感系数定义可知 S Vi 是无量纲的,RC Vi 以百分比为单位, 因此计算出的贡献 Con Vi 的单位也是百分比通过 Penman-Monteith 公式计算得到的 ET 0 多年相对变化 RC ET0 称为 ET 0 的实际变化 :

4 卷 RC ET0 = 49 Trend ET 0 100% (5) av ET0 式中 :av ET0 和 Trend ET0 分别是 49 年 ET 0 的平均值和逐年变化率 Penman-Monteith 公式表明, 影响 ET 0 变化的气象因子众多, 而且实际应用中不可能只有单个气象因子发生变化, 所以将各因子的贡献累加后就得到对 ET 0 变化的总贡献, 公式为 : Con ET0 = Con TA + Con WD + Con HD + Con RS (6) 式中 :Con ET0 表示 4 个气象因子共同作用引起的 ET 0 变化, 也称为 ET 0 的估计变化 Con TA Con WD Con HD 和 Con RS 分别代表气温风速相对湿度和太阳辐射对 ET 0 变化的贡献 3 结果分析 3.1 西北全区各气象因子对参考作物蒸散 (ET 0) 变化的贡献 49 年来, 参考作物蒸散 ET 0 在整个西北地区以 5.24 mm/10a 的速率递减 ( 图 2a), 其趋势系数为 0.34, 通过了 95% 的显著性检验, 这主要归因于气温风速等 4 种气象因子的变化由图 2 可看出, 气温呈明显的上升趋势, 上升速率为 0.25 o C/10a, 变化趋势通过了 99% 的显著性检验, 表明在全球变化的影响下, 西北地区近 50a 存在显著的变暖趋势 ;2 m 高度处的平均风速呈下降趋势, 其下降速率为 0.10 ms -1 /10a, 也通过了 99% 的显著性检验 ; 但相对湿度和太阳气温 (MJ m -2 d -1 ) 风速太阳辐射年年年相对湿度年年图年西北地区参考作物蒸散和气象因子的变化特征 Fig. 2 Mean yearly variations of ET0 and the major climate variables in Northwest China

5 3 期曹雯等 : 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析 411 辐射的变化趋势不明显, 以波动为主各气象因子的敏感系数 S Vi 的正负表明 ( 表 1),ET 0 对气温, 风速和太阳辐射的变化呈正敏感, 对相对湿度的变化呈负敏感从敏感系数的大小可看出,ET 0 对太阳辐射的变化最敏感, 其次是气温和相对湿度, 对风速变化的敏感性最低, 这与 Gong [8] [9] [10] 梁丽乔曾丽红等分别对我国长江流域松嫩平原西部东北地区进行研究所得的结果不同, 说明各地区 ET 0 的变化对气象因子的敏感性存在差异虽然风速是西北地区 ET 0 变化最不敏感的要素, 但由于 49 年来风速以 0.10 ms -1 /10a 的速率明显减小, 它高达 % 的多年相对变化可导致 ET % 的变化, 从而使风速成为对 ET 0 变化贡献最大的要素气温以 0.25 o C/10a 的速率显著递增, 多年相对变化为 11.68%, 对 ET 0 变化的贡献仅次于风速, 可引起 ET 03.29% 的上升 ET 0 对太阳辐射和相对湿度都很敏感, 但这两个要素自身的变化趋势不明显, 所以对 ET 0 变化的贡献仅为 -0.76% 和 0.63%, 是贡献较小的两个要素由此可以看出, 敏感性分析法在判断引起参考作物蒸散变化的主导因素时存在一定的局限性, 不能全面反映气象因子对 ET 0 变化的影响 3.2 三个子气候区各气象因子对参考作物蒸散 (ET 0) 变化的贡献前文鉴于西北地区独特的气候特点将其分为 3 个区, 这里就相应分区进行分析 ET 0 对 4 个气象因子的敏感系数以及本身的多年变化在西北 3 个子气候区存在差异 ( 表 2), 因此各气象因子对各气候区 ET 0 变化的贡献情况也有所不同 ( 表 3) 表 2 三个子气候区气象因子的敏感系数和多年相对变化 (%) Tab. 2 Sensitivity coefficients and relative changes (%) for four climate variables in three sub-regions 区域西风带气候区 (I 区 ) 尽管风速的敏感系数最小, 但风速本身的下降幅度达到 35.99%, 所以对 ET 0 变化的贡献最大, 为 -7.95% 气温的贡献仅次于风速, 可引起 ET 03.39% 的增加虽然 ET 0 表 1 西北地区气象因子的敏感系数多年相对变化以及对 ET 0 变化的贡献 Tab. 1 Sensitivity coefficients and relative changes for four climate variables and their conbribution to ET0 in Northwest China 对太阳辐射最敏感, 但太阳辐射的变化很微弱, 因此对 ET 0 变化的贡献较小相对湿度对 ET 0 变化的作用几乎可以忽略高原气候区 (II 区 ) 气温和风速的敏感系数虽小, 但其本身大于 20% 的多年变化使得它们对 ET 0 变化的贡献分别为 3.19% 和 -3.24%, 明显超过其他两个要素风速和太阳辐射的负贡献与气温和相对湿度的正贡献相互抵消, 导致 ET 0 总的减少量只有 0.75%, 远小于 I 区的 -5.22% 亚洲季风影响区及其边缘区域 (III 区 ) 与其他两区相比较为独特该区气温和相对湿度对 ET 0 变化的贡献较大, 分别为 3.17% 和 2.15%; 而风速和太阳辐射对 ET 0 变化的贡献较小, 分别为 -1.43% 和 -0.81% 可见相对湿度在该区的贡献超过其他两个区, 而风速贡献有所减小气温和相对湿度的正贡献超过风速和太阳辐射的负贡献, 使 ET 0 表现出幅度为 3.09% 的增加趋势敏感系数多年相对变化贡献气温风速相对湿度太阳辐射总气温风速相对湿度太阳辐射敏感系数相对变化敏感系数相对变化敏感系数相对变化敏感系数相对变化西风带气候区高原气候区亚洲季风影响区及其边缘区域表 3 三个子气候区气象因子对 ET 0 变化的贡献 (%) 及 ET 0 的实际变化 (%) Tab. 3 Conbribution of four climate variables to ET0 (%) and actual relative change for ET0 (%) in three sub-regions 气温风速相对湿度太阳辐射总贡献实际变化西风带气候区高原气候区亚洲季风影响区及其边缘区域

6 卷图 3 不同气象因子对 ET 0 变化的贡献 (%) 的空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of the contribution (%) of four climate variables to ET0 无论是西北全区或是 3 个子气候区,4 个气象因子共同作用引起的 ET 0 变化在趋势上和数值上都与 ET 0 的实际变化基本一致, 表明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区 ET 0 减少的原因兼具合理性和可行性 3.3 气象因子对参考作物蒸散 (ET 0) 变化贡献的空间分布西北地区的复杂地形导致其气象要素在空间分布上很不均匀, 因此各要素对 ET 0 变化的贡献也存在空间差异 ( 图 3) 气温对 ET 0 变化的贡献, 除了乌鲁木齐库车等个别站点为绝对值不超过 3% 的负值外, [29] 西北大部分地区均为正值, 表明多数站点的增暖趋势引起了 ET 0 的上升其中青海茫崖的正贡献最大 (13.36%), 主要原因是该站点气温的多年相对变化高达 44.11% 正贡献次大的 [30] 区域主要在准格尔盆地北部河套平原东北部和甘肃东部等气温上升较显著的地区, 贡献值介于 5% 到 10% 之间其他地区由于气温上升趋势不明显, 正贡献都小于 5% [20] 风速对 ET 0 的变化几乎在整个研究区域都是负贡献, 说明西北地区大范围风速的下降引起了 ET 0 的普遍减少其中新疆的哈密吐鲁番且末最大, 超过 -20%; 准格尔盆地西北部塔里木盆地北部稍小, 在 -10% 到 -20% 之间 ; 其他区域不超过 -10% 贡献为正的区域仅集中在陇中高原青海高原和贺兰山区附近风速有增加趋势的少数地区, 但由于趋势并不显 [20] 著, 所以正贡献值都较小相对湿度对 ET 0 的变化在新疆河西走廊西段柴达木盆地东北部和陕南以负贡献为 [31] 主, 这些地区恰好与施雅风等提出的西北地区由暖干向暖湿转型的区域基本一致, 说明相对湿度的增加引起了 ET 0 的减小甘肃河东青海南部宁夏和陕北等地区近几十年来降水 [19, 25] 持续偏少, 呈现相对湿度减小的趋势, 从而引起 ET 0 上升, 体现为正贡献 [20] 西北大部分地区日照时数的减少导致太阳辐射下降, 因此太阳辐射对 ET 0 的变化大多呈负贡献, 其中陕南的负贡献最大正贡献的区域较小, 主要集中在塔里木盆地西南部关中地区甘肃和宁夏的南部从 ET 0 多年实际变化的分布 ( 图 4a) 可看出, 西部的 ET 0 以下降为主, 下降幅度较大的区

7 3 期曹雯等 : 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析 413 域主要位于塔里木盆地北部, 吐鲁番盆地和克拉玛依地区 ; 只有乌恰阿克苏等个别站点表现出增加的趋势东中部的 ET 0 以上升为主, 其中宁夏回族自治区以及马鬃山拐子湖等站点的幅度最大, 超过了 10%, 而其他地区的上升幅度都小于 10%; 河西走廊西部柴达木盆地和陕南的 ET 0 有所下降将 4 个气象因子的作用叠加后, 得到对 ET 0 变化的总贡献, 即 ET 0 变化的估计值 ( 图 4b) 对比图 4(a) 和图 4(b) 发现,ET 0 的估计变化在空间分布上和 ET 0 的实际变化基本一致除了新疆拜城陕西榆林等 5 个别站点之外, 同一测站的上升 ( 或下降 ) 趋势在两幅图中都能完全对应, 且变化幅度基本相同 126 个台站 ET 0 多年变化的实际值和估计值的坐标点均分布在 1:1 线附近 ( 图 5), 且相关系数高达 0.99, 表明 ET 0 的估计变化在数值上和 ET 0 的实际变化非常接近进一步说明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区参考作物蒸散变化的原因是可行的 4 结论图 4 ET 0 多年实际变化 (a) 和估计变化 (b) 的空间分布 (%) Fig. 4 Spatial distribution of the estimated and actual relative change for ET0(%) 图个气象台站 ET 0 多年实际变化与估计变化的对比 Fig. 5 Comparison of the estimated and actual relative change for ET0 本文基于 FAO Penman-Monteith 公式计算了我国西北地区 126 个测站年的生长季 (4-10 月 ) 参考作物蒸散对平均气温风速相对湿度和太阳辐射的敏感系数, 并结合各要素的多年变化特征定量讨论了参考作物蒸散变化的原因结果表明 : (1) 西北地区参考作物蒸散的变化对太阳辐射最敏感, 对风速变化的敏感性最低但 49 年来风速高达 26.69% 的减小幅度, 使其成为西北地区对参考作物蒸散变化贡献最大的气象因子 ; 气温增加了 11.68%, 贡献仅次于风速 ; 太阳辐射和相对湿度无明显变化, 因此贡献较小三个子气候区各气象因子对参考作物蒸散变化的贡献情况存在一定差异, 最明显的是亚洲季风影响区及其边缘区相对湿度的相对贡献比其他两个气候区大, 而该区风速的相对贡献有所减小 (3) 空间分布上, 由于多数站点的增暖趋势, 气温对参考作物蒸散的变化多为正贡献 ; 风速和太阳辐射的大范围下降使它们对参考作物蒸散的变化多为负贡献 ; 由暖干向暖湿的转型导致相对湿度对参考作物蒸散的变化在西北西部基本表现为负贡献, 而东部近几十年降

8 卷水的持续偏少使得相对湿度多表现为正贡献 (4) 本文估算的 4 个气象因子共同作用引起的参考作物蒸散变化在趋势上数值上和空间分布上都与参考作物蒸散的实际变化基本一致, 表明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区参考作物蒸散变化的原因兼具合理性和可行性 (5) 利用趋势分析法相关分析法和敏感性分析法来讨论影响蒸散变化的主导因素均存在各自的局限性, 本文将三者的主要思想结合起来定量分析各气象因子对参考作物蒸散变化的贡献, 将为探讨参考作物蒸散变化的原因提供一条新思路参考文献 (References) [1] Allen R G, Perreira L S, Raes D. Crop evapotranspiration. FAO Irrigation and Drainage Paper 56, Rome, [2] Thomas A. Spatial and temporal characteristics of potential evapotranspiration trends over China. Int. J. Clim., 2000, 20: [3] Gao G, Chen D L, Ren G Y. Spatial and temporal variations and controlling factors of potential evapotranspiration in China: J. Geogr. Sci., 2006, 16: [4] Lakshman Nandagiri, Gicy M. Kovoor. Performance evaluation of reference evapotranspiration equations across a range of Indian climates. J. Irrig. and Drain. Engrg, 2006, 132(3): [5] Zhang Y Q, Liu C M, Tang Y H. Trends in pan evaporation and reference and actual evapotranspiration across the Tibetan Plateau. J. Geophys. Res., 2007, 112: D12110, doi: /12006JD [6] Xu Chongyu, Gong Lebing, Jiang Tong et al. Analysis of spatial distribution and temporal trend of reference evapotranspiration and pan evaporation in Changjiang (Yangzi River) catchment. Journal of Hydrology, 2006, 327: [7] Goyal P K. Sensitivity of evapotranspiration to global warming.agricultural Water Management, 2004, 69: [8] Gong Lebing, Xu Chongyu, Chen Deliang. Sensitivity of the Penman-Monteith reference evapotranspiration to key climatic variables in the Changjiang basin. Journal of Hydrology, 2006, 329: [9] Liang Liqiao, Li Lijuan, Zhang Li et al. Sensitivity of the reference crop evapotranspiration in growing season in the West Songnen Plain. Transactions of the CSAE, 2008, 24(5): 1-5. [ 梁丽乔, 李丽娟, 张丽等. 松嫩平原西部生长季参考作物蒸散发的敏感性分析. 农业工程学报, 2008, 24(5): 1-5.] [10] Zeng Lihong, Song Kaishan, Zhang Bai et al. Sensitive analysis on reference evapotranspiration to key meteorological factors in Northeast China. Chinese Journal of Agrometeorology. 2010, 31(1): [ 曾丽红, 宋开山, 张柏等. 东北地区参考作物蒸散量对主要气象要素的敏感性分析. 中国农业气象, 2010, 31(1): ] [11] Yin Yunhe, Wu Shaohong, Chen Gang. Attribution analyses of potential evapotranspiration changes in China since the 1960s. Theor. Appl. Climatol., 2010, 101: 19-28, doi: /s [12] Zhang Qiang, Hu Yinqiao, Cao Xiaoyan. On some problems of arid climate system of Northwest China. Journal of Desert Research, 2000, 20(4): [ 张强, 胡隐樵, 曹晓彦. 论西北干旱气候的若干问题. 中国沙漠, 2000, 20(4): ] [13] Xie Jinnan. Effects of Gansu arid climate change on developing of the western China. Climate and Environment Research, 2002, 7(3): [ 谢金南. 甘肃省干旱气候变化及其对西部大开发的影响. 气候与环境研究, 2002, 7(3): ] [14] Yu Yaxun, Wu Guoxiong. Water vapor content and mean transfer in the atmosphere over Northwest China. Acta Meteorologica Sinica, 2001, 15(2): [15] Wang Jinsong. Further study of temperature change in Northwest China in recent 50 year. Journal of Desert Research, 2008, 28(4): [ 王劲松. 中国西北近 50 a 来气温变化特征的进一步研究. 中国沙漠, 2008, 28(4): ] [16] Zhang Yong, Chen Fahu, Gou Xiaohua et al. The temporal and spatial distribution of seasonal dry-wet changes over the northwestern China: Based on PDSI. Acta Geographica Sinica, 2007, 62(11): [ 张永, 陈发虎, 勾晓华等. 中国西北地区季节间干湿变化的时空分布 : 基于 PDSI 数据., 2007, 62(11): ] [17] Huang Yuxia, Li Dongliang, Wang Baojian et al. Analyses on temporal-spatial features of annual precipitation in Northwest China in Plateau Meteorology, 2004, 23(2): [ 黄玉霞, 李栋梁, 王宝鉴等. 西北地区近 40 年年降水异常的时空特征分析. 高原气象, 2004, 23(2): ] [18] Ren Zhaoxia, Yang Dayuan. Study on the division and trends of temperature variation in Northwest arid area of China in recent 50 years. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2006, 20(1): [ 任朝霞, 杨达源. 近 50a 西北干旱区气温分区及其变化趋势研究. 干旱区资源与环境, 2006, 20(1): ] [19] Li Dongliang, Wei Li, Cai Ying. The present facts and the future tendency of the climate change in Northwest China. Journal of Glaciology and Geocryology, 2003, 25(2): [ 李栋梁, 魏丽, 蔡英等. 中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望. 冰川冻土, 2003, 25(2): ] [20] Wang Pengxiang. Climate change characteristic of Northwest China in recent half century. Advances in Earth Science, 2007, 22(6): [ 王鹏祥. 近半个世纪来中国西北地面气候变化基本特征. 地球科学进展, 2007, 22(6): ]

9 3 期曹雯等 : 西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析 415 [21] Shi Yafeng. An assessment of the issues of climatic shift from warm-dry to warm-wet in Northwest China. Beijing: China Meteorological Press, 2003: 4-5. [ 施雅风. 中国西北气候由暖干向暖湿转型问题评估. 北京 : 气象出版社, 2003: 4-5.] [22] Ding Yihui. Introduction to Climate, Ecology and Environment in Northwest China. Beijing: China Meteorological Press, 2001: [ 丁一汇. 中国西北地区气候与生态环境概论. 北京 : 气象出版社, 2001: 1-10.] [23] Luo Zhexian. Introduction to Arid Climate Dynamics in Northwest China. Beijing: China Meteorological Press, 2005: 225. [ 罗哲贤. 中国西北干旱气候动力学引论. 北京 : 气象出版社, 2005: 225.] [24] Xie Jinnan. Study of arid climate's changing and predicting in Northwest China. Vol.1. Beijing: China Meteorological Press, 2000: 1-8. [ 谢金南. 中国西北干旱气候变化与预测研究. 中国西北干旱气候变化与预测研究 ( 第一卷 ). 北京 : 气象出版社, 2000: 1-8.] [25] Song Lianchun. Changing features of precipitation over Northwest China during the 20th century. Journal of Glaciology and Geocryology, 2003, 25(2): [ 宋连春. 20 世纪西北地区降水量变化特征. 冰川冻土, 2003, 25(2): ] [26] McCuen R H. A sensitivity and error analysis of procedures used for estimating evaporation. Water Resource Bulletin, 1974, 10(3): [27] Beven K A. Sensitivity analysis of the Penman-Monteith actual evapotranspiration estimates. Journal of Hydrology, 1979, 44: [28] Shi Neng, Chen Jiaqi. Phase climate change features in the last 100 years over China. Acta Meteorologica Sinica, 1995, 53 (4): [ 施能, 陈家其. 中国近 100 年来 4 个年代际的气候变化特征. 气象学报, 1995, 53(4): ] [29] Chen Shaoyong, Guo Jiangyong, Guo Zhongxiang. Discipline of temporal and spatial variation of mean air temperature in arid and semiarid region in Northwest China in the recent 46 years. Arid Land Geography, 2009, 32(3): [ 陈少勇, 郭江勇, 郭忠祥. 中国西北干旱半干旱区年平均气温的时空变化规律分析. 干旱区地理, 2009, 32(3): ] [30] Liu Dexiang, Dong Anxiang, Lu Dengrong. Climatic change of Northwest China and its influence on agricultural production in recent 43 years. Agricultural Research in the Arid Area, 2005, 23(2): [ 刘德祥, 董安祥, 陆登荣. 中国西北地区近 43 年气候变化及其对农业生产的影响. 干旱地区农业研究, 2005, 23(2): ] [31] Shi Yafeng, Shen Yongping, Li Donglian et al. Discussion on the present climate change from warm-dry to warm-wet in Northwest China. Quaternary Sciences, 2003, 23(2): [ 施雅风, 沈永平, 李栋梁等. 中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨. 第四纪研究, 2003, 23(2): ] Quantification of the Causes for Reference Crop Eapotranspiration Changes in Growing Season in Northwest China CAO Wen, SHEN Shuanghe, DUAN Chunfeng (College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing , China) Abstract: Based on the FAO-56 Penman-Monteith equation, the changes of reference crop evapotranspiration (ET 0) were studied by analyzing the sensitivity coefficients of ET 0 to air temperature, wind speed, relative humidity and shortwave radiation together with their relative changes in growing season in Northwest China using a 49-year dataset. The results show that the changes of ET 0 are primarily attributed to wind and air temperature due to their significant trends. Shortwave radiation and relative humidity have negligible effects on ET 0 for their insignificant trends. The positive contribution of temperature and the negative contribution of wind and solar radiation are observed in most regions, but the contribution of relative humidity is positive in eastern part and negative in western part. The consistence between the actual ET 0 changes and the estimated ET 0 changes calculated by the contribution of four meteorological variables indicates that the method based on sensitivity coefficients interpreted together with actual changes in variables to quantify the impact of each variable on the ET 0 trend is reasonable. Key words: reference crop evapotranspiration; Penman-Monteith equation; Northwest China

mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions

mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions 7 2 2011 3 ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCH Vol. 7 No. 2 March 2011 1673-1719 (2011) 02-0097-07 1961 2007 77 5 5 6 2 3 8 11 1980 1980 1990 2015 8 11 P426.6 A 7.86% 4 50 0.35 5 6 19 7 8 9 1 1906 2005