河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系_马亚丽_2023

河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系_马亚丽_2023

  • 摘要
    • 关键词
  • 1 数据与方法
    • 1.1 数据来源
    • 1.2 变化趋势分析
    • 1.3 定性分析方法
      • 1.3.1 主成分分析
      • 1.3.2 相关系数
      • 1.3.3 通径分析
    • 1.4 定量分析方法
      • 1.4.1 敏感系数
      • 1.4.2 贡献率计算
  • 2 结果与分析
    • 2.1 ET0多年变化特征
      • 2.1.1 ET0多年变化趋势
      • 2.1.2 ET0多年均值空间分布
    • 2.2 ET0与气象因素关系定性分析
      • 2.2.1 气象因素主成分及聚类分析
      • 2.2.2 ET0 与气象因素相关系数
      • 2.2.3 气象因素对 ET0通径分析
    • 2.3 ET0对气象因素变化敏感性
    • 2.4 气象因素对 ET0变化贡献分析
  • 3 讨论
  • 4 结论

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摘要

  本文基于河西走廊及周边 21 个气象站点气象资料,采用定性定量分析方法,以河西走廊整体及3 分区两个空间尺度,揭示 ET0 时空变化规律,明确 ET0 对各气象因素变化敏感性及贡献。

关键词

  潜在蒸散发;气象变量;响应;定量关系;河西走廊

1 数据与方法

1.1 数据来源

  气象数据来源于中国气象数据网(http://data.cma.cn),包括河西走廊及周边21个气象站点1984-2019年平均气温、日最高气温、日最低气温、相对湿度、降水、风速、日照时数、海拔高度、纬度等数据。河西走廊地理位置及气象站点分布见图1所示。
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  潜在蒸散发是基于世界粮农组织(FAO)修正后(1998 年) Penman-Monteith 公式计算,FAO Penman-Monteith 公式如下:
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1.2 变化趋势分析

  文中采用线性回归及 Mann-Kendall 非参数检验,揭示河西走廊及各分区 ET0 及气象变量时间序列的变化趋势。

1.3 定性分析方法

1.3.1 主成分分析

  主成分分析通过变量转换,减少变量个数,且最大限度保留原始信息,新变量间互不相关,从而简化原模型。

1.3.2 相关系数

  采用 Pearson 相关系数、Spearman 相关系数、Kendall 相关系数是描述2个变量间的联系紧密程度。

1.3.3 通径分析

  通径分析用于分析变量间的多元线性关系,以通径系数和间接通径系数关联自变量和因变量,且不受自变量变异程度及度量单位的影响。

1.4 定量分析方法

1.4.1 敏感系数

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1.4.2 贡献率计算

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2 结果与分析

2.1 ET0多年变化特征

2.1.1 ET0多年变化趋势

  河西走廊及分区1984-2019年ET0年际变化及特征值具体见表1、图2所示,河西走廊及分区均呈显著波动上升趋势。
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2.1.2 ET0多年均值空间分布

  基于河西走廊及周边 21 个气象站点多年均值数据,采用克里金空间插值方法进行空间插值,ET0 空间分布见图 3a 所示。ET0 线性变化率空间分布见图 3b。
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2.2 ET0与气象因素关系定性分析

2.2.1 气象因素主成分及聚类分析

  对影响 ET0变化的日平均气温(T)、日最高气温(Tmax)、日最低气温(Tmin)、实际水汽压(ea)、相对湿度(RH)、日最低相对湿度(RHmin)、日照时数(n)、日降水量(P)、平均风速(u)等 9 个气象因素,进行主成分分析,结果见表 2 所示。
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2.2.2 ET0 与气象因素相关系数

  采用 Pearson 相关系数、Spearman 相关系数、Kendall 相关系数 3 种相关系数对 ET0与 9 个气象因素关联程度进行分析,具体计算结果见表 3 所示。
  各气象因素与 ET0 相关性排序为 Tmax、T、Tmin、ea、n、RH、RHmin、u、P。
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2.2.3 气象因素对 ET0通径分析

  根据气象因素聚类分析及相关系数分析结果,针对 Tmax、RH、n、u、P 5 个气象因素进行通径分析,通径分析结果如表 4 所示。
  通径系数反映气象因素对 ET0变化的直接作用,RH、P 与 ET0 反向变化,Tmax、n、u 与 ET0 同向变化。对 ET0 变化直接影响最大的因素是 Tmax,直接影响最小因素是 P。
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2.3 ET0对气象因素变化敏感性

  利用河西走廊及周边 21 个气象站点 Tmax、RH、u、n、P 多年均值敏感系数,采用反距离权重法进行空间插值,得到 ET0 对 Tmax、RH、n、u、P 的敏感系数 S-Tmax、S-RH、S-u、S-n、S-P 空间分布图(图 4)。
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2.4 气象因素对 ET0变化贡献分析

  气象变量对 ET0 变化的贡献率计算结果如表 5 所示。
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3 讨论

4 结论

(1)河西走廊及分区均呈显著波动上升趋势。ET0 由东南向西北递增的趋势。
(2)主成分分析前 3 主成分分别为温度因素、湿度和辐射因素、风速因素。温度因素对 ET0变化影响较大,风速因素影响相对较小。
(3)河西走廊 ET0 变化对气象因素敏感性排序为 RH、Tmax、n、u、P。

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