2.1 不同地貌类型潜在蒸散发时空变化
2.1.1 潜在蒸散发时间变化
图1为第二松花江流域1978—2018年平原区和山区ET0年、季节变化趋势。近41 a来,流域平原区多年平均ET0为825.9 mm,在750.1~934.8 mm范围内,最高值和最低值分别出现在1982年和2010年。其中,夏季(6—8月)ET0最高(362.2 mm),春季(3—5月)次之(273.7 mm),秋季(9—11月)为152.1 mm,冬季(12月至翌年2月)最少(38 mm),分别占平原区全年ET0的43.9%,33.1%,18.4%,4.6%; 山区多年平均ET0为738.8 mm,在670.7~799.4 mm之间波动,最高值和最低值分别出现在2015年和1995年。其中,夏季ET0最高(323.4 mm),春季次之(276 mm),秋季为140.1 mm,冬季最少(39.2 mm),分别占山区全年ET0的43.8%,32%,19%,5.3%; 夏春两季ET0分别占平原区、山区全年ET0的77%和75.8%,对第二松花江流域全年ET0贡献最大。平原区年ET0呈微弱下降趋势,下降速率为6.99 mm/10 a。四季ET0呈下降趋势,下降速率依次为3.0 mm/10 a,0.28 mm/10 a,3.05 mm/10 a,0.76 mm/10 a,仅秋季达显著水平(p<0.05)。山区年ET0显著上升(p<0.01),上升速率为10.49 mm/10 a。春、秋季ET0均呈微弱上升趋势,上升速率分别为10.49 mm/10 a,1.89 mm/10 a,夏、冬季显著上升(p<0.05),上升速率分别为2.53 mm/10 a,1.09 mm/10 a。
2.1.2 潜在蒸散发空间分布
图2为1978—2018年第二松花江流域全年及四季ET0空间分布。流域各站点平均ET0在732~921 mm,东西差异明显,高值区出现在西北长春站(920.7 mm)和前郭站(887.0 mm)一带,低值区出现在东南二道站(732.1 mm)、磐石站(732.2 mm)和长白站(732.2 mm)一带,除东岗站与其周围站点相比略高,总体上第二松花江流域年ET0呈现由西北向东南逐渐减少的趋势。季尺度上,春季ET0波动区间为235~310 mm,夏季为320~394 mm,春、夏季ET0空间变化特点与年际ET0基本一致,然而春季东岗站ET0较小。秋季ET0变化范围为139~168 mm,高值区出现在长春站(176.4 mm)和前郭站(161.4 mm)一带,低值区出现在二道站、蛟河站、磐石站和梅河口站一带,且东岗站ET0略高于周围站点。冬季ET0在32~47 mm,高值区出现在长春站(47.0 mm),低值区出现在蛟河站(32.5 mm)和梅河口站(32.6 mm)一带,呈现西北和东南两边高,中间低的分布趋势。
图1 1978-2018年第二松花江流域全年及四季ET0时间变化
2.2 不同地貌类型气象因子变化
近41 a来,流域平原区气温(平均、最高、最低)显著上升(p<0.01),上升速率分别为0.24℃/10 a,0.27℃/10 a,0.27℃/10 a,其中春季变化最大,每10 a分别上升0.41℃,0.37℃,0.39℃,冬季变化最小,每10 a分别上升0.14℃,0.10℃,0.15℃。平原区气温(平均、最高、最低)在春季、夏季(p<0.01)、秋季(p<0.05)均显著上升,只有冬季呈微弱上升趋势。流域平原区年相对湿度呈微弱下降趋势,下降速率为0.25%/10 a; 季尺度上,相对湿度在春、夏、冬季呈下降趋势,且夏季变化显著(p<0.05)。值得注意的是,相对湿度在秋季呈微弱上升趋势,上升速率为0.25%/10 a。平原区年日照时数显著下降(p<0.01),下降速率为0.13 h/10 a,其中,秋季下降速率最大(0.2 h/10 a,p<0.01),夏季最小(0.03 h/10 a,不显著),春、冬季呈显著下降趋势(p<0.01)。平原区风速在全年和四季均呈显著下降趋势(p<0.01),每10 a分别下降0.26 m/s,0.21 m/s,0.27 m/s,0.20 m/s,0.29 m/s,平原区风速下降速率高于山区,风速变化较大(表2)。
第二松花江流域山区气温(平均、最高、最低)显著上升(p<0.01),上升速率分别为0.41℃/10 a,0.38℃/10 a,0.44℃/10 a,其中春季变化最大,每10 a分别上升0.47℃,0.43℃,0.54℃,冬季变化最小,每10 a分别上升0.27℃,0.20℃,0.31℃。山区气温(平均、最高、最低)在春季、夏季(p<0.01)、秋季(p<0.01)均显著上升; 冬季最低气温显著上升(p<0.1),平均气温、最高气温呈微弱的上升趋势。可见山区气温变化在全年和季节上都大于平原区,且变化趋势相同。山区年相对湿度显著下降(p<0.01),下降速率为0.86%/10 a; 季尺度上,相对湿度在春季(p<0.05)、夏季(p<0.01)、冬季(p<0.01)显著下降,在秋季呈微弱的下降趋势,且变化率最小(0.17%/10 a)。山区年日照时数显著下降(p<0.1),春冬季显著下降(p<0.1),夏秋季呈微弱下降趋势,山区日照时数变化率较小。风速在全年和四季均显著下降(p<0.01),每10 a分别下降0.14 m/s,0.12 m/s,0.16 m/s,0.09 m/s,0.21 m/s(表3)。
2.3 潜在蒸散发主要影响因素
研究表明,ET0变化与气象因子直接相关,本文在年和季节尺度上,对ET0和气象因子进行逐步回归分析和偏相关分析,确定影响ET0的主要因素。逐步回归分析法可以去除一些无关紧要以及与其他自变量存在多重变化线性关系的气象因子,表中使用了相应的“-”符号来表示这些情况,定义选进模型时的显著性水平为0.05,从模型中剔除变量的显著性水平为0.1。从ET0与气象因子相关性来看,ET0增加(减小)主要是与ET0呈正相关要素的增加(减小)和呈负相关要素的减小(增加)引起的。表4是第二松花江流域不同地貌类型年、季ET0与气象因子的偏相关系数。年尺度上,平原区ET0与最高气温、日照时数、风速显著正相关(p<0.05),与相对湿度显著负相关(p<0.05),与日照时数相关性最大,最高气温次之。日照时数显著下降对平原区ET0变化趋势的负效应被最高气温显著上升所带来的正效应所抵消,因此平原区ET0呈微弱下降趋势。季节尺度上,四季ET0均与相对湿度显著负相关(p<0.05),春季平原区ET0与风速和最高气温显著正相关(p<0.05),风速相关性最大,且每10 a以0.29 m/s速率显著下降。因此,风速显著下降给ET0带来的负效应克服最高气温显著上升所带来的正效应使春季ET0呈微弱下降趋势。夏季ET0与最高气温、日照时数、风速显著正相关(p<0.05),最高气温相关系数最大,但夏季日照时数变化小且不显著,因此夏季ET0变化归因与春季相似。秋季ET0与最高气温和风速显著正相关(p<0.05),且风速以每10 a约0.27 m/s速率显著下降,因此秋季ET0显著下降。冬季ET0与最高气温和风速显著正相关(p<0.05),最高气温和相对湿度变化较小且不显著,所以风速是影响冬季ET0变化的主要因素,但其相关性较小,因此冬季ET0呈微弱下降趋势。
图2 1978-2018年第二松花江流域全年及四季ET0空间分布
山区年ET0与最高气温、日照时数显著正相关(p<0.05),与相对湿度显著负相关(p<0.05),相对湿度偏相关系数最大,且以每10 a 0.86%的速率显著下降,所以,相对湿度的显著减小是山区ET0显著上升的主要原因。季尺度上,山区四季ET0均与相对湿度显著负相关(p<0.05),春季ET0与最高气温、日照时数、风速显著正相关(p<0.05),最高气温相关性最大,相对湿度次之,尽管风速相关性较低,但10 a风速自身下降速率很快(0.21 m/s,p<0.01)。因此,最高气温上升和相对湿度下降给春季ET0变化带来的正效应被风速和日照时数显著下降带来的负效应相抵消,最终使春季ET0呈微弱的上升趋势。夏季ET0与最高气温、最低气温、日照时数、风速显著正相关,尽管日照时数相关性最大,但其变化速率小且不显著,所以,夏季ET0变化归因与年尺度相似。秋季ET0与最高气温、风速显著正相关(p<0.05),相对湿度相关性最高,但其变化小且不显著,因此秋季ET0呈微弱的上升趋势。冬季ET0与平均气温、最高气温、风速呈正相关,冬季气温呈微弱上升趋势,因此,冬季ET0显著上升的主要原因是相对湿度显著下降。
综上所述,日照时数和风速是影响平原区ET0变化的主要因素,相对湿度显著降低是山区ET0变化明显的主要原因; ET0变化是各气象因子共同作用的结果,而且气象因子对ET0的影响因季节和地貌类型而异。
表4 第二松花流域不同地貌类型年、季ET0和气象因子的偏相关系数