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无论是水资源评估或区域干湿状况的评估,还是旱涝灾害的预测,作为水分平衡中支出项的蒸发量都在其中扮演了重要的角色,其估算更是必不可少的内容。本文通过选用物理意义强的Penman公式,利用全省82个站的33年(1971-2003年)气象资料及2个辐射站8年(1993-2000年)的辐射资料建立了适用于江西省的蒸发力经验估算模式,将其计算得到的蒸发力用于江西省农业水资源评估及早涝诊断中,同时结合蒸发的变化趋势与周期分析探讨了其用于旱涝灾害预报的可行性。通过研究,得到的主要结果和结论如下:
1、通过对各分项的经验拟合,得到了Penman简化模式,可用于江西气候区的日蒸发力估算。通过对总辐射分项的经验模式进行误差分析,认为总辐射的拟合精度较高。
2、比较FAO Penman-Monteith法与Penman简化模式的计算结果,前者较后者偏小64%,其原因是选用了不同的动力项与热力项计算式。尽管如此,两种方法的计算值仍具较好的相关,相关系数高达0.98,且通过了信度为0.01的显著性检验。换句话说,二者的估算值可互相换算。
3、以penman简化模式计算的蒸发力描述作物需水量,可对作物需水量资源进行评估,评估结果表明,江西省气候区域6-9月的作物需水量存在明显的年际波动,其变化趋势以下降为主:且其大小可反映易旱程度,如作物需水量资源供应要求相对最高年份1971、1978、2003年对应江西省历史上三个大旱发生年,资源供应相对最低年1997、1993、1982年则是自然状况下农业干旱发生机率最小年份;作物需水量的空间分布基本可反映出江西的易涝易旱区分布。
4、通过订正penman简化模式计算的蒸发力可得到农田实际蒸散,并用于农田水分盈亏分析。结果显示,江西省作物生长季内水资源总体上较为丰富,农田水分的自然供应较为充足,但其中3-6月农田水分供应相对充足而7-10月农田水分供应相对不足;地理分布上呈现东部多于西部,山区多于丘陵的特征。
5、按行政区划与自然地理分布可将江西省划分为赣北、赣中、赣南三片,分析各区域的年蒸散,可得到以下蒸散异常的气候变化特征。
(1)以±50mm作为年蒸散出现强、弱异常信号的判别标准分析,赣北、赣中极异常蒸散年的发生频率较赣南高15%;就全省平均状况而言,强蒸散年的出现频率不及弱蒸散年;蒸散距平的年代际变化幅度则以赣中为最高,其次为赣北。
(2)1971年以来,江西省各区年蒸散均为明显下降的气候趋势,且各片区之间蒸散量的年际变化具较好的相关,相关系数均在0.65以上,其中以赣北、赣中相关性最好。
(3)利用Morle小波变换分析赣北干、湿季蒸散异常的周期振荡,结果显示,主振周期随时间变化。在湿季,6~11年的主振周期主要出现在七、八十年代,而九十年代至二十一世纪初则以3~4年的振荡为主。在干季,1985年之前的主振周期为7~9年、3~4年,最强7.5年左右;1985年后的最强振动尺度为5年左右。且不同的时间尺度对应有不同的位相变化。
(4)受地貌地形及植被的影响,赣南地区多年平均蒸散量较赣北、赣中少。
6、以降水作为水分收入项,以订正后的Penman简化式计算值作为水分支出项,二者的比值可构成湿润指数R,用于旱涝诊断。
(1)R的季节分配可明显反映江西的干、湿季节分别为7-9月、4-6月。
(2)利用确定的旱涝分级标准,对历年各区4-6月的洪涝及7-9月的干旱的诊断结果表明,七十年代以来江西大范围中度以上干旱发生年有1971年、1978年、1986年、2003年等七年;而中度以上洪涝发生年有1973年、1975年、1977年、1982年、1998年、1999年等八年。
(3)与利用其它指标诊断的等级划分结果相比,湿润指数R划分的旱涝等级,能更客观准确地反映本省早涝的区域分布和旱涝程度。
(4)将湿润指数R的预测与蒸散量异常的气候变化趋势与周期分析相结合,可使未来时段内的旱涝灾害预测成为可能。
7、无论对于蒸散量、作物需水量还是降水蒸发差,2003年均是变化的明显转折点,值得特别关注。
本文对于探索以江西为代表的南方湿润气候区内的旱涝发生机制及地方防灾减灾具重要意义,同时也可为农业水资源的状况评估和合理调配提供重要的科学依据。