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摘要 基于1971—2020年地面气象观测资料，估算了阿拉善高原潜在蒸散量。通过趋势分析、滑动平均、反距离权重插值等，分析了阿拉善高原潜在蒸散的时间变化和空间分布特征。
关键词 阿拉善高原;潜在蒸散;时空变化
中图分类号：P426.2 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）05–0041–02
潜在蒸散表示在一定气象条件下水分供应不受限制时，某一固定下垫面可能达到的最大蒸发蒸腾量[1]。潜在蒸散量是评价某一地区干旱程度，研究作物需水及指导灌溉的重要因子[2]。阿拉善高原位于我国内蒙古自治区最西部，属于温带大陆性季风气候，为干旱荒漠区[3]。著名的巴丹吉林、腾格里、乌兰布和三大沙漠横贯全境，约占总面积的1/3。由于深居内陆、远离海洋，气候条件恶劣，大风、沙尘暴等灾害频发，生态环境极为脆弱，是全球气候变化的敏感区域。研究该地区潜在蒸散的变化对区域气候变化的评估具有重要意义，有利于充分认知阿拉善高原水文条件，为农牧业资源合理规划和生态环境保护提供理论支撑。
1 资料与方法
1.1 研究区概况和数据来源
阿拉善盟国土面积27万 km2，约93%的地表为沙漠、戈壁和荒漠草原。该地区植被稀疏，群落结构简单，主要由旱生、超旱生，盐生灌木、半灌木、小灌木和小半灌木构成，多年生草本植物稀少，是独特的生态植被系统[4]。数据来源于阿拉善盟气象局8个长序列国家气象站1971—2020年逐月气象资料，包括平均气温、平均气压、平均风速、相对湿度和降水量[5]。
1.2 统计分析和空间插值方法
气象数据处理及分析使用SPSS 19.0软件，要素空间分布特征是由ArcGIS 10.2中反距离权重算法将站点计算结果插值得出。
1.3 气候倾向率
采用最小二乘法计算近50年研究要素的变化趋势，用x表示某一变量，用t表示所对应的时间，建立x与t的一元线性回归方程。
x=at+b （1）
以线性回归系数a的10倍作为气候要素倾向率。
1.4 潜在蒸散量（ET）的计算
潜在蒸散的计算采用中国气象局推荐的生态气象监测标准中的计算方法，该方法为刘多森等[5-6]提出的动力学模型的改进形式。
（2）
公式中，i为月份，di为该月天数，Ui为10 m高度月平均风速（m/s），Pi为月平均气压（hPa），ti为月平均气温（℃），Woi为ti时的饱和水汽压（mmHg），hi为月平均相对湿度。
饱和水汽压Wo（mmHg）的计算区分两种条件，即
（3）
当月平均温度0℃
（4）
2 结果与分析
2.1 阿拉善高原潜在蒸散的年际和年代际变化特征
整个研究时段内（1971—2020年），阿拉善高原年潜在蒸散量平均值为1 674 mm，从3年滑动平均曲线和线性变化趋势看，年潜在蒸散量呈显著上升趋势，线性倾向率为29.6 mm/10 a（F=14.184，P<0.01）;近50年潜在蒸散量最小值出现在1979年为1 465.3 mm，最大值出现在2009年为1 852.1 mm。从年代际变化来看，20世纪70年代至今，各年代际平均潜在蒸散量分别为1 616.2、1 666.8、1 644.5、1 702.1和1 740.3 mm，有逐渐增加的趋势（图1）。
2.2 近50年阿拉善高原潜在蒸散的月際变化特征
潜在蒸散与气象因子紧密相关，例如风速、气温、降水、相对湿度、日照、辐射、云量等都可能直接或间接影响潜在蒸散的变化。潜在蒸散在一年之中的不同月份有明显差异，整个研究时段内（1971—2020年）月潜在蒸散量最大的是7月，其次是6月和8月，月潜在蒸散量最小的是1月，其次是12月和2月（表1）。
2.3 近50年阿拉善高原潜在蒸散的空间分布特征
潜在蒸散的空间分布既受气候条件的制约，又受地理环境的影响，区域差异性明显。研究期内（1971—2020年），阿拉善高原8个气象监测站潜在蒸散（ET）的年平均值在1 373～2 196 mm之间，呈现西北高、东南低的空间分布格局（图2）。潜在蒸散量最大值出现在阿拉善高原西北部巴丹吉林沙漠腹地的拐子湖观测站，最小值出现在阿拉善高原东南部荒漠草原上的孪井滩观测站。
研究期内（1971—2020年），各观测点潜在蒸散量线性趋势变化率最大的是拐子湖（77.2 mm/10 a），最小的是孪井滩（4.1 mm/10 a）。拐子湖、雅布赖、吉兰泰和达来呼布潜在蒸散的线性倾向率均达到了0.01的显著性水平，呈极显著增加趋势。
3 结论与讨论
（1）近50年阿拉善高原潜在蒸散量年平均值为1 674 mm，呈极显著增大趋势，其线性倾向率为29.6 mm/10 a（F=14.184，P<0.01）;潜在蒸散量年最小值出现在1979年，为1 465.3 mm，最大值出现在2009年，为1 852.1 mm。
（2）整个研究时段内（1971—2020年），不同月份的潜在蒸散具有明显差异，7月潜在蒸散量最大，为297.7 mm，其次是6月（288.2 mm）和8月（244.4 mm）;1月潜在蒸散量最小，为20.8 mm，其次是12月（24.0 mm）和2月（33.3 mm）。 （3）潜在蒸散的空间分布既受气候条件的制约，又受地理环境的影响。阿拉善高原潜在蒸散的空间分布在西部高于東部，最大蒸散量为2 165.1 mm，出现在西北部的拐子湖;最小蒸散量为1 374.2 mm，出现在东南部的孪井滩。
近年来，蒸散发的研究受到了国内外学者的广泛关注。吴霞等[6]研究指出，我国近些年来平均潜在蒸散呈现减少趋势。史建国等[7]对黄河流域潜在蒸散的分析结果显示，自1957年以来潜在蒸散量总体上呈“下降-稳定-上升”趋势。在气候变暖的背景下，部分学者推测潜在蒸散发将呈现增加趋势。潜在蒸散的变化与气象因子的变化紧密相关，且不同气象因子对潜在蒸散变化的作用不尽相同。由于潜在蒸散的影响因子多，潜在蒸散变化与各气候要素变化的时空差异复杂多样，在不同区域的特定气候条件下，同一种气候要素对潜在蒸散的作用也不尽相同，可采用不同方法深入分析引起潜在蒸散变化的原因及与气象因子的关系。
参考文献
[1] 左大康.现代地理学辞典[M].北京：商务印刷馆， 1990.
[2] 尹云鹤，吴绍洪，戴尔阜.1971～2008年我国潜在蒸散时空演变的归因[J].科学通报， 2010， 55（22）： 2226-2234.
[3] 国家技术监督局.中国气候区划名称与代码 气候带和气候大区[S]. 北京： 中国标准出版社， 1998.
[4] 卫智军，杨静，马春梅.从西部大开发透视阿拉善盟荒漠草地生态建设的意义与对策[J]. 内蒙古草业， 2000（1）： 7-12.
[5] 刘多森，汪纵生.可能蒸散量动力学模型的改进及其对辨识土壤水分状况的意义[J]. 土壤学报， 1996（1）：21-27.
[6] 吴霞，王培娟，霍治国，等.1961-2015年中国潜在蒸散时空变化特征与成因[J].资源科学， 2017， 39（5）： 964-977.
[7] 史建国，严昌荣，何文清，等.黄河流域潜在蒸散量时空格局变化分析[J].干旱区研究， 2007（6）： 6773-6778.
责任编辑：黄艳飞
Analysis on Temporal and Spatial Change Characteristics of Potential Evapotranspiration in Alxa Plateau in the Last 50 Years
CHANG Pei-jing et al（Desert Eco-Meteorology Center of Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot， Mongolia 010051）
Abstract Based on the surface meteor-ological observation data from 1971 to 2020， the potential evapotranspiration of Alxa Plateau was estimated. Through trend analysis， moving mean and inverse distance weighted interpolation， the temporal change and spatial distribution characteristics of potential evapotranspiration in Alxa Plateau were analyzed.
Key words Alxa plateau; Potential evapo-transpiration; Temporal and spatial change
基金项目 内蒙古自治区气象局科技创新项目（nmqxkjcx202103）。
作者简介 常佩静（1980-），女，内蒙古阿拉善左旗人，高级工程师，主要研究方向：生态与农业气象。
收稿日期 2021-02-15
关键词 阿拉善高原;潜在蒸散;时空变化
中图分类号：P426.2 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）05–0041–02
潜在蒸散表示在一定气象条件下水分供应不受限制时，某一固定下垫面可能达到的最大蒸发蒸腾量[1]。潜在蒸散量是评价某一地区干旱程度，研究作物需水及指导灌溉的重要因子[2]。阿拉善高原位于我国内蒙古自治区最西部，属于温带大陆性季风气候，为干旱荒漠区[3]。著名的巴丹吉林、腾格里、乌兰布和三大沙漠横贯全境，约占总面积的1/3。由于深居内陆、远离海洋，气候条件恶劣，大风、沙尘暴等灾害频发，生态环境极为脆弱，是全球气候变化的敏感区域。研究该地区潜在蒸散的变化对区域气候变化的评估具有重要意义，有利于充分认知阿拉善高原水文条件，为农牧业资源合理规划和生态环境保护提供理论支撑。
1 资料与方法
1.1 研究区概况和数据来源
阿拉善盟国土面积27万 km2，约93%的地表为沙漠、戈壁和荒漠草原。该地区植被稀疏，群落结构简单，主要由旱生、超旱生，盐生灌木、半灌木、小灌木和小半灌木构成，多年生草本植物稀少，是独特的生态植被系统[4]。数据来源于阿拉善盟气象局8个长序列国家气象站1971—2020年逐月气象资料，包括平均气温、平均气压、平均风速、相对湿度和降水量[5]。
1.2 统计分析和空间插值方法
气象数据处理及分析使用SPSS 19.0软件，要素空间分布特征是由ArcGIS 10.2中反距离权重算法将站点计算结果插值得出。
1.3 气候倾向率
采用最小二乘法计算近50年研究要素的变化趋势，用x表示某一变量，用t表示所对应的时间，建立x与t的一元线性回归方程。
x=at+b （1）
以线性回归系数a的10倍作为气候要素倾向率。
1.4 潜在蒸散量（ET）的计算
潜在蒸散的计算采用中国气象局推荐的生态气象监测标准中的计算方法，该方法为刘多森等[5-6]提出的动力学模型的改进形式。
（2）
公式中，i为月份，di为该月天数，Ui为10 m高度月平均风速（m/s），Pi为月平均气压（hPa），ti为月平均气温（℃），Woi为ti时的饱和水汽压（mmHg），hi为月平均相对湿度。
饱和水汽压Wo（mmHg）的计算区分两种条件，即
（3）
当月平均温度0℃
（4）
2 结果与分析
2.1 阿拉善高原潜在蒸散的年际和年代际变化特征
整个研究时段内（1971—2020年），阿拉善高原年潜在蒸散量平均值为1 674 mm，从3年滑动平均曲线和线性变化趋势看，年潜在蒸散量呈显著上升趋势，线性倾向率为29.6 mm/10 a（F=14.184，P<0.01）;近50年潜在蒸散量最小值出现在1979年为1 465.3 mm，最大值出现在2009年为1 852.1 mm。从年代际变化来看，20世纪70年代至今，各年代际平均潜在蒸散量分别为1 616.2、1 666.8、1 644.5、1 702.1和1 740.3 mm，有逐渐增加的趋势（图1）。
2.2 近50年阿拉善高原潜在蒸散的月際变化特征
潜在蒸散与气象因子紧密相关，例如风速、气温、降水、相对湿度、日照、辐射、云量等都可能直接或间接影响潜在蒸散的变化。潜在蒸散在一年之中的不同月份有明显差异，整个研究时段内（1971—2020年）月潜在蒸散量最大的是7月，其次是6月和8月，月潜在蒸散量最小的是1月，其次是12月和2月（表1）。
2.3 近50年阿拉善高原潜在蒸散的空间分布特征
潜在蒸散的空间分布既受气候条件的制约，又受地理环境的影响，区域差异性明显。研究期内（1971—2020年），阿拉善高原8个气象监测站潜在蒸散（ET）的年平均值在1 373～2 196 mm之间，呈现西北高、东南低的空间分布格局（图2）。潜在蒸散量最大值出现在阿拉善高原西北部巴丹吉林沙漠腹地的拐子湖观测站，最小值出现在阿拉善高原东南部荒漠草原上的孪井滩观测站。
研究期内（1971—2020年），各观测点潜在蒸散量线性趋势变化率最大的是拐子湖（77.2 mm/10 a），最小的是孪井滩（4.1 mm/10 a）。拐子湖、雅布赖、吉兰泰和达来呼布潜在蒸散的线性倾向率均达到了0.01的显著性水平，呈极显著增加趋势。
3 结论与讨论
（1）近50年阿拉善高原潜在蒸散量年平均值为1 674 mm，呈极显著增大趋势，其线性倾向率为29.6 mm/10 a（F=14.184，P<0.01）;潜在蒸散量年最小值出现在1979年，为1 465.3 mm，最大值出现在2009年，为1 852.1 mm。
（2）整个研究时段内（1971—2020年），不同月份的潜在蒸散具有明显差异，7月潜在蒸散量最大，为297.7 mm，其次是6月（288.2 mm）和8月（244.4 mm）;1月潜在蒸散量最小，为20.8 mm，其次是12月（24.0 mm）和2月（33.3 mm）。 （3）潜在蒸散的空间分布既受气候条件的制约，又受地理环境的影响。阿拉善高原潜在蒸散的空间分布在西部高于東部，最大蒸散量为2 165.1 mm，出现在西北部的拐子湖;最小蒸散量为1 374.2 mm，出现在东南部的孪井滩。
近年来，蒸散发的研究受到了国内外学者的广泛关注。吴霞等[6]研究指出，我国近些年来平均潜在蒸散呈现减少趋势。史建国等[7]对黄河流域潜在蒸散的分析结果显示，自1957年以来潜在蒸散量总体上呈“下降-稳定-上升”趋势。在气候变暖的背景下，部分学者推测潜在蒸散发将呈现增加趋势。潜在蒸散的变化与气象因子的变化紧密相关，且不同气象因子对潜在蒸散变化的作用不尽相同。由于潜在蒸散的影响因子多，潜在蒸散变化与各气候要素变化的时空差异复杂多样，在不同区域的特定气候条件下，同一种气候要素对潜在蒸散的作用也不尽相同，可采用不同方法深入分析引起潜在蒸散变化的原因及与气象因子的关系。
参考文献
[1] 左大康.现代地理学辞典[M].北京：商务印刷馆， 1990.
[2] 尹云鹤，吴绍洪，戴尔阜.1971～2008年我国潜在蒸散时空演变的归因[J].科学通报， 2010， 55（22）： 2226-2234.
[3] 国家技术监督局.中国气候区划名称与代码 气候带和气候大区[S]. 北京： 中国标准出版社， 1998.
[4] 卫智军，杨静，马春梅.从西部大开发透视阿拉善盟荒漠草地生态建设的意义与对策[J]. 内蒙古草业， 2000（1）： 7-12.
[5] 刘多森，汪纵生.可能蒸散量动力学模型的改进及其对辨识土壤水分状况的意义[J]. 土壤学报， 1996（1）：21-27.
[6] 吴霞，王培娟，霍治国，等.1961-2015年中国潜在蒸散时空变化特征与成因[J].资源科学， 2017， 39（5）： 964-977.
[7] 史建国，严昌荣，何文清，等.黄河流域潜在蒸散量时空格局变化分析[J].干旱区研究， 2007（6）： 6773-6778.
责任编辑：黄艳飞
Analysis on Temporal and Spatial Change Characteristics of Potential Evapotranspiration in Alxa Plateau in the Last 50 Years
CHANG Pei-jing et al（Desert Eco-Meteorology Center of Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot， Mongolia 010051）
Abstract Based on the surface meteor-ological observation data from 1971 to 2020， the potential evapotranspiration of Alxa Plateau was estimated. Through trend analysis， moving mean and inverse distance weighted interpolation， the temporal change and spatial distribution characteristics of potential evapotranspiration in Alxa Plateau were analyzed.
Key words Alxa plateau; Potential evapo-transpiration; Temporal and spatial change
基金项目 内蒙古自治区气象局科技创新项目（nmqxkjcx202103）。
作者简介 常佩静（1980-），女，内蒙古阿拉善左旗人，高级工程师，主要研究方向：生态与农业气象。
收稿日期 2021-02-15