蒸散发时间与空间格局分析

三、蒸散发时间与空间格局分析

SEBS模型蒸散发日值估算结果显示，山地、湖泊、河流上游和下游蒸散发量差异明显（图7-21）。

（一）蒸散发时间变化分析

对Penman-Monteith模型估算的研究区年实际蒸散发量在各年代的变化进行统计分析（图7-22），结果表明，近60年间年蒸散发量在492.521～1098.199 mm，多年平均值为785.92 mm，最大值出现在1967年，最小值出现在1994年。蒸散发量总体呈波动下降趋势，其变化幅度为-38.58 mm/10a。

不同季节蒸散发量计算结果显示，1953—2016年，研究区四季平均实际蒸散发量以夏季最高，为454.955 mm；春季和秋季次之，分别为209.894 mm和82.403 mm；冬季最小，为38.671 mm。但各季节实际蒸散发量与年实际蒸散发量变化趋势基本一致，均呈现较显著下降趋势（表7-7）。其中，实际蒸散发量变化速率最大值出现在夏季，为-21.41 mm/10a；冬季蒸散发量变化速率最小，为-1.0891 mm/10a，两者相差近20倍。

年代季距平百分比分析结果（图7-23）表明，1953—2016年研究区实际蒸散发量变化表现为三个阶段：即20世纪50年代，研究区实际蒸散发量的累积距平为负，实际蒸散发量小于多年平均值；20世纪60年代—80年代，研究区实际蒸散发量的累积距平为正，实际蒸散发量超出多年平均值的20％，但在经历了60年代的极值后迅速下降；20世纪90年代至今，研究区实际蒸散发量的累积距平为负值，且逐步增大，说明实际蒸散发量在缓步提升，但依然小于多年平均值。从年代变化幅度看，蒸散发量累积距平经历正、负值明显变化的年代为60年代和90年代。

Mann-Kendall（M-K）突变检测是一种非参数统计检验，当正序列大于0时表明参数呈上升趋势，反之呈下降趋势，当其超过0.05显著性水平检验临界线（±1.96）时，则上升或下降显著。对1953—2016年研究区年实际蒸散发量序列做M-K突变检测，结果表明：1953—2016年UF（顺序统计曲线）总体为持续下降趋势，尤其1978年后小于0，即蒸散发量1978年后呈下降趋势；1961年至1974年UF突破了显著水平置信线1.96，蒸散发量呈显著性增大趋势；在1992年突破了置信线-1.96，蒸散发量呈显著性减小趋势；UF和UB（逆序统计曲线）于1982年在临界线±1.96区间内有一个明显的交点，表明1982年发生突变，突变后精河流域平均年蒸散发量较突变前减少了150.654 mm，即减少17.361％（图7-24）。

对1953—2020年研究区各季节实际蒸散发量做M-K突变检验，发现春、夏、冬三季突变点与年际突变点一致，即从1982年后三个季节的蒸散发量均明显小于之前对应各季，蒸散发量减少的平均幅度为15％左右。但秋季蒸散发量由高转低的突变则出现在1980年，减少幅度为25％。

进一步根据1953—2016年研究区实际蒸散发量数据，绘制Morlet小波变换系数的实部等值线图（图7-25）。结果表明，研究区蒸散发量存在6～8年、17～20年、28～31年的三类尺度周期变化规律。其中，6～8年的周期存在于1953—1970年，17～20年的周期则仅存在于1957—1973年，而28～31年的周期贯穿于近60年始终，但该周期正负值中心较明显存在由30年向26年下降的趋势。

通过计算蒸散发量的小波方差，可发现研究区实际蒸散发量变化存在29年的主周期，基于实际蒸散发量在29年处的小波系数值与年份t建立了回归方程（其中R2=0.93，P＜0.05），并选择2016—2030年为预测期对研究区ET变化趋势进行预测：

结果表明，预测期2017—2030年整体蒸散发量呈波动变化。其中，2016—2020年蒸散发量持续增加，并在2020年发生突变后转为下降期，蒸散发量逐年减少。至2029年，蒸散发量将再次进入上升周期（图7-26）。

（二）蒸散发空间变化分析

研究区蒸散发量整体呈现显著增长的趋势，平均每年增长2.384 mm，最大增长达10.181 mm，尤其是艾比湖西北侧和精河上游新开垦绿洲。艾比湖西北侧，湖水干涸，湖面积大幅萎缩，日蒸散发量16年间增长达到10 mm。受水资源限制，在人工绿洲扩张的背景下，居民不断沿精河方向向上游开垦，原有的荒地被用作农业种植，日蒸散发量增长也基本保持在10 mm左右。另外，南部大部分区域的蒸散发量也呈现1～5 mm不同程度的增长，而艾比湖周围及东部荒漠区域，蒸散发量则有0～2 mm的减少（图7-27）。

1990—2016年，研究区蒸散发量变化趋势空间分布情况显示，蒸散发量在精河县东部托托镇及托托河上游一带有显著减少趋势，约占研究区总面积的0.15％；在艾比湖周围、精河县东部大范围的艾比湖湿地国家级自然保护区，以及中部托里镇旦达嘎沙漠，蒸散发量有轻微减少，约占总面积的25.31％；在精河县中部的山前冲积扇平原和西部部分地区，蒸散发量基本呈不变趋势，约占总面积的34.76％；在艾比湖湖区、中部绿洲区、山区林地及草地等水域充沛的区域，蒸散发量轻微增加，面积占比约37.45％；蒸散发量在艾比湖西北部已干涸湖盆、南部部分高海拔地区有明显增加趋势，约占总面积的2.33％（图7-28）。

借助重心迁移模型，本研究在明确了研究区1990—2016年不同土地利用类型空间重心迁移特征的基础上（图7-29），对比分析了研究区蒸散发量空间变化趋势。结果表明：1990—2016年间，植被覆盖下的耕地、林地、草地均呈现向东的迁移趋势，耕地整体向东迁移4.99 km，而林地、草地呈现向东南方向的迁移趋势，分别迁移13.96 km、10.37 km，使蒸散发量轻微增加区域集中分布在艾比湖湖区及以南的水域广泛区域。蒸散发量呈现高值的水体，向西北方向迁移7.21 km，因而蒸散发量显著增加的区域主要出现在艾比湖西北部。蒸散发量呈现低值的建设用地、未利用地有明显的分异。其中，由于绿洲城市的扩张，建设用地整体向西南方向迁移23.67 km，未利用地呈现向东北方向的迁移趋势，共迁移3.08 km，导致蒸散发量减少区域主要出现在东北未利用地和中部托里镇旦达嘎沙漠。

综上，精河县地表蒸散发量的空间分布变化有以下四个特点。

第一，蒸散发量区域分布不均衡，具有明显的地域差异。在空间上，呈现南高北低、西高东低、山区高平原低及梯度变化大的特点。高值区主要集中在北部艾比湖湖区、南部婆罗科努山支脉山区、精河上游以及中游的平原农业区，低值区主要集中在山地以北、艾比湖以东区域。

第二，蒸散发量变化在地形上表现显著。总体而言，海拔愈高蒸散发量愈大，山区的地表蒸散发量受到坡度、坡向影响较大，阳坡和阴坡差异明显。

第三，地表蒸散发量受供水条件的影响较大。荒漠区降雨量小，且无河流供给，蒸散发量趋于零值，多年基本变化不大。灌区在河流、地下水补给以及人工引水灌溉多重作用下，水分充足，尤其在作物生长期蒸散发量较大，表现出蒸散发量高值区。

第四，蒸散发量与植被覆盖度具有极高的一致性。实际蒸散发量从大到小依次表现为：林地、耕地、草地、未利用地和建设用地。随着耕地面积的扩大，这些区域的蒸散发量变化尤为显著。