全 文 ：2015 年 2 月
Feb． 2015
第 33 卷 第 2 期
Vol． 33 No． 2
符娜
doi:10． 3969 / j． issn． 1674 － 8530． 14． 0154
不同时间尺度元谋灌区小粒咖啡
需水变异特征
符娜，刘小刚，李闯，万梦丹，王露，杨启良
(昆明理工大学现代农业工程学院，云南 昆明 650500)
摘要:为了元谋灌区的水分高效管理，研究了该区不同时间尺度下小粒咖啡需水规律．根据元谋
站点 1956—2010 年逐日气象观测资料，计算并分析不同时间尺度下小粒咖啡需水量和水分盈亏
指数的变化特征，采用偏相关分析探讨各气象因子对小粒咖啡需水量的影响程度，利用 Mann －
Kendall检验法和滑动 t检验法分析小粒咖啡年际需水量、水分盈亏指数及气象因子变异规律．
结果表明:元谋灌区小粒咖啡年内需水量呈单峰抛物线形状，3—5 月为小粒咖啡生长需水关键
阶段，对灌溉依赖程度最大;6—10 月则是需水量最低时期，水分亏缺最小．近 55 a来小粒咖啡需
水量呈波动递减趋势，水分盈亏年总值均为负，即水分亏缺，20 世纪 80 年代起需水量开始显著
下降，水分亏缺明显减少．风速和日照时数是影响元谋灌区小粒咖啡需水量的最主要气象因子．
关键词:小粒咖啡;元谋灌区;需水量;偏相关;Mann － Kendall检验;滑动 t检验
中图分类号:S274 文献标志码:A 文章编号:1674 － 8530(2015)02 － 0163 － 09
符娜，刘小刚，李闯，等． 不同时间尺度元谋灌区小粒咖啡需水变异特征［J］． 排灌机械工程学报，2015，33(2):163 －171．
Fu Na，Liu Xiaogang，Li Chuang，et al． Variation research of coffea arabica water requirement at different temporal scale in Yuan-
mou Irrigation District［J］． Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering(JDIME)，2015，33(2):163 －171．(in Chinese)
收稿日期:2014 － 09 － 23;网络出版时间:2015 － 01 － 26
网络出版地址:http:/ /www． cnki． net /kcms /detail /32． 1814． TH． 20150126． 1527． 002． html
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51109102，51379004，51469010);云南省应用基础研究资助项目(2014FB130，2013FB024，
KKSY201223076) ;云南省教育厅科学研究基金重点项目(2011Z035)
作者简介:符娜(1990—)，女，河南洛阳人，硕士研究生(fnsnow@ 163． com)，主要从事计算机农业应用技术研究．
刘小刚(1977—)，男，甘肃庆阳人，副教授，博士(通信作者，liuxiaogang888@ tom． com)，主要从事节水灌溉理论与技术研究．
Variation research of coffea arabica water requirement at
different temporal scale in Yuanmou Irrigation District
Fu Na，Liu Xiaogang，Li Chuang，Wan Mengdan，Wang Lu，Yang Qiliang
(Faculty of Modern Agricultural Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650500，China)
Abstract:The analysis of water requirement regulation for coffea arabica at different temporal scale
can provide a basis for optimal water management． Based on the daily meteorological observation data
in Yuanmou during 1956—2010，coffea arabica water requirement and crop water surplus deficit index
were estimated，and the variation characteristics were analyzed at different temporal scale． The impact
of several meteorological factors on water requirement was studied by the partial correlation analysis
method． The variation pattern was conducted on the data of the annual water requirement and crop wa-
ter surplus deficit index by using the Mann － Kendall test and moving t-test． The result showed that the
curve of water requirement had a single peak parabolic shape within a year，and the maximum value of
water deficit was delete March to May while the minimum from June to October． Coffea arabica water
requirement was fluctuant decrease in recent 55 years． Since the 1980s，water requirement and water
deficit began to decrease significantly． The changes of coffea arabica water requirement were primarily
排灌机械工程学报 第 33 卷
attributed to wind speed and sunshine duration in Yuanmou Irrigation District．
Key words:coffea arabica;Yuanmou Irrigation District;water requirement;partial correlation;
Mann － Kendall test;moving t-test
云南省是我国咖啡的主产区之一，生产的小粒
咖啡“浓而不苦，香而不烈，略带果酸味”闻名于
世［1］．《云南省咖啡产业发展规划(2010—2020)》指
出，云南热区尚有大量的咖啡宜植土地资源可开发
利用，元谋等地需进一步扩大种植面积．素有“天然
温室”之称的元谋灌区是云南省发展热带经济作物
的重要生产基地［2］，但该灌区降水量较少且时空分
布不均，季节性干旱缺水问题突出，水利基础设施
建设滞后，限制了小粒咖啡的优质高效生产［3］． 因
此，掌握科学的小粒咖啡需水规律有助于灌区水资
源优化管理，为咖啡产业发展提供理论依据．
气象因子的持续变化可以显著改变作物耗水
规律和灌溉需水量． 国内外学者就气候变化对作物
需水量的影响进行了一系列探索，Nkomozepi 等［4］
采用 GCM 及 CＲOPWAT 模型对津巴布韦自然农业
生态区玉米需水量及净灌溉需水量进行分析预测．
Tabari等［5］基于有限的气象数据，采用支持向量机、
自适应神经网络和回归分析方法对伊朗半干旱高
原环境参考作物腾发量进行建模分析． 顾世祥等［6］
依据逐月气象数据及作物种植、农业耕作等资料，
采用 Mann － Kendall法和 Ｒ /S分析法研究了金沙江
干热河谷近 40 多年来的农业灌溉需水量转折变化
趋势．王宏等［7］利用气象资料和发育期资料，通过
FAO的 Penman － Monteith 公式及回归分析法计算
并研究了承德地区春玉米生育期需水变化规律，进
而揭示出与春玉米需水量密切相关的气象要素． 王
卫光等［8］根据气象数据和 HadCM3 大气环流模式
A2 和 B2 两种情景下的统计降尺度模拟结果，利用
水稻模型 OＲYZA2000，模拟水稻灌溉需水对气候变
化的响应规律．赵璐等［9］和 Yin 等［10］通过研究各气
象因子对参考作物蒸发蒸腾量变化趋势的贡献率，
得出多年来参考作物蒸发蒸腾量的变化成因． 目
前，有关热带经济作物水分需求变化的研究很少，
特别是针对元谋灌区的小粒咖啡需水规律鲜见
报道．
文中根据 1956—2010 年逐日的气象观测资料，
计算并分析元谋灌区小粒咖啡需水量和水分盈亏
指数不同时间尺度下小粒咖啡需水量及水分盈亏
指数的变异规律，同时采用偏相关分析法探讨各气
象因子对该区小粒咖啡需水量的影响程度． 研究旨
在为元谋灌区小粒咖啡科学灌溉提供理论和实践
参考，推动云南省咖啡产业科学发展．
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
元谋灌区位于云南省滇中高原北部，龙川江下
游河谷盆地内，地处金沙江低海拔干热河谷地区，
海拔 860 ～ 1 300 m，干湿季分明，旱季长达半年以
上，属干热气候特点，气候干燥炎热，光热资源丰
富，坝区终年无霜，年均温 21. 9 ℃，年均降雨量
630. 7 mm，年蒸发量 3 426. 3 mm，为降雨量的 5. 4
倍，干燥度高达 4. 4［11 － 12］．该区水热矛盾突出，焚风
效应明显，制约农业可持续发展．
1. 2 数据来源
研究数据为中国气象科学数据共享服务网提
供的元谋站点(101°52E，25°44N)1956—2010 年
逐日地面气象观测资料，包括日降水量、日平均气
温、日最高气温、日最低气温、日平均水汽压、日平
均相对湿度、日照时数、日平均风速等．
1. 3 研究方法
1. 3. 1 作物需水量
作物需水量为作物系数与参考作物蒸发蒸腾
量的乘积［13］． 参考作物蒸发蒸腾量采用 FAO 推荐
的 Penman － Monteith 公式计算，以能量平衡和水汽
扩散论为基础，同时考虑作物的生理特征和空气动
力学参数的变化［14 － 15］，其公式为
ET0 =
0. 408Δ(Ｒn － G)+ γ
900
T + 273U2(ea － ed)
Δ + γ(1 + 0. 34U2)
，
(1)
式中:ET0 为参考作物蒸发蒸腾量，mm/d;Δ 为饱和
水汽压与温度的关系曲线在 T 处的切线斜率，
kPa /℃;Ｒn 为冠层表面净辐射，MJ /(m
2·d);G为土
壤热通量，MJ /(m2·d);γ 为干湿计常数，kPa /℃;T
为平均温度，℃;U2 为 2 m 高处的平均风速，m/s;ea
为实际水汽压，kPa;ed 为饱和水汽压，kPa． 其中 Δ，
Ｒn，G，U2 可以通过气象台站观测资料计算获得． 结
合相关研究成果，将小粒咖啡生育期分为花期(3—
6 月)、果期(7—9 月)和成熟期(10—次年 2 月)，作
164
第 2 期 符娜，等 不同时间尺度元谋灌区小粒咖啡需水变异特征
物系数分别为 0. 90，0. 95 和 0. 95［16 － 17］．
1. 3. 2 水分盈亏指数
作物水分盈亏指数(crop water surplus deficit in-
dex，CWSDI)由作物需水量和有效供水量 2 部分组
成，表示作物生长水分盈亏程度［18 － 20］．其表达式为
CWSDI =
Pe － ETc
ETc
， (2)
式中:CWSDI ＞ 0 表明水分有盈余，CWSDI ＜ 0 表
明水分亏缺，绝对值越大说明水分盈余或亏缺越明
显;ETc 为作物需水量，mm/d;Pe 为有效降水量，
mm/d，采用美国农业部土壤保持局推荐的方法
计算［21 － 23］．
1. 3. 3 偏相关分析
偏相关分析是以每对变量之间的相关系数为
基础，将其他因子控制在恒定条件下研究 2 个变量
之间的线性关系，排除第三变量干扰［24］．表达式为
rxy，z =
rxy － rxz ryz
(1 － r2xz)(1 － r
2
yz槡 )
， (3)
式中:rxy，z为在控制了 z的条件下，x，y之间的偏相关
系数;rxy，rxz，ryz分别为 2 个变量间的 Pearson 相关系
数．偏相关系数 r 的取值均介于［－ 1，1］区间，当
r ＞ 0时，表明 2 个变量呈正相关，越接近 1，正相关
越显著;当 r ＜ 0 时，表明 2 个变量呈负相关，越接
近 － 1，负相关越显著;当 r = 0 时，则表示 2 个变量
相互独立．
1. 3. 4 Mann －Kendall趋势检验法
对于具有 n 个样本量的序列 X = (x1，x2，…，
xn)，先确定所有对偶值(xi，xj，j ＞ i)中的 xi ＜ xj 出
现的次数为 sk
［25 － 26］．在随机的时间序列下，Mann －
Kendall趋势检验统计量为
Uk =
［sk － E(sk)］
var(sk槡 )
，k = 1，2，…，n， (4)
E(sk)=
n(n + 1)
4 ， (5)
var(sk)=
n(n － 1)(2n + 5)
72 ， (6)
式中:Uk 为 Kendall秩次相关系数，收敛于标准正态
分布;E(sk)和 var(sk)为累计数 sk 的均值和方差;n
为序列长度．
分别按序列 X 顺序与逆序计算出趋势检验统
计量序列 UFk 和 UBk．原假设为序列无趋势，若 UFk ＜
0，序列呈下降趋势，UFk ＞ 0 呈上升趋势． 给定显著
性水平 α = 0. 05，临界值 u0. 05 = ± 1. 96，当 | UFk | ＜
1. 96 时，接受原假设，即变化趋势不具有统计学意
义;反之，拒绝原假设，即上升或下降趋势具有统计
学意义． 超过临界值的范围为出现突变的时间区
域，UFk 和 UBk 在临界值之间出现交点的时刻即为
突变开始的时间．
1. 3. 5 滑动 t检验法
对于具有 n 个样本量的时间序列 x，设置某一
时刻为基准点，基准点前后 2 段子序列 x1 和 x2 的
样本分别为 n1 和 n2
［27］，突变检验统计量为
t =
珋x1 －珋x2
s· 1n1
+ 1n槡 2
， (7)
s =
n1 s
2
1 + n2 s
2
2
n1 + n2槡 － 2， (8)
式中:珋x1 和珋x2 分别为 2 段子序列的平均值，s
2
1和 s
2
2分
别为 2 段子序列的方差．式(7)遵从自由度 ν = n1 +
n2 － 2 的 t 分布，以滑动的方式连续设置基准点，并
依次进行滑动的连续计算，得到 t统计量序列 ti(i =
1，2，…，n － n1 － n2 + 1)．给定显著性水平 α = 0. 01，
若 | ti | ＜ t0. 01，则认为基准点前后的 2 段子序列均
值差异不具有统计学意义，否则认为在基准点时刻
出现了突变．
1. 4 数据处理
基于元谋灌区近 55 a 逐日气象资料，采用 Mi-
crosoft Excel 软件完成数据预处理，根据 FAO － 56
标准 Penman － Monteith 公式和作物系数计算逐日
参考作物腾发量和小粒咖啡需水量，得出水分盈亏
指数;利用软件 Minitab 16 分析小粒咖啡需水量与
各气象因子的偏相关系数，得出对需水量影响最显
著的气象因子;借助 Matlab 7. 0 软件编程对小粒咖
啡需水量和部分气象因子的年际变化进行 Mann －
Kendall趋势检验和滑动 t 检验，分析小粒咖啡需水
量及部分气象因子的变化趋势与突变情况．
2 结果与分析
2. 1 逐日变化规律
元谋灌区小粒咖啡逐日需水量 ETc，水分盈亏
K及水分盈亏指数 CWSDI 的变化曲线如图 1 所示．
年内逐日需水量均值为 3. 8 mm /d，呈单峰抛物线趋
势，自日序数 28 开始高于日均值，至日序数 113 达
到峰值 6. 1 mm /d，然后需水量开始逐渐下降，到日
序数 186 开始低于日需水量平均值，可知日序数
165
排灌机械工程学报 第 33 卷
28—185 为小粒咖啡需水高峰期． 年内小粒咖啡逐
日水分盈亏均为负，即全年水分亏缺，均值为 － 3. 1
mm /d，日序数 15—155 期间低于年内平均值，水分
亏缺明显;日序数 196—243 与 255—282 期间水分
亏缺较小，该阶段小粒咖啡生长对灌溉的依赖程度
较低．年内小粒咖啡水分盈亏指数均值为 － 78. 1%，
日序数 148—251 与 255—283 期间水分盈亏指数明
显高于平均值，水分亏缺较小．
图 1 元谋灌区小粒咖啡多年平均日需水量、水分盈亏及
CWSDI的变化曲线
Fig． 1 Change curves of daily average water requirement，
moisture profit and loss and CWSDI of coffea arabica
in Yuanmou Irrigation District
偏相关系数法可排除要素间的相互影响［28］．研
究元谋灌区小粒咖啡日需水量与气象因子的偏相
关系数可知，其相关程度从高到低依次为风速
(0. 921)、日照时数(0. 652)、相对湿度(0. 518)、水
汽压(－ 0. 413)、气温(0. 364)、气压(－ 0. 171)、降
水量(0. 084)、日最高气温(－ 0. 059)、日最低气温
(－ 0. 015)，需水量与风速、日照时数、相对湿度、气
温、降水量 5 个因子呈正相关关系，与水汽压、气压、
日最高气温、日最低气温 4 个因子呈负相关关系，其
中风速、日照时数、相对湿度、水汽压、气温、气压 5
个气象因子与小粒咖啡日需水量为显著相关．
2. 2 逐月变化规律
元谋灌区小粒咖啡月需水量、水分盈亏及水分
盈亏指数 CWSDI的变化曲线如图 2 所示．月需水量
自 1 月起呈增长趋势，4 月达到最大值 173. 3 mm，
之后递减，至 9 月降到最小值 87. 5 mm，其中 3—5
月明显高于月均值 116. 8 mm，为小粒咖啡需水高峰
期．年内小粒咖啡逐月水分盈亏均为负，月均亏缺
94. 5 mm，自 1 月开始水分亏缺明显增大，至 4 月达
到亏缺最大值 166. 4 mm，随后开始减少，至 8 月降
到亏缺最小值 42. 6 mm．年内水分盈亏指数逐月分
布情况呈单峰抛物线形状，7 月达到峰值 － 10. 5%，
其中 6—10 月水分盈亏指数明显高于年内逐月平均
值 － 59. 3% ． 综上，3—5 月需水量明显高于其他月
份，为水分亏缺最大时期，对灌溉依赖程度最大;6—
10 月则是需水量最低时期，水分亏缺较小．
图 2 元谋灌区小粒咖啡多年平均逐月需水量、水分盈亏及
CWSDI的变化曲线
Fig． 2 Change curves of monthly average water requirement，
moisture profit and loss and CWSDI of coffea arabica
in Yuanmou Irrigation District
为了进一步探讨气象因子对小粒咖啡需水量
的影响，对逐月需水量和各气象因子作偏相关分
析，具体见表 1，表中 P为降水量，PＲ 为气压，SW 为
风速，TA 为气温，ME 为水汽压，HＲ 为相对湿度，S
为日照时数，TL 为日最低气温，TH 为日最高气温．
由此可知:风速、气温、水汽压和日照时数都是影响
小粒咖啡需水量的重要因素．水汽压 1—10 及 12 月
和气温 1—7 及 9—11 月的偏相关系数均通过了α =
0. 001 的显著性检验，水汽压为负相关，气温为正相
关．风速和日照时数 2 个气象因子逐月的偏相关系
数均通过了置信度 α = 0. 001 的显著性检验，为显著
正相关，其中 7 月日照时数是对小粒咖啡需水量影
响最显著的气象因子，其余 11 个月均为风速．所以，
风速和日照时数是对元谋灌区小粒咖啡需水量影
响最为显著的气象因子，这与前面对逐日需水量与
气象因子偏相关系数的研究结果一致．
166
第 2 期 符娜，等 不同时间尺度元谋灌区小粒咖啡需水变异特征
表 1 元谋灌区小粒咖啡逐月需水量与气象因子的偏相关系数
Tab． 1 Partial correlation coefficients between monthly water requirement of coffea arabica and meteorological
factors in Yuanmou Irrigation District
月份 P PＲ SW TA ME HＲ S TL TH
1 0. 051 － 0. 131 0. 950＊＊＊ 0. 721＊＊＊ －0. 741＊＊＊ 0. 557＊＊＊ 0. 821＊＊＊ 0. 121 － 0. 267
2 0. 132 0. 300* 0. 973＊＊＊ 0. 661＊＊＊ －0. 742＊＊＊ 0. 456＊＊ 0. 692＊＊＊ 0. 155 0. 218
3 0. 060 0. 062 0. 983＊＊＊ 0. 683＊＊＊ －0. 753＊＊＊ 0. 489＊＊＊ 0. 774＊＊＊ 0. 064 － 0. 089
4 0. 180 0. 139 0. 984＊＊＊ 0. 696＊＊＊ －0. 689＊＊＊ 0. 437＊＊ 0. 840＊＊＊ 0. 198 0. 094
5 － 0. 097 － 0. 194 0. 969＊＊＊ 0. 667＊＊＊ －0. 876＊＊＊ 0. 752＊＊＊ 0. 839＊＊＊ 0. 449＊＊＊ 0. 025
6 0. 111 － 0. 060 0. 922＊＊＊ 0. 549＊＊＊ －0. 669＊＊＊ 0. 425＊＊ 0. 887＊＊＊ 0. 165 － 0. 061
7 － 0. 340* 0. 192 0. 878＊＊＊ 0. 760＊＊＊ －0. 765＊＊＊ 0. 655＊＊＊ 0. 932＊＊＊ 0. 165 － 0. 428＊＊
8 0. 504＊＊＊ 0. 100 0. 947＊＊＊ 0. 440＊＊ －0. 467＊＊＊ 0. 260 0. 944＊＊＊ 0. 046 0. 118
9 － 0. 153 0. 154 0. 955＊＊＊ 0. 492＊＊＊ －0. 473＊＊＊ 0. 297 0. 926＊＊＊ 0. 043 － 0. 074
10 － 0. 273 － 0. 206 0. 948＊＊＊ 0. 577＊＊＊ －0. 566＊＊＊ 0. 337* 0. 887＊＊＊ 0. 017 － 0. 197
11 0. 092 － 0. 017 0. 911＊＊＊ 0. 558＊＊＊ －0. 455＊＊ 0. 189 0. 756＊＊＊ －0. 040 － 0. 193
12 0. 354* － 0. 011 0. 949＊＊＊ 0. 242 － 0. 859＊＊＊ －0. 155 0. 817＊＊＊ 0. 487＊＊＊ 0. 337*
注:* ，＊＊，＊＊＊分别表示偏相关系数通过了置信度 α =0． 05，0． 01，0． 001 的显著性检验．
2. 3 年际变化规律
利用 Mann － Kendall趋势检验法对元谋灌区小
粒咖啡需水量、水分盈亏和 CWSDI 进行趋势分析，
具体变化曲线见图 3． 根据图 3a 统计量 UF 曲线可
看出，自 1961 年以来，元谋灌区小粒咖啡需水量开
始呈下降趋势，至 1982 年跌破临界值，之后这种下
降趋势均超过显著性水平 0. 05 临界线，甚至超过
0. 001 显著性水平(u0. 001 = 2. 56)，由此可知近 20 a
元谋灌区小粒咖啡需水量的下降趋势极其显著． 近
55 a 水分盈亏年总值均为负，即水分亏缺，由图 3b
的 UF曲线可以得出，自 1961 年开始大于 0，小粒咖
啡生长水分盈亏数值上开始呈增大趋势，即水分亏
缺逐渐减少，到 1982 年超出临界线，可知 20 世纪
80 年代后水分亏缺明显减少;UF 和 UB 曲线在
1981 年出现交点，且交点在临界线之间，得出 20 世
纪 80 年代后水分亏缺量较少是自 1981 年开始的突
变现象．水分盈亏指数 CWSDI 近 55 a 均为负值，即
为水分亏缺指数，由图 3c 可看出自 1965 年 UF 统
计量开始大于 0，水分盈亏指数数值上呈增大趋势，
即水分亏缺指数逐渐降低，至 1995 年超出临界值，
水分亏缺指数呈显著下降趋势．
为了进一步确定近 55 a 小粒咖啡需水量、水分
盈亏及 CWSDI 的变异情况，文中借助滑动 t 检验法
对其进行突变检验，分别取子序列长度为 3，5，10 和
15 a 对需水量、水分盈亏及 CWSDI 作滑动 t 检验．
根据检验结果可知，小粒咖啡需水量与水分盈亏发
生了较显著的突变，CWSDI 则未检验出明显突变情
况．图 4 为设定子序列长度 n1 = n2 = 5 a 时滑动 t检
验的结果，给定显著性水平 α = 0. 01，按 t 分布自由
度 ν = 8，临界值 t0. 01 = ± 3. 36．从图 4 可看出，小粒
咖啡需水量和水分盈亏在 1981 年发生明显突变，而
CWSDI未检验出突变，其中需水量在 1981 年是由
增长转为明显减少，水分盈亏在 1981 年数值上由减
小转为显著增大，即水分亏缺由增加转为显著减
少，验证了 Mann － Kendall检验的结果，元谋灌区小
粒咖啡水分盈亏在 1981 年发生突变，自 20 世纪 80
年代起水分亏缺减少．
图 3 元谋灌区小粒咖啡需水量、水分盈亏及
CWSDI的 M － K检验曲线
Fig． 3 M － K test curves of water requirement，moisture
profit and loss and CWSDI of coffea arabica in Yuan-
mou Irrigation District
167
排灌机械工程学报 第 33 卷
图 4 元谋灌区小粒咖啡需水量、水分盈亏及
CWSDI的滑动 t检验曲线
Fig． 4 Moving t-test curves of water requirement，moisture
profit and loss and CWSDI of coffea arabica in Yuan-
mou Irrigation District
根据年内各气象因子与小粒咖啡需水量的相
关性可知，风速和日照时数是需水量影响最为显著
的气象因子，利用 Mann － Kendall 趋势检验对元谋
灌区近 55 a的风速和日照时数均值进行趋势分析，
具体变化曲线见图 5． 从图 5a 可看出，1969—1980
年元谋灌区风速呈增长趋势，在 1981 年时 UF 和
UB曲线在临界线之间出现交点，产生突变现象，自
此风速开始呈递减趋势，至 1985 年跌破临界值，下
降趋势显著，之后的 UF 统计量均超出了 0. 001 显
著水平(u0. 001 = 2. 56)，由此可知 20 世纪 80 年代风
速呈显著减小趋势． 日照时数的 M － K 检验结果见
图 5b，得出自 1974 起 UF 统计量开始小于 0，即日
照时数呈下降趋势，至 1988 年超出显著性水平
0. 05 临界线，表明 20 世纪 80 年代后期元谋灌区日
照时数呈显著下降趋势．
采用滑动 t检验法对元谋灌区近 55 a风速和日
照时数进行突变分析，文中所取子序列长度分别为
3，5，10，15 a． 根据检验结果可得出，风速和日照时
数均发生了突变．图 6 为设定子序列长度 n1 = n2 = 5
a时滑动 t检验的结果，风速在 1977，1981 年有明显
突变发生，由增大转为显著减小，包括 Mann － Ken-
dall法检验出的 1981 年风速突变点，与小粒咖啡需
水量和水分盈亏发生突变时间一致． 日照时数在
1972 和 1988 年检验出突变，由增长转变为明显减
少，与 20 世纪 80 年代后小粒咖啡水分亏缺显著减
少的趋势基本一致．
图 5 元谋灌区风速和日照时数的 M － K检验曲线
Fig． 5 M － K test curves of wind speed and sunshine duration
in Yuanmou Irrigation District
图 6 元谋灌区风速和日照时数的滑动 t检验曲线
Fig． 6 Moving t-test curves of wind speed and sunshine dura-
tion in Yuanmou Irrigation District
3 讨 论
近年来我国西南地区气温呈显著上升趋势［29］，
但元谋灌区近 55 a 小粒咖啡需水量呈显著下降趋
168
第 2 期 符娜，等 不同时间尺度元谋灌区小粒咖啡需水变异特征
势，这与顾世祥等［30］对元江干热河谷灌溉需水量变
化趋势分析的结果相同，表明气温变化不是影响作
物需水量变化的主导因子． 作物需水量主要受辐射
变量和空气动力变量共同作用的影响［31］，根据本研
究结果，元谋灌区影响小粒咖啡需水量最显著的气
象因素是风速和日照时数，与曹雯等［32］和 Zhang
等［33］分析西北地区和石羊河流域气象因子对参考
作物蒸发蒸腾量的敏感系数的结果一致，符合 Ｒo-
derick等［34］和 Liang 等［35］得出的风速和太阳辐射
的变化对作物蒸发蒸腾的空气动力学变量和辐射
变量具有显著影响的结论．
4 结 论
文中基于元谋气象站点 1956—2010 年逐日的
气象观测资料，计算并分析元谋灌区小粒咖啡需水
量和水分盈亏指数的逐日变化、月际变化和年际变
化，同时采用相关分析方法探讨各气象因子对该区
小粒咖啡需水量的影响程度，得出以下结论:
1)元谋灌区小粒咖啡需水量年内变化趋势呈
单峰抛物线形状，3—5 月为小粒咖啡生长需水关键
阶段，对灌溉依赖程度最大，6—10 月则是需水量最
低时期，水分亏缺较小．
2)分析元谋灌区小粒咖啡逐日需水量均值与
各气象因子的偏相关系数，得出相关程度从高到低
依次为风速、日照时数、相对湿度、水汽压、气温、气
压、降水量、日最高气温、日最低气温;对逐月需水
量和各气象因子作偏相关分析，进一步确定风速和
日照时数是对元谋灌区小粒咖啡生长需水量影响
最为显著的气象因子．
3)近 55 a元谋灌区小粒咖啡生长需水量呈波
动递减趋势，且水分盈亏年总值 55 a 均为负值，即
为水分亏缺，自 1981 年发生突变，20 世纪 80 年代
起小粒咖啡需水量呈显著下降趋势，同时水分亏缺
量明显减少，与风速和日照时数的变异特征基本
一致．
元谋灌区小粒咖啡需水量与当地的气候变化
存在密切的关系，同时元谋灌区的复杂的地形对小
粒咖啡需水量也有影响，但文中仅从气候变化的角
度对元谋灌区小粒咖啡需水量及水分盈亏指数变
化特征进行研究，若将灌区地形地貌与气象因子结
合，可以更加准确地分析元谋灌区小粒咖啡需水量
及水分盈亏的变异规律． 在今后的研究中，需进一
步考虑地形地势、土壤状况及灌溉条件等多种因素
对作物需水量的影响．
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(责任编辑 徐云峰)
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