全 文 ：第 26卷第 5期
2006年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
V01．26．No．5
May，2006
扎龙湿地芦苇沼泽蒸散耗水预测
王 昊 ，许士国 ，孙石石石
(1．大连理工大学土木水利学院，水环境教研室，大连 116023；
2．齐齐哈尔市气象局，齐齐哈尔 161000)
摘要：使用扎龙湿地周边5个气象站 1961～2000年最高气温、最低气温、降雨、风速的逐月数据．采用建立的经验模型计算了扎
龙湿地区域 1961～2000年芦苇沼泽蒸散耗水量 ，在 IPCC数据发布中心 4个 GCMs模型(HadCM3、CCSRNIES、CSIRO．Mk2、CGCMI)
未来 60a气候情景下 ，预测了2001—2060年湿地芦苇沼泽的蒸散耗水量，分析了气候变化对湿地区域芦苇沼泽蒸散耗水量变化
的影响。结果表明．基于 GCMs模型发布数据的计算结果在未来的 3个时段内(20o1～2020年、2021～2040年、2041 2060年)的
平均值均大于前 40a平均值 ．最高气温、最低气温的上升是芦苇沼泽蒸散耗水变化的决定因素．二者升温速度的差异决定蒸散
耗水的变化趋势，根据 GCMs预测的未来气候情景，在研究区域最高气温上升 1．1 3．5℃、最低气温上升 1．2～3．9℃的情况下，
芦苇沼泽蒸散耗水量将增加 15％ ～22％，湿地区域的生态用水需求将进一步增加。
关键词：气候变化；GCMs；最高气温；最低气温；蒸散耗水速度 ；扎龙湿地
文章编号 ：1000-0933(2006)05．1352．07 中图分类号 ：P343，Q143，Q948，TV211．1+1 文献标识 码：A
The prediction on reed swamp evapotranspiration in Zhalong wetland，China
WANG Hao ，XU Shi—Guo ，SUN k ·Shi (1．Departmem ofCivil Engineering，Dalian Universityof =y 116023，Ch／na；2
． Weather
Bureau ofQiqihar，口脚 161000，China)．ActaEcologica Siniea，2OO6，26(5)：1352—1358．
Abstract：Evapotmnspimtion(ET)of major aquatic plants in wetland is usualy needed to be evaluated in water resources
management to provide optimum water for wetland．Reed swamp is a typical underlying type of Zhalong wetland，and is also the
critical living condition for aquatic birds，such as crane and swan．In order to study the rules of ET change in wetland，and make
scientifc prediction for ET water requirement during diferent periods，a study was pe rformed to investigate the trend of climatic
factors in Zhalong wetland．The ET for the period of one hundred years(1961 to 2060)was estimated and predicted．In addition，
the effect of climate change on wetland was analyzed．
An empirical model which coupled the maximum temperature (7’m“)．the minimum temperature (Tmi )，wind speed at 2
meter(U2)，and precipitation(P)，was used for ET calculation and sensitivity analysis for meteorological variables．The
univariate Mann·Kendall(M-K)test was conducted to investigate the trend of meteorological variables on ditierent research sites．
During the period of 1961～2000，the meteorological data set at five weather stations around Zhalong wetland was used for ET
estimation．During the period of 2001～2060，the climatic scenarios of four General Circulation models(GCMs)，HadCM3，
CCSRNIES，CSIRO·Mk2 and CGCM1，were utilized to predict future ET．
Th e M-K test of meteorological variables showed that the predicted data from GCMs could reflect the actual change trend for
the study area，and the test results were reasonable．Th e results showed that the mean ET for the pe riods of 2001～2020，2021
～ 2040，and 2041～2060，is largerthan the mean value in the past forty years．Th e T and the Train were proved to be two
基金项目：国家自然科学基金重点资助项 目(50139020)
收稿日期：2005．07．29；修订日期：2006．03．26
作者简介：王 吴 (1976一)男，辽宁省人，博士，主要从事水资源、水环境领域的研究．E．mail：sgxu@dlut．edu．cn
致谢：本研究采用数据来自中国气象局气象信息中心资料室 htp：／／cdc．clna．gov．cn及黑龙江省气象局。在此一并致谢
Foundation Item：The project was supported by National Natural Science Foundation of China(No．50139020)
Reedved date：2005—07—29；Accepted date：2006-03—26
mogr~vay：WANG HAO，Ph．D，mainly elI in water reso~ and water environment．E—mail：sgxu@dim．edu．cn
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5期 王吴 等 ：扎龙湿 地芦苇沼泽蒸散耗 水预测 1353
dominating factors which influence ET significantly，and the difference in the increase rate between Tmax and Tmi n determined the
change trend of ET．The results also showed that the wind speed will decrease about 0．28 percent．and precipitation wil increase
about 4．7 pe rcent．Th e infl uence of wind speed and precipitation on ET wil be less than one pe rcent，which is not signifcant
compared to and Tmin．Based on the results of GCMs prediction scenarios，the increase of (1．1～3．5 ℃)and (1．2
～ 3．9℃)wil result in additional water consumption of 15％～22％ for reed swamp．In the future，the water requirement of ET
in wetland will increase evidently，since the wetland surface wil become dryer without signifcant precipitation increment，which
could lead to the increase of the ecological water demand in the wetland region．
Key words：climate change； GCMs； the maximal tempe rature； the mi nimum tempe rature ； evapotranspiration rate； Zhalong
wetland
湿地水量的动态变化是维持湿地正常生态功能的重要条件。水生植物生长群落(植株及其生存水域)是
湿地主要的下垫面类型，其蒸散发耗水量是湿地水量变化的主要原 因，研究其规律对弄清湿地的水量平衡及
其变化具有重要的意义，科学的估算和预测蒸散耗水量可为湿地水资源管理提供依据，有利于重新调整区域
水量分配，保证湿地最优的水量供应。水生植物蒸散耗水过程受多种因素制约，除下垫面因素外，辐射、气温、
风速、降雨等气候因子的变化可以显著改变蒸散过程，进而影响其量的变化。近年来国内外广泛开展了气候
变化对植物蒸散影响的研究，Herington年分析了英格兰与威尔士气候变化对用水量需求的影响，认为气温上
升 1．1 cI：将会导致农业用水增加 l2％⋯，Pao—Shan等年使用改进的 Penman模型，利用 IPCC数据发布中心几个
大气环流模型预测的未来50a气候情景，及历史气象数据外延值分析了这两种气候情景下 50a后台湾地区稻
谷的蒸散耗水量变化趋势 。刘晓英等年使用假 定的气候变化情景及 Hadley模 型预测结果 ，假设 未来温度
上升 1～4cI：的情景下，我国华北地区主要作物需水量的变化并给出了预测结果 ，相关的研究通过假定气候
因子的未来情景模式 ，或使用气候 因子的线性外延结果，或引用 IPCC发布的若干 GCMs模型预测的气候情
景 ，通过不同的模型揭示气候变化对植物蒸散的影响。
本研究利用邻近扎龙湿地 的 5个气象 台站 1961～
2000年气象数据集和 IPCC发布的 4个 GCMs模 型未来
60a(2001～2060年 )的气候变化情景 ，使 用经 验模型计
算了 1961～2000年湿地 芦苇沼泽蒸散耗 水量 ，并 预测
了未来 60a可能值 ，通过 分析影响蒸散量 的主要 因子
— — 最高气温、最低气温的变化规律，分析了湿地区域
芦苇沼泽蒸散耗水量的变化趋势。
2 研究区域与气象数据
研究区域地处松嫩洪泛平原 ，嫩江支流乌裕 尔河 、
双阳河下游湖沼苇草地带，本区属寒温带大陆性季风气
候，年平均气温 2～4cI：，多年平均降雨量 426mm，7～9
月份降雨量占全年降雨量的 70％，蒸发强烈，年水面蒸
发 800～900mm，属半干旱地 区 。
本研究选取 了扎龙湿地周边具有较小地 形地貌差
异的齐齐哈尔、富裕、杜蒙、泰来 、林甸等 5个地区的基
准气象观测站(同处松嫩洪泛平原，位于湿地影响范围
内)，利用其 1961～2000年的最高气温、最低气温、降
雨、风速的逐月数据值，计算 1961～2000年湿地区域芦
苇沼泽蒸 散耗水 量 ，并 引用 IPCC数 据 发布 中心 4个
123 0 0|E 124 0f0|E 125 0t0|E
图例 Legend 3
．
O 6
．
Okm
◆ 气象站
W eather station
臣霍匹 扎龙湿地
Zhalong wetland
⋯ ⋯ ⋯ 地形等高线
Topography c0nt0ur
圜 嫩江
NenjiangRiver
图 l 扎龙湿地及周边气象台站位置分布图
Fig．1 The position of each weather station around Zha]on8 wetland
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生 态 学 报 26卷
GCMs(大气环流模型)的2001～2060年气候情景，预测了扎龙湿地区域芦苇沼泽蒸散发耗水量并分析了其变
化规律。
3 研究方法
3．1 芦苇沼泽实际蒸散量计算
为了揭示未来气候变化对扎龙湿地芦苇沼泽蒸散发(芦苇蒸腾及棵间水面蒸发之和)的影响，选取了
1961～2000年及 2001～2020年、2021—2040年、2041～2060年 4个时段，计算扎龙湿地芦苇沼泽平均蒸散发耗
水量的逐年值，通过分析蒸散发年际间的差异，说明气候变化对湿地芦苇沼泽蒸散的影响。
1961～2000年研究区域芦苇沼泽蒸散量计算采用以下方法：
选取湿地周边地形地貌较为一致的5个地区气象站最高气温、最低气温、降雨、风速因子计算各站点处潜
在蒸散发，利用软件 aregis8．3中空间分析模块内插湿地范围的潜在蒸散发分布，计算湿地范围潜在蒸散发平
均值，经 FAO56(国际粮农组织科技文献)单系数法换算为实际蒸散发。
2001～2060年研究区域芦苇沼泽蒸散量计算采用以下方法：
假设未来时期研究区域的气候变化遵循 GCMs模型的气候情景，即，使用 IPCC数据发布中心发布的 4个
GCMs模型(HadCM3、CCSRNIES、CSIRO—Mk2、CGCM1)，在 SRES．A2温室气体排放方案下预测的最高气温、最低
气温、风速、降雨量结果，计算扎龙湿地区域芦苇沼泽蒸散耗水量。
潜在蒸散发计算采用拟合 P．M模型结果的当地经验模型。经验模型构建过程见文献 ]。
表达式为 ：
ETo = e(2x10-2R
a
+7．01 x10-2 T
u
一 洲
m m
一 拍 晰 U2一 ·％× (1)
式中，E 为参照作物潜在蒸散发(mm／d)；R。为外空辐射(MJ／(m2·d))由纬度值确定； 一为月最高气温
(℃)；T i 为月最低气温(℃)；P为月降雨量(mm)；U 为 2m高度处风速(m／s)
实际蒸散发计算采用 FAO56作物需水纲要中的单系数法 ]。在较大时间尺度下，空气中温室气体的积
累会使植物高度、密度、需水量等产生渐变式的变化 ，必然影响到作物系数 较大时间间隔 的变化(非季节
性的 ，而是年际间的或 lOa、20a以上的变化)，这种变化是否明显影响到计算 ，变化趋势怎样 ，本研究未进行深
入探讨 ，仅引用 FAO56种作物系数 的季节性变化参数。芦苇生长各时期持续时间及相应作物系数见表 1，
各阶段持续时间考虑了扎龙芦苇的实际生长状况 ，植物 系数考虑了风及相对湿度进行 了重新调整 ，方法详见
文献 。
3．2 气候因子变化趋势分析
本研究使用了单因子 Mann．Kendal检验判断5站
点最高气温、最低气温、风速 、降雨等气候因子逐年的
变化趋势。Mann．Kendall法是一种非参数统计检验方
法，对于 rt个样本的时间序列 ，构造序列 ：
s =∑rl(k=2，3，4，⋯，n) (2)
表 1 扎龙芦苇生长各时期持续时间及作物系数
Table 1 Duration of reed development stsges and clop Kc in Zhalong
wetland
> ．
(J=2，3，4，⋯，i) (3)
．
= ，⋯ ㈩
式中 ，UF，=0，E(S )，Var(S )是 S 的均值和方差 ，UF 为标准正态分布 ，给定显著性水平 n，查正态分
布表，若I UF I>Uo，则表明序列存在明显变化趋势㈦。
则
当 否 ： -_： 量
{ 汁
『I 统
义
定
L￡● 没
假
的
立
独
t
L
随
列
序
，
间
中 时
其 在
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5期 王昊 等 ：扎龙湿地芦苇 沼泽蒸 散耗水预测
4 结果与 讨论
4．1 1961～2000年气候因子变化趋势与 GCMs未来 60a的气候情景
利用单因子 Mann—Kendal检验了研究区域气候因子(最高气温、最低气温、风速
、降雨)的年变化趋势，结
果见表 2。齐齐哈尔、泰来、杜蒙、林甸、富裕等5站年最高气温检验趋势显示，这一区域最高气温呈现不显著
的上升趋势，最低气温呈现显著的上升趋势，风速呈现显著的下降趋势，而降雨量的变化趋势不明显
。 GCM。
模型未来 60a气候情景中 4个气候因子的变化幅度(相对于前 40a均值)见图 2～图 5，图 2
、图 3所示未来 60a
最高气温、最低气温均呈现显著的升高趋势，最低气温的升幅大于最高气温升幅，图4显示平均风速呈现下降
趋势，而未来时期的降雨呈现 匕升趋势
表 2 研 究区域 1961～2OOO年气候因子年变化趋势
置信度为 95％，负号代表下降趋势，双边检验值
than 0．025 mean8 significant trend
量
蓑l 喜
一 平均趋势 Meantrend
．
olo 。
一
2030
～
2040 2050 2c
焦 Year
图 2 湿地最 高气 温变化
Fig．2 The mean change of m~ imum temperature in wetlan d
嚣
＆
童
奎
— - HA DCM 3 + CCSRNIES
+ CS] ~IO-Mk2 —·一 CGCml
一 平± 目趋势 Mean trend
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图 4 湿地平均 风速 变化
Fig．4 The mean．chan ge of wind speed in wetlan d
豁
量
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图 3 湿地最低 气温 变化
Fig．3 Th e mean change of minimum temperature in wetland
图5 湿地降雨量变化
Fig．5 Th e mean chan ge of total precipitation in wetlan d
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26卷
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5期 王吴 等 ：扎龙湿地芦苇沼泽蒸散耗水预测 1357
水量变化率之间的关系(见图9，数据取 lOa气候倾向率，图中数字为蒸散变化率，负号代表下降趋势)。
最高气温升高抵消最低气温升高对蒸散耗水的负面影响，三者变化的倾向率满足以下公式定义的比例
关系 ：
3× 】 (5)
如图9所示，最高气温升幅大于最低气温升幅的 表3 2001—2020年、2021—204O年、201—206O年气候因子平均变幅
时期，蒸散量呈现明显的上升趋势(图6)，式(5)决定
蒸散量变化倾向率的大小；在最低气温升幅大于最高
气温升幅，且满足式(5)的条件下，如 1961～1970年、
1981～1990年及 2031～2040年3个时期，尽管平均气
温呈上升趋势 ，但蒸散量仍呈较 明显 的下 降趋势 (见
图6)；在蒸散变化倾 向率达到最大的 2021～2030年
后，倾向率已有较明显的下降趋势，说明这一时期蒸
散量变化趋于平稳 。
5 结论
本研 究使 用 经验 模型计 算 了研究 区域 1961～
2000年芦苇沼泽蒸散发耗水 量 ，并在 IPCC发 布 的 4
个 GCMs模型预测的气候情景 下，计算 了未来 60a的
蒸散耗水量 ，并 比较 了 2001～2020年 、2021～2040年
及 2041～2060年 3个 时段的蒸散耗 水量对 比前 40a
的增长情况 ，通过 分析经验模 型各气 候 因子 的敏感
性 ，及其未来 时期变化 的幅度 ，讨论 了主要 因子变 化
对蒸散耗水趋势 的影 响。研究结论 表明，最高气 温 、
最低气温的上升是芦 苇沼泽蒸散耗水变化 的决定 因
及芦苇蒸散 量
Table 3 The mean changes(2001—2020，2021—2040，2041—2060)of
each meteorological factor and the predicted evapotranspiration
(b)变化率参照 1961—2000年的平均值，负号代表下降趋势 1he
changes ale with respect to the mean v~ues of 1961— 2000，minus presents
素 ，二者升温速度的差异决定蒸散耗水的变化趋势 ， decreasing trend
在 GCMs模型预测的研究区域未来60a气候情景下，即最高气温上升 1．1～3．5 oC、最低气温上升 1．2～3．9~C，
芦苇沼泽蒸散耗水量将可能增加 15％～22％。在研究区域降水量增加不大的前提下(平均增加4．7％)，湿地
地表将变得更加干燥。
2
p
勺
口 最高气温 7lm ／ 最低气温7 —— 蒸散发Evapotranspiration
l961～1970 198l～1990 2001-2010 2021-2030 2041-2050
l971～l980 l99l-2000 201 l~2020 203l-2040 2051-2060
时期Period
图9 最高气温、最低气温与蒸散量的气候倾向率
Fig．9 The climate tendency rate of the maximum and minimum temperature and evapotranspiration
2
吕
G
芦苇沼泽构成扎龙湿地主要下垫面类型，是湿地水禽丹顶鹤、天鹅等的主要栖息觅食之地，保障芦苇沼泽
的生态需水至关重要。未来 60a由于气候变化的原因，扎龙湿地的生态需水量将有显著的增加，湿地的水资
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1358 生 态 学 报 26卷
源供应将变得更为紧张，如何应对这一变化产生的影响是湿地水资源研究的一个重要课题。
References：
[5]
[6]
[7]
[8]
Herrin~on P．Climate ch~ge and the demand for water．Department of the Environment，HMSO，London，U．K，1996．
Yu P S，Yang T C，Chou C C．Efects of climate on evapotranspiration from paddy fields in southern TAIWAN．Climatic Change，2002，54：165～179．
Liu X Y．Lin E D．Impactof climate change on water requirementofmain cropsin North China．JournalofHydraulic Engineering，2004，35(2)：77—87．
Li X C．Zhang Y K．Zhao L H．Water res∞ln programming and ecological water demand special report of Zhalong wetland，Institute of Songiiao Water
Evironment Scienees，2003．
Wang H，Xu S G，Sun L S．The study of empirical models for reference evapotranspiration estimation in Zhalong wetland．Advances in Water Science．
2OO6，17．
RichardG A，Luis S P，DikR，et a／．Crop evapotranspiration：Guiddines for computing cropwater requirements．FAO Irrigation and drainage paperNO．
56，FAO，Rome，Italy，1998．
Wang H，Xu S G．Calculation and analysis on reed swamp evapotranspiration in Zhalong wetland．Water Resources And Hydropower E nering，2005，36
(2)：22—24．
Wei F Y．Statistical analyses appliedtometeorology．Beiji~：Meteorological Press，1999．
参考 文献 ：
刘晓英，林而达．气候变化对华北地区主要作物需水量的影响．水利学报 ，2004，35(2)：77—87．
李兴春，张延坤，赵立华，等．扎龙湿地水资源规划生态需水量专题研究报告．松辽水环境科学研究所．2003
王昊，许士国，孙硒石．扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型研究．水科学进展，2006，17．
王吴，许士国．扎龙湿地芦苇沼泽蒸散发计算与分析．水利水电技术，2005，36(2)：22～24．
魏凤英 ．气象统计分析方法 ．见 ：北京：气象出版社，1999．
维普资讯 http://www.cqvip.com