一、目的

以气象站观察数据以及农田试验研究数据为基础，利用通径分析法进行相关的计算和分析，在目前气候显著增暖的背景下研究农田蒸散的影响因子以及各因子之间的相关程度，从而为农田土壤水分变化趋势和农田水分管理提供科学依据。

二、意义

土壤水分是调控地-气反馈过程的重要参数之一，也是农业管理的重要参数[1]。影响土壤水分变化的因素很多，它不仅与气温和降水等气象因

素有关[2]，还与土壤类型、质地和植被覆盖状况等多种因素有很大关系。这些因素与土壤水分之间形成了土壤-植被-大气连续体的动态变化[3]。另外，全球正经历着显著的气候变化，已有的研究[4-8]指出，20 世纪的全球气候变暖是近1000年来前所未有的，近30年可能是1000年来最暖的，且这种变暖仍将持续下去。随着全球气候变暖，未来东亚区域降水将明显增加。IPCC 评估报告[9]指出，到2050年我国年平均气温可能增加2.3—3.3℃，年降水量可能增加5%—7%。只有掌握了农田蒸散的影响因子及其变化规律，不失时机地采取相应的农业技术措施，才能在气候变化背景下最大限度地提高农田水分利用率，合理利用气候资源，保证作物稳产、高产[10-11]。

国内研究现状：

我国在20世纪50年代开始了蒸散的研究,经过几十年的发展取得了一定的成果,但同国外工作相比,仍存在很大的差距。杨永晖等[12]在太行山低山地区将自然植被移入蒸渗仪中进行实验，研究发现土壤湿度的变化与降水的变化趋势基本一致；同时在利用野外实验结果对 WAVES 模型进行验证的基础上，模拟了不同增温和降水变化情景下土壤水分的可能变化趋势，结果表明增温和减少降水对土壤水分具有明显的负作用.范爱武等[13]利用彭曼公式探究影响农田蒸散的因子，研究发现土壤水分的蒸散率具有较为明显的日变化,从早上开始增加,在中午左右达到最大值,然后逐渐减小。在几个气象因子中,冠层净辐射强度和空气饱和差对土壤水分的蒸散率的影响较大,而气温和风速的影响相对来说较小此外，许迪对测定和估算农田蒸散方法及进展进行了论述[14]。张聪聪等运用了通径分析法探究了气象因子对太湖地区旱作农田土壤水分动态的影响，并且明确了各个气象因子之间的相关程度[15]。

国外研究现状：

国际上对蒸散的研究已经有300年的历史(Rrutsaert,w,1982)[16]。1802年道尔顿(Daltonl)综合了气温、湿度、风速对蒸发的影响提出了著名的道尔顿蒸发定律,开启了近代蒸发理论。1926年Bowen通过地表能量平衡方程提出了计算蒸发的波文比一能量平衡法。波文比方法是常规观测中精度较好的方法,长期以来得到了广泛的应用。但在下垫面很潮湿或空气逆温条件下,由于空气温度和湿度的垂直廓线不一致,常导致热量与水汽湍流交换系数的不等同性,计算结果往往偏低,精度下降。早晚时刻或很干燥的天气条件下误差可能更大.1939年桑斯威特(Thornthwatie)和霍尔兹曼(Holzman)根据近地边界层相似理论提出了计算蒸发的空气动力学方法。空气动力学方法假定近地边界层内动量、热量和水汽传输系数相等,若用该法计算粗糙下垫面的蒸发时,由于粗糙下垫面对湍流场的影响复杂一般会产生较大误差。1948年,彭曼(Penman)和Thornthwatie同时提出了“蒸发力”的概念和相应的计算公式,Penman则提出著名的彭曼公式[17],它们具有坚实的理论基础和明确的物理意义,目前仍为湿润下垫面蒸散的主要计算方法.Swinbank于1955年,提出用涡度相关技术直接测量并计算蒸发量的涡度相关法,其精度为目前各种蒸发计算中最好的,这为非饱和下垫面蒸发研究开辟了一条新的途径。前苏联学者在20世纪50年代曾提出大区域年平均蒸发量的计算方法及根据地表水量平衡原理计算流域蒸发的水量平衡法[18]。Monteith于1963年在研究作物蒸散中引入“表面阻力”的概念,导出了Penman一Monteith公式,这对从湿润下垫面向非饱和下垫面蒸散的计算开辟了一条新的途径[19]。Priestley和Taylor推导出湿润气候条件下的蒸发估算公式,并在湿润半湿润区域蒸发中得到较好的应用[20]。Bouchet于1963年提出T蒸散互补相关理论(Complementary Relationship),即实际蒸散与可能蒸散之间存在互补关系,而Morton利用蒸发互补理论对大区域的实际蒸发量进行了气候计算[21]。70年代末,Hillel等从土壤水运动规律出发结合土壤物理学原理确定蒸发量开辟了蒸发计算领域的另一重要分支[22]。

自从Philip(1966)提出较完整的SPAC(Soi1一Plant一Atmosphere一Continuum)理论后,通过模拟SPAC中能量、物质交换过程来计算植物蒸腾、土壤蒸发的单层或多层模式相继出现[23一25]。由于该模拟方法是从水热通量等传输机制出发来研究蒸散过程,具有牢固的物理基础,是最近几十年研究蒸散的主要方法。过去计算蒸散的传统和模拟方法都是以点上的观测为基础的,很难在大面积区域上推广应用。自20世纪70年代初,国内外开始利用遥感信息计算区域蒸散[26]。

过去大多数学者研究农田蒸散影响因子多采用彭曼公式法与分析蒸渗计等仪器观测资料法等，而利用通径分析方法针对农田蒸散影响因子的研究较少。通径分析与简单相关或多元回归分析方法不同，相关分析中的相关系数仅描述自变量之间的相关程度，对结果变量产生的交互作用程度不能做出判断，回归分析中的相关系数的大小没有反映出自变量因子对结果变量产生的影响程度，而在多因素之间存在线性相关时，采用通径分析的方法能够克服、弥补回归与相关分析存在的缺陷与不足。本课题研究应用通径分析能更全面探讨各个自变量和因变量之间的直接与间接相关关系，从本质上对农田蒸散与气象因子和下垫面因子进行更全面的解释，使两者间的影响过程更加清晰，为气候变化背景下研究区的农田土壤水分变化趋势和农田水分管理提供科学依据。