阿勒泰地區(qū)水文站E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)探討

阿依登別克·木拉提別克

(阿勒泰水文勘測局，新疆 阿勒泰 836599)

0 引 言

新疆阿勒泰地區(qū)的群庫勒水文站在1956年建站，群庫勒水文站是額爾齊斯河一級支流布爾津河干流主要控制站點，站點所在流域在阿爾泰山脈及準格爾盆地的的西南和北沿區(qū)域[1]。流域氣候?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懞鋮^(qū)，由于距離海洋較遠，水汽補充來源稀少，受氣候影響，區(qū)域冬季寒冷干燥，夏季溫度較高，年日晝夜溫度差較大，基于較高的蒸發(fā)能力，流域多年蒸發(fā)量在1700mm左右[2]。流域蒸發(fā)存在明顯的季節(jié)變化特征，夏季蒸發(fā)量較大，占全年總蒸發(fā)量的比例在75.6%-88.9%之間，冬季蒸發(fā)量較低，占全年的蒸發(fā)量的比例在39.6%-24.3%之間[3]。流域連續(xù)4月蒸發(fā)量集中在5-8月份，這一階段蒸發(fā)占總蒸發(fā)量的比例為54.3%-68.9%之間[4]。在自然界中水循環(huán)的重要的環(huán)節(jié)為蒸發(fā)，勒水文站同時安裝了E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿進行水面蒸發(fā)的觀測，根據(jù)全國其他水文站點兩種蒸發(fā)皿的同比觀測試驗結(jié)果[5-10]，E-601型蒸發(fā)皿的穩(wěn)定性和代表性都要好于Φ20型蒸發(fā)皿，尤其是E-601型在北方寒冷地區(qū)得到了較為充分的應用，其冰期水面蒸發(fā)觀測效果要好于Φ20型蒸發(fā)皿。為保持蒸發(fā)數(shù)據(jù)系列的一致性，許多流域已開展兩種蒸發(fā)皿觀測儀器的同步試驗[11-15]，探討兩種儀器蒸發(fā)折算系數(shù)。群庫勒水文站從2006年開始同步觀測E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿，為將Φ20型蒸發(fā)皿觀測的長序列蒸發(fā)數(shù)據(jù)折算到E-601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量，需要對轉(zhuǎn)換系數(shù)進行確定。為此文章結(jié)合兩種蒸發(fā)皿近10年的同步觀測數(shù)據(jù)，對群庫勒水文站不同蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量轉(zhuǎn)換系數(shù)進行了確定。

1 資料概況

結(jié)合群庫勒水文站近10年的Φ20型蒸發(fā)皿以及E-601型蒸發(fā)皿同步觀測數(shù)據(jù)。參照國家《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》 (SD265-88)的要求，在夏季每日8時進行同步觀測。進入冬季后，E-601型蒸發(fā)皿從穩(wěn)定的封凍時間到冰層融化階段，間接進行一次兩種蒸發(fā)皿的同步觀測，Φ20型蒸發(fā)皿需要每天都進行同步觀測。穩(wěn)定封凍階段的E-601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)總量E按照以下方程進行計算：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：h、h為封凍前最后一次次及封凍后首次蒸發(fā)皿觀測的水面高度，mm；h取、h加對應封凍期間增加和減少的水面高度，mm；P為整個封凍時期的降水量，mm。穩(wěn)定封凍期間E-601型冰面蒸發(fā)量的計算方程為：

E日=E總/結(jié)冰期日數(shù)

(2)

式中：E日為觀測的日蒸發(fā)值，mm；E總為總的觀測蒸發(fā)值，mm。在穩(wěn)定封凍期E-601型觀測時間未出現(xiàn)在月末或月初時段，可對當月觀測的蒸發(fā)量進行開始階段的插補以及結(jié)束時間蒸發(fā)合并，再和E-601型蒸發(fā)皿觀測的日蒸發(fā)數(shù)據(jù)進行相加得到月蒸發(fā)數(shù)據(jù)。

2 兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)時程分配及折算系數(shù)

2.1 兩種蒸發(fā)皿時程分配及折算系數(shù)計算結(jié)果

統(tǒng)計了不同蒸發(fā)皿的時程分配值和同步觀測年份的蒸發(fā)值，對其折算系數(shù)進行分析，其中不同蒸發(fā)皿時程分配結(jié)果和各月份的蒸發(fā)折算系數(shù)結(jié)果見表1，同步觀測年份的蒸發(fā)皿蒸發(fā)結(jié)果見表2。

表1 群庫勒水文站不同蒸發(fā)皿的時程分配及折算系數(shù)計算結(jié)果

表2 群庫勒水文站不同蒸發(fā)皿的歷年蒸發(fā)統(tǒng)計值

從群庫勒水文站的E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿逐月蒸發(fā)同步對比觀測結(jié)果可看出，各蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)序列具有同步性，蒸發(fā)最高值主要集中在6-8月份，其中7月份的蒸發(fā)量最大，E-601與Φ20型蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)最高值和最低值的比值分別為6.79和10.35。在冰期11-3月份，由于E-601型Φ20型蒸發(fā)皿冰期觀測蒸發(fā)量的穩(wěn)定性差異的原因，各蒸發(fā)皿觀測蒸發(fā)存在明顯的差異度，而進入非冰期的4-10月份，外界氣溫條件對于各蒸發(fā)皿影響度降低，使得兩種蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)差異度降低。從兩種蒸發(fā)皿同步觀測的年蒸發(fā)對比結(jié)果可看出，群庫勒水文站的E-601型各年份蒸發(fā)值變幅均值低于-20 mm ，而Φ20型蒸發(fā)皿觀測的年蒸發(fā)值變幅均值高于-30mm。兩種蒸發(fā)皿在冰期、非冰期以及全年的折算系數(shù)為0.61，基于該轉(zhuǎn)換系數(shù)將Φ20型蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)年值進行轉(zhuǎn)換得到E-601型蒸發(fā)皿觀測的多年蒸發(fā)均值為790.76mm，與E-601型蒸發(fā)皿觀測的年蒸發(fā)均值795.42mm之間相差4.66mm，同步觀測數(shù)據(jù)系列較短使得轉(zhuǎn)換后的蒸發(fā)值和實測之間產(chǎn)生差值，其次Φ20型作為一種小型蒸發(fā)皿其和實際水面蒸發(fā)之間存在一定的差距，而E-601型蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)值和實際水面蒸發(fā)吻合度更高，因此兩者之間產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)換誤差。

2.2 兩種蒸發(fā)皿相關性分析結(jié)果

結(jié)合群庫勒水文站的E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿逐月蒸發(fā)同步對比觀測，對不同蒸發(fā)皿各月份下的蒸發(fā)觀測值相關系數(shù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表3所示。

表3 群庫勒水文站兩種蒸發(fā)皿的相關系數(shù)分析結(jié)果

從不同月份群庫勒水文站的E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿逐月蒸發(fā)的相關性分析結(jié)果可看出，兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測值具有較好的相關性，相關系數(shù)總體可在0.5以上，非冰期4-10月份兩種蒸發(fā)皿觀測值相關系數(shù)總體要高于冰期3-11月份的相關系數(shù)值，這主要是因為冰期小型Φ20蒸發(fā)皿受外界氣溫影響，穩(wěn)定性要低于E-601型蒸發(fā)皿使得其相關系數(shù)有所降低，而在非冰期，隨著群庫勒水文站觀測的水面蒸發(fā)量的增加，有效降低了兩種蒸發(fā)皿觀測的誤差，使得其相關系數(shù)得到相應的提高。此外兩種蒸發(fā)皿觀測具有較好的同步性，即E-601型蒸發(fā)皿觀測值偏大的時期，Φ20型觀測值也對應有所偏大，但E-601型蒸發(fā)皿觀測穩(wěn)定性總體要好于Φ20型蒸發(fā)皿。

3 對比結(jié)論

1)通過同步對比觀測，E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿在群庫勒水文站具有較好的同步性和相關性，冰期和非冰期其蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.61，按照水面觀測規(guī)范SD-265-88要求，該轉(zhuǎn)換系數(shù)可用于群庫勒水文站蒸發(fā)轉(zhuǎn)換和延長計算。

2)在實際蒸發(fā)轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換后的蒸發(fā)值和實際蒸發(fā)值之間存在一定的差異，這種差異主要受通過觀測序列較短，不同蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測值和實際水面蒸發(fā)差異對不同原因所致，隨著同步蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)系列的增多，可有效降低誤差。