不同蒸發(fā)模型在遼寧中部平原區(qū)域蒸發(fā)計(jì)算中的應(yīng)用對(duì)比

徐 飛

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要組成環(huán)節(jié)，其對(duì)水量平衡十分重要[1]。蒸散發(fā)是水文計(jì)算及水文模擬的關(guān)鍵要素，其準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)于水文模擬計(jì)算的精準(zhǔn)性至關(guān)重要。當(dāng)前，水文模擬計(jì)算大都采用實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)計(jì)算[2- 5]，這種方式存在以點(diǎn)代面的局限，蒸發(fā)皿蒸發(fā)表征的水面蒸發(fā)，而水文模擬計(jì)算大都針對(duì)整個(gè)流域，因此模擬計(jì)算輸入的是流域的蒸散發(fā)。近年來(lái)，對(duì)于流域蒸撒發(fā)計(jì)算得到國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的研究和關(guān)注[6- 7]，但是不同模型具有不同的計(jì)算適用性，需要結(jié)合流域情況，對(duì)不同蒸散發(fā)計(jì)算模型的適用性進(jìn)行分析。遼寧中部為平原區(qū)，區(qū)域蒸發(fā)量較大，在平原區(qū)水量分析及水文模擬中需要輸入蒸散發(fā)，傳統(tǒng)方式大都以蒸發(fā)皿蒸發(fā)作為輸入，但是這種方式存在以點(diǎn)代面，不能完全代表流域的蒸散發(fā)實(shí)際情況。當(dāng)前，隨著地理信息系統(tǒng)快速發(fā)展，蒸散發(fā)模型逐步被用于水文模擬分析計(jì)算，為此本文探討國(guó)內(nèi)外常用的兩種蒸散發(fā)計(jì)算模型在遼寧中部平原區(qū)蒸撒發(fā)計(jì)算的適用性。

1 研究方法

本文結(jié)合P-M和雙源蒸散發(fā)模型作為對(duì)比模型，這兩種模型在國(guó)內(nèi)蒸散發(fā)計(jì)算中應(yīng)用較多，但是兩種模型各有適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，P-M公式主要結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行蒸散發(fā)計(jì)算，但未能考慮土壤蒸發(fā)。雙源蒸散發(fā)模型可綜合考慮土壤和植被蒸發(fā)，蒸發(fā)計(jì)算較為復(fù)雜，操作程度較難且需要確定的參數(shù)較多，而P-M公式計(jì)算參數(shù)較少，操作程度較易。為分析兩種模型在遼寧中部平原區(qū)的適用性，分別采用兩種蒸散發(fā)模型對(duì)區(qū)域內(nèi)蒸散發(fā)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)兩種模型蒸散發(fā)的計(jì)算精度進(jìn)行適用性分析。

2 研究結(jié)果

2.1 研究區(qū)域概況

以遼寧中部平原區(qū)為例，區(qū)域?qū)儆诘湫偷呐瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候。該區(qū)域年平均蒸發(fā)量為1200mm，屬于蒸發(fā)量較高的區(qū)域，為定量對(duì)其蒸發(fā)量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，需要分析適合于遼寧平原區(qū)蒸散發(fā)計(jì)算方法，為此本文結(jié)合區(qū)域1964～2016年實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)，分別對(duì)P-M公式和雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型進(jìn)行適用性分析。

2.2 年尺度比較

對(duì)兩種方法的年蒸散發(fā)能力進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果如圖1所示，并對(duì)不同方法計(jì)算的年蒸散發(fā)能力和實(shí)測(cè)蒸散發(fā)能力進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如圖2所示。

從圖1中可看出，區(qū)域的年蒸發(fā)能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，P-M公式和雙源蒸發(fā)模型模擬的蒸發(fā)和區(qū)域?qū)崪y(cè)蒸發(fā)變化趨勢(shì)相似度較高，從模型計(jì)算的年蒸發(fā)尺度變化度來(lái)看，P-M公式計(jì)算的年蒸發(fā)能力和實(shí)測(cè)蒸發(fā)能力吻合度較高，但是雙源蒸發(fā)年相關(guān)系數(shù)高于P-M公式，這主要是因?yàn)殡p源蒸發(fā)除了考慮植被蒸發(fā)，還考慮土壤蒸，遼寧中部平原區(qū)地下水對(duì)土壤蒸發(fā)影響較大，其土壤蒸發(fā)占總蒸發(fā)比重較大，P-M公式單一考慮植被蒸發(fā)，而不考慮土壤蒸發(fā)，對(duì)于遼寧中部平原而言，很難全面反映區(qū)域的蒸發(fā)能力。

圖1 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型及觀測(cè)值三者多年變化趨勢(shì)的比較

圖2 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型與觀測(cè)值相關(guān)關(guān)系

2.3 季節(jié)尺度比較

在年尺度分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)季節(jié)蒸發(fā)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果見表1及圖3，并對(duì)各模型計(jì)算季節(jié)蒸發(fā)和實(shí)測(cè)蒸發(fā)的相關(guān)性進(jìn)行分析，

圖3 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型不同季節(jié)變化趨勢(shì)的比較

圖4 不同季節(jié)P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型與蒸發(fā)皿觀測(cè)值的相關(guān)關(guān)系

表1 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型與蒸發(fā)皿實(shí)測(cè)值趨勢(shì)M-K法統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值 單位：mm

分析結(jié)果如圖4所示。

從表1中可看出，各模型計(jì)算蒸發(fā)和實(shí)測(cè)蒸發(fā)的M-K趨勢(shì)分析值總體相似度較高，均為負(fù)值，表明各季節(jié)蒸散發(fā)總體也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)的M-K值在-1.96～-3.19之間，表明實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)均通過(guò)90%的下降趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)。而P-M公式和雙源蒸發(fā)模型計(jì)算的蒸發(fā)總體M-K值小于實(shí)測(cè)蒸發(fā)，但均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，各模型計(jì)算夏季蒸發(fā)下降趨勢(shì)最為明顯。這也表現(xiàn)在圖3中各季節(jié)蒸發(fā)變化趨勢(shì)中。從圖4的相關(guān)性分析結(jié)果可看出，P-M公式在各個(gè)季節(jié)相關(guān)性中好于雙源蒸發(fā)模型，夏季相關(guān)性最高，冬季相關(guān)性最弱。

2.4 月尺度比較

在季節(jié)尺度比較的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種蒸發(fā)計(jì)算模型月尺度進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計(jì)算模型及蒸發(fā)皿觀測(cè)值月尺度比較

從圖5中可看出，和實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)相比，P-M公式計(jì)算值偏大，而雙源蒸發(fā)模型月計(jì)算值總體偏小，但兩種模型計(jì)算的蒸發(fā)各月值和實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)吻合度均較高。表明兩種蒸發(fā)計(jì)算模型在月蒸發(fā)分配過(guò)程也具有較好的相關(guān)性。

2.5 氣象要素和蒸發(fā)相關(guān)性分析

為定量分析氣象要素和遼寧中部平原蒸發(fā)相關(guān)性，結(jié)合主要的4種氣象要素分析其相關(guān)性，分析結(jié)果如圖6所示。從圖6中可看出，相對(duì)濕度和實(shí)測(cè)蒸發(fā)皿的相關(guān)性最高，達(dá)到0.66，可見，相對(duì)濕度是遼寧中部平原區(qū)蒸發(fā)變化最為敏感的氣象要素，其次是氣溫，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.59，按照按相關(guān)性排序：相對(duì)濕度>風(fēng)速>氣溫>太陽(yáng)凈輻射。

圖6 年尺度蒸發(fā)皿蒸發(fā)與各氣象要素相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

(1)雙源蒸發(fā)可綜合考慮土壤和植被蒸發(fā)，在年尺度蒸發(fā)計(jì)算中好于P-M公式，更適合于遼寧中部的蒸發(fā)特點(diǎn)；

(2)兩種模型在季節(jié)蒸發(fā)計(jì)算中總體相關(guān)度偏低，主要原因是蒸發(fā)皿蒸發(fā)主要為水面蒸發(fā)，轉(zhuǎn)換成蒸發(fā)能力后，其折算系數(shù)還需通過(guò)水文模型計(jì)算來(lái)率定，這樣其相關(guān)性可提高；

(3)相對(duì)濕度是遼寧中部平原地區(qū)蒸發(fā)影響最為敏感的因素，其年相對(duì)濕度在60%～68%之間，具有明顯的地域蒸發(fā)特點(diǎn)。