北方典型干旱半旱區(qū)E- 601型與Φ20型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)分析

王 磊

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

北方典型干旱半干旱區(qū)大都位于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年蒸發(fā)量大，對(duì)流域水循環(huán)產(chǎn)生較為明顯的影響，是流域水資源相對(duì)短缺的主要因素之一[1]。對(duì)于區(qū)域蒸發(fā)觀測(cè)分析有助于了解區(qū)域氣候變化對(duì)水循環(huán)的影響[2]。我國(guó)水文測(cè)站主要有兩種類型的蒸發(fā)皿，一種是20cm口徑的蒸發(fā)皿，另一種則為E- 601型蒸發(fā)皿，兩種蒸發(fā)皿都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，20cm口徑的蒸發(fā)皿又稱為Φ20型蒸發(fā)皿，其優(yōu)點(diǎn)在于能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，缺點(diǎn)在于不能有效替代區(qū)域?qū)嶋H的蒸發(fā)量[3]。E- 601型蒸發(fā)皿的優(yōu)點(diǎn)在于和湖泊、河流等水體的實(shí)際蒸發(fā)量較為接近，但缺點(diǎn)在于觀測(cè)的時(shí)間序列較短[4- 6]。近些年來，對(duì)于兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)的研究已有不少[7- 15]，但在北方干旱半干旱區(qū)域的研究還較少，考慮水文資料一致性的問題，需對(duì)Φ20型蒸發(fā)皿和E- 601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本文結(jié)合兩種型號(hào)蒸發(fā)皿同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到其相應(yīng)的蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)，結(jié)果對(duì)于北方典型干旱半干旱地區(qū)水文站流域蒸發(fā)量的統(tǒng)計(jì)具有參考價(jià)值。

1 資料概況

本文以北方典型干旱半干旱區(qū)兩個(gè)水文測(cè)站為具體實(shí)例，該水文站有近30年的Φ20型蒸發(fā)皿觀測(cè)數(shù)據(jù)和近8年以來E- 601型蒸發(fā)皿觀測(cè)數(shù)據(jù)。參照國(guó)家SD 265—1988《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》的要求，在夏季每日8時(shí)進(jìn)行同步觀測(cè)。進(jìn)入冬季后，E- 601型蒸發(fā)皿從穩(wěn)定的封凍時(shí)間到冰層融化階段，間接進(jìn)行一次兩種蒸發(fā)皿的同步觀測(cè)，Φ20型蒸發(fā)皿需要每天都進(jìn)行同步觀測(cè)。穩(wěn)定封凍階段的E- 601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)總量E前按照以下方程進(jìn)行計(jì)算：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中，h前、h后—封凍前最后一次次及封凍后首次蒸發(fā)皿觀測(cè)的水面高度，mm；h取、h加—封凍期間增加和減少的水面高度，mm；P—整個(gè)封凍時(shí)期的降水量，mm。穩(wěn)定封凍期間E- 601型冰面蒸發(fā)量的計(jì)算方程為：

E日=E總/結(jié)冰期日數(shù)

(2)

式中，E日—觀測(cè)的日蒸發(fā)值，mm；E總—總的觀測(cè)蒸發(fā)值，mm。在穩(wěn)定封凍期E- 601型觀測(cè)時(shí)間未出現(xiàn)在月末或月初時(shí)段，可對(duì)當(dāng)月觀測(cè)的蒸發(fā)量進(jìn)行開始階段的插補(bǔ)以及結(jié)束時(shí)間蒸發(fā)合并，再和E- 601型蒸發(fā)皿觀測(cè)的日蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加得到月蒸發(fā)數(shù)據(jù)。

兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)的折算系數(shù)計(jì)算方程為：

(3)

式中，K—兩種蒸發(fā)皿的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2 兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)時(shí)程分配及折算系數(shù)

2.1 兩種蒸發(fā)皿時(shí)程分配及折算系數(shù)計(jì)算結(jié)果

采用同步觀測(cè)的方式，對(duì)兩種蒸發(fā)皿觀測(cè)的蒸發(fā)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)了不同蒸發(fā)皿的時(shí)程分配值和同步觀測(cè)年份的蒸發(fā)值，對(duì)其折算系數(shù)進(jìn)行分析，其中兩個(gè)研究站點(diǎn)不同蒸發(fā)皿時(shí)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—2，同步觀測(cè)年份的蒸發(fā)皿蒸發(fā)結(jié)果見表3—4。此外對(duì)兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)時(shí)程分配及歷年蒸發(fā)變化過程進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖1所示。

表1 1#水文站不同蒸發(fā)皿的時(shí)程分配及折算系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表2 2#水文站不同蒸發(fā)皿的時(shí)程分配及折算系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表3 1#站點(diǎn)不同蒸發(fā)皿的歷年蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)值

表4 2#站點(diǎn)不同蒸發(fā)皿的歷年蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)值

從圖1兩種蒸發(fā)皿時(shí)程分配結(jié)果可看出，兩個(gè)E- 601型觀測(cè)的蒸發(fā)最大值均出現(xiàn)在7月份，其最小值出現(xiàn)在2月份，而Φ20型蒸發(fā)觀測(cè)值最小值出現(xiàn)在1月份，E- 601型蒸發(fā)觀測(cè)的最大值和最小值的比值分別為8.99和13.6，而Φ20型蒸發(fā)觀測(cè)的最大值和最小值的比值分別為9.73和14.7，兩種蒸發(fā)皿類型在非冰期(4—10月)的蒸發(fā)觀測(cè)值差距較小。從兩種類型蒸發(fā)皿歷年蒸發(fā)變化可看出，各蒸發(fā)皿統(tǒng)計(jì)的年蒸發(fā)變化趨勢(shì)較為一致，E- 601型觀測(cè)的年蒸發(fā)平均變幅分別為-145.3和-20.2mm，而Φ20型觀測(cè)的年蒸發(fā)平均變幅為-97.7mm和-13.5mm。從表1兩種蒸發(fā)皿的逐月折算系數(shù)可知，研究站點(diǎn)同步觀測(cè)條件下，兩種蒸發(fā)皿的轉(zhuǎn)換系數(shù)K在冰期(3—11月份)轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.63和0.61，而在非冰期(4—10)月的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.67和0.68，整個(gè)年份下站點(diǎn)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.66和0.67，采用該折算系數(shù)與站點(diǎn)Φ20型多年平均蒸發(fā)量進(jìn)行相乘得到E- 601型蒸發(fā)皿觀測(cè)多年均值為發(fā)分別為1750.6mm和1819.3mm，與E- 601型實(shí)測(cè)觀測(cè)得到的同步觀測(cè)的平

圖1 各站點(diǎn)不同蒸發(fā)皿下的蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)值

均蒸發(fā)量1719.3mm和1913.8分別相差31.3mm和94.5mm，這主要是因?yàn)橥接^測(cè)的數(shù)據(jù)系列較短，使得Φ20型這種小型蒸發(fā)皿觀測(cè)的蒸發(fā)和實(shí)際水面蒸發(fā)有所差距，而E- 601型和水面實(shí)際的蒸發(fā)量更為接近，使得產(chǎn)生了一定的誤差。

2.2 兩種蒸發(fā)皿相關(guān)性分析結(jié)果

采用同步觀測(cè)的方法對(duì)各月份兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)的相關(guān)性進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表5—6。

表5 1#站點(diǎn)Φ20型蒸發(fā)皿的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

表6 1#站點(diǎn)E- 601型蒸發(fā)皿的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

從表中可看出，研究站點(diǎn)Φ20型和E- 601型兩種蒸發(fā)皿在各月份都具有較好的相關(guān)性，結(jié)合樣本相關(guān)性分析結(jié)果，相關(guān)系數(shù)均在0.6以上，且呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)。因此通過每個(gè)月的折算系數(shù)與Φ20型蒸發(fā)皿觀測(cè)值進(jìn)行相乘轉(zhuǎn)換即可保持水文數(shù)據(jù)的一致性。

3 結(jié)語

(1)北方典型干旱半干旱區(qū)Φ20型和E- 601型兩種蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)K在冰期(3—11月份)轉(zhuǎn)換系數(shù)在0.61～0.63之間，而在非冰期(4—10)月的轉(zhuǎn)換系數(shù)在0.67～0.68之間，整個(gè)年份下站點(diǎn)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)在0.66～0.67之間。

(2)由于蒸發(fā)同步觀測(cè)的數(shù)據(jù)系列較短，使得Φ20型這種小型蒸發(fā)皿觀測(cè)的蒸發(fā)和實(shí)際水面蒸發(fā)有所差距，而E- 601型和水面實(shí)際的蒸發(fā)量更為接近，可產(chǎn)生了一定的誤差。

(3)北方典型干旱半干旱區(qū)Φ20型和E- 601型兩種蒸發(fā)皿在各月份都均具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.6以上，且呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)。