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)分析

哈那提·阿布力哈孜

(新疆阿勒泰水文勘測局，新疆 阿勒泰 836500)

蒸發(fā)皿主要用于水文站水面蒸發(fā)量觀測，新疆地區(qū)水面蒸發(fā)量觀測主要通過E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型蒸發(fā)皿(口徑為20 cm)進(jìn)行觀測。不同型號蒸發(fā)皿其觀測用途有所差異，Φ20型的蒸發(fā)皿主要用于長時間水面蒸發(fā)量的連續(xù)觀測，但不能對區(qū)域?qū)嶋H蒸發(fā)量進(jìn)行有效觀測[1]。E-601型蒸發(fā)皿主要用于大型河流以及水庫水面蒸發(fā)量的觀測，但具有較短的觀測時間序列[2-3]。近些年來，對于E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型的蒸發(fā)皿蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)的研究取得一定成果[4-6]，通過研究表明不同型號蒸發(fā)皿需要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H蒸發(fā)量進(jìn)行測算，不同區(qū)域由于氣候類型不同使得其蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)差異性較大。當(dāng)前，氣候變化對于阿勒泰地區(qū)水循環(huán)產(chǎn)生不同程度的影響[7-9]，亟須對流域水循環(huán)尤其是蒸發(fā)量變化特征進(jìn)行分析，考慮蒸發(fā)數(shù)據(jù)的一致性，需要對阿勒泰地區(qū)不同蒸發(fā)皿進(jìn)行轉(zhuǎn)換系數(shù)的測定。為此選取阿勒泰地區(qū)兩處水文站不同型號蒸發(fā)皿觀測資料，對其轉(zhuǎn)換系數(shù)分析。該成果對于阿勒泰地區(qū)蒸發(fā)量變化特征研究及水資源分析具有參考價值。

1 資料概況

選取阿勒泰地區(qū)兩處水文站進(jìn)行分析，結(jié)合各站點近20年不同蒸發(fā)皿觀測資料序列對其不同型號蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行測算。夏季按照《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》(SD 265—1988)的要求不同型號蒸發(fā)皿同步觀測的時間為每日8時，E-601型蒸發(fā)皿在冬季時一次有效蒸發(fā)觀測的時間為封凍穩(wěn)定期到冰層融化期，Φ20型蒸發(fā)皿同步觀測的時段為每日。E-601型蒸發(fā)皿在穩(wěn)定封凍階段的蒸發(fā)總量計算公式如式(1)：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：E前為E-601型蒸發(fā)皿在穩(wěn)定封凍階段的蒸發(fā)總量，mm；h前、h后分別為封凍前、封凍后蒸發(fā)皿觀測的水面高度，mm；h取、h加分別為封凍前、封凍后水面中高度變化，mm；P為封凍期降水總量，mm。E-601型蒸發(fā)皿在穩(wěn)定封凍期的蒸發(fā)量計算，如式(2)：

E日=E總/T

(2)

式中：E日為蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)日值，mm/d；E總為蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測總量，mm；T為結(jié)冰期天數(shù)，d。

2 實例應(yīng)用

2.1 區(qū)域概況

選取阿勒泰地區(qū)兩處水文觀測站為具體實例，阿勒泰位于新疆的北部，夏季干燥少雨，冬季氣候較為寒冷，溫帶大陸性寒冷氣候為阿勒泰地區(qū)典型氣候，降水量年均值在130～220 mm之間，蒸發(fā)量較大。夏季蒸發(fā)量較大，冬季蒸發(fā)量相對較少，夏季蒸發(fā)量可占全年蒸發(fā)量的比重超過50%，春季和秋季蒸發(fā)量要高于冬季蒸發(fā)量。阿勒泰地區(qū)水文站蒸發(fā)皿觀測型號分別為E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型的蒸發(fā)皿，其Φ20型的蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)系列長度要短于E-601型蒸發(fā)皿，為保證蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)資料的一致性，需要對Φ20型的蒸發(fā)皿和E-601型蒸發(fā)皿之間折算系數(shù)的分析，從而對Φ20型的蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到E-601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)系列，從而得到E-601型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)系列，用于分析氣候變化影響下阿勒泰地區(qū)蒸發(fā)皿蒸發(fā)的變化特征。近些年來，阿勒泰地區(qū)蒸發(fā)受氣候變化較為明顯，相關(guān)分析成果表明阿勒泰地區(qū)水面蒸發(fā)呈現(xiàn)較為明顯的遞減變化，年代際水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)遞減率為15.3 mm/10 a，從2000年后阿勒泰地區(qū)水面蒸發(fā)遞減趨勢要明顯高于2000年以前，氣溫是阿勒泰地區(qū)水面蒸發(fā)變化的主因。

2.2 不同蒸發(fā)皿時程分配及折算系數(shù)

對阿勒泰地區(qū)不同蒸發(fā)皿各月蒸發(fā)同步觀測值進(jìn)行統(tǒng)計，并對其不同蒸發(fā)皿之間的折算系數(shù)進(jìn)行計算，兩種蒸發(fā)皿各月蒸發(fā)折算系數(shù)計算結(jié)果見表1。此外對各站2013—2021年E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型的蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

表1 阿勒泰地區(qū)不同蒸發(fā)皿折算系數(shù)分析結(jié)果

從阿勒泰地區(qū)2個水文站不同蒸發(fā)皿時程分配可看出，非冰期4—10月蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量比重在85%～90%之間，冰期11月—次年3月蒸發(fā)比重較低。各蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量最高值均集中在5月，12月為各蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測最低值。E-601型和Φ20型兩種類型蒸發(fā)皿最大蒸發(fā)量和最小蒸發(fā)量比值分別為6.87和10.75，此外非冰期兩種型號蒸發(fā)皿之間的差異相對較低。從不同蒸發(fā)皿各年度蒸發(fā)量觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)可看出，E-601型和Φ20型兩種類型蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量年值平均變幅分別為-17.5 mm和-29.8 mm，阿勒泰地區(qū)年尺度水面蒸發(fā)量總體呈現(xiàn)遞減變化。阿勒泰地區(qū)在冰期(11月—次年3月)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.66和0.68，而在非冰期(4—10月)轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.63和0.65，年蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.64和0.66。采用該系數(shù)轉(zhuǎn)換的E-601型和Φ20型兩種類型蒸發(fā)量均值存在一定的差異，這主要是因為同步觀測數(shù)據(jù)系列相對較少，使得Φ20型小型蒸發(fā)皿蒸發(fā)量觀測值和實際水面蒸發(fā)量有所差異，而E-601主要觀測大型水面蒸發(fā)量因此其和水面實際蒸發(fā)量差異相對較小。

2.3 不同蒸發(fā)皿相關(guān)性分析

在不同蒸發(fā)皿蒸發(fā)折算系數(shù)分析的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步探討阿勒泰地區(qū)不同蒸發(fā)皿蒸發(fā)量觀測值之間的差異性，對阿勒泰地區(qū)2處水文站點E-601型和Φ20型蒸發(fā)皿的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

表3 阿勒泰地區(qū)不同類型蒸發(fā)皿相關(guān)性統(tǒng)計結(jié)果

從阿勒泰地區(qū)不同類型蒸發(fā)皿相關(guān)性統(tǒng)計結(jié)果可看出，2處水文站E-601型和Φ20型蒸發(fā)皿均具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.65以上，此外非冰期相關(guān)系數(shù)要好于冰期，20 cm口徑的蒸發(fā)皿主要用于長時間水面蒸發(fā)量的連續(xù)觀測，觀測的水面蒸發(fā)量總體要高于實際水面蒸發(fā)量，E-601型蒸發(fā)皿主要用于大型河流以及水庫水面蒸發(fā)量的觀測，因此E-601型蒸發(fā)皿受外界因素干擾相對較大，使得其水面蒸發(fā)量測定數(shù)據(jù)總體小于實際水面蒸發(fā)量，但由于阿勒泰地區(qū)蒸發(fā)量較大，年均值在1370～2070 mm之間，由于蒸發(fā)量較大降低了E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型的蒸發(fā)皿之間的差異性，使得其不同月份各觀測樣本數(shù)據(jù)系列下的相關(guān)系數(shù)均較高。因此對于阿勒泰地區(qū)而言，為保持蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)的一致性，可非時間段對不同蒸發(fā)皿之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換計算，在冰期(11月—次年3月)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)可在0.61～0.62進(jìn)行取值，而非冰期(4—10月)轉(zhuǎn)換系數(shù)0.66～0.67進(jìn)行取值，通過不同時間段蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，即可保證整個蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)系列的一致性。

3 結(jié) 論

(1)阿勒泰地區(qū)兩處水文站E-601型和Φ20型蒸發(fā)皿均具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0.65以上，非冰期相關(guān)系數(shù)要好于冰期，由于阿勒泰地區(qū)蒸發(fā)量較大，降低了E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型的蒸發(fā)皿之間的差異性。

(2)對于阿勒泰地區(qū)而言，為保持蒸發(fā)皿觀測數(shù)據(jù)的一致性，可非時間段對不同蒸發(fā)皿之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換計算，在冰期(11月—次年3月)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)可在0.61～0.62進(jìn)行取值，而非冰期(4—10月)轉(zhuǎn)換系數(shù)0.66～0.67進(jìn)行取值。

(3)E-601型和Φ20型蒸發(fā)皿受外界因素如降水影響較為明顯，在后續(xù)的研究中還應(yīng)重點針對不同類型蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測精度的影響因素進(jìn)行深入分析。