平頂山市水面蒸發(fā)研究

朱文升 周軍亭

一、水面蒸發(fā)

1.蒸發(fā)能力

蒸發(fā)是水循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)之一，它的大小用蒸發(fā)能力來表示。蒸發(fā)能力是指充分供水條件下的陸面蒸發(fā)量，一般通過水面蒸發(fā)量的觀測(cè)來確定。

2.選用站及資料情況

（1）選站原則及站分布

盡量選取資料質(zhì)量較好、面上分布均勻、蒸發(fā)器型號(hào)一致的站點(diǎn)，作為主要站。同一站不同年份使用不同型號(hào)蒸發(fā)器時(shí)，要統(tǒng)一換算為E601型。

本次評(píng)價(jià)共選用河南省平頂山市蒸發(fā)代表站10個(gè)，其中氣象資料站6個(gè)，E601型觀測(cè)站3個(gè)，Ф20cm觀測(cè)站6個(gè)，Ф80cm觀測(cè)站1個(gè)。

（2）蒸發(fā)資料系列

不同類型觀測(cè)器（皿）的觀測(cè)值統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為E601水面蒸發(fā)量，采用逐年、逐月?lián)Q算，然后分析計(jì)算1980～2005年系列的均值和其他統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

（3）蒸發(fā)觀測(cè)器使用情況

平頂山市水面蒸發(fā)觀測(cè)儀器主要有三種：E601型蒸發(fā)器（簡(jiǎn)稱E601）、80cm口徑套盆式蒸發(fā)器（簡(jiǎn)稱Ф80）和20cm口徑小型蒸發(fā)器（簡(jiǎn)稱Ф20）。E601與Ф80多用于非冰期，而Ф20既適用于非冰期，也適用于冰期。20世紀(jì)80年代以前，平頂山市水文系統(tǒng)的蒸發(fā)觀測(cè)器以Ф80cm蒸發(fā)器為主，80年代以后，逐步采用E601型蒸發(fā)器觀測(cè)，但少數(shù)站仍采用Ф80cm蒸發(fā)器觀測(cè)，到90年代后已全部換成E601型蒸發(fā)器。氣象部門主要應(yīng)用Ф20cm蒸發(fā)器進(jìn)行觀測(cè)，系列較長。

由于觀測(cè)器（皿）的口徑不同，觀測(cè)的水面蒸發(fā)量也隨之不同。本次評(píng)價(jià)要求不同口徑蒸發(fā)器的觀測(cè)值，統(tǒng)一換算成E601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量。E601與Ф20的折算系數(shù)，影響因素較多，除口徑、儀器材料、觀測(cè)方法及資料精度等因素外，觀測(cè)場(chǎng)地的代表性，儀器安裝形式，地溫、氣溫、氣壓、風(fēng)速和太陽輻射等氣象因素也非常重要。所以短時(shí)期的比測(cè)成果，折算系數(shù)較難穩(wěn)定。特別是安裝形式，E601埋入地下，Ф20均暴露于空氣中，同一條件下的氣象因子作用不同，地溫、氣溫對(duì)三種儀器的影響差別較大，且氣象因子也存在梯度變化，致使Ф20與E601的折算系數(shù)產(chǎn)生較大梯度的時(shí)空變化。

本次評(píng)價(jià)，Ф20與E601水面蒸發(fā)量綜合年折算系數(shù)采用0.62，Ф80與E601水面蒸發(fā)量綜合年折算系數(shù)為0.84。

全市蒸發(fā)觀測(cè)站點(diǎn)較少，不能滿足繪制全市蒸發(fā)量等值線的需要，本次評(píng)價(jià)未繪制全市蒸發(fā)量等值線。

二、水面蒸發(fā)分布特性

1.水面蒸發(fā)的地區(qū)分布

水面蒸發(fā)量地區(qū)分布的總趨勢(shì)，與水汽飽和差、相對(duì)濕度等氣象因素分布相一致，呈現(xiàn)自南往北、自西向東遞增的規(guī)律，即較干旱的平原水面蒸發(fā)量，大于較濕潤的丘陵與山區(qū)的水面蒸發(fā)量。

2.水面蒸發(fā)量的年際變化和年內(nèi)分配

（1）年際變化

水面蒸發(fā)量的大小，主要受溫度、濕度、風(fēng)速及太陽輻射等因素影響。為了消除不同型號(hào)蒸發(fā)器折算系數(shù)的影響，選擇同一口徑蒸發(fā)器觀測(cè)資料進(jìn)行分析。

選取沙河流域3個(gè)具有長系列（資料最長系列為41年）和相同型號(hào)Ф20蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)觀測(cè)資料，對(duì)1971～1990年與1991～2011年兩個(gè)系列進(jìn)行對(duì)比分析。由表1可以看出，1991～2011年水面蒸發(fā)量比1971～1990年明顯有所減少。

圖1為葉縣、寶豐、魯山站的1971～2011年系列按5年滑動(dòng)平均水面蒸發(fā)量過程線比較，可以看出，代表站自20世紀(jì)70年代以來水面蒸發(fā)量總體上呈現(xiàn)平緩的下降趨勢(shì)，雖然各站的水面蒸發(fā)量波動(dòng)幅度不同，但減小趨勢(shì)是一致的。

（2）年內(nèi)分配

年內(nèi)水面蒸發(fā)量受氣象因素年內(nèi)變化的影響，在不同的緯度、不同地形條件下的水面蒸發(fā)年內(nèi)分配也不一致。一般是山區(qū)變化小，平原變化大。

水面蒸發(fā)量受濕度和溫度變化影響，年內(nèi)最大水面蒸發(fā)量主要發(fā)生在5～8月,少數(shù)站集中在4～7月。最大連續(xù)4個(gè)月的水面蒸發(fā)量一般占年總量的50%左右，在地區(qū)分布上比較穩(wěn)定。平頂山市1971～2011年多年平均水面蒸發(fā)量月分配見圖2。

平頂山市多年平均水面蒸發(fā)量971.6mm，全市最大月蒸發(fā)量出現(xiàn)在6月份，最大月蒸發(fā)量與年總量的百分比一般為15%左右。最小月蒸發(fā)量多出現(xiàn)在1月，占年蒸發(fā)量的4%左右。最大與最小月蒸發(fā)量的比值為3.4～4.1。

夏季（6～8月份）蒸發(fā)量最大，占年總量的35.8%左右，春季（3～5月份）占30.1%，秋季（9～11月份）占20.8%，冬季（12月～次年2月份）最小占13.3%。平頂山市水面蒸發(fā)季節(jié)分配見圖3。

三、干旱指數(shù)

干旱指數(shù)是反映地域氣候干燥程度的指標(biāo)，在氣候?qū)W上一般以年蒸發(fā)能力與年降水量之比表示。年蒸發(fā)能力與E601蒸發(fā)器測(cè)得的水面蒸發(fā)量存在著線性關(guān)系，所以本次多年平均干旱指數(shù)采用多年平均E601年水面蒸發(fā)量與多年平均年降水量的比值。當(dāng)干旱指數(shù)小于1.0時(shí)，降水量大于蒸發(fā)能力，表明該地區(qū)氣候濕潤；反之，當(dāng)干旱指數(shù)大于1.0時(shí)，蒸發(fā)能力超過降水量，表明該地區(qū)偏于干旱。干旱指數(shù)愈大，干旱程度愈嚴(yán)重。根據(jù)干旱指數(shù)的大小，可進(jìn)行氣候的干濕分帶，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

平頂山市代表站1971～2011年多年平均干旱指數(shù)見表3。

干旱指數(shù)小于1.0的濕潤區(qū)主要分布舞鋼市區(qū)，其余地區(qū)的干旱指數(shù)在1.0～2.0之間，屬于半濕潤區(qū)分布區(qū)。其中干旱指數(shù)最大為汝州1.52，最小為舞鋼0.87。

四、結(jié)語

20世紀(jì)70年代以來，平頂山市水面蒸發(fā)量總體上呈現(xiàn)平緩的下降趨勢(shì)，這與近地面平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)均呈顯著減少有關(guān)，風(fēng)弱的時(shí)候，氣流慢，蒸發(fā)面的水汽不易被帶到大氣中；而日照減少時(shí)，蒸發(fā)面接受的能量少，水分子動(dòng)能減弱，水汽擴(kuò)散也就減慢，水面蒸發(fā)量就減小。分布上，平原地區(qū)大于丘陵與山區(qū)的水面蒸發(fā)量，夏季蒸發(fā)量最大，占全年蒸發(fā)量的40%。平頂山市南部比較濕潤，北部（汝州、郟縣一帶）相對(duì)干旱。現(xiàn)在西部、南部有大型蓄水工程（孤石灘水庫、燕山水庫、石漫灘水庫等），空氣相對(duì)濕潤，可以在此開發(fā)旅游項(xiàng)目和水產(chǎn)養(yǎng)殖等，使之成為可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)；北部由于多年平均降水相對(duì)較少，蒸發(fā)量較大，容易發(fā)生干旱，加之缺少大型水利工程及用水量的增加，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)建設(shè)引水、節(jié)水工程，以滿足人們生活及工農(nóng)業(yè)用水的需求