干旱區(qū)凝結水評估及對水量平衡方程影響

王忠靜，張子雄，索 瀅

（1. 清華大學水利水電工程系，北京 100084；2. 清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084；3. 青海大學省部共建三江源生態(tài)與高原木業(yè)國家重點實驗室，青海西寧 810016）

1 研究背景

水汽通量是除降水外大氣與陸地生態(tài)系統(tǒng)進行水分、能量交換的主要方式［1］，不僅有從地表向大氣輸送水分的蒸散發(fā)過程，也還有從大氣向地表輸送水分的凝結過程。大氣中汽態(tài)水在物體表面凝結形成的凝結水，在干旱半干旱區(qū)水循環(huán)中不可忽視［2-3］，是降水的補充形式［4］，可提高干旱區(qū)種子萌發(fā)幾率［5］，是沙漠中土壤結皮的主要水源［6］，也是昆蟲和小動物的重要水分來源［7］。

凝結水的直接觀測方式包括Duvdevani法、人造凝結面法、Hiltner露水平衡儀法、微型蒸滲儀法等。Duvdevani法通過木板裝置收集日落至早晨的凝結水，并將凝結水滴的外觀、分布與一系列標準化的凝結水分級照片進行對比從而計算凝結水量［8］。Duvdevani法簡單易于操作，且成本較低，在以色列［9-10］、印度［4］等地區(qū)獲得應用，但觀測得到的凝結水量并非實際地表凝結水量值，僅可用于不同站點之間對比，應用存在局限性［11］。人造凝結面法對Duvdevani法存在的問題進行了改進，使用高性能吸水布附著于玻璃板作為凝結面觀測凝結水量［12］，在以色列內(nèi)蓋夫沙漠獲得應用［10，13-14］，缺點在于無法估算凝結速率和凝結持續(xù)時間。Hiltner 露水平衡儀法通過對人造冷凝板的連續(xù)稱重計算凝結水量的變化［15］，該方法簡單易用，但由于人造冷凝板與土壤表面的凝結作用存在差異，被認為更適用于測量“潛在凝結水量”。微型蒸滲儀法被認為是測量凝結水量變化速率和凝結水總量的有效方法［16］。微型蒸滲儀法通過測定水量平衡變化計算凝結水量，在凝結水觀測研究中獲得廣泛運用［11］。由于凝結水量通常非常小，因此該方法對微型蒸滲儀的精度要求較高。Ninari 和Berliner［17］提出微型蒸滲儀法的埋深需要達到日內(nèi)土壤溫度穩(wěn)定的深度，已有微型蒸滲儀法測量的結果可能存在誤差，對裝置的布置要求較高。

相比直接觀測，凝結水的間接觀測研究則更為活躍。常用的方法包括Penman-Monteith 公式法、渦度相關法（EC）和波文比能量平衡法（BREB）等。Vermeulen等［18］使用EC法和Gerber PVM-100（微粒體積監(jiān)測器）在荷蘭測量了針葉林的凝結水；Moro等［19］用渦度相關法估算了西班牙東南部半干旱環(huán)境下的河床凝結水，Hao等［20］也采用渦度相關法，評估了塔克拉瑪干沙漠胡楊林的水通量和能量平衡；Lekouch等［21］更進一步，利用試驗點的環(huán)境溫度、相對濕度、風速和云量4個變量數(shù)據(jù)建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型對摩洛哥東南部干旱區(qū)的主要城市的凝結水量進行模擬，結果顯示氣象要素能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡模擬凝結水量。

干旱半干旱區(qū)面積約占全球陸地總面積的41%［22］，該區(qū)域下墊面特殊的水熱交換特征使其對人類活動和氣候變化更為敏感［23］。凝結水作為干旱半干旱區(qū)相對穩(wěn)定的水分來源，其重要性和價值可能超過短暫的降雨過程［24］。Jia等［25］在寧夏沙坡頭騰格里沙漠的研究結果顯示，不同類型土壤結皮的凝結水量在研究時段6月24日至10月23日間，有83 d觀測到凝結水，觀測期間凝結水總量為7.22 ～11.13 mm，在此期間測得降雨量63 mm，凝結水量能夠占降雨量的11.46%～17.67%；新疆準噶爾盆地古爾班通古特沙漠不同類型結皮表面凝結水量觀測顯示［24］，5月份的累積量為1～1.56 mm，9月為1.14 ～2.23 mm，10月則為3.22 ～4.51 mm，區(qū)域平均年降水量約為79.5 mm；Kidron等［10］在以色列的納蓋夫沙漠于1987年至1989年的研究顯示日凝結水量為0.07 ～0.31 mm，平均日持續(xù)時間為1.6 ～4.1 h，區(qū)域平均年降水量約為93 mm。這些研究進一步表明凝結水是干旱半干旱區(qū)水循環(huán)的重要組成部分，在生態(tài)水文過程中有著不容忽視的作用。

三要素水量平衡方程（P-R-E+dW=0）是表達水循環(huán)規(guī)律的最基本方程，當時段內(nèi)流域內(nèi)水資源總量處于相對平衡狀態(tài)（dW=0）時，蒸散發(fā)量等于降水量與徑流量之差，在面蒸散發(fā)量不能直接測量時被認為等式恒在。然而，隨著觀測技術的發(fā)展，小范圍面蒸散量通過蒸滲儀、渦度相關法等測量，大范圍面蒸散發(fā)量通過遙感反演后，三要素的水量平衡方程的“恒等”經(jīng)常“不等”，蒸散發(fā)量常常高于降水量與徑流量之差。Sammis 和Gay［26］利用蒸滲儀法測得干旱沙漠地區(qū)灌木站點的蒸散發(fā)量為259 mm，利用水量平衡法測得植被蒸散發(fā)量和裸土蒸散發(fā)量為242 mm 和231 mm，研究時段內(nèi)降雨為234 mm，且區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)生可觀測的徑流。Malek 等［27］在半干旱區(qū)沙漠山谷中測得蒸散發(fā)為160 mm/a，降雨是該站點區(qū)域的唯一水來源為131mm/a，蒸散發(fā)量比降雨量高29 mm，凝結水觀測顯示約有14 mm 的凝結水參與水循環(huán)；在沙漠中的灌溉區(qū)測得蒸散發(fā)量、降雨量、灌溉量分別為1004 mm/a，320 mm/a，和595 mm/a，蒸散發(fā)量比降雨灌溉之和高89 mm，觀測顯示凝結水貢獻了其中約29 mm/a，其余部分來自微量降雨和地下水。Berkelhammer 等［28］在森林生態(tài)系統(tǒng)使用同位素方法對夜間水循環(huán)進行研究，結果顯示凝結水在夜間水循環(huán)中占據(jù)重要地位，約30%的夜晚觀測到凝結水。上述研究表明除觀測誤差如微量降雨以外，凝結水可能是“不等”現(xiàn)象的主要原因。

綜合上述蒸散發(fā)高于降水量與徑流量之差的研究以及列舉的干旱半干旱區(qū)凝結水觀測成果，結合本文對凝結水對水量平衡影響的探索研究，本文認為，干旱半干旱區(qū)水量平衡存在其特殊性，蒸散發(fā)量“經(jīng)常”大于降水量與徑流量（流出量-流入量）之差現(xiàn)象的可能原因是由于凝結水的存在且比重不容忽視，應考慮將凝結水顯式表達在水量平衡方程中，以便能夠更好地認識干旱區(qū)生態(tài)水文過程，有助于更恰當?shù)刂贫ㄋY源管理政策［29-30］。

本文利用黑河流域生態(tài)水文觀測網(wǎng)的渦度觀測數(shù)據(jù)，分析凝結水量以及與水量平衡的關系，旨在提出（1）黑河流域凝結水量水平；（2）不同下墊面凝結水量與凝結時間特征；（3）凝結水在水量平衡中占據(jù)的比重；（4）考慮凝結水的水量平衡方案。

2 數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源研究區(qū)位于中國西部河西走廊中段的黑河流域。數(shù)據(jù)來源于國家自然科學基金委員會“黑河計劃數(shù)據(jù)管理中心”（http：//www.heihedata.org）［31-32］的黑河流域水文氣象觀測網(wǎng)站點，包括阿柔站、大沙龍站、大滿站、花寨子站、荒漠站、混合林站、濕地站、四道橋站、埡口站以及“黑河生態(tài)水文遙感試驗”的水文氣象網(wǎng)為流域的模型研究提供的驗證數(shù)據(jù)［33］。黑河流域水文氣象觀測網(wǎng)覆蓋黑河流域的上、中、下游，對黑河流域人類活動較密集的區(qū)域具有良好的代表性。

研究區(qū)位置、觀測站點分布見圖1及表1。

表1 渦度相關法觀測站點及站點信息

圖1 研究區(qū)域高程與觀測站點分布

渦度相關儀的原始觀測數(shù)據(jù)為10 Hz，利用三維超聲風速溫度儀觀測風速、風向和超聲虛溫，CO2/H2O紅外氣體分析儀觀測CO2和水汽濃度。采用Eddypro軟件通過野點剔除、延時校正、坐標旋轉、頻響修正、超聲虛溫修正以及水汽和CO2通量的空氣密度脈動影響校正（WPL）修正等［34］，生成30 min的顯熱通量、潛熱通量、CO2通量等數(shù)據(jù)。水文氣象觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)集的發(fā)布者對各通量值進行質(zhì)量評價，主要是大氣平穩(wěn)性和湍流相似性特征的檢驗，以及輸出通量值的質(zhì)量控制。

2.2 凝結水計算本文的凝結水觀測采用渦度相關法（Eddy Covariance Technique，EC）。EC 是由Swinbank于1951年提出的一種微氣象學測量方法，其通過測量湍流脈動值計算大氣與下墊面之間的物質(zhì)與能量交換［35］，是一種直接測定通量的標準方法。本研究將潛熱通量的負值作為凝結水觀測值。

渦度相關法能夠在相對大的區(qū)域上測量地表能量通量的變化。日間，渦度相關法測得的潛熱通量為正值（向上），一般歸因于蒸散發(fā)，地表水汽通過蒸發(fā)作用進入大氣；夜間，渦度相關法測得的潛熱通量有時是負值（向下），則可歸因于凝結水，這是由于空氣中的水汽在冷凝作用下凝結，從而產(chǎn)生向下的潛熱通量［19］。利用能量平衡和渦度協(xié)方差技術，將可測得的潛熱通量晝夜變化用于估計凝結水量。

根據(jù)渦度相關法，某一物理變量C（如CO2或水汽）的垂直通量F可通過式（1）計算［36］：

式中：w為垂直風速；ρa為空氣密度，kg/m3；x為C的濃度，為C在空氣中密度與空氣密度之比。根據(jù)Reynolds 分解［37］，可得到其中表示空氣密度、垂直風速和物理變量濃度的平均值，ρ′a、w′和x′表示空氣密度、垂直風速和物理變量x濃度的脈動值。基于此可得到式（2）［38］：

依據(jù)上式，則顯熱通量（H），潛熱通量（LE）可分別表示為式（4）、式（5）［36］：

其中：Cp為濕空氣的定壓比熱容，Cp=1004.64()1+0.84q ，q 為比濕；Lv為汽化潛熱，Lv=(2.501-0.00237T )×106，單位為J/kg，T為氣溫；ρv為水汽絕對密度（kg/m3）；Ts為實際空氣的超聲虛溫。

渦度相關法觀測得到的潛熱通量往往存在缺失值，在應用前需對觀測數(shù)據(jù)進行插補。本研究中通量數(shù)據(jù)缺失值小于等于1.5 h的缺失數(shù)據(jù)使用線性內(nèi)插法插補，大于1.5 h且小于等于24 h使用平均晝夜變化法插補（mean diurnal variation method）［20，39-40］，大于24 h則視為無效數(shù)據(jù)不予使用。

3 結果與討論

3.1 凝結天數(shù)、歷時及水量根據(jù)上述方法，計算2016年黑河水文氣象觀測網(wǎng)站點的凝結水特征如表2所示。其中每日凝結時長表示在凝結水發(fā)生的天數(shù)中平均每日的凝結發(fā)生時長，凝結發(fā)生時長通過統(tǒng)計負值潛熱通量的時間長度確定。日均凝結水量通過凝結水總量與凝結水總天數(shù)計算得到。2016年總天數(shù)為366 d，但由于各站點缺測、漏測問題，導致具有完整24 h觀測數(shù)據(jù)的可用天數(shù)存在不同，因此表2中各站點的觀測總天數(shù)存在不同。

從表2可知，黑河流域的9個觀測站普遍觀測到凝結水。利用可用的觀測數(shù)據(jù)計算凝結水發(fā)生天數(shù)占觀測天數(shù)的比例得到阿柔站100%的天數(shù)產(chǎn)生凝結，埡口站、大沙龍站、花寨子站、荒漠站和四道橋站有97% ～99.7%的天數(shù)產(chǎn)生凝結水，濕地站和混合林站凝結水發(fā)生比例分別為76.3%和75.6%。可以認為，該區(qū)域凝結現(xiàn)象普遍發(fā)生且頻繁發(fā)生。

計算產(chǎn)生凝結作用的日子里凝結的持續(xù)時間可知，荒漠站的每日凝結時長最長為每天10.2 h，考慮是因荒漠下墊面土壤含水量較低所致；濕地站每日凝結時長最短僅為1.3 h，考慮是因濕地站下墊面較為濕潤的緣故；其余站點的每日凝結時長在3.1 ～9.4 h不等。各站點觀測到的潛熱通量負值通常發(fā)生在傍晚至清晨，表明黑河流域的夜晚通常會有水汽通過凝結回到地表，形成夜間的水汽循環(huán)。比較凝結水發(fā)生的天數(shù)比例和每日凝結時長如圖2所示。從圖2可以看出，凝結水的發(fā)生比例與每日凝結時長存在一定關系，凝結水的每日凝結時長較高的站點如埡口站、大沙龍站、阿柔站、花寨子站、荒漠站和四道橋站，其凝結水發(fā)生的天數(shù)比例較高。兩者的相關性表明這些站點具有較高的凝結水發(fā)生頻率使得每日凝結時長和凝結水發(fā)生的天數(shù)比例均具有較高的水平。

表2 凝結水總量與持續(xù)時間統(tǒng)計

圖2 比較凝結水發(fā)生天數(shù)比例與每日凝結時長

與發(fā)生凝結的天數(shù)及每日時長一樣，凝結水總量及日均凝結水量在不同站點也是不同。凝結水量最大的是埡口站為24.66 mm，最小的是大滿站為6.33 mm，阿柔站和花寨子站為19.88 ～21.44 mm不等，而大沙龍站、濕地站、荒漠站、混合林站和四道橋站為6.68 ～16.06 mm不等。各站點具有不同的日均凝結水量，其中日均凝結水量最高的是四道橋站為0.0791 mm，埡口站日均凝結水僅次于四道橋站為0.0699 mm。最低的是大滿站為0.0225 mm，與凝結水總量的最低值站點一致。阿柔站和花寨子站為0.0551 ～0.0591 mm 不等，而大沙龍站、濕地站、荒漠站和混合林站為0.0353 ～0.0454 mm不等。凝結水速率通過日均凝結水量和每日凝結時長計算得到，表示發(fā)生凝結水的時段中每小時產(chǎn)生的凝結水量。凝結水速率在各站點間差異較小，凝結水速率最高為濕地站3.15×10-2mm/h，最低為荒漠站為0.40×10-2mm/h，其余站點凝結水速率在0.58×10-2～1.29×10-2mm/h不等。

3.2 凝結水量與降水及蒸散發(fā)量對比將9個站點渦度儀在可用觀測天數(shù)期間得到的潛熱通量正值作為蒸散發(fā)量，負值作為凝結水量，以及雨量計觀測的降雨量列在一起，并計算凝結水量與蒸散發(fā)量和降水量的比例列于表3。

由表3可知，蒸散發(fā)量最大的是濕地站為854.09 mm，蒸散發(fā)量最低的是荒漠站為51.42 mm。埡口站、大沙龍站、阿柔站、大滿站和混合林站的蒸散發(fā)量為420 ～730 mm不等，花寨子站和四道橋站的蒸散發(fā)總量分別為293.22 mm 和190.64 mm，處于較低的蒸散發(fā)水平。黑河流域降雨量差異較大，降雨量最高的是埡口站為462.0 mm，大沙龍站和阿柔站的降雨量為355 ～465 mm不等，荒漠站和四道橋站降雨量最少，分別為36.1 mm和11.7 mm。整體而言，站點降雨量具有隨站點高程的降低而減少的趨勢。對比降雨量和蒸散發(fā)量可知，除埡口站以外其余站點的蒸散發(fā)量均高于降水量。在蒸散發(fā)量高于降雨量的8個站點中，大沙龍站、阿柔站、大滿站、濕地站、混合林站和四道橋站均有良好的植被覆蓋，蒸散發(fā)量高于降雨量和凝結水量之和的原因是受到徑流補給。花寨子站下墊面為荒漠草原，同樣由于徑流補給使得蒸散發(fā)量高于降雨量與凝結水量之和。荒漠站的下墊面為荒漠，極端干旱且無灌溉活動和地表水補給通道，這一站點蒸散發(fā)量高于降雨量的情況與本文提出的“蒸散發(fā)量大于降水量與徑流量之差現(xiàn)象”相符。

表3 黑河生態(tài)水文觀測站網(wǎng)站點2016年凝結水量、蒸散發(fā)量及降水量對比

凝結水量占蒸散發(fā)總量之比平均為6.62%，其中荒漠站凝結水與蒸散發(fā)之比最高為28.82%，濕地站凝結水與蒸散發(fā)之比最低為0.78%。埡口站、阿柔站、花寨子站和四道橋站的凝結水占蒸散發(fā)比例為4%～9%不等，大沙龍站、大滿站和混合林站的凝結水與蒸散發(fā)比為1%～2.3%不等，可知不同下墊面凝結水與蒸散發(fā)之比差別較大。由于干旱半干旱區(qū)荒漠覆蓋面積大，荒漠站凝結水與蒸散發(fā)之比最高，因此凝結水對干旱半干旱區(qū)的重要性不可忽視。

凝結水與降雨總量之比平均為27.03%，其中四道橋站凝結水與降雨量之比最高為137.28%，凝結水超過降雨在可用觀測時段期間成為主要的水來源；荒漠站次之為41.05%，凝結水與降雨量之比最低的是大沙龍站為3.14%。花寨子站、混合林站和濕地站凝結水占降雨量之比為10%～20%不等，埡口站、阿柔站和大滿站的凝結水占降雨量之比為4%～7%。整體而言，凝結水占降雨量比例具有隨高程降低而增大的趨勢。凝結水是黑河下游不可忽視的水來源。由此可知，當水量平衡忽略凝結水時，由于缺少凝結水的水量輸入，水量平衡中的水量輸入項較實際情況少，可能會出現(xiàn)蒸散發(fā)量高于降水量與徑流量之差的現(xiàn)象。

3.3 凝結水量與水量平衡方程閉合度上述數(shù)據(jù)與分析表明，凝結水在干旱區(qū)水循環(huán)要素中的比例并不很低，在有些下墊面情況下甚至很大，應在水量平衡方程中顯式表達。

一個區(qū)域的水量平衡方程的一般形式可以表述為：

式中Win、Wout、ΔS 分別為計算區(qū)域的入流量、出流量和儲量變化值。

不同尺度、不同區(qū)域的水量平衡計算公式通常有不同變型。對于閉合流域且無跨流域調(diào)水時，水量平衡公式為：

流域的入流量為降水量P，出流量為垂向蒸散發(fā)量ET 及橫向地表水及地下水出流量之和R，儲存量的變化為土壤水、地表水、地下水的儲量變化之和ΔS［41］。儲存量中，地表水儲量可以通過對水位和地形的觀測得到，土壤水和地下水儲量既可以通過埋設土壤墑情傳感器和地下水觀測網(wǎng)進行點尺度觀測，也可以通過遙感衛(wèi)星進行面尺度觀測［42］。但由于地表徑流觀測的難度，以及土壤墑情傳感器和地下水點尺度觀測存在的誤差，對儲存量的精確估算往往存在難度。而長時間尺度上，流域的總儲水量通常變化不大，可將儲存量視為趨近于0［43］。以上水量平衡公式是水資源評價的基本出發(fā)點。

在計入凝結水量后，水量平衡要素增加為4項，水量平衡方程變?yōu)椋?/p>

式中N為凝結水量，單位mm。

本文計算了9個站點的降雨量、蒸散發(fā)量、凝結水量。其中，荒漠站最為典型。荒漠站位于內(nèi)蒙古額濟納旗，下墊面是荒漠，自2015年4月開始觀測至今。該站觀測范圍內(nèi)，無地表徑流補給，地表產(chǎn)流及地下徑流較少，所在區(qū)域土壤水、地表水和地下水的儲量總量也較小，水循環(huán)過程主要是降雨、蒸發(fā)、凝結。

在研究時段內(nèi)，荒漠站降雨量P 為36.1 mm，蒸散發(fā)量ET 為51.42 mm，根據(jù)傳統(tǒng)水量平衡公式，計算可得R+ΔS為-15.32 mm。這一結果表明荒漠站所在區(qū)域受地表水、地下水、儲量的補給為15.32 mm。但該站地處干旱區(qū)，降水量稀少，下墊面為荒漠，無灌溉活動，無地表水補給通道，因此這一結果存在明顯的誤差。

考慮新的水量平衡方程，將荒漠站凝結水量14.82 mm代入方程，計算可得R+ΔS僅為-0.5 mm，平衡關系基本成立，與該地區(qū)極端干旱狀況相符。此外，由于干旱半干旱區(qū)降雨易產(chǎn)生觀測誤差，同時渦度相關法觀測得到的蒸散發(fā)及凝結水量同樣存在觀測誤差，因此-0.5 mm的R+ΔS值可認為是誤差、地表地下徑流、以及儲量變化的總和。綜合誤差因素、當?shù)貧夂蛞蛩兀@一結果與實際情況更為相符。

對比前后兩項水量平衡公式可知，傳統(tǒng)的水量平衡公式未考慮凝結水因素，因此由于凝結作用導致的計算誤差都被考慮在R+ΔS 中，在凝結作用活躍的區(qū)域會錯誤估計地表地下水徑流和儲量變化，這一誤差取決于凝結水量在總水資源量中占據(jù)的比重。而研究中存在的蒸散發(fā)高于降水量的狀況，其中的部分原因也是由于通過蒸散發(fā)從地表進入大氣的水汽在凝結作用下回到地表，使得這部分水資源量的計算出現(xiàn)誤差。新水量平衡解決了凝結水導致的誤差，有效提高水量平衡方程閉合度。3.4 凝結水估算的不確定性及能量閉合度分析 諸多研究表明能量不閉合問題在渦度相關法觀測中普遍存在，顯熱通量與潛熱通量之和（H+LE）通常低于可用能量（Rn-G）［44］，也有研究指出基于渦度相關法的凝結水量估算誤差問題，半小時尺度的凝結水量估算誤差要高于日尺度和月尺度的誤差水平［19］。能量閉合度的測定可通過（H+LE）與（Rn-G）的線性回歸進行評價［31，45］，各站點半小時尺度的（H+LE）與（Rn-G）線性擬合如圖3。

圖3 各站點2016年可用觀測天數(shù)期間的渦度相關法能量閉合程度

圖3的斜率代表能量閉合度水平。各站點能量閉合度平均為0.69，最大值為混合林站0.93，最小值為埡口站0.44，花寨子站、濕地站和四道橋站的能量閉合度為0.70至0.77不等，大沙龍站、阿柔站、大滿站和荒漠站的能量閉合度為0.62至0.67不等。可見，研究區(qū)域的渦度觀測也存在能量不閉合問題。其影響因素多種多樣，如有研究認為風速對凝結水的形成有影響，微風有利于凝結水的形成，較大風速則不利于水分凝結［2，46-47］，而在微風的夜晚渦度相關法會因能量不閉合問題而低估潛熱通量［40］，導致凝結水被低估。根據(jù)這一點，本文估算的凝結水量或低于實際凝結水量，能量閉合度0.69相應的凝結水低估值占（Rn-G）的比例在0%至31%之間，進一步說明凝結水在水量平衡中不可忽視，后續(xù)研究需要更高精確度的凝結水量觀測與估算。

此外，本研究直接使用渦度相關法觀測得到的潛熱通量負值計算凝結水量，但在實際觀測中其仍可進一步細分為3部分：（1）溫度低于露點溫度時氣態(tài)水在地面表層凝結；（2）氣態(tài)水在植被表面凝結；（3）氣態(tài)水進入土壤，在土壤顆粒表面變?yōu)橐簯B(tài)水［20］。凝結水觀測方法，例如渦度相關法、蒸滲儀法，通常同時觀測這3部分的總和。后續(xù)研究可根據(jù)露點溫度和土壤中凝結的發(fā)生條件，對凝結水的3部分進行細分，分別研究3者在水量平衡中的地位。

4 結論

凝結水是干旱半干旱區(qū)的重要水來源之一，凝結作用是蒸散發(fā)的逆向運動，在干旱半干旱區(qū)忽視凝結水可能導致較大的水量平衡計算誤差。為此，本文利用渦度相關法觀測凝結水量，并提出考慮凝結水的水量平衡方程，主要得出以下結論：（1）黑河流域的9 個觀測站普遍在夜間觀測到凝結水，埡口站、大沙龍站、阿柔站、花寨子站、荒漠站和四道橋站均具有97%以上的天數(shù)觀測到凝結水，凝結水作用在以上站點頻繁發(fā)生，黑河流域具有普遍且頻繁的凝結作用。每日凝結時長最高的是荒漠站為10.2 h，而最低的是濕地站為1.3 h。（2）2016年凝結水總量在不同站點差距較大，凝結水量最大的是埡口站為24.66 mm，最小的是大滿站為6.33 mm，阿柔站、花寨子站為19.88 ～21.44 mm不等，而大沙龍站、濕地站、荒漠站、混合林站和四道橋站為6.68 ～16.06 mm不等。對日均凝結水于每日凝結時長分析得知，日均凝結水是對凝結水總量的主要影響因素。能量不閉合分析可知渦度相關法估算得到的凝結水量可能低于實際凝結水量，凝結水量在水量平衡中的地位不可忽視。（3）凝結水量占蒸散發(fā)總量之比平均為6.62%，比例最高的是荒漠站為28.82%，比例最低的是濕地站為0.78%。埡口站、阿柔站、花寨子站和四道橋站的凝結水占蒸散發(fā)比例為4%～9%不等，大沙龍站、大滿站和混合林站的凝結水與蒸散發(fā)比為1%～2.3%不等。凝結水與降雨總量之比平均為27.03%，其中四道橋站凝結水與降雨量之比最高為137.28%，荒漠站次之為41.05%，比例最低的是大沙龍站為3.14%。花寨子站、混合林站和濕地站，凝結水占降雨量比例為10%～20%不等，其余站點比例為4%～7%。整體而言，凝結水占降雨量比例具有隨高程降低而增大的趨勢。（4）考慮凝結水的水量平衡方程包含降水項、蒸散發(fā)項、凝結水項、徑流項、儲量變化項，通過五項變量表征干旱半干旱區(qū)的水循環(huán)。在多年平均的尺度上，當流域的總儲水量變化不大，可概括為四要素的水量平衡方程，即P+N-ET-R=0。荒漠站的應用表明新水量平衡方程與實際更為相符。新的水量平衡方程充分考慮了從地表進入大氣后再次回到地表的水量，減少凝結水導致的閉合度誤差，從而有效提高了水量平衡方程的精確度。