北方典型干旱半旱區E- 601型與Φ20型蒸發皿蒸發量的轉換系數分析

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大都位于北溫帶大陸性季風氣候區，年蒸發量大，對流域水循環產生較為明顯的影響，是流域水資源相對短缺的主要因素之一[1]。對于區域蒸發觀測分析有助于了解區域氣候變化對水循環的影響[2]。我國水文測站主要有兩種類型的蒸發皿，一種是20cm口徑的蒸發皿，另一種則為E- 601型蒸發皿，兩種蒸發皿都具有各自的優缺點，20cm口徑的蒸發皿又稱為Φ20型蒸發皿，其優點在于能進行長時間的連續觀測，缺點在于不能有效替代區域實際的蒸發量[3]。E- 601型蒸發皿的優點在于和湖泊、河流等水體的實際蒸發量較為接近，但缺點在于觀測的時間序列較短[4- 6]。近些年來，對于兩種蒸發皿蒸發轉換系數的研究已有不少[7- 15]，但在北方干旱半干旱區域的研究還較少，考慮水文資料一致性的問題，需對Φ20型蒸發皿和E- 601型蒸發皿蒸發量進行轉換。本文結合兩種型號蒸發皿同步觀測數據，得到其相應的蒸發轉換系數，結果對于北方典型干旱半干旱地區水文站流域蒸發量的統計具有參考價值。

1 資料概況

本文以北方典型干旱半干旱區兩個水文測站為具體實例，該水文站有近30年的Φ20型蒸發皿觀測數據和近8年以來E- 601型蒸發皿觀測數據。參照國家SD 265—1988《水面蒸發觀測規范》的要求，在夏季每日8時進行同步觀測。進入冬季后，E- 601型蒸發皿從穩定的封凍時間到冰層融化階段，間接進行一次兩種蒸發皿的同步觀測，Φ20型蒸發皿需要每天都進行同步觀測。穩定封凍階段的E- 601型蒸發皿蒸發總量E前按照以下方程進行計算：

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皿觀測的水面高度，mm；h取、h加—封凍期間增加和減少的水面高度，mm；P—整個封凍時期的降水量，mm。穩定封凍期間E- 601型冰面蒸發量的計算方程為：

E日=E總/結冰期日數

(2)

式中，E日—觀測的日蒸發值，mm；E總—總的觀測蒸發值，mm。在穩定封凍期E- 601型觀測時間未出現在月末或月初時段，可對當月觀測的蒸發量進行開始階段的插補以及結束時間蒸發合并，再和E- 601型蒸發皿觀測的日蒸發數據進行相加得到月蒸發數據。

兩種蒸發皿蒸發的折算系數計算方程為：

(3)

式中，K—兩種蒸發皿的轉換系數。

2 兩種蒸發皿蒸發時程分配及折算系數

2.1 兩種蒸發皿時程分配及折算系數計算結果

采用同步觀測的方式，對兩種蒸發皿觀測的蒸發進行分析，統計了不同蒸發皿的時程分配值和同步觀測年份的蒸發值，對其折算系數進行分析，其中兩個研究站點不同蒸發皿時程分配結果和各月份的蒸發折算系數結果見表1—2，同步觀測年份的蒸發皿蒸發結果見表3—4。此外對兩種蒸發皿蒸發時程分配及歷年蒸發變化過程進行對比分析，結果如圖1所示。

表1 1#水文站不同蒸發皿的時程分配及折算系數計算結果

表2 2#水文站不同蒸發皿的時程分配及折算系數計算結果

表3 1#站點不同蒸發皿的歷年蒸發統計值

表4 2#站點不同蒸發皿的歷年蒸發統計值

從圖1兩種蒸發皿時程分配結果可看出，兩個E- 601型觀測的蒸發最大值均出現在7月份，其最小值出現在2月份，而Φ20型蒸發觀測值最小值出現在1月份，E- 601型蒸發觀測的最大值和最小值的比值分別為8.99和13.6，而Φ20型蒸發觀測的最大值和最小值的比值分別為9.73和14.7，兩種蒸發皿類型在非冰期(4—10月)的蒸發觀測值差距較小。從兩種類型蒸發皿歷年蒸發變化可看出，各蒸發皿統計的年蒸發變化趨勢較為一致，E- 601型觀測的年蒸發平均變幅分別為-145.3和-20.2mm，而Φ20型觀測的年蒸發平均變幅為-97.7mm和-13.5mm。從表1兩種蒸發皿的逐月折算系數可知，研究站點同步觀測條件下，兩種蒸發皿的轉換系數K在冰期(3—11月份)轉換系數分別為0.63和0.61，而在非冰期(4—10)月的轉換系數分別為0.67和0.68，整個年份下站點蒸發皿轉換系數分別為0.66和0.67，采用該折算系數與站點Φ20型多年平均蒸發量進行相乘得到E- 601型蒸發皿觀測多年均值為發分別為1750.6mm和1819.3mm，與E- 601型實測觀測得到的同步觀測的平

圖1 各站點不同蒸發皿下的蒸發統計值

均蒸發量1719.3mm和1913.8分別相差31.3mm和94.5mm，這主要是因為同步觀測的數據系列較短，使得Φ20型這種小型蒸發皿觀測的蒸發和實際水面蒸發有所差距，而E- 601型和水面實際的蒸發量更為接近，使得產生了一定的誤差。

2.2 兩種蒸發皿相關性分析結果

采用同步觀測的方法對各月份兩種蒸發皿蒸發的相關性進行了分析，分析結果見表5—6。

表5 1#站點Φ20型蒸發皿的相關系數分析結果

表6 1#站點E- 601型蒸發皿的相關系數分析結果

從表中可看出，研究站點Φ20型和E- 601型兩種蒸發皿在各月份都具有較好的相關性，結合樣本相關性分析結果，相關系數均在0.6以上，且呈現較好的線性相關。因此通過每個月的折算系數與Φ20型蒸發皿觀測值進行相乘轉換即可保持水文數據的一致性。

3 結語

(1)北方典型干旱半干旱區Φ20型和E- 601型兩種蒸發轉換系數K在冰期(3—11月份)轉換系數在0.61～0.63之間，而在非冰期(4—10)月的轉換系數在0.67～0.68之間，整個年份下站點蒸發皿轉換系數在0.66～0.67之間。

(2)由于蒸發同步觀測的數據系列較短，使得Φ20型這種小型蒸發皿觀測的蒸發和實際水面蒸發有所差距，而E- 601型和水面實際的蒸發量更為接近，可產生了一定的誤差。

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