阿勒泰地區水文站E-601型與Φ20型蒸發皿蒸發轉換系數分析

哈那提·阿布力哈孜

(新疆阿勒泰水文勘測局，新疆 阿勒泰 836500)

蒸發皿主要用于水文站水面蒸發量觀測，新疆地區水面蒸發量觀測主要通過E-601型蒸發皿和Φ20型蒸發皿(口徑為20 cm)進行觀測。不同型號蒸發皿其觀測用途有所差異，Φ20型的蒸發皿主要用于長時間水面蒸發量的連續觀測，但不能對區域實際蒸發量進行有效觀測[1]。E-601型蒸發皿主要用于大型河流以及水庫水面蒸發量的觀測，但具有較短的觀測時間序列[2-3]。近些年來，對于E-601型蒸發皿和Φ20型的蒸發皿蒸發轉換系數的研究取得一定成果[4-6]，通過研究表明不同型號蒸發皿需要結合區域實際蒸發量進行測算，不同區域由于氣候類型不同使得其蒸發轉換系數差異性較大。當前，氣候變化對于阿勒泰地區水循環產生不同程度的影響[7-9]，亟須對流域水循環尤其是蒸發量變化特征進行分析，考慮蒸發數據的一致性，需要對阿勒泰地區不同蒸發皿進行轉換系數的測定。為此選取阿勒泰地區兩處水文站不同型號蒸發皿觀測資料，對其轉換系數分析。該成果對于阿勒泰地區蒸發量變化特征研究及水資源分析具有參考價值。

1 資料概況

選取阿勒泰地區兩處水文站進行分析，結合各站點近20年不同蒸發皿觀測資料序列對其不同型號蒸發皿轉換系數進行測算。夏季按照《水面蒸發觀測規范》(SD 265—1988)的要求不同型號蒸發皿同步觀測的時間為每日8時，E-601型蒸發皿在冬季時一次有效蒸發觀測的時間為封凍穩定期到冰層融化期，Φ20型蒸發皿同步觀測的時段為每日。E-601型蒸發皿在穩定封凍階段的蒸發總量計算公式如式(1)：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：E前為E-601型蒸發皿在穩定封凍階段的蒸發總量，mm；h前、h后分別為封凍前、封凍后蒸發皿觀測的水面高度，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型蒸發皿在穩定封凍期的蒸發量計算，如式(2)：

E日=E總/T

(2)

式中：E日為蒸發皿觀測的蒸發日值，mm/d；E總為蒸發皿蒸發觀測總量，mm；T為結冰期天數，d。

2 實例應用

2.1 區域概況

選取阿勒泰地區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典型氣候，降水量年均值在130～220 mm之間，蒸發量較大。夏季蒸發量較大，冬季蒸發量相對較少，夏季蒸發量可占全年蒸發量的比重超過50%，春季和秋季蒸發量要高于冬季蒸發量。阿勒泰地區水文站蒸發皿觀測型號分別為E-601型蒸發皿和Φ20型的蒸發皿，其Φ20型的蒸發皿數據系列長度要短于E-601型蒸發皿，為保證蒸發皿數據資料的一致性，需要對Φ20型的蒸發皿和E-601型蒸發皿之間折算系數的分析，從而對Φ20型的蒸發皿蒸發數據進行轉換得到E-601型蒸發皿蒸發數據系列，從而得到E-601型蒸發皿的蒸發觀測數據系列，用于分析氣候變化影響下阿勒泰地區蒸發皿蒸發的變化特征。近些年來，阿勒泰地區蒸發受氣候變化較為明顯，相關分析成果表明阿勒泰地區水面蒸發呈現較為明顯的遞減變化，年代際水面蒸發數據遞減率為15.3 mm/10 a，從2000年后阿勒泰地區水面蒸發遞減趨勢要明顯高于2000年以前，氣溫是阿勒泰地區水面蒸發變化的主因。

2.2 不同蒸發皿時程分配及折算系數

對阿勒泰地區不同蒸發皿各月蒸發同步觀測值進行統計，并對其不同蒸發皿之間的折算系數進行計算，兩種蒸發皿各月蒸發折算系數計算結果見表1。此外對各站2013—2021年E-601型蒸發皿和Φ20型的蒸發皿觀測的蒸發量進行統計，結果見表2。

表1 阿勒泰地區不同蒸發皿折算系數分析結果

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

2.3 不同蒸發皿相關性分析

在不同蒸發皿蒸發折算系數分析的基礎上，為了進一步探討阿勒泰地區不同蒸發皿蒸發量觀測值之間的差異性，對阿勒泰地區2處水文站點E-601型和Φ20型蒸發皿的相關性進行統計，結果見表3。

表3 阿勒泰地區不同類型蒸發皿相關性統計結果

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

3 結 論

(1)阿勒泰地區兩處水文站E-601型和Φ20型蒸發皿均具有較好的相關性，相關系數在0.65以上，非冰期相關系數要好于冰期，由于阿勒泰地區蒸發量較大，降低了E-601型蒸發皿和Φ20型的蒸發皿之間的差異性。

(2)對于阿勒泰地區而言，為保持蒸發皿觀測數據的一致性，可非時間段對不同蒸發皿之間進行轉換計算，在冰期(11月—次年3月)蒸發皿轉換系數可在0.61～0.62進行取值，而非冰期(4—10月)轉換系數0.66～0.67進行取值。

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