阿勒泰地区水文站E-601型与Φ20型蒸发皿蒸发转换系数探讨

阿依登别克·木拉提别克

(阿勒泰水文勘测局，新疆 阿勒泰 836599)

0 引 言

新疆阿勒泰地区的群库勒水文站在1956年建站，群库勒水文站是额尔齐斯河一级支流布尔津河干流主要控制站点，站点所在流域在阿尔泰山脉及准格尔盆地的的西南和北沿区域[1]。流域气候属于典型的温带大陆寒冷区，由于距离海洋较远，水汽补充来源稀少，受气候影响，区域冬季寒冷干燥，夏季温度较高，年日昼夜温度差较大，基于较高的蒸发能力，流域多年蒸发量在1700mm左右[2]。流域蒸发存在明显的季节变化特征，夏季蒸发量较大，占全年总蒸发量的比例在75.6%-88.9%之间，冬季蒸发量较低，占全年的蒸发量的比例在39.6%-24.3%之间[3]。流域连续4月蒸发量集中在5-8月份，这一阶段蒸发占总蒸发量的比例为54.3%-68.9%之间[4]。在自然界中水循环的重要的环节为蒸发，勒水文站同时安装了E-601型与Φ20型蒸发皿进行水面蒸发的观测，根据全国其他水文站点两种蒸发皿的同比观测试验结果[5-10]，E-601型蒸发皿的稳定性和代表性都要好于Φ20型蒸发皿，尤其是E-601型在北方寒冷地区得到了较为充分的应用，其冰期水面蒸发观测效果要好于Φ20型蒸发皿。为保持蒸发数据系列的一致性，许多流域已开展两种蒸发皿观测仪器的同步试验[11-15]，探讨两种仪器蒸发折算系数。群库勒水文站从2006年开始同步观测E-601型与Φ20型蒸发皿，为将Φ20型蒸发皿观测的长序列蒸发数据折算到E-601型蒸发皿蒸发量，需要对转换系数进行确定。为此文章结合两种蒸发皿近10年的同步观测数据，对群库勒水文站不同蒸发皿观测的蒸发量转换系数进行了确定。

1 资料概况

结合群库勒水文站近10年的Φ20型蒸发皿以及E-601型蒸发皿同步观测数据。参照国家《水面蒸发观测规范》 (SD265-88)的要求，在夏季每日8时进行同步观测。进入冬季后，E-601型蒸发皿从稳定的封冻时间到冰层融化阶段，间接进行一次两种蒸发皿的同步观测，Φ20型蒸发皿需要每天都进行同步观测。稳定封冻阶段的E-601型蒸发皿蒸发总量E按照以下方程进行计算：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：h、h为封冻前最后一次次及封冻后首次蒸发皿观测的水面高度，mm；h取、h加对应封冻期间增加和减少的水面高度，mm；P为整个封冻时期的降水量，mm。稳定封冻期间E-601型冰面蒸发量的计算方程为：

E日=E总/结冰期日数

(2)

式中：E日为观测的日蒸发值，mm；E总为总的观测蒸发值，mm。在稳定封冻期E-601型观测时间未出现在月末或月初时段，可对当月观测的蒸发量进行开始阶段的插补以及结束时间蒸发合并，再和E-601型蒸发皿观测的日蒸发数据进行相加得到月蒸发数据。

2 两种蒸发皿蒸发时程分配及折算系数

2.1 两种蒸发皿时程分配及折算系数计算结果

统计了不同蒸发皿的时程分配值和同步观测年份的蒸发值，对其折算系数进行分析，其中不同蒸发皿时程分配结果和各月份的蒸发折算系数结果见表1，同步观测年份的蒸发皿蒸发结果见表2。

表1 群库勒水文站不同蒸发皿的时程分配及折算系数计算结果

表2 群库勒水文站不同蒸发皿的历年蒸发统计值

从群库勒水文站的E-601型与Φ20型蒸发皿逐月蒸发同步对比观测结果可看出，各蒸发皿蒸发观测数据序列具有同步性，蒸发最高值主要集中在6-8月份，其中7月份的蒸发量最大，E-601与Φ20型蒸发皿观测的蒸发最高值和最低值的比值分别为6.79和10.35。在冰期11-3月份，由于E-601型Φ20型蒸发皿冰期观测蒸发量的稳定性差异的原因，各蒸发皿观测蒸发存在明显的差异度，而进入非冰期的4-10月份，外界气温条件对于各蒸发皿影响度降低，使得两种蒸发皿观测的蒸发差异度降低。从两种蒸发皿同步观测的年蒸发对比结果可看出，群库勒水文站的E-601型各年份蒸发值变幅均值低于-20 mm ，而Φ20型蒸发皿观测的年蒸发值变幅均值高于-30mm。两种蒸发皿在冰期、非冰期以及全年的折算系数为0.61，基于该转换系数将Φ20型蒸发皿观测的蒸发年值进行转换得到E-601型蒸发皿观测的多年蒸发均值为790.76mm，与E-601型蒸发皿观测的年蒸发均值795.42mm之间相差4.66mm，同步观测数据系列较短使得转换后的蒸发值和实测之间产生差值，其次Φ20型作为一种小型蒸发皿其和实际水面蒸发之间存在一定的差距，而E-601型蒸发皿观测的蒸发值和实际水面蒸发吻合度更高，因此两者之间产生一定的转换误差。

2.2 两种蒸发皿相关性分析结果

结合群库勒水文站的E-601型与Φ20型蒸发皿逐月蒸发同步对比观测，对不同蒸发皿各月份下的蒸发观测值相关系数进行统计分析，结果如表3所示。

表3 群库勒水文站两种蒸发皿的相关系数分析结果

从不同月份群库勒水文站的E-601型与Φ20型蒸发皿逐月蒸发的相关性分析结果可看出，两种蒸发皿蒸发观测值具有较好的相关性，相关系数总体可在0.5以上，非冰期4-10月份两种蒸发皿观测值相关系数总体要高于冰期3-11月份的相关系数值，这主要是因为冰期小型Φ20蒸发皿受外界气温影响，稳定性要低于E-601型蒸发皿使得其相关系数有所降低，而在非冰期，随着群库勒水文站观测的水面蒸发量的增加，有效降低了两种蒸发皿观测的误差，使得其相关系数得到相应的提高。此外两种蒸发皿观测具有较好的同步性，即E-601型蒸发皿观测值偏大的时期，Φ20型观测值也对应有所偏大，但E-601型蒸发皿观测稳定性总体要好于Φ20型蒸发皿。

3 对比结论

1)通过同步对比观测，E-601型与Φ20型蒸发皿在群库勒水文站具有较好的同步性和相关性，冰期和非冰期其蒸发转换系数为0.61，按照水面观测规范SD-265-88要求，该转换系数可用于群库勒水文站蒸发转换和延长计算。

2)在实际蒸发转换过程中，转换后的蒸发值和实际蒸发值之间存在一定的差异，这种差异主要受通过观测序列较短，不同蒸发皿蒸发观测值和实际水面蒸发差异对不同原因所致，随着同步蒸发观测数据系列的增多，可有效降低误差。