阿勒泰地区水文站E-601型与Φ20型蒸发皿蒸发转换系数分析

哈那提·阿布力哈孜

(新疆阿勒泰水文勘测局，新疆 阿勒泰 836500)

蒸发皿主要用于水文站水面蒸发量观测，新疆地区水面蒸发量观测主要通过E-601型蒸发皿和Φ20型蒸发皿(口径为20 cm)进行观测。不同型号蒸发皿其观测用途有所差异，Φ20型的蒸发皿主要用于长时间水面蒸发量的连续观测，但不能对区域实际蒸发量进行有效观测[1]。E-601型蒸发皿主要用于大型河流以及水库水面蒸发量的观测，但具有较短的观测时间序列[2-3]。近些年来，对于E-601型蒸发皿和Φ20型的蒸发皿蒸发转换系数的研究取得一定成果[4-6]，通过研究表明不同型号蒸发皿需要结合区域实际蒸发量进行测算，不同区域由于气候类型不同使得其蒸发转换系数差异性较大。当前，气候变化对于阿勒泰地区水循环产生不同程度的影响[7-9]，亟须对流域水循环尤其是蒸发量变化特征进行分析，考虑蒸发数据的一致性，需要对阿勒泰地区不同蒸发皿进行转换系数的测定。为此选取阿勒泰地区两处水文站不同型号蒸发皿观测资料，对其转换系数分析。该成果对于阿勒泰地区蒸发量变化特征研究及水资源分析具有参考价值。

1 资料概况

选取阿勒泰地区两处水文站进行分析，结合各站点近20年不同蒸发皿观测资料序列对其不同型号蒸发皿转换系数进行测算。夏季按照《水面蒸发观测规范》(SD 265—1988)的要求不同型号蒸发皿同步观测的时间为每日8时，E-601型蒸发皿在冬季时一次有效蒸发观测的时间为封冻稳定期到冰层融化期，Φ20型蒸发皿同步观测的时段为每日。E-601型蒸发皿在稳定封冻阶段的蒸发总量计算公式如式(1)：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：E前为E-601型蒸发皿在稳定封冻阶段的蒸发总量，mm；h前、h后分别为封冻前、封冻后蒸发皿观测的水面高度，mm；h取、h加分别为封冻前、封冻后水面中高度变化，mm；P为封冻期降水总量，mm。E-601型蒸发皿在稳定封冻期的蒸发量计算，如式(2)：

E日=E总/T

(2)

式中：E日为蒸发皿观测的蒸发日值，mm/d；E总为蒸发皿蒸发观测总量，mm；T为结冰期天数，d。

2 实例应用

2.1 区域概况

选取阿勒泰地区两处水文观测站为具体实例，阿勒泰位于新疆的北部，夏季干燥少雨，冬季气候较为寒冷，温带大陆性寒冷气候为阿勒泰地区典型气候，降水量年均值在130～220 mm之间，蒸发量较大。夏季蒸发量较大，冬季蒸发量相对较少，夏季蒸发量可占全年蒸发量的比重超过50%，春季和秋季蒸发量要高于冬季蒸发量。阿勒泰地区水文站蒸发皿观测型号分别为E-601型蒸发皿和Φ20型的蒸发皿，其Φ20型的蒸发皿数据系列长度要短于E-601型蒸发皿，为保证蒸发皿数据资料的一致性，需要对Φ20型的蒸发皿和E-601型蒸发皿之间折算系数的分析，从而对Φ20型的蒸发皿蒸发数据进行转换得到E-601型蒸发皿蒸发数据系列，从而得到E-601型蒸发皿的蒸发观测数据系列，用于分析气候变化影响下阿勒泰地区蒸发皿蒸发的变化特征。近些年来，阿勒泰地区蒸发受气候变化较为明显，相关分析成果表明阿勒泰地区水面蒸发呈现较为明显的递减变化，年代际水面蒸发数据递减率为15.3 mm/10 a，从2000年后阿勒泰地区水面蒸发递减趋势要明显高于2000年以前，气温是阿勒泰地区水面蒸发变化的主因。

2.2 不同蒸发皿时程分配及折算系数

对阿勒泰地区不同蒸发皿各月蒸发同步观测值进行统计，并对其不同蒸发皿之间的折算系数进行计算，两种蒸发皿各月蒸发折算系数计算结果见表1。此外对各站2013—2021年E-601型蒸发皿和Φ20型的蒸发皿观测的蒸发量进行统计，结果见表2。

表1 阿勒泰地区不同蒸发皿折算系数分析结果

从阿勒泰地区2个水文站不同蒸发皿时程分配可看出，非冰期4—10月蒸发量占全年蒸发量比重在85%～90%之间，冰期11月—次年3月蒸发比重较低。各蒸发皿观测的蒸发量最高值均集中在5月，12月为各蒸发皿蒸发观测最低值。E-601型和Φ20型两种类型蒸发皿最大蒸发量和最小蒸发量比值分别为6.87和10.75，此外非冰期两种型号蒸发皿之间的差异相对较低。从不同蒸发皿各年度蒸发量观测统计数据可看出，E-601型和Φ20型两种类型蒸发皿观测的蒸发量年值平均变幅分别为-17.5 mm和-29.8 mm，阿勒泰地区年尺度水面蒸发量总体呈现递减变化。阿勒泰地区在冰期(11月—次年3月)蒸发皿转换系数分别为0.66和0.68，而在非冰期(4—10月)转换系数分别为0.63和0.65，年蒸发皿转换系数为0.64和0.66。采用该系数转换的E-601型和Φ20型两种类型蒸发量均值存在一定的差异，这主要是因为同步观测数据系列相对较少，使得Φ20型小型蒸发皿蒸发量观测值和实际水面蒸发量有所差异，而E-601主要观测大型水面蒸发量因此其和水面实际蒸发量差异相对较小。

2.3 不同蒸发皿相关性分析

在不同蒸发皿蒸发折算系数分析的基础上，为了进一步探讨阿勒泰地区不同蒸发皿蒸发量观测值之间的差异性，对阿勒泰地区2处水文站点E-601型和Φ20型蒸发皿的相关性进行统计，结果见表3。

表3 阿勒泰地区不同类型蒸发皿相关性统计结果

从阿勒泰地区不同类型蒸发皿相关性统计结果可看出，2处水文站E-601型和Φ20型蒸发皿均具有较好的相关性，相关系数均在0.65以上，此外非冰期相关系数要好于冰期，20 cm口径的蒸发皿主要用于长时间水面蒸发量的连续观测，观测的水面蒸发量总体要高于实际水面蒸发量，E-601型蒸发皿主要用于大型河流以及水库水面蒸发量的观测，因此E-601型蒸发皿受外界因素干扰相对较大，使得其水面蒸发量测定数据总体小于实际水面蒸发量，但由于阿勒泰地区蒸发量较大，年均值在1370～2070 mm之间，由于蒸发量较大降低了E-601型蒸发皿和Φ20型的蒸发皿之间的差异性，使得其不同月份各观测样本数据系列下的相关系数均较高。因此对于阿勒泰地区而言，为保持蒸发皿观测数据的一致性，可非时间段对不同蒸发皿之间进行转换计算，在冰期(11月—次年3月)蒸发皿转换系数可在0.61～0.62进行取值，而非冰期(4—10月)转换系数0.66～0.67进行取值，通过不同时间段蒸发皿观测数据的转换，即可保证整个蒸发皿观测数据系列的一致性。

3 结 论

(1)阿勒泰地区两处水文站E-601型和Φ20型蒸发皿均具有较好的相关性，相关系数在0.65以上，非冰期相关系数要好于冰期，由于阿勒泰地区蒸发量较大，降低了E-601型蒸发皿和Φ20型的蒸发皿之间的差异性。

(2)对于阿勒泰地区而言，为保持蒸发皿观测数据的一致性，可非时间段对不同蒸发皿之间进行转换计算，在冰期(11月—次年3月)蒸发皿转换系数可在0.61～0.62进行取值，而非冰期(4—10月)转换系数0.66～0.67进行取值。

(3)E-601型和Φ20型蒸发皿受外界因素如降水影响较为明显，在后续的研究中还应重点针对不同类型蒸发皿蒸发观测精度的影响因素进行深入分析。