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一次蒸發(fā)“異?!钡某梢蚍治?/h1>
2017-08-30 01:34:33武平縣氣象局長(zhǎng)汀縣氣象局邱光敏羅
海峽科學(xué) 2017年6期
關(guān)鍵詞:異常蒸發(fā)量強(qiáng)降水

.武平縣氣象局 .長(zhǎng)汀縣氣象局 邱光敏羅 荻

一次蒸發(fā)“異?!钡某梢蚍治?/p>

1.武平縣氣象局 2.長(zhǎng)汀縣氣象局 邱光敏1羅 荻2

2014年8月29日下午,長(zhǎng)汀觀測(cè)站15~17時(shí)三個(gè)時(shí)次蒸發(fā)量因強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)“異?!?,當(dāng)班觀測(cè)員認(rèn)為這是由于下雨造成,故將該三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量按缺測(cè)處理。事后,我們對(duì)降水、氣溫、地溫、濕度、氣壓、日照和風(fēng)速等氣象要素進(jìn)行綜合分析,認(rèn)為該三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量偏大,主要由氣溫下降導(dǎo)致空氣中的飽和水汽壓小于蒸發(fā)桶內(nèi)水面的飽和水汽壓造成,應(yīng)按正常處理。

蒸發(fā) 異常 飽和水汽壓 風(fēng)速 成因分析

0 引言

根據(jù)上級(jí)業(yè)務(wù)部門要求,當(dāng)小時(shí)蒸發(fā)量因降水等原因大于0.7mm時(shí),該時(shí)次的蒸發(fā)量按缺測(cè)處理。2014年8月29日下午,長(zhǎng)汀觀測(cè)站15~17時(shí)三個(gè)時(shí)次的自動(dòng)站蒸發(fā)量因強(qiáng)對(duì)流天氣過后出現(xiàn)“異?!?,三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量分別為0.8、1.0、0.8mm,均大于規(guī)定缺測(cè)的處理值。該三個(gè)時(shí)次蒸發(fā)量與本站月統(tǒng)計(jì)值(經(jīng)統(tǒng)計(jì),除該三個(gè)時(shí)次外,本月平均時(shí)蒸發(fā)量為0.13mm,最大時(shí)蒸發(fā)量為0.6mm)比較,也明顯偏大。當(dāng)班觀測(cè)員認(rèn)為這是由于降水造成,故將該三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量按缺測(cè)處理,因此造成日蒸發(fā)量也缺測(cè)。事后我們經(jīng)過認(rèn)真分析,發(fā)現(xiàn)該三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量雖然偏大,貌似異常,但仍屬正常。

1 氣象實(shí)況

2014年8月29日下午,長(zhǎng)汀縣區(qū)域上空500hPa受副高控制,低層有弱輻合,長(zhǎng)汀觀測(cè)站出現(xiàn)了強(qiáng)雷電、短時(shí)強(qiáng)降水和大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。13:14開始出現(xiàn)雷暴;13:29分起開始下陣雨至18時(shí)10分,14~18時(shí)五個(gè)時(shí)次降水量分別達(dá)13.7、1.0、0.7、0.7和4.8mm,其中從13:41~14:00的20min內(nèi)降水量達(dá)13.5mm,最大分鐘降水量達(dá)2.1mm,出現(xiàn)在13:43;強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)時(shí),瞬時(shí)風(fēng)速突增、風(fēng)向突變,13:51瞬時(shí)極大風(fēng)速達(dá)16.6m/s(備份站極大風(fēng)速達(dá)22.5m/s,風(fēng)向?yàn)槲鳎彩浅霈F(xiàn)在13:51),風(fēng)向則由出現(xiàn)瞬時(shí)極大風(fēng)速前的東北風(fēng)突變?yōu)槲髂巷L(fēng),后又轉(zhuǎn)為東北風(fēng),其他氣象要素也發(fā)生了劇烈變化。

如圖1所示,氣溫從當(dāng)日13:18開始,在50min內(nèi)下降了10.4℃;相對(duì)濕度從13:18開始,在50min內(nèi)上升了36%(相對(duì)濕度增大主要是氣溫下降,飽和水汽壓小了以及空中較冷的雨滴降到熱烘烘的地面后產(chǎn)生蒸發(fā)引起的);氣壓從13:42開始,2h17min降低了2.0hPa;地表溫度(0cm地溫)從13:13開始,在40min內(nèi)降低了19.7 ℃;5~15cm淺層地溫也有一定程度的降溫,離地面越深,降溫出現(xiàn)的時(shí)間越滯后,降溫幅度越小。

圖1 2014年8月29日13~15時(shí)氣溫、地表溫度、相對(duì)濕度變化

2 蒸發(fā)“異?!钡某梢?/h2>

表1揭示較強(qiáng)降水出現(xiàn)在當(dāng)日13~14時(shí)內(nèi),而14時(shí)蒸發(fā)量只有0.5mm,說明13~14時(shí)的短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)13~14時(shí)的蒸發(fā)量影響(大雨滴擊打蒸發(fā)桶水面造成蒸發(fā)桶內(nèi)水濺出)不大[1],而15~17時(shí)三個(gè)時(shí)次的降水量不大,僅為1.0、0.7 和0.7mm,且強(qiáng)度不強(qiáng),最大每分鐘降水量只有0.1 mm(圖2)。

表1 14~18時(shí)蒸發(fā)、降水、日照時(shí)數(shù)

圖2 2014年8月29日13~17時(shí)逐時(shí)分鐘降水量

因此,該三個(gè)時(shí)次蒸發(fā)量偏大并非由短時(shí)強(qiáng)降水引起。而該三個(gè)時(shí)次的日照也僅為0.4、0.0和0.0h,排除了該三個(gè)時(shí)次蒸發(fā)量偏大由強(qiáng)日照引起的可能性。經(jīng)檢查也未發(fā)現(xiàn)動(dòng)物和人為等其他因素影響和蒸發(fā)桶出現(xiàn)破損造成漏水而導(dǎo)致蒸發(fā)量偏大的情況,該三個(gè)時(shí)次蒸發(fā)量偏大究竟是如何產(chǎn)生的?

根據(jù)馬格努斯經(jīng)驗(yàn)公式(1)和道爾頓蒸發(fā)公式(2):

式中E為水面飽和水汽壓;E0為溫度為0℃時(shí)飽和水汽壓;t為水面攝氏溫度;

式中,W為水面蒸發(fā)速率;(E-e)為空氣的飽和差,其中E為水面溫度下的飽和水汽壓,e為水面上空氣實(shí)際水汽壓;P為氣壓;C為與風(fēng)速有關(guān)的比例系數(shù)。

由式(1)和式(2)可知,E值隨t的升高而增大。在其他條件相同的情況下,P與W呈反比關(guān)系,P越小,W越大;C大時(shí)(也即風(fēng)速大時(shí)),W大; W與(E-e)呈正比關(guān)系,當(dāng)P與C一定時(shí),(E-e)越大,則W越大;而當(dāng)P、C和E三者一定時(shí),e越小,則W越大;P、C和e三者一定時(shí),E越大,則W越大。

2.1 氣象要素變化影響

2.1.1 氣溫變化影響及與地溫溫差

根據(jù)氣溫與地溫溫差變化(圖3)分析(雖然桶內(nèi)水體與氣溫的溫差因水體的熱容量大和亂流作用而比土壤與氣溫的溫差要小,因無(wú)水面及水下不同深度處的水溫觀測(cè)資料,故利用土壤溫度與氣溫的溫差做為參考分析),受強(qiáng)對(duì)流天氣的下沉氣流帶來的高空強(qiáng)冷空氣和短時(shí)強(qiáng)降水影響,自13:18開始,氣溫急劇下降,到了13:58,氣溫不但小于地表溫度,同時(shí)小于深度為5~40cm的地溫,溫差基本在3~6℃之間,氣溫小于0cm地溫的最大值達(dá)到7.3℃,出現(xiàn)在14: 37。當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水面因氣溫下降和降水導(dǎo)致溫度也下降時(shí),因水體的熱容量大(約為土壤熱容量的2倍)、水的導(dǎo)熱率比周邊土壤小[2]和亂流作用等原因,使得水面溫度下降滯后于氣溫,降幅也小于氣溫,因而水面溫度比周邊溫度和氣溫要高。在其他條件相同情況下,當(dāng)氣溫(t)下降了,相應(yīng)的空氣中的飽和水汽壓(E')也小了,而蒸發(fā)桶內(nèi)水面上的飽和水汽壓(E)因水溫變化滯后于氣溫,降幅也小于氣溫,其溫度要高于氣溫,因而水面飽和水汽壓(E)大于空氣的飽和水汽壓(E'),這樣就會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)。在一定時(shí)間內(nèi),氣溫降幅越大,溫差越大,水面上的飽和水汽壓(E)與空氣中的飽和水汽壓(E')的差就越大,蒸發(fā)速率就大,蒸發(fā)就多[3]。

圖3 2014年8月29日13~17時(shí)地溫與氣溫溫差變化

2.1.2 氣壓影響

從當(dāng)日13~17時(shí)水汽壓、本站氣壓變化曲線(圖4)看,自13: 19以后,氣壓由977.4 hPa開始上升,到13: 42上升到了979.2hPa后又開始緩慢下行,到15: 59則降到977.2hPa,后一直在977.2hPa上下小幅度波動(dòng)。在其他條件相同的情況下,本站氣壓減小,則蒸發(fā)速率增大,蒸發(fā)就多,但本次氣壓變化不大,因此對(duì)蒸發(fā)速率的影響不大。

圖4 2014年8月29日13~17時(shí)水汽壓、本站氣壓變化

2.1.3 水汽壓影響

當(dāng)日從13:33以后,空氣中實(shí)際水汽壓(e)由28.8 hPa開始減小,13:45減小到21.5hPa, 12分鐘內(nèi)減小了7.3hPa,后雖有上升,但基本在25~27hPa之間,一直到17時(shí)以后(見圖4)。e是空氣中離地面1.5m高度處的實(shí)際水汽壓,而不是水面上的實(shí)際水汽壓。在其他條件相同的情況下,水汽壓減小,則蒸發(fā)速率增大,蒸發(fā)就多。

2.1.4 風(fēng)速影響

當(dāng)日從13:21起,風(fēng)速開始加大到3級(jí)以上,13:51瞬時(shí)極大風(fēng)速達(dá)16.6m/s,到15: 08風(fēng)速才降到2級(jí)以下,維持在1級(jí)左右(見圖5)。蒸發(fā)量與風(fēng)速成正比,在一定的風(fēng)速范圍內(nèi),風(fēng)速越大,蒸發(fā)量越大。

圖5 2014年8月29日13~17時(shí)二分鐘風(fēng)速變化

2.2 蒸發(fā)桶內(nèi)的水收縮影響

蒸發(fā)桶內(nèi)的水因受較冷降水和氣溫下降后持續(xù)維持的影響,整個(gè)桶內(nèi)的水會(huì)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象,導(dǎo)致蒸發(fā)桶內(nèi)水面的高度降低,造成蒸發(fā)量“偏大”。但相對(duì)而言,該蒸發(fā)桶內(nèi)水溫下降幅度不大,水體收縮不多,水面高度降低的幅度小,因此這種影響不大。

3 結(jié)論

根據(jù)上述分析,雖然29日15~17時(shí)三個(gè)時(shí)次的蒸發(fā)量看似偏大,超出了上級(jí)業(yè)務(wù)部門規(guī)定的正常范圍,但其屬于自然蒸發(fā),應(yīng)按正常處理。此所謂的偏大與強(qiáng)降水時(shí)大雨滴擊打蒸發(fā)桶內(nèi)水面造成蒸發(fā)桶內(nèi)水濺出而使水位降低是有本質(zhì)的區(qū)別,其偏大主要是氣溫下降導(dǎo)致空氣中的飽和水汽壓小于蒸發(fā)桶內(nèi)水面的飽和水汽壓造成的。上級(jí)業(yè)務(wù)部門規(guī)定的是一般情況下的處理,在實(shí)際工作中,要具體情況具體分析,不能生搬硬套。當(dāng)出現(xiàn)蒸發(fā)量異常時(shí),應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析,結(jié)合氣壓、氣溫、地溫、水汽壓和風(fēng)速等變化情況,必要時(shí)查看監(jiān)控探頭,排除動(dòng)物和人為等其他因素影響,并檢查蒸發(fā)桶是否出現(xiàn)破損造成漏水等,進(jìn)行綜合判斷,不能簡(jiǎn)單處理了事,從而保證對(duì)記錄進(jìn)行客觀、實(shí)事求是的記載,真實(shí)反映當(dāng)時(shí)的蒸發(fā)實(shí)況,確保氣象數(shù)據(jù)完整,提高數(shù)據(jù)可用率。

[1] 韋華紅.影響蒸發(fā)量的主要?dú)庀笠蜃蛹罢舭l(fā)量觀測(cè)異常值成因初探[J].氣象研究與應(yīng)用,2011,32(增刊Ⅱ):149-152.

[2] 鄔平生,龔潛江,吳樹立.等.氣象學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1979.

[3] 沈冰,黃紅虎. 水文學(xué)原理[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

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