郝飛虎

(新疆石河子水文勘測(cè)局，新疆子 石河子 832000)

0 引 言

新疆石河子地區(qū)主要位于天山北坡，屬于典型的內(nèi)陸干旱氣候，水面蒸發(fā)大，降水量較低[1]。石河子地區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量均值為1200mm，最大年蒸發(fā)量可達(dá)到1500mm，且存在明顯的季節(jié)變化特征[2]。石河子地區(qū)水面蒸發(fā)分析對(duì)于區(qū)域蒸發(fā)規(guī)律的探討、農(nóng)作物需水分析意義重大[3]。大氣蒸發(fā)能力的重要指標(biāo)之一為蒸發(fā)皿蒸發(fā)量，可通過不同途徑來對(duì)蒸發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，如通過建立蒸發(fā)模型結(jié)合氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行估算[4],最為直接的方法是通過觀測(cè)儀器進(jìn)行蒸發(fā)的觀測(cè)分析[5]。從近60年開始國內(nèi)水文站主要采用E-601型和Φ20型兩種蒸發(fā)皿進(jìn)行水面蒸發(fā)的觀測(cè)，在蒸發(fā)量較小的月份主要采用和Φ20型蒸發(fā)皿進(jìn)行觀測(cè)，而進(jìn)入蒸發(fā)較大的月份，采用E-601型蒸發(fā)皿進(jìn)行水面蒸發(fā)觀測(cè)[6]。兩種不同型號(hào)蒸發(fā)皿存在著蒸發(fā)資料一致性的問題，在蒸發(fā)資料整編時(shí)需要對(duì)兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而保持蒸發(fā)資料的一致性[7]。近些年來，新疆地區(qū)開展過不同型號(hào)蒸發(fā)皿之間轉(zhuǎn)換系數(shù)的分析，但對(duì)于石河子地區(qū)相關(guān)研究還未開展，為提高石河子地區(qū)蒸發(fā)資料的一致性，文章結(jié)合流域內(nèi)的八家戶水文站和肯斯瓦特水文站進(jìn)行不同型號(hào)蒸發(fā)皿的比測(cè)分析，從而對(duì)石河子地區(qū)兩種型號(hào)蒸發(fā)皿之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行確定[8-12]。

1 研究站點(diǎn)概況

文章分別選取石河子地區(qū)的八家戶水文站和肯斯瓦特兩個(gè)水文站作為Φ20型和E-601型兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)比測(cè)分析的水文站點(diǎn)，八家戶水文站位于金溝河，站點(diǎn)以上集水面積為1400km2，該水文站多年平均水面蒸發(fā)量為891.3mm，夏季水面蒸發(fā)占全年蒸發(fā)的比例超過50%?？纤雇咛厮恼疚挥诂敿{斯河流域內(nèi)，該水文站多年平均水面蒸發(fā)量為952.1mm，夏季水面蒸發(fā)占全年蒸發(fā)的比例也超過50%。各水文站蒸發(fā)年內(nèi)分配及蒸發(fā)年際變化特征如表1和表2所示。

表1 八家戶水文站和肯斯瓦特水文站蒸發(fā)年內(nèi)分配

表2 八家戶水文站和肯斯瓦特水文站年際蒸發(fā)量特征值

從八家戶水文站和肯斯瓦特水文站蒸發(fā)年內(nèi)分配可看出，兩個(gè)水文站水面蒸發(fā)年內(nèi)分配存在明顯的季節(jié)變化特征，夏季水面蒸發(fā)量均超過50%，春季和秋季水面蒸發(fā)量總體均在20%以上，冬季水面蒸發(fā)在3%以內(nèi)。兩個(gè)水文站最大月蒸發(fā)量均為7月，占全年的比例<20%。水面蒸發(fā)量最小月份，占全年的比例均在1%以內(nèi)。從兩個(gè)站點(diǎn)年際蒸發(fā)量可看出，八家戶水文站年最大水面蒸發(fā)量和最小水面蒸發(fā)量分別為1235.9mm和735.4mm，最大蒸發(fā)和最小蒸發(fā)的比值為1.68，八家戶水文站水面蒸發(fā)年際Cv值為0.10。肯斯瓦特水文站年最大水面蒸發(fā)量和最小水面蒸發(fā)量分別1240.5mm和768.5mm，最大蒸發(fā)和最小蒸發(fā)的比值為1.62,其年際水面蒸發(fā)Cv值為0.09。

2 蒸發(fā)轉(zhuǎn)換分析方法

按照《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》 要求在八家戶水文站和肯斯瓦特水文站分別開展兩個(gè)型號(hào)蒸發(fā)皿蒸發(fā)的同步觀測(cè)試。夏季同步觀測(cè)時(shí)間為每日8時(shí)，冬季從封凍穩(wěn)定時(shí)間到冰層消融時(shí)間間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次同步觀測(cè)，而Φ20型蒸發(fā)皿則每天進(jìn)行1次同步觀測(cè)。E-601型蒸發(fā)皿在封凍穩(wěn)定期的而蒸發(fā)量計(jì)算方程為：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：h前及h后為封凍前后蒸發(fā)皿觀測(cè)值，mm；h取及h加為封凍期水面上升和降低的高度，mm；P為封凍期降水總量(mm)。E-601型冰面蒸發(fā)量在封凍期的計(jì)算方程為：

E日=E總/結(jié)冰期日數(shù)

(2)

式中：E日為日觀測(cè)水面蒸發(fā)量，mm；E總為總蒸發(fā)量，mm。在封凍穩(wěn)定期的月末和月初未有E-601型同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，則可在同步觀測(cè)初始階段進(jìn)行當(dāng)月蒸發(fā)觀測(cè)資料的插補(bǔ)，在將水面蒸發(fā)插補(bǔ)數(shù)據(jù)與已觀測(cè)的日蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加得到月觀測(cè)蒸發(fā)數(shù)據(jù)。

3 蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)分析

3.1 同步觀測(cè)蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)分析

分別在八家戶水文站和肯斯瓦特水文站進(jìn)行E-601型蒸發(fā)皿和Φ20型蒸發(fā)皿的同步對(duì)比觀測(cè)，并對(duì)其不同月份轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果如表3所示。不同年份同步觀測(cè)蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測(cè)值如表4所示。

表3 八家戶水文站和肯斯瓦特水文站不同月份蒸發(fā)皿同步觀測(cè)值及轉(zhuǎn)換系數(shù)測(cè)算結(jié)果

表4 八家戶水文站和肯斯瓦特水文站同步觀測(cè)年份年水面蒸發(fā)觀測(cè)值

從八家戶水文站和肯斯瓦特水文站不同月份蒸發(fā)皿同步觀測(cè)值及轉(zhuǎn)換系數(shù)測(cè)算結(jié)果可看出，E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)同步性較好，6-8月為最大水面蒸發(fā)量所在月份，其中最大水面蒸發(fā)量均在7月份。在11月份-次年的3月份冰期兩種型號(hào)蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測(cè)有所差異，氣溫對(duì)于非冰期的4-10月份兩種型號(hào)蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)影響較大，降低了E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)觀測(cè)的差異性。從八家戶水文站和肯斯瓦特水文站同步觀測(cè)年份年水面蒸發(fā)值可看出各年份八家戶水文站和肯斯瓦特水文站的E-601型蒸發(fā)皿觀測(cè)水面蒸發(fā)變幅均值小于25mm,而Φ20型蒸發(fā)皿觀測(cè)變幅均值小于30mm。八家戶水文站和肯斯瓦特水文站在冰期、非冰期及全年兩種型號(hào)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)平均值分別為0.615和0.522。分別將兩個(gè)水文站的蒸發(fā)轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化得到E-601型蒸發(fā)皿蒸發(fā)轉(zhuǎn)換值和同步觀測(cè)值存在一定的差異，通過分析主要由于Φ20型為小型蒸發(fā)皿，其和實(shí)際水面蒸發(fā)存在一定差異，而E-601型蒸發(fā)與水面蒸發(fā)實(shí)際值吻合度較高，因此轉(zhuǎn)換后存在一定的誤差。

3.2 不同蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)觀測(cè)值相關(guān)性分析結(jié)果

在兩種型號(hào)蒸發(fā)皿同步觀測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)八家戶水文站和肯斯瓦特水文站兩種型號(hào)不同月份水面蒸發(fā)觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表5和表6所示。

表5 不同型號(hào)蒸發(fā)皿在八家戶水文站的蒸發(fā)相關(guān)性分析結(jié)果

表6 不同型號(hào)蒸發(fā)皿在肯斯瓦特水文站的蒸發(fā)相關(guān)性分析結(jié)果

從八家戶水文站和肯斯瓦特水文站不同型號(hào)蒸發(fā)皿各月蒸發(fā)觀測(cè)值相關(guān)性分析結(jié)果可看出，E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿在月尺度水面蒸發(fā)觀測(cè)值具有較好的相關(guān)性，兩個(gè)水文站各月不同型號(hào)蒸發(fā)皿觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)均要高于0.5。由于Φ20蒸發(fā)皿為小型蒸發(fā)皿，其冰期受外部氣溫變化影響程度要低于E-601型，使得非冰期兩種蒸發(fā)皿相關(guān)系數(shù)總體要好于冰期。隨著八家戶水文站和肯斯瓦特水文站在非冰期水面蒸發(fā)量的遞增變化，是得不同型號(hào)蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測(cè)值之間的誤差被有效降低，從而提升其相關(guān)系數(shù)。此外，兩種蒸發(fā)皿蒸發(fā)由于數(shù)據(jù)系列具有同步性，其觀測(cè)值偏大或偏小也具有同步性。Φ20型蒸發(fā)皿作為小型蒸發(fā)皿其穩(wěn)定性要低于E-601型蒸發(fā)皿。

4 主要結(jié)論

1)在11月份-次年的3月份冰期兩種型號(hào)蒸發(fā)皿蒸發(fā)觀測(cè)有所差異，氣溫對(duì)于非冰期的4-10月份兩種型號(hào)蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)影響較大，降低了E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)觀測(cè)的差異性。

2)八家戶水文站和肯斯瓦特水文站在冰期、非冰期及全年兩種型號(hào)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換系數(shù)平均值分別為0.615和0.522。由于Φ20型為小型蒸發(fā)皿，其和實(shí)際水面蒸發(fā)存在一定差異，而E-601型蒸發(fā)與水面蒸發(fā)實(shí)際值吻合度較高，因此兩種型號(hào)蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換后存在一定的誤差。

3)E-601型與Φ20型蒸發(fā)皿在月尺度水面蒸發(fā)觀測(cè)值具有較好的相關(guān)性，兩個(gè)水文站各月不同型號(hào)蒸發(fā)皿觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)均要高于0.5。由于Φ20蒸發(fā)皿為小型蒸發(fā)皿，其冰期受外部氣溫變化影響程度要低于E-601型。