浙江省东溪口站不同蒸发皿蒸发量比较分析

泮苏莉，朱冠天，高 超，赵智超，许月萍

(1.浙江大学水文与水资源工程研究所，杭州 310058；2. 浙江省水文局，杭州 310009)

蒸发量是水量平衡和能量平衡重要组成部分，在水文气象学和农业灌溉等多方面有至关重要的作用。此外精确的测量蒸发量对水文模拟尤其是分布式水文模型等，有重大意义。蒸发观测仪器主要包括φ20 cm、φ80 cm、TTN-3000、E601型蒸发皿和20 m2大型蒸发池等，蒸发场分为陆上蒸发场和漂浮蒸发场。蒸发观测前期主要使用φ20 cm和φ80 cm小型蒸发皿，后期较多使用E601型蒸发皿，所以通过折算系数利用小型蒸发皿的观测数据，并通过相关系数保证换算结果的可靠度。众多学者对φ20 cm和E601型蒸发皿的换算进行了研究[1-5]，但是并未验证E601型蒸发皿蒸发量在其研究区域的准确性。虽然 E601型蒸发皿蒸发量被普遍认为最接近真实值，但是不同地区的准确度应具体考证。此外，本文将漂浮蒸发场上观测得到的蒸发量进行比较分析，增强了对漂浮蒸发场上不同蒸发皿观测得到的蒸发量差别的认识,同时将相同蒸发皿在不同蒸发场的蒸发量进行简单比较。

1 研究区域概况

东溪口站位于浙江省淳安县青溪区，东经118°59′，北纬29°36′，是新安江水库蒸发站，设站时间是1962年，该站作为测试站，运用多种蒸发皿监测全面的蒸发数据。新安江水库处于亚热带季风区，四季分明，雨量充沛。全年平均气温为17.8 ℃，平均相对湿度为70.3%，年降水量为1 454 mm；日照丰富，年日照时数1 765 h。

2 数据和方法

东溪口站使用两种蒸发场，即陆上蒸发场(简称陆上)和漂浮蒸发场(简称漂浮)，在陆上蒸发场上使用φ20 cm、φ80 cm、E601型蒸发皿和20 m2大型蒸发池，在漂浮蒸发场运用φ20 cm、 TTN-3000和E601型蒸发皿。蒸发数据来源于钱塘江水文年鉴，均为日尺度，具体数据情况如表1所示。

表1 东溪口站数据情况Tab.1 Data of pan evaporation at Dongxikou Station

研究方法主要通过相关分析和折算系数，E601型蒸发皿和φ20 cm蒸发皿同时段蒸发量的折算系数K值的计算公式为：

K=E601/E20

(1)

式中：K为蒸发皿蒸发量折算系数；E601为E601型蒸发皿蒸发量，mm；E20为φ20 cm蒸发皿蒸发量，mm。

根据统计学相关原理，对不同蒸发皿月蒸发量运用二元一次线性回归数学模型进行相关分析。一元一次线性方程一般数学表达式为：

y=kx+b

(2)

式中：y为应变量；x为自变量；k为斜率；b为截距。

3 结果与分析

3.1 验证E601型蒸发皿蒸发量(陆上蒸发场)的准确性

为验证E601型蒸发皿蒸发量在东溪口站的准确性，将其与20 m2大型蒸发池的蒸发数据进行对比分析。此外，由20 m2大型蒸发池观测得到的蒸发量最接近实际情况[6]。二者的年蒸发量的折算系数为1.02，而且月蒸发量的折算系数均接近于1，说明月年尺度的E601型蒸发皿蒸发量的准确性。图1为20 m2大型蒸发池与E601型蒸发皿月蒸发量比较，可以看出二者的月蒸发量非常接近。此外，二者月蒸发量相关系数高达0.985。E601型蒸发皿和20 m2大型蒸发池日尺度蒸发量折算系数为1.05，相关系数为0.91。所以，通过比较二者日、月、年尺度蒸发量，得出在东溪口站E601型蒸发皿蒸发量是准确可信的，仅有个别值存在略微偏高的情况。

图1 20 m2大型蒸发池与E601型蒸发皿月蒸发量比较Fig.1 Comparison of monthly pan evaporation measured by 20 m2 large evaporation pond with E601 pan

3.2 φ20 cm蒸发皿(陆上)、φ80 cm蒸发皿(陆上)与E601型蒸发皿(陆上)比较分析

为利用东溪口站前期φ20 cm蒸发皿观测数据(陆上)，针对E601型蒸发皿(陆上)与φ20 cm蒸发皿(陆上)进行比较分析。表2为东溪口站E601型蒸发皿(陆上)与φ20 cm蒸发皿(陆上)月和年尺度蒸发量折算系数。1月份的多年平均折算系数为0.89，表明φ20 cm蒸发皿1月份的观测数据比E601型高，但是不同年份差别较大，比如1996年为0.75，而1969年为1.07。相同的情况也发生在11月和12月，11月的多年平均折算系数为0.97，而1973年为0.87，1967年为1.21；12月的多年平均折算系数为0.95，而1973年为0.83,1968年为1.17；但是其他的月份均不会特别偏离多年平均值。通过E601型蒸发皿(陆上)与φ20 cm蒸发皿(陆上)各月蒸发量的多年平均折算系数即可利用东溪口站前期φ20 cm蒸发皿(陆上)蒸发数据，获得更长的蒸发时间序列。而且二者的高度相关性保证了换算结果的可靠性，二者月蒸发量的相关系数大部分均大于0.9，最高为0.97；年蒸发量的相关系数为0.93。

表2 东溪口站E601型蒸发皿(陆上)与φ20 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量折算系数Tab.2 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on land) to φ20 cm pan (on land) at Dongxikou Station

图2为 E601型(陆上)和φ20 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量比较，从图2可以直观的看出二者的区别。总的来说，大部分φ20 cm蒸发皿月蒸发量与E601型比较时，存在偏高的情况。主要是因为φ20 cm蒸发皿由于容积小，器壁裸露于空气中，受日照、气温等的影响较大，E601型蒸发皿器口面积大、居地面高度低，所测得的蒸发量受自然因素影响较小，导致观测值偏高[7]。图2中秋季和冬季二者的月蒸发量最相近，春季和夏季时φ20 cm蒸发皿月蒸发量与E601型相比偏高较大。

图2 E601型(陆上)和φ20 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量Fig.2 Comparison of monthly pan evaporation measured by E601 pan (on land) with φ20cm pan (on land)

同样的，为利用东溪口站前期φ80 cm蒸发皿观测数据(陆上)，对E601型蒸发皿(陆上)与φ80 cm蒸发皿(陆上)进行比较分析。表3为东溪口站E601型蒸发皿(陆上)与φ80 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量折算系数表，二者的月蒸发量折算系数在不同月份差别较大，3-8月的折算系数大多小于1.0，而其他月份大部分大于1.0；但年蒸发量的折算系数一般都小于1.0。同一月份在不同年份的折算系数在9-2月差别较大，比如1月份最大值为1.86，最小值为1.09。相较于E601型(陆上)和φ20 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量的相关系数，E601型(陆上)和φ80 cm蒸发皿(陆上)的相关性表现稍差，但均在可接受范围内，且9月份的高达0.93。证明该计算结果可用于φ80 cm蒸发皿(陆上)换算成E601型(陆上)蒸发量。

表3 东溪口站E601型蒸发皿(陆上)与φ80 cm蒸发皿(陆上)月蒸发量折算系数Tab.3 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on land) to φ80 cm pan (on land) at Dongxikou Station

3.3 同一尺寸蒸发皿在不同蒸发场上的比较

为了解相同蒸发皿在不同蒸发场上的差异，本文分析了E601型蒸发皿和φ20 cm蒸发皿在陆上蒸发场和漂浮蒸发场的月观测数据。图3为E601型蒸发皿在陆上蒸发场和漂浮蒸发场月蒸发量比较，从图3可以看出漂浮蒸发场观测的蒸发量偏低，而且存在一定的滞后性。这种现象的主要原因是漂浮蒸发场是在水库水面上的，蒸发皿周围的蒸发导致空气中相对湿度增加，由于相对湿度对蒸发影响很大[8]，从而抑制了蒸发皿中的蒸发量，所以导致了滞后性。二者的相关性表现一般，仅当夏季时相关系数能达到0.8。

图3 E601型蒸发皿在陆上蒸发场和漂浮蒸发场月蒸发量比较Fig.3 Comparison of monthly pan evaporation measured by E601 pan on land with on water

图4为φ20 cm蒸发皿在陆上蒸发场和漂浮蒸发场月蒸发量比较，与E601型不同的是漂浮蒸发场上φ20 cm蒸发皿月蒸发量与陆上蒸发场相比，存在明显的偏高现象，从而导致二者的折算系数基本上都小于1.0。 而且二者的相关性非常好，大部分相关系数都大于0.9， 最高值可达到0.99。造成E601型蒸发皿与φ20 cm蒸发皿这种差别的原因，主要是因为两种蒸发皿构造和设置的不同。

图4 φ20 cm蒸发皿在陆上蒸发场和漂浮蒸发场月蒸发量比较Fig.4 Comparison of monthly pan evaporation measured by φ20 cm pan on land with on water

3.4 漂浮蒸发场上不同蒸发皿的比较

为利用东溪口站前期φ20 cm蒸发皿观测数据(漂浮)，对E601型蒸发皿(漂浮)与φ20 cm蒸发皿(漂浮)进行比较分析。表4为东溪口站漂浮蒸发场上E601型与φ20 cm蒸发皿月年蒸发量折算系数和相关系数，可以看出二者各月相关系数差异大，最高为0.94，最低仅为0.23，不能完全满足蒸发换算的相关性要求。针对相关系数较高的月份，可以进行适当地换算运用。

同样地，为利用东溪口站前期TTN-3000蒸发皿观测数据(漂浮)，对E601型蒸发皿(漂浮)与φ20 cm蒸发皿(漂浮)进行比较分析。表5为东溪口站漂浮蒸发场上E601型与TTN-3000蒸发皿月年蒸发量折算系数和相关系数，二者各月相关性的表现与E601型和φ20 cm类似，不同月份差异较大，相关性较好时其系数可达到0.95，反之，最小为0.23。但表现差的月份仅为少数，其他月份可以进行相应的换算。

将漂浮蒸发场上E601型、φ20 cm和TTN-3000多年(1966-1970)平均月蒸发量进行比较分析,如图5所示。可以看出，3-8月φ20 cm蒸发皿蒸发量是三者中最大的，而且特别突出；然而9-2月TTN-3000蒸发皿蒸发量最大。E601型蒸发皿蒸发量在12个月中基本上都处于最小值，并与φ20 cm相比存在一定的滞后性，这与3.3节中得出的结果相符合；但是TTN-3000却不存在滞后性。

4 结 语

本文比较了20 m2大型蒸发池、E601型、φ20 cm和φ80 cm蒸发皿在陆上蒸发场的折算系数和相关性，对同一蒸发皿在陆上和漂浮蒸发场的蒸发量进行了对比分析，此外，对漂浮蒸发场不同蒸发皿的蒸发量也进行了分析。得到的结论如下：①20 m2大型蒸发池与E601型蒸发皿月蒸发量折算系数均接近1.0，且相关性很高，证明了东溪口站E601型蒸发皿蒸发量的准确性；②计算得出E601型和φ20 cm蒸发皿月蒸发量的折算系数，且二者相关系数基本上大于0.9，将φ20 cm型蒸发皿蒸发量换算后可以得到可靠度很高的E601型观测数据；③计算得出E601型和φ80 cm蒸发皿月蒸发量的折算系数，且二者相关系数都在可接受的范围内，将φ80 cm型蒸发皿蒸发量换算后可以得到可靠度较高的E601型观测数据；④E601型蒸发皿在漂浮蒸发场上的观测量与陆上蒸发场上相比，存在一定的滞后性，二者相关性一般；而φ20 cm蒸发皿在两个蒸发场上得到的蒸发量相关性很好，但漂浮蒸发场上的观测量稍高；⑤漂浮蒸发场上，E601型、φ20 cm和TTN-3000观测的蒸发量在每月的相关性差异较大，相互换算的结果可靠度不够。本文中仅比较了东溪口站不同蒸发皿和不同蒸发场的蒸发，但相同气候条件下折算系数差别不大，可以推广使用。

表4 东溪口站E601型蒸发皿(漂浮)与φ20 cm蒸发皿(漂浮)月蒸发量折算系数Tab.4 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on water) to φ20 cm pan (on water) at Dongxikou Station

表5 东溪口站E601型蒸发皿(漂浮)与TTN-3000蒸发皿(漂浮)月蒸发量折算系数Tab.5 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on water) to TTN-3000 pan (on water) at Dongxikou Station

图5 E601型、φ20 cm和TTN-3000蒸发皿多年平均月蒸发量比较Fig.5 Comparison of Monthly pan evaporation measured by E601, φ20 cm and TTN-3000 pans

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