一次蒸发“异常”的成因分析

.武平县气象局 .长汀县气象局 邱光敏罗 荻

一次蒸发“异常”的成因分析

1.武平县气象局 2.长汀县气象局 邱光敏1罗 荻2

2014年8月29日下午，长汀观测站15～17时三个时次蒸发量因强对流天气出现“异常”，当班观测员认为这是由于下雨造成，故将该三个时次的蒸发量按缺测处理。事后，我们对降水、气温、地温、湿度、气压、日照和风速等气象要素进行综合分析，认为该三个时次的蒸发量偏大，主要由气温下降导致空气中的饱和水汽压小于蒸发桶内水面的饱和水汽压造成，应按正常处理。

蒸发 异常 饱和水汽压 风速 成因分析

0 引言

根据上级业务部门要求，当小时蒸发量因降水等原因大于0.7mm时，该时次的蒸发量按缺测处理。2014年8月29日下午，长汀观测站15～17时三个时次的自动站蒸发量因强对流天气过后出现“异常”，三个时次的蒸发量分别为0.8、1.0、0.8mm，均大于规定缺测的处理值。该三个时次蒸发量与本站月统计值（经统计，除该三个时次外，本月平均时蒸发量为0.13mm，最大时蒸发量为0.6mm）比较，也明显偏大。当班观测员认为这是由于降水造成，故将该三个时次的蒸发量按缺测处理，因此造成日蒸发量也缺测。事后我们经过认真分析，发现该三个时次的蒸发量虽然偏大，貌似异常，但仍属正常。

1 气象实况

2014年8月29日下午，长汀县区域上空500hPa受副高控制，低层有弱辐合，长汀观测站出现了强雷电、短时强降水和大风等强对流天气。13：14开始出现雷暴；13：29分起开始下阵雨至18时10分，14～18时五个时次降水量分别达13.7、1.0、0.7、0.7和4.8mm，其中从13：41～14：00的20min内降水量达13.5mm，最大分钟降水量达2.1mm，出现在13：43；强对流天气出现时，瞬时风速突增、风向突变，13：51瞬时极大风速达16.6m/s（备份站极大风速达22.5m/s，风向为西，也是出现在13：51），风向则由出现瞬时极大风速前的东北风突变为西南风，后又转为东北风，其他气象要素也发生了剧烈变化。

如图1所示，气温从当日13：18开始，在50min内下降了10.4℃；相对湿度从13：18开始，在50min内上升了36%（相对湿度增大主要是气温下降，饱和水汽压小了以及空中较冷的雨滴降到热烘烘的地面后产生蒸发引起的）；气压从13：42开始，2h17min降低了2.0hPa；地表温度（0cm地温）从13：13开始，在40min内降低了19.7 ℃；5～15cm浅层地温也有一定程度的降温，离地面越深，降温出现的时间越滞后，降温幅度越小。

图1 2014年8月29日13～15时气温、地表温度、相对湿度变化

2 蒸发“异常”的成因

表1揭示较强降水出现在当日13～14时内，而14时蒸发量只有0.5mm，说明13～14时的短时强降水对13～14时的蒸发量影响（大雨滴击打蒸发桶水面造成蒸发桶内水溅出）不大[1]，而15～17时三个时次的降水量不大，仅为1.0、0.7 和0.7mm，且强度不强，最大每分钟降水量只有0.1 mm（图2）。

表1 14～18时蒸发、降水、日照时数

图2 2014年8月29日13～17时逐时分钟降水量

因此，该三个时次蒸发量偏大并非由短时强降水引起。而该三个时次的日照也仅为0.4、0.0和0.0h，排除了该三个时次蒸发量偏大由强日照引起的可能性。经检查也未发现动物和人为等其他因素影响和蒸发桶出现破损造成漏水而导致蒸发量偏大的情况，该三个时次蒸发量偏大究竟是如何产生的？

根据马格努斯经验公式（1）和道尔顿蒸发公式（2）：

式中E为水面饱和水汽压；E0为温度为0℃时饱和水汽压；t为水面摄氏温度；

式中，W为水面蒸发速率；（E-e）为空气的饱和差，其中E为水面温度下的饱和水汽压，e为水面上空气实际水汽压；P为气压；C为与风速有关的比例系数。

由式（1）和式（2）可知，E值随t的升高而增大。在其他条件相同的情况下，P与W呈反比关系，P越小，W越大；C大时（也即风速大时），W大； W与（E-e）呈正比关系，当P与C一定时，（E-e）越大，则W越大；而当P、C和E三者一定时，e越小，则W越大；P、C和e三者一定时，E越大，则W越大。

2.1 气象要素变化影响

2.1.1 气温变化影响及与地温温差

根据气温与地温温差变化（图3）分析（虽然桶内水体与气温的温差因水体的热容量大和乱流作用而比土壤与气温的温差要小，因无水面及水下不同深度处的水温观测资料，故利用土壤温度与气温的温差做为参考分析），受强对流天气的下沉气流带来的高空强冷空气和短时强降水影响，自13：18开始，气温急剧下降，到了13：58，气温不但小于地表温度，同时小于深度为5～40cm的地温，温差基本在3～6℃之间，气温小于0cm地温的最大值达到7.3℃，出现在14： 37。当蒸发桶内水面因气温下降和降水导致温度也下降时，因水体的热容量大（约为土壤热容量的2倍）、水的导热率比周边土壤小[2]和乱流作用等原因，使得水面温度下降滞后于气温，降幅也小于气温，因而水面温度比周边温度和气温要高。在其他条件相同情况下，当气温（t）下降了，相应的空气中的饱和水汽压（E'）也小了，而蒸发桶内水面上的饱和水汽压（E）因水温变化滞后于气温，降幅也小于气温，其温度要高于气温，因而水面饱和水汽压（E）大于空气的饱和水汽压（E'），这样就会产生蒸发。在一定时间内，气温降幅越大，温差越大，水面上的饱和水汽压（E）与空气中的饱和水汽压（E'）的差就越大，蒸发速率就大，蒸发就多[3]。

图3 2014年8月29日13～17时地温与气温温差变化

2.1.2 气压影响

从当日13～17时水汽压、本站气压变化曲线（图4）看，自13: 19以后，气压由977.4 hPa开始上升，到13: 42上升到了979.2hPa后又开始缓慢下行，到15: 59则降到977.2hPa，后一直在977.2hPa上下小幅度波动。在其他条件相同的情况下，本站气压减小，则蒸发速率增大，蒸发就多，但本次气压变化不大，因此对蒸发速率的影响不大。

图4 2014年8月29日13～17时水汽压、本站气压变化

2.1.3 水汽压影响

当日从13：33以后，空气中实际水汽压（e）由28.8 hPa开始减小，13：45减小到21.5hPa， 12分钟内减小了7.3hPa，后虽有上升，但基本在25～27hPa之间，一直到17时以后（见图4）。e是空气中离地面1.5m高度处的实际水汽压，而不是水面上的实际水汽压。在其他条件相同的情况下，水汽压减小，则蒸发速率增大，蒸发就多。

2.1.4 风速影响

当日从13：21起，风速开始加大到3级以上，13：51瞬时极大风速达16.6m/s，到15: 08风速才降到2级以下，维持在1级左右（见图5）。蒸发量与风速成正比，在一定的风速范围内，风速越大，蒸发量越大。

图5 2014年8月29日13～17时二分钟风速变化

2.2 蒸发桶内的水收缩影响

蒸发桶内的水因受较冷降水和气温下降后持续维持的影响，整个桶内的水会出现收缩现象，导致蒸发桶内水面的高度降低，造成蒸发量“偏大”。但相对而言，该蒸发桶内水温下降幅度不大，水体收缩不多，水面高度降低的幅度小，因此这种影响不大。

3 结论

根据上述分析，虽然29日15～17时三个时次的蒸发量看似偏大，超出了上级业务部门规定的正常范围，但其属于自然蒸发，应按正常处理。此所谓的偏大与强降水时大雨滴击打蒸发桶内水面造成蒸发桶内水溅出而使水位降低是有本质的区别，其偏大主要是气温下降导致空气中的饱和水汽压小于蒸发桶内水面的饱和水汽压造成的。上级业务部门规定的是一般情况下的处理，在实际工作中，要具体情况具体分析，不能生搬硬套。当出现蒸发量异常时，应进行认真细致的分析，结合气压、气温、地温、水汽压和风速等变化情况，必要时查看监控探头，排除动物和人为等其他因素影响，并检查蒸发桶是否出现破损造成漏水等，进行综合判断，不能简单处理了事，从而保证对记录进行客观、实事求是的记载，真实反映当时的蒸发实况，确保气象数据完整，提高数据可用率。

[1] 韦华红.影响蒸发量的主要气象因子及蒸发量观测异常值成因初探[J].气象研究与应用，2011，32（增刊Ⅱ）：149-152.

[2] 邬平生，龚潜江，吴树立.等.气象学[M].北京：农业出版社，1979.

[3] 沈冰，黄红虎. 水文学原理[M].北京：中国水利水电出版社,2008.