北方典型干旱半旱区E- 601型与Φ20型蒸发皿蒸发量的转换系数分析

王 磊

(辽宁省阜新水文局，辽宁 阜新 123000)

北方典型干旱半干旱区大都位于北温带大陆性季风气候区，年蒸发量大，对流域水循环产生较为明显的影响，是流域水资源相对短缺的主要因素之一[1]。对于区域蒸发观测分析有助于了解区域气候变化对水循环的影响[2]。我国水文测站主要有两种类型的蒸发皿，一种是20cm口径的蒸发皿，另一种则为E- 601型蒸发皿，两种蒸发皿都具有各自的优缺点，20cm口径的蒸发皿又称为Φ20型蒸发皿，其优点在于能进行长时间的连续观测，缺点在于不能有效替代区域实际的蒸发量[3]。E- 601型蒸发皿的优点在于和湖泊、河流等水体的实际蒸发量较为接近，但缺点在于观测的时间序列较短[4- 6]。近些年来，对于两种蒸发皿蒸发转换系数的研究已有不少[7- 15]，但在北方干旱半干旱区域的研究还较少，考虑水文资料一致性的问题，需对Φ20型蒸发皿和E- 601型蒸发皿蒸发量进行转换。本文结合两种型号蒸发皿同步观测数据，得到其相应的蒸发转换系数，结果对于北方典型干旱半干旱地区水文站流域蒸发量的统计具有参考价值。

1 资料概况

本文以北方典型干旱半干旱区两个水文测站为具体实例，该水文站有近30年的Φ20型蒸发皿观测数据和近8年以来E- 601型蒸发皿观测数据。参照国家SD 265—1988《水面蒸发观测规范》的要求，在夏季每日8时进行同步观测。进入冬季后，E- 601型蒸发皿从稳定的封冻时间到冰层融化阶段，间接进行一次两种蒸发皿的同步观测，Φ20型蒸发皿需要每天都进行同步观测。稳定封冻阶段的E- 601型蒸发皿蒸发总量E前按照以下方程进行计算：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中，h前、h后—封冻前最后一次次及封冻后首次蒸发皿观测的水面高度，mm；h取、h加—封冻期间增加和减少的水面高度，mm；P—整个封冻时期的降水量，mm。稳定封冻期间E- 601型冰面蒸发量的计算方程为：

E日=E总/结冰期日数

(2)

式中，E日—观测的日蒸发值，mm；E总—总的观测蒸发值，mm。在稳定封冻期E- 601型观测时间未出现在月末或月初时段，可对当月观测的蒸发量进行开始阶段的插补以及结束时间蒸发合并，再和E- 601型蒸发皿观测的日蒸发数据进行相加得到月蒸发数据。

两种蒸发皿蒸发的折算系数计算方程为：

(3)

式中，K—两种蒸发皿的转换系数。

2 两种蒸发皿蒸发时程分配及折算系数

2.1 两种蒸发皿时程分配及折算系数计算结果

采用同步观测的方式，对两种蒸发皿观测的蒸发进行分析，统计了不同蒸发皿的时程分配值和同步观测年份的蒸发值，对其折算系数进行分析，其中两个研究站点不同蒸发皿时程分配结果和各月份的蒸发折算系数结果见表1—2，同步观测年份的蒸发皿蒸发结果见表3—4。此外对两种蒸发皿蒸发时程分配及历年蒸发变化过程进行对比分析，结果如图1所示。

表1 1#水文站不同蒸发皿的时程分配及折算系数计算结果

表2 2#水文站不同蒸发皿的时程分配及折算系数计算结果

表3 1#站点不同蒸发皿的历年蒸发统计值

表4 2#站点不同蒸发皿的历年蒸发统计值

从图1两种蒸发皿时程分配结果可看出，两个E- 601型观测的蒸发最大值均出现在7月份，其最小值出现在2月份，而Φ20型蒸发观测值最小值出现在1月份，E- 601型蒸发观测的最大值和最小值的比值分别为8.99和13.6，而Φ20型蒸发观测的最大值和最小值的比值分别为9.73和14.7，两种蒸发皿类型在非冰期(4—10月)的蒸发观测值差距较小。从两种类型蒸发皿历年蒸发变化可看出，各蒸发皿统计的年蒸发变化趋势较为一致，E- 601型观测的年蒸发平均变幅分别为-145.3和-20.2mm，而Φ20型观测的年蒸发平均变幅为-97.7mm和-13.5mm。从表1两种蒸发皿的逐月折算系数可知，研究站点同步观测条件下，两种蒸发皿的转换系数K在冰期(3—11月份)转换系数分别为0.63和0.61，而在非冰期(4—10)月的转换系数分别为0.67和0.68，整个年份下站点蒸发皿转换系数分别为0.66和0.67，采用该折算系数与站点Φ20型多年平均蒸发量进行相乘得到E- 601型蒸发皿观测多年均值为发分别为1750.6mm和1819.3mm，与E- 601型实测观测得到的同步观测的平

图1 各站点不同蒸发皿下的蒸发统计值

均蒸发量1719.3mm和1913.8分别相差31.3mm和94.5mm，这主要是因为同步观测的数据系列较短，使得Φ20型这种小型蒸发皿观测的蒸发和实际水面蒸发有所差距，而E- 601型和水面实际的蒸发量更为接近，使得产生了一定的误差。

2.2 两种蒸发皿相关性分析结果

采用同步观测的方法对各月份两种蒸发皿蒸发的相关性进行了分析，分析结果见表5—6。

表5 1#站点Φ20型蒸发皿的相关系数分析结果

表6 1#站点E- 601型蒸发皿的相关系数分析结果

从表中可看出，研究站点Φ20型和E- 601型两种蒸发皿在各月份都具有较好的相关性，结合样本相关性分析结果，相关系数均在0.6以上，且呈现较好的线性相关。因此通过每个月的折算系数与Φ20型蒸发皿观测值进行相乘转换即可保持水文数据的一致性。

3 结语

(1)北方典型干旱半干旱区Φ20型和E- 601型两种蒸发转换系数K在冰期(3—11月份)转换系数在0.61～0.63之间，而在非冰期(4—10)月的转换系数在0.67～0.68之间，整个年份下站点蒸发皿转换系数在0.66～0.67之间。

(2)由于蒸发同步观测的数据系列较短，使得Φ20型这种小型蒸发皿观测的蒸发和实际水面蒸发有所差距，而E- 601型和水面实际的蒸发量更为接近，可产生了一定的误差。

(3)北方典型干旱半干旱区Φ20型和E- 601型两种蒸发皿在各月份都均具有较好的相关性，相关系数均在0.6以上，且呈现较好的线性相关。