石河子地区水文站E-601型与Φ20型蒸发皿蒸发转换系数分析

郝飞虎

(新疆石河子水文勘测局，新疆子 石河子 832000)

0 引 言

新疆石河子地区主要位于天山北坡，属于典型的内陆干旱气候，水面蒸发大，降水量较低[1]。石河子地区多年平均水面蒸发量均值为1200mm，最大年蒸发量可达到1500mm，且存在明显的季节变化特征[2]。石河子地区水面蒸发分析对于区域蒸发规律的探讨、农作物需水分析意义重大[3]。大气蒸发能力的重要指标之一为蒸发皿蒸发量，可通过不同途径来对蒸发观测数据进行获取，如通过建立蒸发模型结合气象观测数据对蒸发量进行估算[4],最为直接的方法是通过观测仪器进行蒸发的观测分析[5]。从近60年开始国内水文站主要采用E-601型和Φ20型两种蒸发皿进行水面蒸发的观测，在蒸发量较小的月份主要采用和Φ20型蒸发皿进行观测，而进入蒸发较大的月份，采用E-601型蒸发皿进行水面蒸发观测[6]。两种不同型号蒸发皿存在着蒸发资料一致性的问题，在蒸发资料整编时需要对两种蒸发皿蒸发进行转换，从而保持蒸发资料的一致性[7]。近些年来，新疆地区开展过不同型号蒸发皿之间转换系数的分析，但对于石河子地区相关研究还未开展，为提高石河子地区蒸发资料的一致性，文章结合流域内的八家户水文站和肯斯瓦特水文站进行不同型号蒸发皿的比测分析，从而对石河子地区两种型号蒸发皿之间的转换系数进行确定[8-12]。

1 研究站点概况

文章分别选取石河子地区的八家户水文站和肯斯瓦特两个水文站作为Φ20型和E-601型两种蒸发皿蒸发比测分析的水文站点，八家户水文站位于金沟河，站点以上集水面积为1400km2，该水文站多年平均水面蒸发量为891.3mm，夏季水面蒸发占全年蒸发的比例超过50%。肯斯瓦特水文站位于玛纳斯河流域内，该水文站多年平均水面蒸发量为952.1mm，夏季水面蒸发占全年蒸发的比例也超过50%。各水文站蒸发年内分配及蒸发年际变化特征如表1和表2所示。

表1 八家户水文站和肯斯瓦特水文站蒸发年内分配

表2 八家户水文站和肯斯瓦特水文站年际蒸发量特征值

从八家户水文站和肯斯瓦特水文站蒸发年内分配可看出，两个水文站水面蒸发年内分配存在明显的季节变化特征，夏季水面蒸发量均超过50%，春季和秋季水面蒸发量总体均在20%以上，冬季水面蒸发在3%以内。两个水文站最大月蒸发量均为7月，占全年的比例<20%。水面蒸发量最小月份，占全年的比例均在1%以内。从两个站点年际蒸发量可看出，八家户水文站年最大水面蒸发量和最小水面蒸发量分别为1235.9mm和735.4mm，最大蒸发和最小蒸发的比值为1.68，八家户水文站水面蒸发年际Cv值为0.10。肯斯瓦特水文站年最大水面蒸发量和最小水面蒸发量分别1240.5mm和768.5mm，最大蒸发和最小蒸发的比值为1.62,其年际水面蒸发Cv值为0.09。

2 蒸发转换分析方法

按照《水面蒸发观测规范》 要求在八家户水文站和肯斯瓦特水文站分别开展两个型号蒸发皿蒸发的同步观测试。夏季同步观测时间为每日8时，冬季从封冻稳定时间到冰层消融时间间隔一段时间进行一次同步观测，而Φ20型蒸发皿则每天进行1次同步观测。E-601型蒸发皿在封冻稳定期的而蒸发量计算方程为：

E前=h前-h取-h后+P+h加

(1)

式中：h前及h后为封冻前后蒸发皿观测值，mm；h取及h加为封冻期水面上升和降低的高度，mm；P为封冻期降水总量(mm)。E-601型冰面蒸发量在封冻期的计算方程为：

E日=E总/结冰期日数

(2)

式中：E日为日观测水面蒸发量，mm；E总为总蒸发量，mm。在封冻稳定期的月末和月初未有E-601型同步观测数据，则可在同步观测初始阶段进行当月蒸发观测资料的插补，在将水面蒸发插补数据与已观测的日蒸发数据进行叠加得到月观测蒸发数据。

3 蒸发转换系数分析

3.1 同步观测蒸发转换系数分析

分别在八家户水文站和肯斯瓦特水文站进行E-601型蒸发皿和Φ20型蒸发皿的同步对比观测，并对其不同月份转换系数进行测算，结果如表3所示。不同年份同步观测蒸发皿蒸发观测值如表4所示。

表3 八家户水文站和肯斯瓦特水文站不同月份蒸发皿同步观测值及转换系数测算结果

表4 八家户水文站和肯斯瓦特水文站同步观测年份年水面蒸发观测值

从八家户水文站和肯斯瓦特水文站不同月份蒸发皿同步观测值及转换系数测算结果可看出，E-601型与Φ20型蒸发皿水面蒸发观测数据同步性较好，6-8月为最大水面蒸发量所在月份，其中最大水面蒸发量均在7月份。在11月份-次年的3月份冰期两种型号蒸发皿蒸发观测有所差异，气温对于非冰期的4-10月份两种型号蒸发皿水面蒸发影响较大，降低了E-601型与Φ20型蒸发皿水面蒸发观测的差异性。从八家户水文站和肯斯瓦特水文站同步观测年份年水面蒸发值可看出各年份八家户水文站和肯斯瓦特水文站的E-601型蒸发皿观测水面蒸发变幅均值小于25mm,而Φ20型蒸发皿观测变幅均值小于30mm。八家户水文站和肯斯瓦特水文站在冰期、非冰期及全年两种型号蒸发皿转换系数平均值分别为0.615和0.522。分别将两个水文站的蒸发转换系数进行转化得到E-601型蒸发皿蒸发转换值和同步观测值存在一定的差异，通过分析主要由于Φ20型为小型蒸发皿，其和实际水面蒸发存在一定差异，而E-601型蒸发与水面蒸发实际值吻合度较高，因此转换后存在一定的误差。

3.2 不同蒸发皿水面蒸发观测值相关性分析结果

在两种型号蒸发皿同步观测的基础上，对八家户水文站和肯斯瓦特水文站两种型号不同月份水面蒸发观测值的相关系数进行统计，如表5和表6所示。

表5 不同型号蒸发皿在八家户水文站的蒸发相关性分析结果

表6 不同型号蒸发皿在肯斯瓦特水文站的蒸发相关性分析结果

从八家户水文站和肯斯瓦特水文站不同型号蒸发皿各月蒸发观测值相关性分析结果可看出，E-601型与Φ20型蒸发皿在月尺度水面蒸发观测值具有较好的相关性，两个水文站各月不同型号蒸发皿观测值相关系数均要高于0.5。由于Φ20蒸发皿为小型蒸发皿，其冰期受外部气温变化影响程度要低于E-601型，使得非冰期两种蒸发皿相关系数总体要好于冰期。随着八家户水文站和肯斯瓦特水文站在非冰期水面蒸发量的递增变化，是得不同型号蒸发皿蒸发观测值之间的误差被有效降低，从而提升其相关系数。此外，两种蒸发皿蒸发由于数据系列具有同步性，其观测值偏大或偏小也具有同步性。Φ20型蒸发皿作为小型蒸发皿其稳定性要低于E-601型蒸发皿。

4 主要结论

1)在11月份-次年的3月份冰期两种型号蒸发皿蒸发观测有所差异，气温对于非冰期的4-10月份两种型号蒸发皿水面蒸发影响较大，降低了E-601型与Φ20型蒸发皿水面蒸发观测的差异性。

2)八家户水文站和肯斯瓦特水文站在冰期、非冰期及全年两种型号蒸发皿转换系数平均值分别为0.615和0.522。由于Φ20型为小型蒸发皿，其和实际水面蒸发存在一定差异，而E-601型蒸发与水面蒸发实际值吻合度较高，因此两种型号蒸发皿转换后存在一定的误差。

3)E-601型与Φ20型蒸发皿在月尺度水面蒸发观测值具有较好的相关性，两个水文站各月不同型号蒸发皿观测值相关系数均要高于0.5。由于Φ20蒸发皿为小型蒸发皿，其冰期受外部气温变化影响程度要低于E-601型。