浙江省東溪口站不同蒸發皿蒸發量比較分析

泮蘇莉，朱冠天，高 超，趙智超，許月萍

(1.浙江大學水文與水資源工程研究所，杭州 310058；2. 浙江省水文局，杭州 310009)

蒸發量是水量平衡和能量平衡重要組成部分，在水文氣象學和農業灌溉等多方面有至關重要的作用。此外精確的測量蒸發量對水文模擬尤其是分布式水文模型等，有重大意義。蒸發觀測儀器主要包括φ20 cm、φ80 cm、TTN-3000、E601型蒸發皿和20 m2大型蒸發池等，蒸發場分為陸上蒸發場和漂浮蒸發場。蒸發觀測前期主要使用φ20 cm和φ80 cm小型蒸發皿，后期較多使用E601型蒸發皿，所以通過折算系數利用小型蒸發皿的觀測數據，并通過相關系數保證換算結果的可靠度。眾多學者對φ20 cm和E601型蒸發皿的換算進行了研究[1-5]，但是并未驗證E601型蒸發皿蒸發量在其研究區域的準確性。雖然 E601型蒸發皿蒸發量被普遍認為最接近真實值，但是不同地區的準確度應具體考證。此外，本文將漂浮蒸發場上觀測得到的蒸發量進行比較分析，增強了對漂浮蒸發場上不同蒸發皿觀測得到的蒸發量差別的認識,同時將相同蒸發皿在不同蒸發場的蒸發量進行簡單比較。

1 研究區域概況

東溪口站位于浙江省淳安縣青溪區，東經118°59′，北緯29°36′，是新安江水庫蒸發站，設站時間是1962年，該站作為測試站，運用多種蒸發皿監測全面的蒸發數據。新安江水庫處于亞熱帶季風區，四季分明，雨量充沛。全年平均氣溫為17.8 ℃，平均相對濕度為70.3%，年降水量為1 454 mm；日照豐富，年日照時數1 765 h。

2 數據和方法

東溪口站使用兩種蒸發場，即陸上蒸發場(簡稱陸上)和漂浮蒸發場(簡稱漂浮)，在陸上蒸發場上使用φ20 cm、φ80 cm、E601型蒸發皿和20 m2大型蒸發池，在漂浮蒸發場運用φ20 cm、 TTN-3000和E601型蒸發皿。蒸發數據來源于錢塘江水文年鑒，均為日尺度，具體數據情況如表1所示。

表1 東溪口站數據情況Tab.1 Data of pan evaporation at Dongxikou Station

研究方法主要通過相關分析和折算系數，E601型蒸發皿和φ20 cm蒸發皿同時段蒸發量的折算系數K值的計算公式為：

K=E601/E20

(1)

式中：K為蒸發皿蒸發量折算系數；E601為E601型蒸發皿蒸發量，mm；E20為φ20 cm蒸發皿蒸發量，mm。

根據統計學相關原理，對不同蒸發皿月蒸發量運用二元一次線性回歸數學模型進行相關分析。一元一次線性方程一般數學表達式為：

y=kx+b

(2)

式中：y為應變量；x為自變量；k為斜率；b為截距。

3 結果與分析

3.1 驗證E601型蒸發皿蒸發量(陸上蒸發場)的準確性

為驗證E601型蒸發皿蒸發量在東溪口站的準確性，將其與20 m2大型蒸發池的蒸發數據進行對比分析。此外，由20 m2大型蒸發池觀測得到的蒸發量最接近實際情況[6]。二者的年蒸發量的折算系數為1.02，而且月蒸發量的折算系數均接近于1，說明月年尺度的E601型蒸發皿蒸發量的準確性。圖1為20 m2大型蒸發池與E601型蒸發皿月蒸發量比較，可以看出二者的月蒸發量非常接近。此外，二者月蒸發量相關系數高達0.985。E601型蒸發皿和20 m2大型蒸發池日尺度蒸發量折算系數為1.05，相關系數為0.91。所以，通過比較二者日、月、年尺度蒸發量，得出在東溪口站E601型蒸發皿蒸發量是準確可信的，僅有個別值存在略微偏高的情況。

圖1 20 m2大型蒸發池與E601型蒸發皿月蒸發量比較Fig.1 Comparison of monthly pan evaporation measured by 20 m2 large evaporation pond with E601 pan

3.2 φ20 cm蒸發皿(陸上)、φ80 cm蒸發皿(陸上)與E601型蒸發皿(陸上)比較分析

為利用東溪口站前期φ20 cm蒸發皿觀測數據(陸上)，針對E601型蒸發皿(陸上)與φ20 cm蒸發皿(陸上)進行比較分析。表2為東溪口站E601型蒸發皿(陸上)與φ20 cm蒸發皿(陸上)月和年尺度蒸發量折算系數。1月份的多年平均折算系數為0.89，表明φ20 cm蒸發皿1月份的觀測數據比E601型高，但是不同年份差別較大，比如1996年為0.75，而1969年為1.07。相同的情況也發生在11月和12月，11月的多年平均折算系數為0.97，而1973年為0.87，1967年為1.21；12月的多年平均折算系數為0.95，而1973年為0.83,1968年為1.17；但是其他的月份均不會特別偏離多年平均值。通過E601型蒸發皿(陸上)與φ20 cm蒸發皿(陸上)各月蒸發量的多年平均折算系數即可利用東溪口站前期φ20 cm蒸發皿(陸上)蒸發數據，獲得更長的蒸發時間序列。而且二者的高度相關性保證了換算結果的可靠性，二者月蒸發量的相關系數大部分均大于0.9，最高為0.97；年蒸發量的相關系數為0.93。

表2 東溪口站E601型蒸發皿(陸上)與φ20 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量折算系數Tab.2 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on land) to φ20 cm pan (on land) at Dongxikou Station

圖2為 E601型(陸上)和φ20 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量比較，從圖2可以直觀的看出二者的區別?？偟膩碚f，大部分φ20 cm蒸發皿月蒸發量與E601型比較時，存在偏高的情況。主要是因為φ20 cm蒸發皿由于容積小，器壁裸露于空氣中，受日照、氣溫等的影響較大，E601型蒸發皿器口面積大、居地面高度低，所測得的蒸發量受自然因素影響較小，導致觀測值偏高[7]。圖2中秋季和冬季二者的月蒸發量最相近，春季和夏季時φ20 cm蒸發皿月蒸發量與E601型相比偏高較大。

圖2 E601型(陸上)和φ20 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量Fig.2 Comparison of monthly pan evaporation measured by E601 pan (on land) with φ20cm pan (on land)

同樣的，為利用東溪口站前期φ80 cm蒸發皿觀測數據(陸上)，對E601型蒸發皿(陸上)與φ80 cm蒸發皿(陸上)進行比較分析。表3為東溪口站E601型蒸發皿(陸上)與φ80 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量折算系數表，二者的月蒸發量折算系數在不同月份差別較大，3-8月的折算系數大多小于1.0，而其他月份大部分大于1.0；但年蒸發量的折算系數一般都小于1.0。同一月份在不同年份的折算系數在9-2月差別較大，比如1月份最大值為1.86，最小值為1.09。相較于E601型(陸上)和φ20 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量的相關系數，E601型(陸上)和φ80 cm蒸發皿(陸上)的相關性表現稍差，但均在可接受范圍內，且9月份的高達0.93。證明該計算結果可用于φ80 cm蒸發皿(陸上)換算成E601型(陸上)蒸發量。

表3 東溪口站E601型蒸發皿(陸上)與φ80 cm蒸發皿(陸上)月蒸發量折算系數Tab.3 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on land) to φ80 cm pan (on land) at Dongxikou Station

3.3 同一尺寸蒸發皿在不同蒸發場上的比較

為了解相同蒸發皿在不同蒸發場上的差異，本文分析了E601型蒸發皿和φ20 cm蒸發皿在陸上蒸發場和漂浮蒸發場的月觀測數據。圖3為E601型蒸發皿在陸上蒸發場和漂浮蒸發場月蒸發量比較，從圖3可以看出漂浮蒸發場觀測的蒸發量偏低，而且存在一定的滯后性。這種現象的主要原因是漂浮蒸發場是在水庫水面上的，蒸發皿周圍的蒸發導致空氣中相對濕度增加，由于相對濕度對蒸發影響很大[8]，從而抑制了蒸發皿中的蒸發量，所以導致了滯后性。二者的相關性表現一般，僅當夏季時相關系數能達到0.8。

圖3 E601型蒸發皿在陸上蒸發場和漂浮蒸發場月蒸發量比較Fig.3 Comparison of monthly pan evaporation measured by E601 pan on land with on water

圖4為φ20 cm蒸發皿在陸上蒸發場和漂浮蒸發場月蒸發量比較，與E601型不同的是漂浮蒸發場上φ20 cm蒸發皿月蒸發量與陸上蒸發場相比，存在明顯的偏高現象，從而導致二者的折算系數基本上都小于1.0。 而且二者的相關性非常好，大部分相關系數都大于0.9， 最高值可達到0.99。造成E601型蒸發皿與φ20 cm蒸發皿這種差別的原因，主要是因為兩種蒸發皿構造和設置的不同。

圖4 φ20 cm蒸發皿在陸上蒸發場和漂浮蒸發場月蒸發量比較Fig.4 Comparison of monthly pan evaporation measured by φ20 cm pan on land with on water

3.4 漂浮蒸發場上不同蒸發皿的比較

為利用東溪口站前期φ20 cm蒸發皿觀測數據(漂浮)，對E601型蒸發皿(漂浮)與φ20 cm蒸發皿(漂浮)進行比較分析。表4為東溪口站漂浮蒸發場上E601型與φ20 cm蒸發皿月年蒸發量折算系數和相關系數，可以看出二者各月相關系數差異大，最高為0.94，最低僅為0.23，不能完全滿足蒸發換算的相關性要求。針對相關系數較高的月份，可以進行適當地換算運用。

同樣地，為利用東溪口站前期TTN-3000蒸發皿觀測數據(漂浮)，對E601型蒸發皿(漂浮)與φ20 cm蒸發皿(漂浮)進行比較分析。表5為東溪口站漂浮蒸發場上E601型與TTN-3000蒸發皿月年蒸發量折算系數和相關系數，二者各月相關性的表現與E601型和φ20 cm類似，不同月份差異較大，相關性較好時其系數可達到0.95，反之，最小為0.23。但表現差的月份僅為少數，其他月份可以進行相應的換算。

將漂浮蒸發場上E601型、φ20 cm和TTN-3000多年(1966-1970)平均月蒸發量進行比較分析,如圖5所示?？梢钥闯?，3-8月φ20 cm蒸發皿蒸發量是三者中最大的，而且特別突出；然而9-2月TTN-3000蒸發皿蒸發量最大。E601型蒸發皿蒸發量在12個月中基本上都處于最小值，并與φ20 cm相比存在一定的滯后性，這與3.3節中得出的結果相符合；但是TTN-3000卻不存在滯后性。

4 結 語

本文比較了20 m2大型蒸發池、E601型、φ20 cm和φ80 cm蒸發皿在陸上蒸發場的折算系數和相關性，對同一蒸發皿在陸上和漂浮蒸發場的蒸發量進行了對比分析，此外，對漂浮蒸發場不同蒸發皿的蒸發量也進行了分析。得到的結論如下：①20 m2大型蒸發池與E601型蒸發皿月蒸發量折算系數均接近1.0，且相關性很高，證明了東溪口站E601型蒸發皿蒸發量的準確性；②計算得出E601型和φ20 cm蒸發皿月蒸發量的折算系數，且二者相關系數基本上大于0.9，將φ20 cm型蒸發皿蒸發量換算后可以得到可靠度很高的E601型觀測數據；③計算得出E601型和φ80 cm蒸發皿月蒸發量的折算系數，且二者相關系數都在可接受的范圍內，將φ80 cm型蒸發皿蒸發量換算后可以得到可靠度較高的E601型觀測數據；④E601型蒸發皿在漂浮蒸發場上的觀測量與陸上蒸發場上相比，存在一定的滯后性，二者相關性一般；而φ20 cm蒸發皿在兩個蒸發場上得到的蒸發量相關性很好，但漂浮蒸發場上的觀測量稍高；⑤漂浮蒸發場上，E601型、φ20 cm和TTN-3000觀測的蒸發量在每月的相關性差異較大，相互換算的結果可靠度不夠。本文中僅比較了東溪口站不同蒸發皿和不同蒸發場的蒸發，但相同氣候條件下折算系數差別不大，可以推廣使用。

表4 東溪口站E601型蒸發皿(漂浮)與φ20 cm蒸發皿(漂浮)月蒸發量折算系數Tab.4 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on water) to φ20 cm pan (on water) at Dongxikou Station

表5 東溪口站E601型蒸發皿(漂浮)與TTN-3000蒸發皿(漂浮)月蒸發量折算系數Tab.5 Monthly evaporation conversion coefficient for E601 pan (on water) to TTN-3000 pan (on water) at Dongxikou Station

圖5 E601型、φ20 cm和TTN-3000蒸發皿多年平均月蒸發量比較Fig.5 Comparison of Monthly pan evaporation measured by E601, φ20 cm and TTN-3000 pans

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