应用气象学报  2002, 13 (4): 508-512   PDF    
小型蒸发器对E-601B蒸发器的折算系数
任芝花, 黎明琴, 张纬敏     
中国气象科学研究院, 北京 100081
摘要: 为了便于将过去40多年的小型蒸发器观测资料与E-601B蒸发器观测资料衔接使用,对全国618个基准和基本站直径20 cm小型蒸发器与E-601B蒸发器3年平行对比观测结果进行了统计,按省(市)给出了这两种仪器的月、年平均折算系数值及年折算系数的全国分布图,并给出了相应的标准差和相对标准差。
关键词: 蒸发量    折算系数    小型蒸发器    E-601B蒸发器    
CONVERSION COEFFICIENT OF SMALL EVAPORATION PAN INTO E-601B PAN IN CHINA
Ren Zhihua, Li Mingqin, Zhang Weimin     
Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081
Abstract: In order to connect evaporation data observed from 20 cm diameter evaporation pans in the past 40 years with those from E-601B pans, a comparison of evaporation data is made between 20 cm diameter pan and E-601B pan from 618 evaporation experimental stations for three years. The monthly and annual-mean conversion coefficients for the two instruments and the nationwide distribution chart of the annual-mean coefficient, as well as the corresponding standard deviation and relative standard deviation, are given.
Key words: Evaporation     Conversion coefficient     20 cm evaporation pan     E-601B evaporation pan    
引言

我国目前的蒸发资料,主要是通过用测量蒸发器的蒸发量来获取。用蒸发器测得的蒸发量除受气候因子 (诸如净辐射、温度、饱和湿度差、风速、气压等) 及土壤湿度差别的影响外,还受蒸发面的大小、水体的深度、蒸发器的材料、形状以及蒸发器的安装方式 (地上安装还是地下掩埋) 等因素的影响。要想求取最大可能蒸发量值,必须对器测的蒸发量值进行折算。不同的蒸发仪器、不同的安装方式、不同地区、甚至不同季节其折算系数不一样。折算系数的值必须通过对大型水体的蒸发量的平行对比观测才能求得。

我国早已将蒸发观测作为基本观测项目。20世纪70年代以前,气象站和水文台站主要是通过对直径20 cm的小型蒸发器 (以下称小型蒸发器) 的观测获取蒸发资料。70年代以来,有少数台站在非结冰期并行使用小型蒸发器与E-601(金属) 蒸发器进行观测。1995年,为使气象部门的蒸发观测符合WMO的要求,考虑到E-601B (玻璃钢) 对20 m2蒸发池的折算系数远远大于小型蒸发器对20 m2蒸发池的折算系数,即E-601B的蒸发量更接近于湖泊、水库等中小水体的实际蒸发量,以及E-601B的材料不易锈蚀等优点,中国气象局决定在全国基准和基本站用E-601B替代小型蒸发器的水面蒸发观测,取消E-601的观测及小型蒸发器的水面观测。

由于小型蒸发器是既可进行水面蒸发观测,又可进行冰面蒸发观测的兼容仪器,小型蒸发器观测资料是水面与冰面包容的蒸发观测资料。加之使用小型蒸发器的站点多 (仅气象部门就多达2600多个站),资料序列长 (有从1961年到2001年长达41年大面积系统资料,离地高度70 cm,每日20:00(北京时) 观测) 等特点,故小型蒸发器资料是极其珍贵的历史观测资料,对我国的气候研究有其重要的价值。1961年前仅有少数站进行小型蒸发器观测,解放前至1955年,小型蒸发器置于百叶箱内测得的,1955年后将小型蒸发器安置在露天。) 为作好小型蒸发器的历史资料与新装备的E-601B观测资料的衔接,在撤消小型蒸发器的水面观测前,气象部门对这两种仪器进行了为期2年以上的大面积平行对比观测。本文给出了这两种仪器的平行对比观测结果,供用户使用。

1 两种仪器的主要性能参数
表 1 小型蒸发器与E-601B蒸发器的主要性能参数

2 对比实验情况

除42个因观测困难不便换型的海岛、高山基准基本站外,其余600多个基准基本站均换型使用了E-601B。换型站分布广泛,涵盖了我国各种各样的地理、气候条件,加上观测场址条件较好,因而对比实验结果具有广泛的代表性。

换型工作本着先少后多,从南到北,分期分批的原则进行,至1998年6月全国换型工作完成。完成换型后均立即投入两种仪器作对比观测。对比观测每日一次,在蒸发标准观测时间内进行。对于结冰期很短或偶尔结冰的地区,观测时若遇结冰,将E-601B蒸发桶内的冰盖敲成自由漂浮状后,仍然进行对比。而对于冬季结冰较长的地区,则停止对比观测。因此南方地区的台站,均有全年的对比观测资料,北方地区仅有5个月以上的对比资料。现已收集到618站3年多的对比观测资料。由于对比观测是与气象业务观测并行进行,因而观测资料齐整,资料的可信度高。

3 两种仪器的折算系数

习惯上,折算系数定义为较大水体的蒸发量与较小水体的蒸发量的比值,故小型蒸发器对E-601B蒸发器的折算系数 (K) 定义为E-601B蒸发量与小型蒸发器蒸发量之比。由于蒸发量受多种因素的影响,日折算系数范围变动较大,一般不给出日折算系数,本文只给出了月、年的平均折算系数。

图 1是根据我国618个基准基本站3年的对比结果绘出的我国小型蒸发器对E-601B蒸发器的折算系数等值线分布图。从图 1可以看出,总体上折算系数是北方小,南方大,山地比平原略大。折算系数最小的区域成片的出现在东北、内蒙古和新疆天山以南的寒冷和干燥沙漠地区,其K值一般在0.57以下。另外,以青海玉树为中心的一小片区域折算系数也较小。折算系数大于0.67的3个区域为:(1) 浙江、福建、广东与海南,广西的东南沿海带,云南南部;(2) 贵州以及湖南和四川南部大片山区;(3) 青藏高原南部。另外,太行山区、黄土高原、沂蒙山区、大别山区、九华山区、大巴山区、秦岭以及四川西部等高海拔区折算系数也较大。从各对比站来看,折算系数最小为0.50左右,最大的大于0.70。青藏高原西北部无人区、塔里木盆地及准噶尔盆地腹地因无对比实验站,对比系数有待以后实验证实。

图 1. 我国小型蒸发器对E-601B蒸发器的年平均折算系数分布

表 2按从大到小的顺序分省 (市) 给出了小型蒸发器对E-601B蒸发器的月、年平均折算系数,同时给出了相应的变幅、标准差与相对标准差。表 2给出的月K值是该省多站的平均值。有的省没有某个月份的月K值,并不代表该省所有站都不能进行E-601B的观测,只是由于该省该月大多数站结冰不进行对比观测,而少数站的平行对比观测结果不能代表该省该月的月K值,故未给出。从表 2可看出,全国的K值平均值为0.62,月变幅为0.14,标准差为0.09,相对标准差为0.14。折算系数最大的省份为海南,其次是贵州、福建,其年平均折算系数分别为0.70、0.68、0.67;最小的为内蒙古和东北3省,年平均折算系数分别为0.55、0.56;长江以南省份年平均折算系数大都在0.63以上 (含0.63),长江以北大都在0.62以下 (含0.62)。折算系数整体是南大北小。图 2给出了全国平均折算系数按月分布曲线。

表 2 各省 (市、区) 小型蒸发器对E-601B蒸发器平均折算系数

图 2. 我国小型蒸发器对E-601B的平均折算系数月变化

表 2图 2可看出,各省 (市) 折算系数按月分布规律与全国的按月分布规律基本一致。即11、12、1月K值较大,4、5、6月K值较小。

4 引用K值时应注意的问题

(1) 文中所给出的月、年的K值只能用来求算月、年水面蒸发量的平均值。若用来求算日值,可能会带来较大误差。因为一般情况下,小型蒸发器的蒸发量远远大于E-601B蒸发量,但在特殊情况下,如气温急剧下降时,由于两种仪器散热的快慢不一样,小型蒸发器的水面温度可能会出现比E-601B低的情况,这时E-601B的蒸发量反而比小型蒸发器的蒸发量大,此时若用平均K值求算该日蒸发量,必然会造成较大误差。

(2) 由于气温突然升降及降水可能导致两种蒸发面水温变化不同,加之月平均风速的非连续跳动和降水的随机误差的影响,造成表 2中的各省月平均折算系数的按月分布有时出现跳动。建议使用该表时,按图 2曲线形状做适当平滑处理。

(3) 若要从E-601B的蒸发量推算最大可能蒸发量,还必须经过折算。由于对E-601B与20 m2蒸发池我们未进行过系统的长时间对比,故文中未给出E-601B对20 m2蒸发池的折算系数。读者若对此感兴趣,可参考文献[1]、[2]、[3]。

参考文献
[1] 施成熙, 牛克源, 陈天珠. 水面蒸发器折算系数研究. 地理科学, 1986, 6, (4): 305–313.
[2] 裴步祥. 蒸发和蒸散的测定与计算. 北京: 气象出版社, 1989: 7-15.
[3] 水利水电部水利水文自动化研究所. E-601B型水面蒸发器实验报告. 北京: 水利水电部水利水文自动化研究所图书馆, 1988.