遼河中下游地區(qū)水面蒸發(fā)規(guī)律分析

陳勝利

（遼寧省水文水資源勘測(cè)局盤(pán)錦分局，遼寧 盤(pán)錦 124010）

遼河中下游地區(qū)水面蒸發(fā)規(guī)律分析

陳勝利

（遼寧省水文水資源勘測(cè)局盤(pán)錦分局，遼寧 盤(pán)錦 124010）

蒸發(fā)是指水面的水分從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)逸出水面的過(guò)程。水面蒸發(fā)是發(fā)生在自由水面上的蒸發(fā)過(guò)程，它反映一個(gè)地區(qū)蒸發(fā)能力的大小。水面蒸發(fā)是水循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，文章通過(guò)對(duì)臺(tái)安徑流試驗(yàn)站水面蒸發(fā)規(guī)律的研究,分析出影響水面蒸發(fā)各種因素，推算出水面蒸發(fā)折算系數(shù)，分析水面蒸發(fā)的主要規(guī)律等。

水面蒸發(fā)；蒸發(fā)規(guī)律；蒸發(fā)折算系數(shù)；影響因素

1 水面蒸發(fā)的過(guò)程及觀測(cè)

1.1 水面蒸發(fā)的物理過(guò)程

蒸發(fā)直接體現(xiàn)熱量交換與水量交換過(guò)程的聯(lián)系。水分化汽和水汽擴(kuò)散的兩個(gè)過(guò)程是：①水分化汽。水體內(nèi)部水分子處在連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其速度各不相同。當(dāng)水面的一些分子，得到的動(dòng)能大于其他水分子對(duì)它的吸引力，就逸出水面。水溫越高，水分子運(yùn)動(dòng)越快。由于水汽分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，有一部分水汽分子回到水中，產(chǎn)生凝結(jié)。實(shí)測(cè)的蒸發(fā)量指從水面逸出的水分子數(shù)量與返回水中的水分子數(shù)量之差。②水汽擴(kuò)散。有三種形式：由于水汽壓差而引起的水汽分子從水汽壓高處向水汽壓低處輸送，稱分子擴(kuò)散；由于溫差而引起的下層暖濕空氣上升和上層冷干空氣的下沉，稱對(duì)流擴(kuò)散；由于刮風(fēng)，水分子隨風(fēng)吹離，稱紊動(dòng)擴(kuò)散。

1.2 水面蒸發(fā)量的觀測(cè)

我國(guó)水文系統(tǒng)一般采用 E601 型蒸發(fā)器和 20 cm 口徑（以下稱 20）蒸發(fā)皿測(cè)定水面蒸發(fā)量。根據(jù)北方結(jié)冰的特點(diǎn)，北方地區(qū)水面蒸發(fā)器有以下兩種：20cm 口徑蒸發(fā)皿常年觀測(cè)，E601 型蒸發(fā)器結(jié)冰時(shí)即停止觀測(cè)（一般為每年的 5 月 1 日至 10 月31日）。一年中 E601 型蒸發(fā)器停測(cè)的幾個(gè)月的水面蒸發(fā)值，可以用 20cm 口徑蒸發(fā)皿的數(shù)值通過(guò)系數(shù)折算得出。水面蒸發(fā)觀測(cè)以 8時(shí)為日分界，每日8時(shí)觀測(cè)一次，單位以毫米計(jì)。

2 影響水面蒸發(fā)量的因素

影響水面蒸發(fā)的因素很多，一般來(lái)說(shuō)，影響水面蒸發(fā)速度的重要因子是水氣壓差。水汽壓差指水面溫度的飽和水汽壓與水面上空一定高度的實(shí)際水汽壓之差。它反映著水汽濃度梯度，根據(jù)擴(kuò)散理論的概念，蒸發(fā)率與水汽壓差成正比變化。水氣壓差的大小主要是受氣象因素的影響如氣溫、濕度、風(fēng)速等，這些因素交替影響，不能單純說(shuō)哪一個(gè)因素的占主要地位，這些因素對(duì)蒸發(fā)量的影響都很大。

2 .1 溫 度

氣溫是影響流域蒸發(fā)的一個(gè)重要因素。氣溫是對(duì)大氣中溫室氣體增加最敏感的因子之一，并且通過(guò)對(duì)蒸發(fā)的影響進(jìn)而可影響到流域性水文循環(huán)。根據(jù)臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 1996 年至 2001 年的平均蒸發(fā)資料分析，遼河下游地區(qū)氣溫與水面蒸發(fā)之間的關(guān)系如表1。

臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 20cm、E601 多年蒸發(fā)月平均值與溫度關(guān)系表

從表中可以看出 5，6 月份蒸發(fā)較大，而溫度最高的 7、8 月份蒸發(fā)反而減小，這時(shí)因?yàn)椋?，6 月份風(fēng)速較大，空氣干燥，大氣中水氣壓與該溫度下的飽和水氣壓差值較大，蒸發(fā)能力較強(qiáng)，故蒸發(fā)較大；到 7，8 月份進(jìn)入雨季，風(fēng)力較小，空氣濕度較大，大氣中水氣壓與該溫度下的飽和水氣壓差值較小，蒸發(fā)能力較弱，故蒸發(fā)量反而減少。

2.2 濕 度

表示大氣中水氣含量多少的物理量叫空氣濕度，濕度低表示水氣少，濕度高表示水氣多。氣象上空氣濕度可表示為：水氣壓和飽和水氣壓差、飽和差、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度、比濕等。水氣既是包含在大氣中氣體的一部分，所以，大氣壓中由水氣所產(chǎn)生的部分壓強(qiáng)稱為水氣壓。一定溫度下大氣中的水汽含量有一個(gè)極限值，當(dāng)空氣中水氣達(dá)到這個(gè)極限值時(shí)，水汽不再增加，這時(shí)空氣中的水氣壓稱為飽和水氣壓。當(dāng)空氣達(dá)到飽和水氣壓時(shí)，蒸發(fā)停止。所以，影響蒸發(fā)速度的最重要的氣象因子是飽和差，就是一定溫度下飽和水氣壓差與實(shí)際水氣壓之差。飽和差越大蒸發(fā)量就越大。反之，飽和差越小蒸發(fā)量就越小。臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 20cm、E601 多年蒸發(fā)月平均值與濕度關(guān)系見(jiàn)表 2。

表2 臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 20cm、E601 多年蒸發(fā)月平均值與濕度關(guān)系表

從表中 2 可以看出，5，6，7，8 月份蒸發(fā)量的變化與濕度成反比關(guān)系，濕度越大蒸發(fā)量越小。而 9，10 月份溫度下降較快，白天秋高氣爽，夜間濕度較大，雖然濕度與 6 月份差別不大，但溫度卻低于 6 月份，所以，9，10 月份相對(duì) 6 月份蒸發(fā)能力有所下降。

2.3 風(fēng) 速

相對(duì)于地表面的空氣運(yùn)動(dòng),通常指它的水平分量,以風(fēng)向、風(fēng)速或風(fēng)力表示。風(fēng)向指氣流的來(lái)向，常按 16方位記錄。風(fēng)速是空氣在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的水平距離，以米/秒為單位。形成風(fēng)的直接原因，是水平氣壓梯度力。風(fēng)受大氣環(huán)流、地形、水域等不同因素的綜合影響，表現(xiàn)形式多種多樣，如季風(fēng)、地方性的海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、焚風(fēng)等。簡(jiǎn)單地說(shuō)，風(fēng)是空氣分子的運(yùn)動(dòng)。從風(fēng)的定義可以看出，風(fēng)的大小就是空氣流動(dòng)的快慢，空氣流動(dòng)越快所帶走的水分子越多，所以風(fēng)速越快，蒸發(fā)量就越大。臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 20cm、E601 多年蒸發(fā)月平均值與風(fēng)速關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 20cm、E601 多年蒸發(fā)月平均值與風(fēng)速關(guān)系表

從表中可以看出，5，6，7，8，9 月份蒸發(fā)量的變化與風(fēng)速成正比關(guān)系，風(fēng)速越大蒸發(fā)量越大。 而10月份溫度下降較快，雖然風(fēng)速與 6月份差別不大，但溫度卻低于 6 月份很多，所以，10 月份相對(duì)6月份蒸發(fā)能力下降較多。

3 水面蒸發(fā)的折算系數(shù)

目前，尚無(wú)直接測(cè)定天然水體水面蒸發(fā)的方法。通常被廣泛應(yīng)用的水面蒸發(fā)觀測(cè)方法是器測(cè)法。器測(cè)法所測(cè)得的蒸發(fā)量，要和代表天然水體的蒸發(fā)量進(jìn)行折算，才能得到水庫(kù)、湖泊等天然水體的蒸發(fā)量。從全國(guó)各省蒸發(fā)系數(shù)分析中發(fā)現(xiàn) E601型蒸發(fā)器觀測(cè)的蒸發(fā)量接近大水體的蒸發(fā)量，所以統(tǒng)計(jì)水面蒸發(fā)量時(shí)，把 20cm 蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量一律折算為 E601 的蒸發(fā)量。近似地代表天然水體的水面蒸發(fā)量。

位于遼河中下游地區(qū)的臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站是唯一具有蒸發(fā)資料的測(cè)站，該站 20cm 口徑蒸發(fā)全年觀測(cè)，E601 型蒸發(fā) 5 至 10 月觀測(cè)，經(jīng)多年資料分析，臺(tái)安站的 20cm 口徑蒸發(fā)皿和 E601 型蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)折算系數(shù)見(jiàn)表4。

4 水面蒸發(fā)量變化規(guī)律分析

在自然界中水汽壓的大小與蒸發(fā)的快慢有密切關(guān)系，而蒸發(fā)的快慢在水分供應(yīng)一定的條件下，主要受溫度控制。白天溫度高，蒸發(fā)快，進(jìn)入大氣的水汽多，水汽壓就大；夜間出現(xiàn)相反的情況。每天有一個(gè)最高值出現(xiàn)在午后，一個(gè)最低值出現(xiàn)在清晨。在遼河下游地區(qū)，水汽壓有兩個(gè)相對(duì)最大值，一個(gè)出現(xiàn)在早晨 9 至 10 時(shí)，另一個(gè)出現(xiàn)在 21 至 22 時(shí)。在 9 至 10 時(shí)以后，對(duì)流發(fā)展旺盛，地面蒸發(fā)的水汽被上傳給上層大氣，使下層水汽減少；21 至 22 時(shí)以后，對(duì)流雖然減弱，但溫度已降低，蒸發(fā)也就減弱了。與這個(gè)最大值對(duì)應(yīng)得是兩個(gè)最小值，一個(gè)最小值發(fā)生在清晨日出前溫度最低的時(shí)候，另一個(gè)發(fā)生在午后對(duì)流最強(qiáng)的時(shí)候。相對(duì)濕度的大小，不但取決于水汽壓，還取決于溫度。氣溫升高時(shí)，雖然地面蒸發(fā)加快，水汽壓增大，但這時(shí)飽和水汽壓隨溫度升高而增大得更多些，使相對(duì)濕度反而減小。同樣的道理，在氣溫降低時(shí)，水汽壓減小，但是飽和水汽壓隨溫度下降得更多些，使相對(duì)濕度反而增大。所以相對(duì)濕度在一天中有一個(gè)最大值出現(xiàn)在清晨，一個(gè)最低值出現(xiàn)在午后。水汽壓的年變化和氣溫的年變化相似。最高值出現(xiàn)在 7至8月，最低值出現(xiàn)在 1至2月。相對(duì)濕度因?yàn)榕c水汽壓和溫度都有關(guān)系，年變化情況比較復(fù)雜。一般情況下，相對(duì)濕度夏季最小，冬季最大。但是在季風(fēng)氣候地區(qū)，冬季風(fēng)來(lái)自大陸，水汽特別少，夏季風(fēng)來(lái)自海洋，高溫而潮濕，所以相對(duì)濕度以冬季最小，而夏季最大。不過(guò)濕度的年、日變化，實(shí)際上比較復(fù)雜。因?yàn)槌郎囟纫酝?，風(fēng)力影響也非常大，各個(gè)地方地面干濕不同，蒸發(fā)的水分供給有很大差異。根據(jù)臺(tái)安徑流實(shí)驗(yàn)站 1996年至 2001 年的平均蒸發(fā)資料分析，得出遼河下游地區(qū)年蒸發(fā)量變化，一年中蒸發(fā)值最大出現(xiàn)在 4月份，其次是 5，6 月份，蒸發(fā)值最小出現(xiàn)在 1 月份，其次是 12，2，11 月內(nèi)份，這是因?yàn)?4 月份空氣濕度小，風(fēng)速大，而溫度也相對(duì)增高，而 1 月份空氣濕度也比較小，但氣溫較低，而且地面和水面都已經(jīng)結(jié)冰，故蒸發(fā)量很小。

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