衡水市蒸發(fā)特性及干旱指數(shù)分析

吳景峰

（河北省衡水水文水資源勘測(cè)局，河北 衡水053000）

1 概述

衡水市位于河北省東南部，總面積8815km2；東與滄州市和山東省德州市毗鄰，西與石家莊市接壤，南與邢臺(tái)市相連，北界保定市、滄州市。衡水市為沖洪積平原區(qū)，地勢(shì)大體為自西南向東北緩慢傾斜，海拔高度12～30m；屬大陸季風(fēng)氣候區(qū)，氣候四季分明，冷暖干濕差異較大；多年平均降水量509.7mm，多年平均氣溫12.6℃，無(wú)霜期191d，日照時(shí)數(shù)2616.8h。

2 選用資料及處理

2.1 基本資料

選用1980～2013年34年同步期資料系列的水面蒸發(fā)站12處，共408站年資料進(jìn)行計(jì)算、分析。其中實(shí)驗(yàn)站1處，其余11處選用氣象站資料。蒸發(fā)站網(wǎng)平均密度為735km2/站。在選用的12個(gè)蒸發(fā)站中，除饒陽(yáng)站和衡水站2001～2013年的4～10月、衡水水文實(shí)驗(yàn)站1985年以后采用標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器（E-601型）觀測(cè)外，其余蒸發(fā)站點(diǎn)均采用20cm口徑蒸發(fā)器（銅）觀測(cè)。

2.2 水面蒸發(fā)量的折算

目前，普遍常用的觀測(cè)蒸發(fā)儀器有E-601型蒸發(fā)器、20cm口徑蒸發(fā)器兩種，但所測(cè)出的蒸發(fā)量有很大差異。由于標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器（E-601型）觀測(cè)值較接近天然值，因此，水面蒸發(fā)量均采用標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器觀測(cè)值。對(duì)采用20cm口徑蒸發(fā)器觀測(cè)的蒸發(fā)資料，須折算為標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器的觀測(cè)值后再參與評(píng)價(jià)計(jì)算。確定衡水市區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器蒸發(fā)量和20cm口徑蒸發(fā)器蒸發(fā)量年平均折算系數(shù)為0.70[1]。 即：

式中 K年為年平均折算系數(shù)；E標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器為標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器蒸發(fā)量 （mm）；E20cm口徑蒸發(fā)器為20cm口徑蒸發(fā)器蒸發(fā)量（mm）。

表1 水面蒸發(fā)折算系數(shù)

3 水面蒸發(fā)量的變化特征

3.1 地區(qū)分布特點(diǎn)

根據(jù)12處蒸發(fā)站34年資料分析，衡水市多年平均蒸發(fā)量1154.8mm。由于衡水市均處平原區(qū)，地域差異不明顯，因此各地蒸發(fā)量相差并不大。最大蒸發(fā)量為棗強(qiáng)站，其多年平均蒸發(fā)量1219.7mm；而最小蒸發(fā)量為衡水站，其多年平均蒸發(fā)量1066.7mm；變化幅度13.2%。衡水市1980～2013年平均水面蒸發(fā)量分布如圖1。

圖1 多年平均水面蒸發(fā)量等值線

通過(guò)圖1可以看出，衡水市西北部、西部及阜城、景縣西部至故城一帶蒸發(fā)量不足1160mm，其他地區(qū)蒸發(fā)量高于1160mm。

3.2 年內(nèi)變化

衡水市地處大陸性氣候區(qū)，受季風(fēng)影響，四季分明，水面蒸發(fā)量會(huì)隨季節(jié)變化而變化。冬季的結(jié)冰期，由于氣溫低蒸發(fā)量小；夏季會(huì)隨著氣溫的上升而蒸發(fā)量增大。衡水市1980～2013年多年月平均水面蒸發(fā)量如表2。

由表2可以看出，夏季6月份蒸發(fā)量最大為186.2mm，占全年蒸發(fā)量的16.1%；冬季12月份蒸發(fā)量最小為26.7mm，僅占全年蒸發(fā)量的2.3%；1，2，11，12月份4個(gè)月總的蒸發(fā)量?jī)H135.5mm，尚不足4，5，6，7月份各月的蒸發(fā)量。

水面蒸發(fā)量除了受氣溫的影響外，還受飽和水汽壓差、濕度、日照、風(fēng)速等氣象因素的綜合影響。衡水市多年月平均水面蒸發(fā)量如圖2。

表2 月平均水面蒸發(fā)量

圖2 多年月平均水面蒸發(fā)量

由圖2看出，蒸發(fā)量最大分別是6，5，7，4月份，蒸發(fā)量分別占全年蒸發(fā)量的16.1%，14.5%，12.3%，12%。衡水市在初夏之季，風(fēng)大、干旱少雨，飽和差大，日照充足，尤其在5月底至6月初，氣溫偏高，多干熱風(fēng)，所以蒸發(fā)量大；而到了7，8月份，雖然氣溫依然很高，但隨著降水次數(shù)的增多，空氣濕度增大，飽和水汽壓差減小，從而導(dǎo)致蒸發(fā)量減小。

3.3 年際變化

衡水市多年平均蒸發(fā)量1154.8mm，蒸發(fā)量最大年份為1981年，蒸發(fā)量1389.2mm；最小年份為2003年，蒸發(fā)量979.6mm；最大年份和最小年份相差409.6mm。

通過(guò)對(duì)衡水市12處水面蒸發(fā)代表站34年資料頻率分析計(jì)算，可以看出變差系數(shù)值都很小，均在0.09～0.16之間變化，說(shuō)明水面蒸發(fā)量的年際變化相對(duì)較小，年與年之間相對(duì)穩(wěn)定。衡水市水面蒸發(fā)量變化過(guò)程線如圖3。

環(huán)偶極子以其獨(dú)特的電磁特性與太赫茲波相結(jié)合，在太赫茲透明材料、吸波器、濾波器等功能器件上應(yīng)用廣泛。本文所提出的平面型太赫茲環(huán)偶極子超材料為環(huán)偶極子的后續(xù)研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為柔性環(huán)偶極子超材料的研究提供了一種新的思路。

由圖3可以看出，水面蒸發(fā)量呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)。雖然氣候變暖，全球氣溫升高，但并沒(méi)有使水面蒸發(fā)量增加[2]，而近地面平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)下降是造成水面蒸發(fā)量呈遞減趨勢(shì)的主要原因[3]。20世紀(jì)80年代蒸發(fā)量變化較大；進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，年際變化幅度減?。?1世紀(jì)初，年蒸發(fā)量基本小于多年平均蒸發(fā)量，蒸發(fā)量在趨勢(shì)線上下波動(dòng)。

圖3 歷年水面蒸發(fā)量變化過(guò)程線

4 干旱指數(shù)分析

干旱指數(shù)是反映各地氣候干濕程度及用作氣候分區(qū)的指標(biāo)，是年蒸發(fā)量與年降水量的比值，即：

式中 r為干旱指數(shù)；E0為年蒸發(fā)量（mm）；P為年降水量（mm）。

年蒸發(fā)量用標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器的觀測(cè)值代替。由于蒸發(fā)量與降水量是代表一個(gè)地區(qū)水份支收情況的兩個(gè)方面，因此其比值能反映一個(gè)地區(qū)的干旱程度[4]。選擇和蒸發(fā)站站點(diǎn)相同或相近的雨量觀測(cè)站點(diǎn)12處，計(jì)算出各雨量站1980～2013年的多年平均降水量與各蒸發(fā)站折算后的多年平均水面蒸發(fā)量，進(jìn)而計(jì)算出各站同步期的干旱指數(shù)。衡水市選用觀測(cè)站干旱指數(shù)如表3。

表3 觀測(cè)站干旱指數(shù)

從表3可以看出，衡水市干旱指數(shù)在2.16～2.55之間，低值區(qū)出現(xiàn)在衡水市東部、中部的桃城區(qū)，干旱指數(shù)小于2.3，高值區(qū)出現(xiàn)在西南部的冀州、棗強(qiáng)一帶，干旱指數(shù)大于2.5。其他地區(qū)介于2.3～2.5之間。

干旱指數(shù)r<1.0，表明該地區(qū)氣候偏于濕潤(rùn)，r值越小，氣候越濕潤(rùn)；r>1.0，表明該地區(qū)氣候偏于干旱，r值越大，干旱程度就越嚴(yán)重。一般認(rèn)為，干旱指數(shù)1～3為半濕潤(rùn)地區(qū)[5]。衡水市多年平均干旱指數(shù)在2.16～2.55之間，因此衡水市屬于半濕潤(rùn)地區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

蒸發(fā)量是地球水熱平衡的一個(gè)重要組成部分，蒸發(fā)資料的質(zhì)量和精度直接影響了水資源評(píng)價(jià)成果的可靠性。水面蒸發(fā)資料的精度主要取決于水面蒸發(fā)器器口的大小。本文采用標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)器進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算。通過(guò)分析得出：

（1）衡水市蒸發(fā)量地域差異不明顯，多年平均蒸發(fā)量1154.8mm。西北部、西部及阜城、景縣西部至故城一帶蒸發(fā)量不足1160mm，其他地區(qū)蒸發(fā)量高于1160mm。

（2）水面蒸發(fā)量年內(nèi)分配不均勻。冬季氣溫低、水面結(jié)冰，造成蒸發(fā)量小，12月為最小蒸發(fā)量月；初夏氣溫高、多干熱風(fēng)，水面蒸發(fā)量大，6月份為全年最大蒸發(fā)量月。

（3）水面蒸發(fā)量年際變化呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)。年最大蒸發(fā)量1389.2mm，年最小蒸發(fā)量979.6mm。最大年份和最小年份相差409.6mm。

（4）衡水市干旱指數(shù)2.16～2.55，介于1～3之間，屬于半濕潤(rùn)氣候區(qū)。