水面蒸发量的预测

---------------《水资源研究》第25卷第2期(总第91期)2004年6月---------------

水面蒸发量的预测

闵骞

（江西省水利厅鄱阳湖水文分局，江西星子 332800）

摘要：提出以气象预报为水面蒸发预测的先决条件，利用中长期气候预报提供的有关气候因

子的预报值，作为计算水面蒸发量预测值的依据。根据中长期预报内容，建立了一个包含气温和

相对湿度两个因子的水面蒸发量气候学预测模型。使用全国不同气候区33个水库湖库漂浮水面

蒸发实验站资料，确定模型参数，并作模型拟合误差检验。采用33站水、陆对比观测资料，建

立预测模型因子水、陆转换关系。应用所建模型预测江西省都昌县小东湖1996～1999年逐月、

旬水面蒸发量，用以说明模型的应用步骤和作模型预测误差检验。结果表明，所建模型的空间适

应性良好，预测精度较高，具有一定的推广价值。

关键词：〖HT5”K〗水面蒸发量；预测；气候模型；气温；相对湿度

水面蒸发是江河湖库塘渠等自然水体水量损失的主要形式之一，尤其在干旱地区和干旱季节，由水面蒸发损失的水量所占比例较大，对水资源及其利用造成明显的影响，是水资源科学管理中必须考虑的重要因素。

水面蒸发量的预测，是江河湖库塘渠水量损失估计的重要依据，是水资源预测的重要组成部分。毫无疑问，这项工作对于有计划地合理配置、高效利用水资源、提高水资源管理水平均有重大意义。

近几年来，随着我国水资源重视程度和管理要求的不断提高，尤其是南水北调工程的开始实施，水面蒸发量预测越来越受到重视。但在水面蒸发量预测预报方面所做的研究仍然很少，可供引用的成果更是凤毛麟角，与国家对水资源管理要求日益提高的形势不相适应，因此，水面蒸发量预测是我国水资源管理中急需解决的重要问题之一。

本文在水面蒸发量预测方法的研究上做了一些新的尝试，通过对道尔顿公式的分解和简化，及对影响水面蒸发主要气象因子之间关系的概化，导出了一个新的水面蒸发模型，作为水面蒸发量预测的基本公式。

1 模型的推导与分析

1.1 模型的推导

水面蒸发计算方法的研究是水面蒸发预测方法研究的先驱和基础。对于水面蒸发量计算方法的研究，已有漫长的历史(至今近300 a)，取得了众多的成果，如湍流理论、平流理论、相似理论及能量平衡理论和质量平衡理论均在水面蒸发计算中得到应用，提出了大批较成熟的理论模型[1]，其中较著名、应用较广泛的有道尔顿公式、彭曼公式和质量转移公式；在我国，以道尔顿公式的应用最为广泛[2]。而水面蒸发量预测方法研究的历史则较短，大约始自20世纪60年代，是随着水资源工程学和水资源规划学的诞生而兴起的[3]，所得成果较少，且多不够成熟，难以在生产上直接引用。因而，就目前所处的探索阶段而言，水面蒸发量的预测宜以理论上成熟、应用上广泛的水面蒸发计算模型为基础，以气象预报为先决条件，从

中长期气候预报中获得模型因子的预报值，用以代入已建模型，估算水面蒸发量的预测值。 一般来说，对于水面蒸发量计算模型的建立，应尽可能考虑使用较多的相互独立或半独目的。但对于水面蒸发量预测模型的建立，则需要考虑使用较少的气象因子，以减少气象因子预报结果的不确定性对水面蒸发量预测精度的影响。鉴于此，本文选择线性风速函数的道尔顿公式(又称Stelling 公式)作为推导水面蒸发量预测模型的基础，并依据中长期气候预报内容(发布的气候因子种类)，对其进行删减模型因子的简化。

Stelling 公式的表达式为：

)(BW A e E +∆= （1）

式中E 为单位时间内的水面蒸发量；Δe 为水面饱和水汽压差；W 为水面平均风速；A 、B 为待定的经验系数。

将式(1)进行展开，为：

W e B e A E ⋅∆⋅+∆⋅= （2）

在式(2)中，Δe 为前、后两项公有的温、湿综合因子，中长期气候预报中虽然不发布Δe 的预报值，但发布气温预报值；W 只在后项中独有，而且中长期气候预报中是不发布风速W 的预报值的，故对于建立在中长期气候预报基础上(以中长期气候预报为前提条件)的水面蒸发量的预测，应从式(2)中删去因子W ，保留因子Δe 。最简单的办法，是剔除式(2)的后项，仅取用其前项，得到：

E=A ·Δe (3)

国内外众多研究表明，采用式(3)模拟水面蒸发量与气象要素的关系，虽然其拟合精度不

如式(1)，但差异不大，模拟效果仍较理想[1，2]。究其原因，主要有两个方面：① Δe 综合反

映了水面附近空气中温、湿度及其梯度的特征，是影响水面蒸发最主要的复合气象因子，表现为任何一个站点的E ～Δe 相关点群均呈直线型带状分布；② W 虽然为影响水面蒸发的重要气象因子之一，但W 对E 影响的数值模拟极为困难，表现在E ～W 相关点群分布很散乱。

根据定义，Δe=e 0-e Z ，其中e 0为表面水温t 对应的饱和水汽压，e Z 为水面以上Z 高度处的空气实际水汽压(绝对湿度或露点温度对应的饱和水汽压)；而e Z =r ·e T ，r 为水面以上Z 高度处空气相对湿度，e T 为水面以上Z 高度处(一般取Z=150 cm 或200 cm )气温T 对应的饱和水汽压，故)(000r e e e re e e T T -=-=∆。在气象学中，)273273exp(1.60t

t R L e V +⋅=，公式中的L 和R V 分别为水的蒸发潜热和水汽的比气体常数[4]；对于水库湖泊等自然水体，表

面水温t 一般与水面以上的气温T 呈线性关系[5]，故Δe 的计算公式可以概化为

)exp()1(0mT r e e e T -

=∆δ，令0

e e k T =，并代入式(3)，得到本文使用的水面蒸发简化模型： E=S(1-kr)exp(mT) (4)

其中S 、k 、m 为模型的3个参数。

1.2模型可用性分析

在式(4)中，模型因子有两个：分别是相对湿度r 和气温T 。其中气温T 是中长期气候预报中的预报对象，即中长期气候预报直接发布T 的预报值，而r 不是中长期气候预报中的预