保定小型蒸发年总量数据序列的模拟与补全

摘要 用保定国家基本气象站1991—2012年小型蒸发量、大型蒸发量数据，分析二者之间关系，运用回归分析法、比值法模拟此期间4—10月的小型蒸发量数据，将保定市近11年小型蒸发年总量数据序列补充完整，为单站点、长序列的小型蒸发器观测资料的有效使用提供参考，为指导农业生产、水利灌溉等方面提供可靠的数据依据。

关键词 大型蒸发；小型蒸发；比值法；回归分析法；河北保定

中图分类号 P332.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）22-0224-03

保定国家基本气象站1958年建站，开展部分气象要素观测、数据积累工作，1988年增加了大型蒸发观测任务，每年4—10月同时观测小型蒸发和大型蒸发。经过几年的对比观测，于2002年调整观测业务，小型蒸发器在1—3、11—12月使用，大型蒸发器在4—10月使用，造成小型蒸发和大型蒸发观测数据均不足12个月，缺少蒸发量年统计，在开展气象服务和气候研究中造成很大不便。

大型、小型蒸发之间的关系，已经有很多学者[1-4]进行了深入研究，主要是用回归分析法和比值法求得两者之间的订正公式，并对订正公式的使用价值和局限性进行了讨论。李菊香等[5]对邯郸市2002—2011年4—10月小型蒸发数据序列进行模拟，将2002—2011年邯郸市小型蒸发年总量数据序列补全，然而其数值换算局地性较强，无法在其他站点直接使用。笔者对保定站1991—2001年（1988、1989、1990年资料有缺测）4—10月观测的大型蒸发和小型蒸发同步资料进行统计分析，找出二者的换算关系，模拟出该期间的小型蒸发数据，将小型蒸发年总量数据序列补全。

1 资料来源与统计方法

1.1 资料

1991—2012年保定国家基本气象站逐月小型蒸发量和大型蒸发量观测数据，其使用的蒸发器分别为ADM7型、E601-B型。

1.2 统计方法

对1991—2001年4—10月小型蒸发量和大型蒸发量的各年合计值、各月平均值进行统计分析，再运用比值法和回归分析法分别对求得的各月平均值、各年合计值进行数学计算，得出大型蒸发、小型蒸发间的一元回归方程、换算公式，采取不同方法模拟出2002—2012年4—10月小型蒸发量总量合计值、月数据值和，得出合理的模拟值，补全该时期小型蒸发年总量数据序列。

小型、大型蒸发量的换算公式为：e=k×E[6-7]

一元线性回归方程为：e=a+b×E

式中，e、E分别为小型蒸发量、大型蒸发量，k为换算系数（小型蒸发量与大型蒸发量比值），a、b为待定系数。

2 结果与分析

2.1 1991—2001年4—10月小型蒸发量与大型蒸发量的关系

计算统计1991—2001年4—10月各月平均大型、小型蒸发量（图1），可以看出此期间小型蒸发量、大型蒸发量月平均变化趋势基本一致，6、10月蒸发量分别为月蒸发量最大值、最小值。计算统计此期间大型、小型蒸发总量值（图2），可以看出1991—2001年4—10月小型蒸发量与大型蒸发量年变化趋势基本一致，以1997年为界，此前蒸发量年变化平稳，此后波动增加，1997年大型蒸发量最大，2000年小型蒸发量最大。

统计1991—2001年大型、小型蒸发量4—10月各月平均值的差值和比值（表1），可以看出，大型蒸发量比小型蒸发量明显降低，差值月变化大，最小、最大差值分别为34.8、98.1 mm，分别出现在10、6月，平均为71.8 mm，但各月二者比值较稳定，为1.6～1.7，平均为1.7，4—7月比值比8—10月略微偏大。

计算统计1991—2001年4—10月大型、小型蒸发总量的差值和比值（表2），可以看出，其年平均差值为502.4 mm，最小差值359.2 mm出现在1991年，最大差值620.9 mm出现在2001年。然而大型、小型蒸发4—10月合计总量值的比值（换算系数）也较稳定，在1.5～1.9之间小幅变化，多年平均比值1.7。

2.2 运用比值法和回归分析法模拟2002—2012年4—10月小型蒸发总量值

2.2.1 4—10月各月回归方程。运用一元线性回归分析方法，经计算统计历年各月大型、小型蒸发量数据资料得到小型蒸发量的各月回归方程，其中，4、7、8、9、10月通过了a=0.001的显著性水平检验，5、6月通过了a=0.01的显著性水平检验（表3）。

2.2.2 4—10月蒸发总量的回归方程、换算系数。1991—2001年4—10月大型、小型蒸发量的换算系数选取多年平均比值1.7。经统计历年4—10月小型蒸发总量与大型蒸发总量，得出总量值回归方程为：e=432.401+1.094×E，通过a=0.01显著性水平检验。

2.2.3 2002—2012年小型蒸发量模拟分析。运用比值法和回归分析法对2002—2012年4—10月大型蒸发观测数据资料进行计算统计，得出2002—2012年4—10月小型蒸发月值和合计值的模拟值（表4）。可以看出，运用总量值、月值进行回归法、比值法模拟出的4组数据很接近，表明用比值法和回归法模拟小型蒸发量均可行，且使用4—10月蒸发总量和月蒸发量模拟出的数据差异不明显。因此，在实际应用中可根据需要进行选择。假如需要模拟出月小型蒸发量时，可使用月值模拟，假如仅需要求算小型蒸发年总量，那么使用总量模拟法更方便快捷。如果资料序列较长，则可使用回归分析方法，如果资料序列短，则使用比值法模拟出的结果也可满足应用需要。

2.3 将2002—2012年小型蒸发年总量序列补充完整

选取月比值法结果作为2002—2012年4-10月小型蒸发总量。计算2002—2012年每年1—3、11—12月小型蒸发合计值，与模拟值合并得到2002—2012年小型蒸发年总量数据序列（表5）。

检验补全后的小型蒸发年总量是否可用，选取邻近的徐水、安新2站作为参考站点，统计分析保定、徐水、安新3站的2002—2012年蒸发量变化曲线（图3）。可以看出，3站蒸发年总量变化趋势基本一致，表明用模拟值补全的保定小型蒸发年总量可以正确反映保定的蒸发量变化，可以满足气候研究和气象服务使用。

3 结论

（1）4—10月保定国家基本气象站小型蒸发量比大型蒸发量明显偏大，各月差值变化较大，差值大的月份蒸发量大，差值小的月份蒸发量小，但各月二者比值相对较稳定。

（2）运用比值法和回归分析法对小型蒸发量月值和4—10月合计值分别进行模拟，发现回归法、比值法均可以用来模拟小型蒸发量。在实际工作中，可以根据具体情况适当选择。

（3）比值法和回归分析法是建立在统计数学的基础之上，因而存在一定的片面性和不足[8-9]。

（4）由于保定站冬季（11月至次年3月）结冰，大型蒸发停止观测，缺少11-3月大型、小型蒸发的同步观测资料，所以2种蒸发器冬季冰面蒸发量之间的换算关系有待于进一步试验探讨，以为当地农业生产有序、高效的开展提供科学参考。

4 参考文献

[1] 达伟，李萍，虎振龙，且末站不同蒸发器蒸发量相互关系的分析[J].现代农业科技，2008（11）：359-360.

[2] 张静，张锐，刘芳，等.不同蒸发器之间蒸发量的换算关系分析[J].内蒙古气象，2011（5）：46-47.

[3] 韦广栋，小型蒸发器与E蒸发器的对比观测分析[J].内蒙古气象，2001（4）：37-39.

[4] 庞成，马鸿勇，王伏村，等.张掖E型与小型蒸发观测资料对比[J].干旱气象，2011，29（3）：362-367.

[5] 李菊香，郭洪杰，王嘎，等.邯郸近十年小型蒸发年总量序列的补充[J].河北气象，2012，31（4）：28-31.

[6] 刘红霞，王飞，黄玲，等.乌苏E-601B型蒸发与小型蒸发折算系数分析[J].沙漠与绿洲气象，2012（6）：65-68.

[7] 李菊香，郭洪杰，王嘎，等.邯郸近十年小型蒸发年总量序列的补充[C]//S8大气探测与仪器新技术、新方法.北京：中国气象学会，2012：6.

[8] 谭治平，李志方.避免小型蒸发量缺测的分流法没计[J].贵州气象，2012（2）：50-51.

[9] 王晓凤，黄梅.不同蒸发器蒸发量相互关系的分析[J].新疆水利，2009（3）：35-36.