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第18章 中国的风速 湿度和蒸发(3)

盛夏月份东南沿海诸岛相对湿度都在90%左右以上,例如浙江平阳南麂、山东半岛尖上的成山头,福建福鼎台山,浙江黄岩大陈岛,6、7月平均相对湿度都高达95%左右,因为它们正在海雾季节之中。而干燥的冬季风则使北方内陆地区月平均相对湿度都在30%以下,西藏尼木12月平均相对湿度甚至只有18%。

平均水汽压情况和相对湿度有所不同。夏季最高区呈现在华南沿海和南海诸岛,最高都可走到32百帕左右以上。所以西沙和东沙岛6月分别高达33.1和34.4百帕。冬季最低呈现出在最严寒的黑龙江北部地区,月平均水汽压均在1百帕以下,例如漠河和呼玛分别为0.4和0.5百帕。可见,气温对水汽压的影响大过相对湿度。

六、中国的蒸发量和干燥度

蒸发量也是个重要的气象要素。因为一个地方的气候和植被景观的湿润程度,主要决定于当地降水量和蒸发量两者的对比,降水量越大,蒸发量越小,当地气候就越湿润,植被就越茂盛;相反,蒸发量比降水量大得越多,气候就越干燥,甚至出现干旱和沙漠景观。

蒸发量还直接影响气温。例如干旱地区由于几乎无水可以蒸发,阳光热量耗在蒸发水分上极少,因此得以全力用来升高气温。我国夏季气温最高不在南方以至南海诸岛,而在中高纬度的西北干旱地区(例如吐鲁番盆地),就是这个原因。

但是蒸发量的测定是件很复杂的事。一般可分为实测蒸发量,最大可能蒸发量和实际蒸发量三种。先说实测蒸发量。

实测蒸发量。气象部门的实测蒸发量可分为两种。一种是通过测量蒸发失去的水量获得,这种仪器叫蒸发皿。另一种是通过测量土壤重量变化知道土壤蒸发量。后者主要用于农业气象学中。这里只讲第一种。

气象站普遍使用的蒸发皿直径20厘米,深10厘米,皿口离地面70厘米(和雨量筒口齐平)。每日晚清空后注入2厘米深的水层,次日晚把余量倒进量杯便知当日蒸发量。如果当日有雨,还要扣除降水量。这种蒸发量在湿润、小风气候条件中与实际蒸发量还比较接近,但在干旱气候或干旱季节中由于水体小,日晒(可使蒸发皿发烫)和风吹可使蒸发测值显著偏大,因此实际上反映的只是小水体的蒸发能力。

我国20厘米蒸发皿年蒸发量分布的大形势是,西北干旱地区大而东北、长江中下流地区小。西北干旱地区蒸发量大,主要是因为气候干燥,长江中下流蒸发量小的主要原因是气候潮湿。东北地区则气温偏低和相对湿度偏大两个因素都有作用。

我国大体除了长江中下游地区和四川、贵州(年蒸发量1000mm~1500mm)外,其余地区年蒸发量都在1500毫米以上,西北内陆干旱地区甚至在2000mm~2500mm以上。例如吐鲁番气象站年蒸发量2837.8毫米,其中7月份511.3毫米。这里夏季蒸发之强,从下面两趣事就可见一斑,气象员冲脚不用脱袜,走不过百步凉鞋带袜子都干了;的确良短袖衬衣,即使晾在室内(无空调)也是“立等可穿”。

但吐鲁番站还不是全国蒸发量最大的地方,因为吐鲁番站气温虽高但风速不大。如经常有风把蒸发皿上方的饱和空气吹走,蒸发量便立刻大增。所以我国西北干旱地区中许多夏季风大的地区年蒸发量都超过了3000毫米。例如哈密七角井和伊吾淖毛湖均高达4403毫米,7月蒸发量750毫米左右。

那么,最大一天的蒸发量又有多大呢?这倒没有人去进行专门挑选,我找到的以下两个数据已可以看出沙漠地区日蒸发量之巨大。例如哈密站1955年7月19日日平均气温高达35.0℃(最高气温42.6℃),日平均相对湿度只有12%(午后13时相对湿度仅7%),日平均风速13.0米/秒,日蒸发量竟高达43.3毫米。同一天,哈密七角井气象站日平均气温为25.9℃(最高气温31.3℃),平均相对湿度为25%(13时相对湿度17%),日平均风速高达14.0米/秒,这一天的蒸发量也高达43.0毫米,也就是说这一天蒸发皿中共蒸发掉4.3厘米深的水层。当然这也不一定就是中国的最高纪录。

与干旱地区相反,多云湿润地区主要因为相对湿度高而蒸发量减少。长江中下游地区年蒸发量都在1500毫米以下,局部地区甚至不到1000毫米,尤以高山地区最低,例如四川峨眉山顶仅835.1毫米。这种地区冬季和雨季中蒸发之小甚至给物资储存和人民生活造成了麻烦。长江中下游地区1月平均蒸发量只有30毫米~40毫米,许多阴雨日子里蒸发量只有0.1毫米~0.2毫米,甚至为零,衣服也常久晾不干。冬季冷空气南下的日子里,入睡时被子又潮又冷,早起穿衣也是潮潮的,这都需要消耗身体大量热量来蒸发衣被中的水分,使人感到十分阴冷。

最大可能蒸发量。如前所述,20厘米蒸发皿量出的是在当地气候条件下小水面上的蒸发能力。如果蒸发皿口径不断增大,其实测蒸发量必将逐渐减少,这是因为这时水面上的相对湿度会逐渐增高,从而不利于水分继续蒸发的缘故。所以80厘米口径蒸发皿的蒸发量就比20厘米口径要小些。例如根据收集到的2年~5年资料统计,80厘米口径蒸发皿的年蒸发量只有20厘米的75%~90%。一般规律是气候愈干燥,比值就愈小。

在理论上,当所研究的区域足够大时,在当地现有的气候条件下,地面蒸发有充分水分供应时,作物或短草充分覆盖的开阔地面上的蒸发量,称为当地的最大可能蒸散量(包括土壤蒸发和叶面蒸腾),写作ET,它的数值一般不超过同样气候条件下的自由水面的蒸发量。

计算最大可能蒸发量有许多种方法,其中世界上比较常用的公式便是H.L彭门公式。我曾用全国599个气象站气象资料,计算了1951年~1970年年及各月的平均ET。下表列出哈尔滨、北京和上海等七站的年平均ET和20厘米口径的蒸发量。

表中哈尔滨可代表东北地区,北京代表华北,上海代表长江中下游,广州代表华南,七角井代表西北干旱地区,五道梁代表4000米以上青藏高原,雅安代表川黔全年湿润地区。可见干旱地区的ET虽然也仍居全国最大,但数值上已大大降低,全国多数地区的年ET都在500毫米~1500毫米之间。也就是说,当水面(或充分供水的草地)面积越来越大时,干旱地区的蒸发量可剧降2000毫米~3000毫米之多,这也就是干旱地区的大湖泊所以能维持不消失(即大湖上蒸发量减少)的主要原因之一。湿润、风小地区的四川雅安,ET仍比蒸发皿的蒸发量小约400毫米,主要是这些地区仍会有干旱季节和干旱日子的缘故,在这种日子里蒸发皿测值便会显著偏大。

实际蒸发量。应当说明,不管是实测的20厘米口径蒸发量,还是计算得到的ET,都不是实际蒸发量。试问:沙漠干旱地区中4000毫米的蒸发水量的水从何而来?实际上,全国实测蒸发量(20厘米直径蒸发皿)最大的地方恰恰也是实际蒸发量最小的地方。

水文部门常常以一个流域为单位,计算该流域中的多年平均的水量收支平衡状况。这种情况下年平均蒸发量便是年平均降水量与年平均径流量(河流流出水量)之差。例如,我国珠江流域平均年雨量1438毫米,平均年径流量772毫米,因此平均年实际蒸发量便是666毫米,同样计算可得长江流域年平均蒸发量515毫米,黄河流域416毫米。干旱地区实际蒸发量就很小了,例如青海的格尔木(内陆)河流域,年降水量145毫米,年径流35毫米,年实际蒸发量便只有110毫米了。当然这还是山区,如果在平原沙漠地区,年径流深度一般都在5毫米~10毫米以下,那么这里的年实际蒸发量就接近于年雨量,即25毫米~50毫米以下甚至10毫米~25毫米以下了。

我国的干燥度和植被景观分布前面已经提到,一地气候的干湿程度决定于水分收支平衡状况,降水大于蒸发即为湿润,反之则属干燥。习惯上用干燥度表示,年平均ET除以年平均降水量便是年干燥度。年干燥度小于1,一般称为湿润气候,从我国的干燥度分布图上可以看到,大致山东半岛南部、淮河略北和秦岭一线以南,东经100°左右以东地区,以及东北大小兴安岭、长白山等地区均属湿润气候区,植被为森林景观(可生长森林)。年干燥度1.0~1.5之间的区域,降水虽略少于最大可能蒸发量,但气候还较湿润(因为土壤供水不足时蒸发量也略有减少),森林也可生长,称为半湿润气候,我国东北中部、华北平原、山西、陕西中部、甘肃东南部均属这种气候。年干燥度1.5~3.5之间的半干燥区,降水已少到一般不能生长森林,因而草原广阔,成为我国主要牧区,主要包括内蒙古大部和青藏高原大部,以及新疆山区。年干燥度大于3.5的地区气候一般极为干旱,属干燥区,植被呈荒漠和半荒漠景观,特别是内蒙古和甘肃的西部。柴达木盆地、塔里木和吐鲁番盆地等地区,年干燥度在16以上甚至32以上,地面就呈极端干旱的沙漠或者戈壁景观了。总之年干燥度和我国自然景观的分布是相当一致的。

此外,由于气温随海拔高度升高而降低,相对湿度和降水则随高度的升高而增加,因而许多荒漠地区的高山上,如我国天山北坡、六盘山西北坡、阿尔泰山西南坡等也会出现森林景观。以祁连山北坡为例,位于海拔1483米的张掖,年干燥度6.66,属荒漠气候,但海拔2787米的托勒年干燥度只有1.49,已属半湿润气候。