陳環(huán)宇，劉小京，田宇，邢錦城，李勁松，楊策，任昂彥，郭凱，封曉輝，孫宏勇*

?水土資源與環(huán)境?

水面蒸發(fā)的鹽度效應(yīng)及其影響因子分析

陳環(huán)宇1,2，劉小京1，田宇1，邢錦城2，李勁松1，楊策1，任昂彥2，郭凱1，封曉輝1，孫宏勇1*

（1.中國科學(xué)院 遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院 鹽堿地資源高效利用工程實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050021；2.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002）

【】明確濱海鹽堿地水面蒸發(fā)（）的鹽度效應(yīng)及其主要影響因子。于2018年5—10月設(shè)置了鹽分梯度為1、3、5、10 g/L和20 g/L的水面蒸發(fā)試驗(yàn)。通過自制的20 cm蒸發(fā)皿獲取不同質(zhì)量濃度咸水的水面蒸發(fā)量，利用灰度關(guān)聯(lián)分析確定了氣象因子與不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)程度，分別于晴天和陰天，選取關(guān)聯(lián)度前三的氣象因子和質(zhì)量濃度（）對(duì)水面蒸發(fā)量進(jìn)行通徑分析。①咸水質(zhì)量濃度的升高會(huì)增加液面的表面張力，導(dǎo)致水面蒸發(fā)量降低，觀測期內(nèi)1 g/L咸水的累積蒸發(fā)量相比于20 g/L增加了97.66 mm；②水面蒸發(fā)與輻射強(qiáng)度（）、風(fēng)速（s）、飽和水汽壓差（）和空氣溫度（a）呈正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度（）、大氣壓力（r）和質(zhì)量濃度（）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；③輻射強(qiáng)度是濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的主要影響因子，s和分別于晴天和陰天對(duì)水面蒸發(fā)起到間接作用。咸水質(zhì)量濃度的升高增加了水面的表面張力，造成了質(zhì)量濃度高的咸水蒸發(fā)量的降低；相比于質(zhì)量濃度對(duì)水面蒸發(fā)的影響，氣象因子的影響作用更為顯著，其中，輻射強(qiáng)度是濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的主要影響因子。

咸水蒸發(fā)；鹽度效應(yīng)；氣象因子；灰度關(guān)聯(lián)分析；通徑分析

0 引言

【研究意義】水面蒸發(fā)是大氣水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[1]，其蒸發(fā)量的確定是水資源學(xué)科研究的重要內(nèi)容，是制定區(qū)域水資源保護(hù)和管理的重要依據(jù)。對(duì)水面蒸發(fā)量的估算是水資源預(yù)測的重要組成部分，其蒸發(fā)過程及其影響因素的研究，是建立湖泊、流域等水域水量平衡的基礎(chǔ)，是合理配置和高效利用水資源的重要依據(jù)[2-3]。隨著全球氣溫升高，對(duì)水面蒸發(fā)研究也日益增多[4-7]，盡管環(huán)渤海鹽堿地淡水資源匱乏，但咸水資源卻非常豐富[8]。因此，研究濱海地區(qū)水面蒸發(fā)的鹽度效應(yīng)對(duì)于了解氣候變暖背景下區(qū)域內(nèi)水量平衡問題具有重要的理論價(jià)值。

【研究進(jìn)展】水面蒸發(fā)是水循環(huán)研究過程中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)[9]。眾多科研工作者針對(duì)水面蒸發(fā)量的計(jì)算方法及其影響因素進(jìn)行了大量研究。從全國范圍來看，地區(qū)日照時(shí)間、平均風(fēng)速和氣溫日較差是影響水面蒸發(fā)的主要因子[10]。在新疆車爾臣河流域，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-缺省因子法和熵權(quán)法發(fā)現(xiàn)，空氣溫度與風(fēng)速對(duì)水面蒸發(fā)的影響最敏感[11]。在鄂爾多斯高原，相對(duì)濕度和氣溫是影響湖水蒸發(fā)的主要因素[12]。也有研究顯示，降雨量是影響丹江口水庫水面蒸發(fā)的主要因素[13]，水氣界面的水汽壓差和風(fēng)速的乘積是影響太湖小時(shí)尺度水面蒸發(fā)的主要因素[14]。由此可見，在不同區(qū)域，氣象因子對(duì)水面蒸發(fā)的影響程度是不相同的。此外，水面蒸發(fā)過程不僅受飽和水汽壓差，風(fēng)速，輻射強(qiáng)度和空氣溫度等氣象因子的影響[15-17]，也受其自身水質(zhì)的影響[18]。研究顯示，咸水的蒸發(fā)量要明顯低于淡水，水面蒸發(fā)量與礦化度之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其蒸發(fā)量隨著水體中含鹽量的升高而降低[19-20]?！厩腥朦c(diǎn)】因此，僅僅以淡水水體蒸發(fā)來評(píng)估濱海鹽堿地的咸水蒸發(fā)是不合適的，應(yīng)該充分考慮到咸水的鹽度效應(yīng)對(duì)水面蒸發(fā)的影響。

【擬解決的關(guān)鍵問題】為了正確認(rèn)識(shí)濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的鹽度效應(yīng)及其與氣象因子之間的關(guān)聯(lián)程度，本文設(shè)置了不同鹽分梯度的咸水進(jìn)行定量研究。通過灰度關(guān)聯(lián)分析確定了水面蒸發(fā)量與相關(guān)氣象因子的關(guān)聯(lián)程度，利用通徑分析明確了晴天和陰天中影響水面蒸發(fā)量的主要影響因子，并建立了2種天氣下的咸水蒸發(fā)估算公式。研究結(jié)果對(duì)濱海鹽堿地水資源的科學(xué)管理和利用具有重要的理論意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)于2018年5—10月在中國科學(xué)院海興實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行（38o09′ N，117o33′ E，海拔約5 m）。該地區(qū)地下水埋深較淺（1～2 m），且礦化度高（20～30 g/kg）。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，坑塘水含鹽量在10 g/kg左右，土壤鹽分范圍為4～30 g/kg。研究區(qū)域?yàn)榈湫偷陌霛駶櫞箨懶詺夂颍昶骄邓繛?69 mm，主要集中在7、8月[21]。年平均氣溫12.9 ℃。土壤體積質(zhì)量范圍為1.37～1.60 g/cm3，飽和質(zhì)量含水率范圍為29.5%～32.3%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置直徑20 cm，高10 cm的自制蒸發(fā)皿測量不同質(zhì)量濃度的咸水蒸發(fā)（圖1），其質(zhì)量濃度分別為1、3、5、10 g/L和20 g/L，共計(jì)5個(gè)處理，每個(gè)處理3組重復(fù)，咸水由海鹽（購置于滄州海興縣銀海鹽業(yè)有限公司）配置，其中，NaCl量大于95%。每日早08:00用精度為0.01 g的電子秤稱量，視蒸發(fā)強(qiáng)弱程度換水（一般3 d），降水后換水。

圖1 咸水蒸發(fā)試驗(yàn)示意圖

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氣象因子和表面張力的測量

1）大氣壓力（r），空氣溫度（a）、相對(duì)濕度（）、風(fēng)速（s）和輻射強(qiáng)度（）等氣象因素通過實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)的氣象站獲取。

1.3.2 水面蒸發(fā)量測定

每日早08:00用精度為0.01 g的電子秤稱量蒸發(fā)皿的質(zhì)量，利用稱量日與前一日的稱量差值計(jì)算水面蒸發(fā)量。蒸發(fā)量計(jì)算式為：

式中：水為水面蒸發(fā)量（mm）；為蒸發(fā)皿的橫截面積（cm2），在本研究中為314 cm2；Δ為當(dāng)日與前1日之間的蒸發(fā)皿質(zhì)量差；為重復(fù)次數(shù)（=3）。

1.3.3 灰度關(guān)聯(lián)分析

灰度關(guān)聯(lián)分析[23]可以用來評(píng)估氣象因素對(duì)不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)特征的影響。

1）將0=(0(1),0(2), ...,0())設(shè)為母因素?cái)?shù)列。

將1=(1(1),1(2), ...,1()),2=(2(1),2(2), ...,2()),…,X=(x(1),x(2), ...,x())設(shè)置為子因素?cái)?shù)列。

2）對(duì)原始數(shù)列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，變換后的原始數(shù)據(jù)列為：

3）各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算：

4）氣象因素與不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

利用Excel 2016處理原始數(shù)據(jù)和繪制圖表，SPSS 24對(duì)氣象因子和不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量作通徑分析和統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)水面蒸發(fā)量和氣象因子進(jìn)行灰度關(guān)聯(lián)分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較（=0.05），用Pearson法對(duì)水面蒸發(fā)量和影響因子進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量的變化特征

2.1.1 晴天和陰天條件下不同質(zhì)量濃度咸水單日內(nèi)的蒸發(fā)變化特征

如圖2所示，無論是晴天還是陰天，咸水的蒸發(fā)量在1 d中均呈單峰的趨勢。晴天時(shí)，各處理的蒸發(fā)量在05:00—19:00呈先增加后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在13:00—15:00。在11:00—19:00的時(shí)間段內(nèi)，各處理之間的蒸發(fā)量差異較大，由大到小表現(xiàn)為1 g/L＞3 g/L＞5 g/L＞10 g/L＞20 g/L。在監(jiān)測期間，1 g/L咸水的累積蒸發(fā)量比20 g/L的咸水多蒸發(fā)1 mm。

圖2 不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量在晴天和陰天變化情況

陰天時(shí)，各處理的蒸發(fā)量在05:00—19:00時(shí)間段內(nèi)也呈先增加后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在11:00—13:00。在13:00—19:00的時(shí)間段內(nèi)，各處理之間的蒸發(fā)量差異較大，由大到小表現(xiàn)為1 g/L＞3 g/L＞5 g/L＞10 g/L＞20 g/L。在監(jiān)測期間，1 g/L咸水的累積蒸發(fā)量比20 g/L的咸水多蒸發(fā)0.5 mm。

2.1.2 不同質(zhì)量濃度咸水月蒸發(fā)量的變化特征

圖3為不同質(zhì)量濃度咸水的月蒸發(fā)特征，如圖3所示，1、3、5、10 g/L和20 g/L的最大月蒸發(fā)量出現(xiàn)在6月，最小月蒸發(fā)量出現(xiàn)在10月，分別為291.85、286.44、281.63、275.92、270.49 mm和140.15、136.99、133.91、132.41、127.87 mm。其中，月蒸發(fā)量隨著咸水質(zhì)量濃度的升高，呈降低的趨勢，相比于20 g/L處理，1 g/L分別在5—10月多蒸發(fā)了14.24、21.36、20.53、15.52、13.72 mm和12.29 mm。同時(shí)，除6月以外，1 g/L咸水的月蒸發(fā)量與5、10 g/L和20 g/L咸水的差異顯著。

2.1.3 不同質(zhì)量濃度咸水的累積蒸發(fā)量

圖4為不同質(zhì)量濃度咸水的累積蒸發(fā)量，如圖4所示，1、3、5、10 g/L和20 g/L的咸水在5—10月的累積蒸發(fā)量分別為1 158.14、1 134.56、1 113.30、1 091.13 mm和1 060.48 mm。主要表現(xiàn)為隨著咸水質(zhì)量濃度的升高，累積蒸發(fā)量呈降低的趨勢。其中，1 g/L咸水的累積蒸發(fā)量相比于20 g/L咸水的蒸發(fā)量增加了97.66 mm。

圖3 不同質(zhì)量濃度咸水的月蒸發(fā)特征

圖4 不同質(zhì)量濃度咸水的累積蒸發(fā)量

2.2 含鹽量對(duì)水面蒸發(fā)量的影響

2.2.1 含鹽量與水面蒸發(fā)量的相關(guān)關(guān)系

圖5為咸水質(zhì)量濃度與每日平均蒸發(fā)量的相關(guān)關(guān)系，如圖5所示，水面蒸發(fā)量與其質(zhì)量濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其擬合公式為=0.81e-x/8.12+7.24，2為0.99。表現(xiàn)為隨著水中含鹽量的升高，水面蒸發(fā)量呈降低的趨勢，但降低的趨勢逐漸減緩。

圖5 咸水質(zhì)量濃度與每日平均蒸發(fā)量的相關(guān)關(guān)系

2.2.2 咸水質(zhì)量濃度與其表面張力的相關(guān)關(guān)系

通過咸水質(zhì)量濃度和表面張力的相關(guān)關(guān)系圖（圖6）可以看出，表面張力與咸水質(zhì)量濃度有極顯著的線性關(guān)系（2=0.97），其中，19 g/L的咸水相比于0 g/L的純水，表面張力增加了14.43 mN/m。表現(xiàn)為隨著咸水質(zhì)量濃度的升高，液面的表面張力呈增大的趨勢。充分說明了咸水的質(zhì)量濃度越高，其表面張力越大，咸水表面各分子間束縛力越強(qiáng)，水分子越難從液體表面逃逸出來。

圖6 咸水質(zhì)量濃度與表面張力的關(guān)系

2.3 氣象因子的動(dòng)態(tài)變化及其與咸水蒸發(fā)量的相關(guān)關(guān)系

輻射強(qiáng)度（圖7（a））在5—10月呈減小的趨勢，各個(gè)月份的平均值分別為11.73、10.47、8.68、9.00、8.51 kW/m2和5.49 kW/m2，最大值出現(xiàn)在5月（19.95 kW/m2），最小值出現(xiàn)在6月（19.95 kW/m2）。飽和水汽壓差（圖7（b））在5—10月呈波動(dòng)的趨勢，其中最大值出現(xiàn)在6月（2.64 kPa），最小值出現(xiàn)在8月（0.01 kPa），飽和水汽壓差在5—10月的平均值為0.77 kPa。相對(duì)濕度（圖7（c））在5—10月呈先升高后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在8月（99.9%），最小值出現(xiàn)在6月（33.6%），5—10月的平均值為71.8%。大氣壓力（圖7（d））和空氣溫度（圖7（e））呈相反的趨勢，大氣壓力在5—10月呈先降低后升高的趨勢，而空氣溫度呈先升高后降低的趨勢。最大值分別出現(xiàn)在10月（102.75 kPa）和7月（31.23 ℃），最小值分別為出現(xiàn)在6月（99.71 kPa）和10月（7.36 ℃），大氣壓力和空氣溫度在5—10月的平均值分別為100.95 kPa和22.35 ℃。風(fēng)速在5—10月的波動(dòng)較大（圖7（f）），最大值和最小值分別為7.73 m/s和0.93 m/s。

圖8為不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量與氣象因素的散點(diǎn)圖，如圖8所示，水面蒸發(fā)與風(fēng)速、空氣溫度、飽和水汽壓差和輻射強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，隨著風(fēng)速、空氣溫度、飽和水汽壓差和輻射強(qiáng)度的增加，水面蒸發(fā)量增大；與相對(duì)濕度和大氣壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著相對(duì)濕度和大氣壓力的增加水面蒸發(fā)量減小。在5種不同質(zhì)量濃度咸水中，隨著質(zhì)量濃度的升高，其趨勢線的斜率降低，說明氣象因子對(duì)低質(zhì)量濃度咸水的影響大于對(duì)高質(zhì)量濃度咸水的影響。

2.4 不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量與氣象因素的灰度關(guān)聯(lián)分析

在氣象因子中，輻射強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度最高（表1），與1、3、5、10 g/L和20 g/L的關(guān)聯(lián)度分別為0.776 3、0.771 6、0.768 0、0.764 3和0.763 5。其次為風(fēng)速、飽和水汽壓差、空氣溫度、相對(duì)濕度和大氣壓力。同時(shí)，隨著咸水質(zhì)量濃度的提高，風(fēng)速和飽和水汽壓差與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度逐漸升高，大氣壓力、空氣溫度、相對(duì)濕度和輻射強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度逐漸降低。

表1 不同質(zhì)量濃度咸水蒸發(fā)量與氣象因素的灰度關(guān)聯(lián)分析

注s為風(fēng)速；r為大氣壓力；a為空氣溫度；為飽和水汽壓差；為相對(duì)濕度；為輻射強(qiáng)度，下同。

2.5 咸水蒸發(fā)量與影響因子的Pearson相關(guān)性分析

利用表1中篩選的與咸水蒸發(fā)量關(guān)聯(lián)度較高的3種氣象因素（輻射強(qiáng)度，風(fēng)速和飽和水汽壓差）與咸水的質(zhì)量濃度進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析可以看出（表2），咸水質(zhì)量濃度與水面蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是對(duì)其影響卻沒有達(dá)到顯著水平，同時(shí)，作為咸水中的溶解物質(zhì)，質(zhì)量濃度與氣象因子相關(guān)性不高。晴天時(shí)，輻射強(qiáng)度，風(fēng)速和飽和水汽壓差均與水面蒸發(fā)量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系（<0.01），陰天時(shí)，輻射強(qiáng)度和飽和水汽壓差與水面蒸發(fā)量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系（<0.01）。利用SPSS軟件對(duì)咸水蒸發(fā)量與影響因子進(jìn)行線性逐步回歸后，建立了咸水蒸發(fā)量的估算公式如下：

晴天：

=0.500+0.002+0.274s+0.435-0.004，2=0.973 （6）

陰天：

=-0.661+0.002+0.422s+0.183-0.003，2=0.982 （7）

式中：、、s、、分別表示水面蒸發(fā)量、輻射強(qiáng)度、風(fēng)速、飽和水汽壓差和質(zhì)量濃度；2為方程決定系數(shù)。

表2 水面蒸發(fā)量與影響因子的Pearson相關(guān)性分析

注*表示<0.05；**表示<0.01。

2.6 咸水蒸發(fā)量與影響因子的通徑分析

由表3的通徑分析結(jié)果可知，在晴天時(shí)，決策系數(shù)從大到小排列為（0.654）>（0.567）>（-0.057）>s（-0.122），說明在咸水蒸發(fā)中起到關(guān)鍵作用，是主要決策因子。同時(shí)，與的直接通徑系數(shù)大于其間接通徑系數(shù)之和，說明對(duì)咸水蒸發(fā)的影響是通過直接作用。此外，s與的直接通徑系數(shù)小于其間接通徑系數(shù)之和，說明晴天時(shí)，風(fēng)速對(duì)咸水蒸發(fā)的影響是通過間接作用。

在陰天時(shí)，決策系數(shù)從大到小排列為（0.790）>s（0.325）>（0.219）>（-0.030），說明無論是晴天還是陰天，均在咸水蒸發(fā)中起到關(guān)鍵作用，是主要決策因子。同時(shí)也可以看出，在陰天的決策系數(shù)要高于晴天，說明陰天時(shí)輻射強(qiáng)度對(duì)水面蒸發(fā)的影響作用更強(qiáng)。與的直接通徑系數(shù)小于其間接通徑系數(shù)之和，說明陰天時(shí)，飽和水汽壓差對(duì)咸水蒸發(fā)的影響是通過間接作用。

表3 水面蒸發(fā)量與影響因子的通徑分析結(jié)果

3 討論

3.1 氣象因子對(duì)水面蒸發(fā)的影響

水面蒸發(fā)是多種影響因子共同作用的結(jié)果[24]。通過本研究發(fā)現(xiàn)，水面蒸發(fā)與風(fēng)速、輻射強(qiáng)度、空氣溫度和飽和水汽壓差呈正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度和大氣壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在不同區(qū)域，其影響水面蒸發(fā)的主要因子也有差異。魏光輝等[25]通過熵值法對(duì)水面蒸發(fā)影響因素的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，水面蒸發(fā)對(duì)溫度與風(fēng)速的影響最為敏感。趙成義等[26]在研究中指出，阿克蘇綠洲地區(qū)的水面蒸發(fā)量與飽和水汽壓差、空氣溫度和風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系較好，其中主要因子為飽和水汽壓差。在本研究中發(fā)現(xiàn)，輻射強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度最高，其次為風(fēng)速、飽和水汽壓差、空氣溫度、相對(duì)濕度和大氣壓力。溫度是影響大氣-土壤邊界物質(zhì)和能量的直接驅(qū)動(dòng)力，隨著溫度升高，更多的水分子會(huì)散逸到大氣中，同時(shí)，溫度的變化又在一定程度上受輻射強(qiáng)度的影響。所以，無論在晴天還是陰天，輻射強(qiáng)度均起到主要影響作用，尤其是陰天，輻射強(qiáng)度的直接通經(jīng)系數(shù)更大，影響程度更高。飽和水汽壓差反映了空氣的干燥程度，主要受相對(duì)濕度和溫度的影響，風(fēng)速通過改變蒸發(fā)表面的相對(duì)濕度和溫度來影響能量分配，然后通過改變蒸發(fā)面的飽和水汽壓差影響蒸發(fā)過程[27]，所以，風(fēng)速主要通過間接作用對(duì)水面蒸發(fā)產(chǎn)生影響。

3.2 咸水質(zhì)量濃度對(duì)水面蒸發(fā)的影響

1、3、5、10 g/L和20 g/L咸水在2018年5—10月的累積蒸發(fā)量分別為1 158.14、1 134.56、1 113.30、1 091.13 mm和1 060.48 mm，表現(xiàn)為累積蒸發(fā)量隨著咸水質(zhì)量濃度的升高呈降低的趨勢，與前人的研究結(jié)果一致[18, 28-30]。就純水而言，其汽化階段分子逃逸的速率主要受液面其他水分子吸引力的影響。拉烏爾定律指出，一定溫度下，稀溶液溶劑的水汽壓等于純?nèi)軇┑乃麎撼艘匀芤褐腥軇┑哪柗謹(jǐn)?shù)[31]。根據(jù)Van’t Hoff方程，咸水的溶質(zhì)勢s=-/，式中的為摩爾氣體常數(shù)，為溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，各處理中的上述2個(gè)因子均一致，與此同時(shí)，在各處理咸水溫度差異近似忽略的情況下，其溶質(zhì)勢與其溶液質(zhì)量濃度呈正相關(guān)關(guān)系。在外部環(huán)境條件相同時(shí)，水體的水面蒸發(fā)速率隨著水體密度的遞增而降低[32]。隨著鹽離子的加入，咸水的質(zhì)量濃度逐漸增大，鹽離子的存在增加分子間的作用力，表現(xiàn)為液體表面張力隨著咸水質(zhì)量濃度的升高而升高，從而增加了液面水分子逃逸的難度。因此，相較于純水而言，水分子想要從水面脫離變成水汽，在逃逸過程中需要克服更多的吸引力[33]。此外，相較于純水而言，鹽離子的增加會(huì)降低咸水上方的飽和水汽壓差[34-35]，進(jìn)而降低咸水蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力，造成蒸發(fā)量的減少。

3.3 氣象因子和咸水質(zhì)量濃度對(duì)水面蒸發(fā)影響的比較

在濱海地區(qū)，水面蒸發(fā)除了受氣象因子影響以外，水體中的鹽離子也會(huì)影響其蒸發(fā)速率。通過分析可以看出，氣象因子通過影響“液態(tài)水轉(zhuǎn)化為汽態(tài)水、汽態(tài)水向大氣擴(kuò)散”過程中的“能量”和“動(dòng)力”對(duì)水面蒸發(fā)造成影響，咸水的質(zhì)量濃度通過改變液體的表面張力影響水分子逃逸的難易程度，進(jìn)而影響水面蒸發(fā)過程。以往的研究僅考慮了氣象因子或質(zhì)量濃度單一方面對(duì)水面蒸發(fā)的影響，在鹽分存在的情況下，氣象因子如何影響水面蒸發(fā)，且二者間哪種因素占主導(dǎo)地位目前尚不明確。

有研究顯示鹽離子的存在降低了水分子的自由能，導(dǎo)致凈輻射向熱量的轉(zhuǎn)化發(fā)生差異[36]。在研究中表現(xiàn)出隨著咸水質(zhì)量濃度的升高，水面蒸發(fā)量與氣象因子趨勢線的斜率降低，說明氣象因子對(duì)低質(zhì)量濃度咸水的影響大于對(duì)高質(zhì)量濃度咸水的影響。并且，輻射強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度隨著咸水質(zhì)量濃度的升高逐漸降低，其影響程度逐漸減小也進(jìn)一步說明了這一點(diǎn)。此外，本研究利用通徑分析，分別分析了晴天和陰天條件下氣象因子和咸水質(zhì)量濃度對(duì)水面蒸發(fā)的影響情況，其決策系數(shù)從大到小排列分別為（0.654）>（0.567）>（-0.057）>s（-0.122）和（0.790）>s（0.325）>（0.219）>（-0.030）。通過比較可以看出，氣象因子的決策系數(shù)遠(yuǎn)大于咸水的質(zhì)量濃度，尤其是輻射強(qiáng)度，在晴天和陰天分別是的質(zhì)量濃度的11倍和26倍。由此可見，無論是晴天還是陰天，氣象因子對(duì)水面蒸發(fā)的影響程度要大于質(zhì)量濃度的影響，說明大氣蒸發(fā)能力對(duì)水面蒸發(fā)的影響程度要遠(yuǎn)高于咸水的內(nèi)在屬性（質(zhì)量濃度）。因此，氣象因子是影響濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的主要因素，其中，輻射強(qiáng)度是咸水蒸發(fā)的主要影響因子，占主導(dǎo)地位。此外，基于主要影響因子建立了不同天氣下咸水蒸發(fā)的估算公式，其2分別為：0.973和0.982，具有較高的擬合度，可用于濱海鹽堿地咸水蒸發(fā)量的估算。

4 結(jié)論

1）水面蒸發(fā)分別與風(fēng)速、輻射強(qiáng)度、空氣溫度和飽和水汽壓差呈正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度、大氣壓力和質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，輻射強(qiáng)度是濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的主要影響因子，風(fēng)速和飽和水汽壓差分別在晴天和陰天通過間接作用影響水面蒸發(fā)。此外，咸水的質(zhì)量濃度會(huì)影響氣象因子與蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度，隨著咸水質(zhì)量濃度的升高，風(fēng)速和飽和水汽壓差與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度升高，而大氣壓力、空氣溫度、相對(duì)濕度和輻射強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度下降。

2）利用關(guān)聯(lián)度高的氣象因子和咸水質(zhì)量濃度與水面蒸發(fā)之間建立了回歸關(guān)系，分別為：晴天：=0.500+0.002+0.274s+0.435-0.004，2=0.973，陰天：=-0.661+0.002+0.422s+0.183-0.003，2=0.982，可用于濱海鹽堿地咸水蒸發(fā)量的估算。

3）盡管咸水質(zhì)量濃度的升高降低了水面蒸發(fā)量，但同氣象因子相比，這種影響并不顯著，所以，影響濱海鹽堿地水面蒸發(fā)的主要因素是氣象因子。其中，輻射強(qiáng)度是主要影響因子。

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The Effect of Salinity on Water Evaporation and the Associated Determinants

CHEN Huanyu1,2, LIU Xiaojing1, TIAN Yu1, XING Jincheng2, LI Jingsong1, YANG Ce1, REN Angyan2, GUO Kai1, FENG Xiaohui1, SUN Hongyong1*

(1.CAS Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Saline Resources, Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050021, China;2. Jiangsu Coastal Area Institute of Agricultural Sciences, Yancheng 224002, China）

【】Water evaporation is influenced by many factors, besides meteorological factors, salinity also has an important effect on it. The aim of this paper is to study its impact on water evaporation in coastal saline-alkali land.【】The experiment was conducted by setting a salinity gradient ranging from 1 to 20 g/L from May to October in 2018. Evaporation from water with different salinity was measured using a in-house 20 cm evaporation pan, and the correlation between meteorological factors and the evaporation was determined by gray relational analysis.【】①Increasing water salinity increased water surface tension, thereby leading to a decrease in water evaporation. The cumulative evaporation with 1 g/L of saline water over the experimental period increased by 97.66 mm compared with that with 20 g/L of saline water. ②Evaporation was positively correlated with radiation intensity (), wind speed (s), vapor pressure deficit (), and air temperature (a), while negatively correlated with relative humidity (), atmospheric pressure (r) and Salinity (). ③Among all factors we compared,affected the evaporation from the coastal saline-alkali land more. We also found thatsandaffected the evaporation on sunny and cloudy days.【】Increase in water salinity increased water surface tension, resulting in a decrease in water evaporation. Compared with water salinity, the meteorological factors affected the evaporation more, especially the radiation intensity.

evaporation; saline water; meteorological factors; gray relational analysis; path analysis

P332.2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021449

1672 - 3317（2021）04 - 0067 - 09

陳環(huán)宇, 劉小京, 田宇, 等. 水面蒸發(fā)的鹽度效應(yīng)及其影響因子分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(4): 67-75.

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2021-09-17

中國科學(xué)院工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（KFJ-PTXM-017）；河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（21326408D）；江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院探索性顛覆性創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（ZX(21)1230）；沿海鹽堿地農(nóng)業(yè)科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站開放課題（YHS202107）

陳環(huán)宇（1990-），男。助理研究員，博士，主要從事濱海鹽堿地水資源綠色高效利用研究。E-mail: chykyr@163.com

孫宏勇（1974-），男。研究員，博士，主要從事農(nóng)田水鹽運(yùn)移過程機(jī)理與調(diào)控研究。E-mail: hysun@sjziam.ac.cn

責(zé)任編輯：趙宇龍