泉州沿海海鹽生產(chǎn)與蒸發(fā)量的關(guān)系研究

廖曉婷 姚如時(shí)

(福建省惠安縣氣象局，福建 泉州 362100)

0 引言

山腰鹽場(chǎng)位于泉州市泉港區(qū)，作為福建最大的食鹽(載體鹽)生產(chǎn)基地，有200多年的制鹽歷史，生產(chǎn)面積達(dá)1.5萬(wàn)畝，其產(chǎn)品也被譽(yù)為閩鹽的“代表作”和“拳頭產(chǎn)品”。山腰鹽場(chǎng)的海鹽生產(chǎn)全過(guò)程都在露天條件進(jìn)行，以海水為原料，鹽灘為設(shè)備，依靠自然蒸發(fā)，引入鹵水后濃縮和結(jié)晶產(chǎn)鹽，因此，海鹽生產(chǎn)與氣象條件息息相關(guān)。經(jīng)實(shí)地調(diào)研考察，山腰鹽場(chǎng)海鹽的產(chǎn)量受蒸發(fā)、降水、風(fēng)速、日照等氣象因素的影響，但目前海鹽生產(chǎn)的各個(gè)流程并沒(méi)有針對(duì)性的氣象服務(wù)產(chǎn)品，只有傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，缺乏定性定量的研究，無(wú)法滿足山腰鹽場(chǎng)生產(chǎn)的需求。

近年來(lái)，氣象工作者在鹽業(yè)生產(chǎn)氣象服務(wù)方面開(kāi)展了較多的研究，劉昭武等[1]、牛麗玲等[2]分析了濱州沿海蒸發(fā)量和海鹽產(chǎn)量的關(guān)系，總結(jié)了濱州海鹽生產(chǎn)氣象服務(wù)策略；王亦平等[3]研究了適用于不同工序的鹽業(yè)生產(chǎn)指數(shù)；黃河清等[4]提出了有效蒸發(fā)量的應(yīng)用意義。然而，因不同地區(qū)氣候差異性大，影響海鹽生產(chǎn)的氣象條件不盡相同，無(wú)法直接引進(jìn)應(yīng)用。因此，本文針對(duì)山腰鹽場(chǎng)，分析了海鹽產(chǎn)量與蒸發(fā)量和降水量的關(guān)系，尋找影響蒸發(fā)量的氣象因子，建立預(yù)報(bào)模型，制定蒸發(fā)量預(yù)報(bào)服務(wù)策略，以期提升海鹽生產(chǎn)的精細(xì)化氣象服務(wù)水平。

1 研究資料和方法

利用1991—2020年崇武國(guó)家基準(zhǔn)氣候站逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)和2018—2020年山腰鹽場(chǎng)逐月海鹽產(chǎn)量，分析海鹽產(chǎn)量與蒸發(fā)量、降水量的關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)相關(guān)性分析，篩選與蒸發(fā)量相關(guān)性較高的氣象因子，采用多元線性回歸方法，建立按月分類(lèi)的日蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程。另外，根據(jù)鹽場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，總結(jié)海鹽生產(chǎn)過(guò)程中與蒸發(fā)量預(yù)報(bào)相關(guān)的環(huán)節(jié)，制定合理的蒸發(fā)量預(yù)報(bào)服務(wù)策略。

2 蒸發(fā)量、降水量與海鹽產(chǎn)量的關(guān)系分析

利用海水自然蒸發(fā)產(chǎn)鹽，其生產(chǎn)效果與海水(包括鹵水)自然蒸發(fā)速率直接相關(guān)。蒸發(fā)的作用是使鹵水(包括海水)在大面積灘面上逐步濃縮至飽和后析出固態(tài)鹽；與此相反，降水會(huì)使淡水進(jìn)入鹵水中，稀釋鹵水，甚至溶解已析出的固態(tài)鹽[4]。

從2018—2020年的逐月變化(圖1)來(lái)看，海鹽生產(chǎn)主要集中在7—12月，鹽產(chǎn)量占全年的66%，月均產(chǎn)量均超過(guò)7000t，尤其是 8月和10月的月均產(chǎn)量超過(guò)了10000t，但11—12月產(chǎn)量逐步下降。蒸發(fā)量從1月開(kāi)始逐月增加，到10月達(dá)到峰值，約154mm，11—12月迅速下降，這與產(chǎn)量的變化趨勢(shì)基本一致，呈正相關(guān)，這主要是由于近3年7—8月臺(tái)風(fēng)季影響臺(tái)風(fēng)偏少，導(dǎo)致夏季高溫天氣頻發(fā)，故8月產(chǎn)量達(dá)到一個(gè)高峰；10月因副熱帶高壓控制，天氣干燥晴好，產(chǎn)量達(dá)到了第二個(gè)高峰；而11—12月多陰天或小雨天氣，不利于蒸發(fā)，造成蒸發(fā)量和海鹽產(chǎn)量同步下降。降水量與海鹽產(chǎn)量基本呈負(fù)相關(guān)，降水量越大，產(chǎn)量越小，只有8—9月的變化趨勢(shì)是一致的，究其原因，8月的降水高峰以臺(tái)風(fēng)降水為主，具有降水時(shí)間短而集中的特點(diǎn)，而8月的持續(xù)性高溫天氣更有利于海鹽生產(chǎn)，故降水的阻礙作用不明顯。

圖1 2018—2020年平均月總蒸發(fā)量、月總降水量、月海鹽產(chǎn)量逐月變化

3 蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程的建立

3.1 蒸發(fā)量與氣象因子的相關(guān)性分析

利用崇武國(guó)家基準(zhǔn)氣候站30年的逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，分月計(jì)算蒸發(fā)量與各氣象因子的相關(guān)系數(shù)(表1)。

表1 1991—2020年蒸發(fā)量與各氣象因子的相關(guān)系數(shù)

分析表1可見(jiàn)，蒸發(fā)量與日照、風(fēng)速呈正相關(guān)，5—8月(春末至夏季)與日照相關(guān)性較好，10月—次年3月(秋冬季至春初)與風(fēng)速相關(guān)性較好，說(shuō)明夏季高溫和冬季的大風(fēng)一方面能吹走鹵水表面上的濕空氣，換來(lái)干燥的空氣，使飽和差增大，有利于蒸發(fā)；另一方面能使水面發(fā)生波動(dòng)，增大蒸發(fā)面積，使蒸發(fā)量增大。蒸發(fā)量與相對(duì)濕度、降水量負(fù)相關(guān)，相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)性最好，降水量相關(guān)性最差，說(shuō)明空氣濕度越小，即水汽壓越低，在一定溫度下，飽和差越大，蒸發(fā)量也越大；而濕度大時(shí)，太陽(yáng)輻射被空氣中水汽吸收的量增多，使達(dá)到鹵水面的輻射熱量減少，致蒸發(fā)量減小。10月至次年4月(秋冬季至春季)蒸發(fā)量與氣溫呈負(fù)相關(guān)，其余月份為正相關(guān)，7—8月、12月至次年1月的相關(guān)性較好，說(shuō)明夏季溫度越高，飽和水汽壓越大，在空氣中水汽壓一定時(shí)，飽和差就越大，蒸發(fā)量也就越大；冬季由于強(qiáng)冷空氣南下影響可帶來(lái)晴冷天氣，太陽(yáng)輻射量大，有利于蒸發(fā)。同時(shí)也表明了在不同季節(jié)各個(gè)氣象因子對(duì)蒸發(fā)量的影響作用不盡相同，對(duì)蒸發(fā)量的影響具有綜合作用。

以山腰鹽場(chǎng)為南方海鹽生產(chǎn)的代表、以濱州海源鹽業(yè)為北方海鹽生產(chǎn)的代表，對(duì)比分析南北方蒸發(fā)量與氣象因子相關(guān)性的差異。由參考文獻(xiàn)[1]可知，無(wú)論是南方還是北方，蒸發(fā)量與日照、風(fēng)速均呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度、降水量均呈負(fù)相關(guān)，而氣溫的相關(guān)性較不規(guī)律。同時(shí)，從表2的南方與北方相關(guān)系數(shù)差值來(lái)看，北方的日照、氣溫、相對(duì)濕度、降水量與蒸發(fā)量的相關(guān)性遠(yuǎn)比南方好，相關(guān)系數(shù)平均高出0.2～0.4，最高可達(dá)0.66；風(fēng)速相關(guān)系數(shù)差異不大，但南方的風(fēng)速總體相關(guān)性較北方略好。因此，總體來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)量與日照、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量的相關(guān)性南北方是一致的，但由于南北氣候差異，北方各氣象因子與蒸發(fā)量的相關(guān)性較南方好。

表2 南方、北方蒸發(fā)量與各氣象因子相關(guān)系數(shù)的差值

3.2 蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程的建立

在相關(guān)系數(shù)分析的基礎(chǔ)上，分月篩選出與蒸發(fā)量相關(guān)性較大的氣象因子作為方程的自變量，并按照相關(guān)系數(shù)進(jìn)行降序排序，形成表3。從表3可以看出，全年相對(duì)濕度的相關(guān)系數(shù)均較高，春季、秋季、冬季風(fēng)速對(duì)海鹽的蒸發(fā)也起到了很大的正貢獻(xiàn)，氣溫的相關(guān)性具有冬季以最低氣溫為主、夏季以最高氣溫為主的特點(diǎn)。

表3 逐月蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程自變量

利用1991—2020年崇武國(guó)家基準(zhǔn)氣候站逐日蒸發(fā)量及相關(guān)自變量觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用逐步回歸方法分月建立日蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程。設(shè)蒸發(fā)量為Y，日照時(shí)數(shù)為X1、平均氣溫為X2、最高氣溫為X3、最低氣溫為X4、平均風(fēng)速為X5、相對(duì)濕度為X6，建立以下日蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程，見(jiàn)表4。

表4 逐月日蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程

4 蒸發(fā)量預(yù)報(bào)服務(wù)策略

從山腰鹽場(chǎng)海鹽生產(chǎn)實(shí)地調(diào)研得知，海鹽生產(chǎn)的納潮、制鹵環(huán)節(jié)與蒸發(fā)量息息相關(guān)，因此，鹽場(chǎng)可根據(jù)氣象部門(mén)蒸發(fā)量的預(yù)報(bào)結(jié)果采取不同的生產(chǎn)措施，以提高生產(chǎn)效率。

4.1 納潮

鹽場(chǎng)需根據(jù)潮汐運(yùn)動(dòng)規(guī)律及天氣變化影響海水濃度變化情況來(lái)制定納潮計(jì)劃。納潮與蒸發(fā)和降水緊密相關(guān)，一是連晴天納潮頭，在連晴天，特別是高溫季節(jié)，蒸發(fā)量大，引起海水表層濃度提高，尤其是在退潮時(shí)，殘留在海灘上的少量海水由于大量被蒸發(fā)，濃度迅速提高，有的甚至達(dá)到飽和或鹽分析出，漲潮時(shí)海水濃度相對(duì)提高；二是短晴天、雨天納潮尾，由于降雨而沖淡表面層海水濃度，有的從陸上排淡，造成近岸結(jié)成淡水團(tuán)，漲潮時(shí)潮頭海水濃度低。因此，在納潮過(guò)程中應(yīng)通過(guò)蒸發(fā)量和降水量的預(yù)報(bào)，開(kāi)展連晴天、短晴天、雨天及其對(duì)應(yīng)蒸發(fā)量的預(yù)報(bào)服務(wù)。

4.2 制鹵

制鹵就是把鹵水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)，使其中的大部分水分蒸發(fā)掉，使之濃度不斷提高直至飽和的過(guò)程，而影響鹵水蒸發(fā)的主要因素有鹵水的粘度和比熱、鹵水的濃度和深度、空氣的溫度、濕度和風(fēng)速等氣象因素。制鹵過(guò)程要隨季節(jié)和天氣的不同而采取不同措施，充分利用可利用的蒸發(fā)量和蒸發(fā)面積，其中，根據(jù)蒸發(fā)量來(lái)確定合理的制鹵深度，是提高制鹵能力的重要措施。因此，在旺季，連晴要堅(jiān)持深水制鹵，但也要根據(jù)預(yù)報(bào)的蒸發(fā)量大小，結(jié)合輕工部制鹽研究所用不同濃度的淡水進(jìn)行蒸發(fā)試驗(yàn)得出的日蒸發(fā)量與深度的關(guān)系，科學(xué)地確定制鹵深度，以提升制鹵效果。

5 結(jié)論

①山腰鹽場(chǎng)海鹽產(chǎn)量在8月和10月達(dá)到兩個(gè)高峰，其月際變化趨勢(shì)與蒸發(fā)量基本一致，呈正相關(guān)，即蒸發(fā)量越大，產(chǎn)量越高；但與降水量總體呈負(fù)相關(guān)，即降水量越大，產(chǎn)量越小。

②蒸發(fā)量與日照、氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象要素相關(guān)性較好。蒸發(fā)量的大小與日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速呈正相關(guān)，夏季高溫和冬季的大風(fēng)均有利于蒸發(fā)的增強(qiáng)；與相對(duì)濕度呈較好的負(fù)相關(guān)；與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的相關(guān)性具有季節(jié)變化特征，秋冬季至春季與氣溫呈負(fù)相關(guān)，其余月份反之。

③由于南北氣候差異，雖然蒸發(fā)量與日照、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量的相關(guān)性表現(xiàn)較為一致，但北方各氣象因子與蒸發(fā)量的相關(guān)性總體較南方好，說(shuō)明北方的蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程無(wú)法適用于南方，而且，不同月份與蒸發(fā)量相關(guān)系數(shù)較高的氣象因子各有不同，因此，建立適合于南方的分月日蒸發(fā)量預(yù)報(bào)方程才能適應(yīng)山腰鹽場(chǎng)的生產(chǎn)需求。

④結(jié)合山腰鹽場(chǎng)海鹽生產(chǎn)實(shí)地調(diào)研，制定了蒸發(fā)量預(yù)報(bào)服務(wù)策略，利用逐日的蒸發(fā)量預(yù)報(bào)指導(dǎo)海鹽生產(chǎn)的納潮、制鹵環(huán)節(jié)，對(duì)提升海鹽產(chǎn)量有著重要的意義。