新型自動(dòng)站大型蒸發(fā)器自動(dòng)測(cè)量值的誤差分析

陳明++周天雄

摘 要：隨著氣象綜合觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)快速發(fā)展，全國(guó)地面氣象觀測(cè)站已經(jīng)全部完成自動(dòng)氣象站的建設(shè)。自從新型自動(dòng)站的安裝試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)半年時(shí)間的對(duì)比觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)大型蒸發(fā)器的自動(dòng)測(cè)量值與人工實(shí)測(cè)值，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)較大的差值。我們記錄了2013年10月至2014年6月每天蒸發(fā)量的自動(dòng)測(cè)量值、人工測(cè)量值、風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等，用人工測(cè)量的蒸發(fā)量作為參考值，觀察和分析自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量產(chǎn)生差值的原因，尋找可行的方法減小這些差值的產(chǎn)生，使WUSH-TV2型自動(dòng)站大型蒸發(fā)器自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量更加的準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：新型自動(dòng)站 大型蒸發(fā)器 自動(dòng)測(cè)量 誤差分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P412.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（c）-0048-01

隨著氣象綜合觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)快速發(fā)展，全國(guó)地面氣象觀測(cè)站已經(jīng)全部完成自動(dòng)氣象站的建設(shè)。2014年1月起，新型自動(dòng)站正式投入運(yùn)行，取消了人工觀測(cè)，蒸發(fā)傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒架組成。根據(jù)超聲波測(cè)距原理，選用高精度超聲波探頭，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器內(nèi)水面高度變化進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。并且配置了PT-100溫度校準(zhǔn)部分，以保證在使用溫度范圍內(nèi)的測(cè)量精度。通過(guò)超聲波測(cè)距，連續(xù)采集到每分鐘當(dāng)前蒸發(fā)水位，當(dāng)前后蒸發(fā)水位發(fā)生變化時(shí)，結(jié)合有降水現(xiàn)象時(shí)采集到的分鐘降水量，綜合計(jì)算出分鐘蒸發(fā)量，并累計(jì)小時(shí)蒸發(fā)量和日蒸發(fā)量。

隨著新型自動(dòng)站投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行，各項(xiàng)儀器已經(jīng)投入使用。其中蒸發(fā)傳感器采用連通器原理和超聲波測(cè)距原理，由測(cè)量探頭、測(cè)量筒、蒸發(fā)桶、連通器、水圈、小百葉箱等組成。測(cè)量探頭通過(guò)檢測(cè)測(cè)量筒內(nèi)超聲波脈沖發(fā)射和返回的時(shí)間差來(lái)測(cè)量水位變化情況并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的試運(yùn)行，新型自動(dòng)站大型蒸發(fā)器自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量與人工實(shí)測(cè)值相比較，數(shù)值很接近，但是在有的降水天氣和大風(fēng)天氣時(shí)，自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量會(huì)出現(xiàn)偏大的情況。通過(guò)記錄一段時(shí)間內(nèi)每天蒸發(fā)量的自動(dòng)測(cè)量值、人工測(cè)量值、風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等，用人工觀測(cè)的蒸發(fā)量作為參考值，觀察和分析自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量產(chǎn)生差值的原因，尋找可行的方法減小這些差值的產(chǎn)生，使新型自動(dòng)站大型蒸發(fā)器自動(dòng)測(cè)量的蒸發(fā)量更加的準(zhǔn)確。

完整記錄了2013年10月至2014年6月的每天大型蒸發(fā)量的人工實(shí)測(cè)值和自動(dòng)測(cè)量值以及當(dāng)日的總降水量，挑取大型蒸發(fā)量人工實(shí)測(cè)值和自動(dòng)測(cè)量值的差值大于0.5，具有代表性的數(shù)天，詳細(xì)記錄當(dāng)日每小時(shí)的蒸發(fā)量、每小時(shí)的降水量、小時(shí)內(nèi)的最大風(fēng)速。從記錄中，可以看出在人工測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量差值較大的幾天當(dāng)中，好幾天出現(xiàn)了風(fēng)速較大并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況。根據(jù)以前人工觀測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，在風(fēng)速較大的情況下，蒸發(fā)量也會(huì)變大，但是10月2日12時(shí)至19時(shí)、10月15日04時(shí)至20時(shí)、11月10日04時(shí)至15時(shí)、11月24日13時(shí)至20時(shí)，這幾段時(shí)間反應(yīng)出大風(fēng)天氣對(duì)大型蒸發(fā)自動(dòng)測(cè)量值造成明顯的偏大。在另外的幾天中也可以看出，能產(chǎn)生較大偏差的情況，除了出現(xiàn)在風(fēng)速較大的時(shí)段，還出現(xiàn)在有連續(xù)的降水現(xiàn)象的同時(shí)。明顯的就是2014年1～2月份的幾天，基本出現(xiàn)全天連續(xù)性降水，按照以前的經(jīng)驗(yàn)，如果出現(xiàn)全天連續(xù)降水，蒸發(fā)量一般都很小（以前在降水強(qiáng)度大的時(shí)候，大型蒸發(fā)器會(huì)采取加蓋措施）。

在氣溫比較低的時(shí)期，大型蒸發(fā)器由于水面產(chǎn)生結(jié)冰，在結(jié)冰融化的時(shí)候，也會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。這是由于在氣溫低的時(shí)候，水面結(jié)冰致使測(cè)量水位失真，長(zhǎng)時(shí)間水位也不會(huì)變化，測(cè)量值就變?yōu)?。而在氣溫上升的時(shí)候，水面結(jié)冰開(kāi)始融化，又會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)測(cè)量水位發(fā)生躍變，從而使測(cè)量值產(chǎn)生較大的誤差。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在有大風(fēng)天氣和強(qiáng)降水天氣現(xiàn)象時(shí)，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀查，通過(guò)數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄、現(xiàn)場(chǎng)的觀察等方法，研究降水天氣時(shí)，是風(fēng)速大造成的，還是降水的直接影響。經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)觀查研究，總結(jié)出以下結(jié)論。

（1）強(qiáng)降水、強(qiáng)風(fēng)時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)水面晃動(dòng)比較厲害，雖然不會(huì)對(duì)總的蒸發(fā)水位產(chǎn)生影響，但是有可能會(huì)對(duì)分鐘當(dāng)前水位的測(cè)量產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致蒸發(fā)測(cè)量值偏大。

（2）強(qiáng)降水、強(qiáng)風(fēng)使蒸發(fā)器內(nèi)的水濺出，致使測(cè)量值偏大。

大風(fēng)對(duì)蒸發(fā)自動(dòng)測(cè)量的影響。當(dāng)大風(fēng)天氣的時(shí)候，會(huì)造成水面晃動(dòng)，形成虛假的蒸發(fā)量。新型自動(dòng)站的大型蒸發(fā)器在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了這個(gè)因素，所以通過(guò)連通器將蒸發(fā)桶與測(cè)量筒連接在一起，測(cè)量探頭和測(cè)量筒安裝在小百葉箱里面，這樣就大大降低了大風(fēng)天氣造成的影響。在試運(yùn)行的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)并不能將這些影響完全消除。

強(qiáng)降水對(duì)蒸發(fā)自動(dòng)測(cè)量的影響。在已有的數(shù)據(jù)記錄中，在強(qiáng)降水天氣的時(shí)候，也容易出現(xiàn)蒸發(fā)量偏大的情況。一般在強(qiáng)降水過(guò)程中總是伴隨著大風(fēng)天氣現(xiàn)象，既有大風(fēng)對(duì)蒸發(fā)測(cè)量值造成影響，同時(shí)強(qiáng)降水、強(qiáng)風(fēng)也會(huì)使蒸發(fā)器內(nèi)的水濺出，致使測(cè)量值偏大。

其他原因也會(huì)造成大型蒸發(fā)自動(dòng)測(cè)量值產(chǎn)生誤差。

（1）大型蒸發(fā)器專(zhuān)用雨量筒與大型蒸發(fā)器本身安裝的位置不同，口徑不同，這會(huì)造成在降水過(guò)程中雨量采集的不一致，容易造成誤差。

（2）在冬季氣溫較低的情況下，大型蒸發(fā)器內(nèi)有部分水面或者全部結(jié)冰，也會(huì)影響大型蒸發(fā)器自動(dòng)測(cè)量值。

（3）大型蒸發(fā)器本身的原因，測(cè)量筒測(cè)距探頭安裝檢定校準(zhǔn)很關(guān)鍵。蒸發(fā)器內(nèi)水位高度過(guò)淺或過(guò)高、水圈內(nèi)的水面過(guò)淺或過(guò)高都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。蒸發(fā)器和連通管的滲漏也會(huì)對(duì)自動(dòng)測(cè)量值產(chǎn)生影響。大型蒸發(fā)器要保持清潔，異物堵塞連通管也會(huì)對(duì)自動(dòng)測(cè)量值產(chǎn)生影響。

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