CQS.FFH-2型E601自動(dòng)水面蒸發(fā)器比測(cè)分析

陳 波

（新疆阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000）

1 區(qū)域概況

阿拉爾水文站設(shè)立于1958年4月，位于阿克蘇地區(qū)阿拉爾市，東經(jīng)81°17′59″，北緯40°32′13″，測(cè)站高程1 035 m，距塔里木河流域上游三條源流匯合口以下約14 km，為塔里木河上游的水量控制站，擔(dān)負(fù)著塔里木河流域防汛、抗旱的重?fù)?dān)。大河重要控制水文站，屬國(guó)家重要水文站，是向中央、自治區(qū)、阿克蘇地區(qū)重要的報(bào)汛水情站。一類精度流量站，二類精度泥沙站，測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、單沙、懸移質(zhì)輸沙率、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、冰情目測(cè)、天然水化學(xué)等項(xiàng)目。

塔里木河流域遠(yuǎn)離海洋，四周高山環(huán)繞，東南部是塔克拉瑪干大沙漠，形成了干旱環(huán)境中典型的大陸性氣候。其特點(diǎn)：四季氣候懸殊，溫差大、日氣溫差較大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，干燥多風(fēng)，日照時(shí)間長(zhǎng)、光熱資源豐富、生態(tài)環(huán)境十分脆弱，是一個(gè)水資源相對(duì)貧乏的地區(qū)。在遠(yuǎn)離海洋和高山環(huán)列的綜合影響下，全流域降水稀少，降水量地區(qū)分布差異大。降水量的地區(qū)分布，總的趨勢(shì)是北部多于南部，西部多于東部。塔里木河流域?qū)倥瘻貛O端大陸性干旱荒漠氣候，阿拉爾站極端最高氣溫40.60°，極端最低氣溫-24.60。墾區(qū)降雨稀少，冬季少雪，多年平均蒸發(fā)量1 022 mm，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈。

2 氣溫和自動(dòng)對(duì)比和相關(guān)分析

氣溫參考數(shù)據(jù)：水面蒸發(fā)量是反映當(dāng)?shù)卣舭l(fā)能力的重要指標(biāo)。氣溫是影響蒸發(fā)的最主要因子，由于影響蒸發(fā)的因素復(fù)雜，不同地域的蒸發(fā)變化也各有其特點(diǎn)，環(huán)境溫度變化趨勢(shì)直接影響其蒸發(fā)能力的大小，溫度高的時(shí)候蒸發(fā)量大；溫度低的時(shí)候蒸發(fā)量小。

3 自動(dòng)與人工蒸發(fā)量觀測(cè)對(duì)比分析

觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)于2021年7-9月正式開(kāi)始比測(cè)，采用人工觀測(cè)與自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)觀測(cè)同步進(jìn)行。2021年7月4 日至2021 年9 月30日共89 d對(duì)人工觀測(cè)蒸發(fā)和自動(dòng)蒸發(fā)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比測(cè)，其間無(wú)缺測(cè)和故障，共取得比測(cè)數(shù)據(jù)89 組，比測(cè)方法符合《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》要求。

日蒸發(fā)量對(duì)比和誤差對(duì)2021年7- 9月的自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)和人工觀測(cè)所監(jiān)測(cè)的日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。自動(dòng)蒸發(fā)日蒸發(fā)量誤差在0.00～±1.50 mm 的天數(shù)占觀測(cè)期百分比為100%，日最大誤差為1.20 mm。該站自動(dòng)監(jiān)測(cè)成果是合理的。

逐日蒸發(fā)量相關(guān)性分析：將人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)的逐日蒸發(fā)量資料共89組數(shù)據(jù)繪制相關(guān)關(guān)系圖見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布有點(diǎn)分散，呈直線趨勢(shì)，建立人工蒸發(fā)量x 對(duì)自動(dòng)蒸發(fā)量y 的回歸直線方程y=0.97x+0.24，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.86，大部分點(diǎn)呈現(xiàn)線性分布，少部分點(diǎn)比較分散。

圖1 人工與自觀測(cè)逐日蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

旬蒸發(fā)量相關(guān)性分析：人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)的各旬蒸發(fā)量資料共9 組數(shù)據(jù)繪制相關(guān)關(guān)系圖見(jiàn)圖2。從圖2 可知，人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布密集，呈直線趨勢(shì)，建立人工觀測(cè)蒸發(fā)量x 對(duì)自動(dòng)蒸發(fā)量y 的回歸直線方程y=0.77x+10.13，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.96，說(shuō)明兩種觀測(cè)方式取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在明確的線性關(guān)系，斜率接近于1，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性比較強(qiáng)。

圖2 人工與自動(dòng)旬蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

對(duì)2021 年7-9 月的自動(dòng)與人工監(jiān)測(cè)的各月蒸發(fā)量3 組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各月相對(duì)誤差基本在3%以內(nèi)，占100%。符合《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》技術(shù)要求。月蒸發(fā)量相關(guān)性分析，將自動(dòng)蒸發(fā)與人工蒸發(fā)月總量共3 組比對(duì)數(shù)據(jù)繪制相關(guān)圖，見(jiàn)圖3。從圖3 可見(jiàn)，人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布密集，呈直線趨勢(shì)，建立自動(dòng)蒸發(fā)量y對(duì)人工觀測(cè)蒸發(fā)量x的回歸直線方程y=0.87x+17.60，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.99，說(shuō)明兩種觀測(cè)方式取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在明確的線性關(guān)系，斜率接近1，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性比較強(qiáng)。

圖3 人工與自動(dòng)月蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

誤差分析：水面蒸發(fā)是一個(gè)受諸多因子影響的復(fù)雜物理過(guò)程。這個(gè)里面分析了以下影響因素：①由于兩種蒸發(fā)器安裝的位置略有不同，受到的環(huán)境因素比如：風(fēng)速、日照、降雨、氣溫變化等因素等都將得對(duì)影響蒸發(fā)，而且這些因素對(duì)人工觀測(cè)和自動(dòng)觀測(cè)的影響也不一樣，所以自動(dòng)和人工觀測(cè)存在必然誤差。②對(duì)人工觀測(cè)蒸發(fā)器進(jìn)行觀測(cè)因觀測(cè)人員的視差和人員不同，讀數(shù)會(huì)出現(xiàn)差異因此導(dǎo)致，因此出現(xiàn)讀數(shù)誤差，自動(dòng)蒸發(fā)器的測(cè)量精度為±2 mm。③阿拉爾站安裝的自動(dòng)蒸發(fā)器跟圍墻比較近，因此早上太陽(yáng)出來(lái)的時(shí)候?qū)φ舭l(fā)器一定的遮擋，因此導(dǎo)致蒸發(fā)量偏小。

4 結(jié)論與建議

隨著自動(dòng)化水平的提高截至2005 年全國(guó)氣象部門約有130 多個(gè)臺(tái)站蒸發(fā)量觀測(cè)方式由人工定點(diǎn)讀書(shū)觀測(cè)日（每日8時(shí)一次次日8 時(shí)）的蒸發(fā)量，變成了超聲波蒸發(fā)傳感器自動(dòng)采集并計(jì)算出每日到次日8 時(shí)的蒸發(fā)量。其儀器構(gòu)造、觀測(cè)原理、觀測(cè)方式和計(jì)算方法均不同，觀測(cè)測(cè)次不一致觀測(cè)時(shí)間不同步等都會(huì)造成數(shù)據(jù)的差異。文章利用2021年日蒸發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

自動(dòng)觀測(cè)和人工觀測(cè)進(jìn)行比較分析。氣溫是影響蒸發(fā)的最主要因子，由于影響蒸發(fā)的因素復(fù)雜，不同地域的蒸發(fā)變化也各有其特點(diǎn)，環(huán)境溫度變化趨勢(shì)直接影響其蒸發(fā)能力的大小，因此氣溫對(duì)蒸發(fā)直接影響提供了參考。根據(jù)蒸發(fā)提供的89 組觀測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)蒸發(fā)和人工蒸發(fā)的逐日蒸發(fā)相關(guān)性為0.86、旬蒸發(fā)相關(guān)性為0.96、月蒸發(fā)相關(guān)性為0.99，自動(dòng)觀測(cè)值與人工觀測(cè)值相關(guān)性較高，相關(guān)關(guān)系滿足要求；逐日平均絕對(duì)誤差為-0.10、相對(duì)誤差為-0.01%，能滿足相應(yīng)規(guī)范觀測(cè)技術(shù)要求。說(shuō)明此自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)的數(shù)據(jù)精度是可靠的。所以阿拉爾站自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)可以代替人工觀測(cè)。極大地解放了生產(chǎn)力，提高工作效率。為以后水文站實(shí)現(xiàn)巡測(cè)奠定了基礎(chǔ)。為塔里木河農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠色生態(tài)走廊發(fā)展提供更可靠準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。