新型自動站大型蒸發器自動測量值的誤差分析

陳明++周天雄

摘 要：隨著氣象綜合觀測系統建設快速發展，全國地面氣象觀測站已經全部完成自動氣象站的建設。自從新型自動站的安裝試運行，經過半年時間的對比觀測，我們發現大型蒸發器的自動測量值與人工實測值，有時候會出現較大的差值。我們記錄了2013年10月至2014年6月每天蒸發量的自動測量值、人工測量值、風速、天氣現象等，用人工測量的蒸發量作為參考值，觀察和分析自動測量的蒸發量產生差值的原因，尋找可行的方法減小這些差值的產生，使WUSH-TV2型自動站大型蒸發器自動測量的蒸發量更加的準確。

關鍵詞：新型自動站 大型蒸發器 自動測量 誤差分析

中圖分類號：P412.11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0048-01

隨著氣象綜合觀測系統建設快速發展，全國地面氣象觀測站已經全部完成自動氣象站的建設。2014年1月起，新型自動站正式投入運行，取消了人工觀測，蒸發傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒架組成。根據超聲波測距原理，選用高精度超聲波探頭，對標準蒸發器內水面高度變化進行檢測，轉換成電信號輸出。并且配置了PT-100溫度校準部分，以保證在使用溫度范圍內的測量精度。通過超聲波測距，連續采集到每分鐘當前蒸發水位，當前后蒸發水位發生變化時，結合有降水現象時采集到的分鐘降水量，綜合計算出分鐘蒸發量，并累計小時蒸發量和日蒸發量。

隨著新型自動站投入業務試運行，各項儀器已經投入使用。其中蒸發傳感器采用連通器原理和超聲波測距原理，由測量探頭、測量筒、蒸發桶、連通器、水圈、小百葉箱等組成。測量探頭通過檢測測量筒內超聲波脈沖發射和返回的時間差來測量水位變化情況并轉換成電信號輸出。經過幾個月的試運行，新型自動站大型蒸發器自動測量的蒸發量與人工實測值相比較，數值很接近，但是在有的降水天氣和大風天氣時，自動測量的蒸發量會出現偏大的情況。通過記錄一段時間內每天蒸發量的自動測量值、人工測量值、風速、天氣現象等，用人工觀測的蒸發量作為參考值，觀察和分析自動測量的蒸發量產生差值的原因，尋找可行的方法減小這些差值的產生，使新型自動站大型蒸發器自動測量的蒸發量更加的準確。

完整記錄了2013年10月至2014年6月的每天大型蒸發量的人工實測值和自動測量值以及當日的總降水量，挑取大型蒸發量人工實測值和自動測量值的差值大于0.5，具有代表性的數天，詳細記錄當日每小時的蒸發量、每小時的降水量、小時內的最大風速。從記錄中，可以看出在人工測量與自動測量差值較大的幾天當中，好幾天出現了風速較大并且持續時間較長的情況。根據以前人工觀測的經驗，在風速較大的情況下，蒸發量也會變大，但是10月2日12時至19時、10月15日04時至20時、11月10日04時至15時、11月24日13時至20時，這幾段時間反應出大風天氣對大型蒸發自動測量值造成明顯的偏大。在另外的幾天中也可以看出，能產生較大偏差的情況，除了出現在風速較大的時段，還出現在有連續的降水現象的同時。明顯的就是2014年1～2月份的幾天，基本出現全天連續性降水，按照以前的經驗，如果出現全天連續降水，蒸發量一般都很小（以前在降水強度大的時候，大型蒸發器會采取加蓋措施）。

在氣溫比較低的時期，大型蒸發器由于水面產生結冰，在結冰融化的時候，也會產生較大的測量誤差。這是由于在氣溫低的時候，水面結冰致使測量水位失真，長時間水位也不會變化，測量值就變為0。而在氣溫上升的時候，水面結冰開始融化，又會導致蒸發測量水位發生躍變，從而使測量值產生較大的誤差。

根據統計數據分析結果，在有大風天氣和強降水天氣現象時，到現場進行觀查，通過數據的詳細記錄、現場的觀察等方法，研究降水天氣時，是風速大造成的，還是降水的直接影響。經過多次現場觀查研究，總結出以下結論。

（1）強降水、強風時蒸發器內水面晃動比較厲害，雖然不會對總的蒸發水位產生影響，但是有可能會對分鐘當前水位的測量產生影響，從而導致蒸發測量值偏大。

（2）強降水、強風使蒸發器內的水濺出，致使測量值偏大。

大風對蒸發自動測量的影響。當大風天氣的時候，會造成水面晃動，形成虛假的蒸發量。新型自動站的大型蒸發器在設計時已經考慮了這個因素，所以通過連通器將蒸發桶與測量筒連接在一起，測量探頭和測量筒安裝在小百葉箱里面，這樣就大大降低了大風天氣造成的影響。在試運行的過程中，發現并不能將這些影響完全消除。

強降水對蒸發自動測量的影響。在已有的數據記錄中，在強降水天氣的時候，也容易出現蒸發量偏大的情況。一般在強降水過程中總是伴隨著大風天氣現象，既有大風對蒸發測量值造成影響，同時強降水、強風也會使蒸發器內的水濺出，致使測量值偏大。

其他原因也會造成大型蒸發自動測量值產生誤差。

（1）大型蒸發器專用雨量筒與大型蒸發器本身安裝的位置不同，口徑不同，這會造成在降水過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，大型蒸發器內有部分水面或者全部結冰，也會影響大型蒸發器自動測量值。

（3）大型蒸發器本身的原因，測量筒測距探頭安裝檢定校準很關鍵。蒸發器內水位高度過淺或過高、水圈內的水面過淺或過高都會對測量產生影響。蒸發器和連通管的滲漏也會對自動測量值產生影響。大型蒸發器要保持清潔，異物堵塞連通管也會對自動測量值產生影響。

參考文獻

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