CQS.FFH-2型E601自動水面蒸發器比測分析

陳 波

（新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000）

1 區域概況

阿拉爾水文站設立于1958年4月，位于阿克蘇地區阿拉爾市，東經81°17′59″，北緯40°32′13″，測站高程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，擔負著塔里木河流域防汛、抗旱的重擔。大河重要控制水文站，屬國家重要水文站，是向中央、自治區、阿克蘇地區重要的報汛水情站。一類精度流量站，二類精度泥沙站，測驗項目有水位、流量、單沙、懸移質輸沙率、降水、蒸發、氣溫、水溫、冰情目測、天然水化學等項目。

塔里木河流域遠離海洋，四周高山環繞，東南部是塔克拉瑪干大沙漠，形成了干旱環境中典型的大陸性氣候。其特點：四季氣候懸殊，溫差大、日氣溫差較大，降水稀少，蒸發強烈，干燥多風，日照時間長、光熱資源豐富、生態環境十分脆弱，是一個水資源相對貧乏的地區。在遠離海洋和高山環列的綜合影響下，全流域降水稀少，降水量地區分布差異大。降水量的地區分布，總的趨勢是北部多于南部，西部多于東部。塔里木河流域屬暖溫帶極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。墾區降雨稀少，冬季少雪，多年平均蒸發量1 022 mm，地表蒸發強烈。

2 氣溫和自動對比和相關分析

氣溫參考數據：水面蒸發量是反映當地蒸發能力的重要指標。氣溫是影響蒸發的最主要因子，由于影響蒸發的因素復雜，不同地域的蒸發變化也各有其特點，環境溫度變化趨勢直接影響其蒸發能力的大小，溫度高的時候蒸發量大；溫度低的時候蒸發量小。

3 自動與人工蒸發量觀測對比分析

觀測數據時段自動蒸發系統于2021年7-9月正式開始比測，采用人工觀測與自動蒸發系統觀測同步進行。2021年7月4 日至2021 年9 月30日共89 d對人工觀測蒸發和自動蒸發進行了數據比測，其間無缺測和故障，共取得比測數據89 組，比測方法符合《水面蒸發觀測規范》要求。

日蒸發量對比和誤差對2021年7- 9月的自動蒸發系統和人工觀測所監測的日蒸發量數據進行統計分析。自動蒸發日蒸發量誤差在0.00～±1.50 mm 的天數占觀測期百分比為100%，日最大誤差為1.20 mm。該站自動監測成果是合理的。

逐日蒸發量相關性分析：將人工觀測與自動觀測的逐日蒸發量資料共89組數據繪制相關關系圖見圖1。從圖1可見，人工觀測與自動觀測的相關點在圖上分布有點分散，呈直線趨勢，建立人工蒸發量x 對自動蒸發量y 的回歸直線方程y=0.97x+0.24，兩者的相關系數R2=0.86，大部分點呈現線性分布，少部分點比較分散。

圖1 人工與自觀測逐日蒸發量相關分析圖

旬蒸發量相關性分析：人工觀測與自動觀測的各旬蒸發量資料共9 組數據繪制相關關系圖見圖2。從圖2 可知，人工觀測與自動觀測的相關點在圖上分布密集，呈直線趨勢，建立人工觀測蒸發量x 對自動蒸發量y 的回歸直線方程y=0.77x+10.13，兩者的相關系數R2=0.96，說明兩種觀測方式取得的監測數據存在明確的線性關系，斜率接近于1，兩組數據的相關性比較強。

圖2 人工與自動旬蒸發量相關分析圖

對2021 年7-9 月的自動與人工監測的各月蒸發量3 組數據進行統計分析，各月相對誤差基本在3%以內，占100%。符合《水面蒸發觀測規范》技術要求。月蒸發量相關性分析，將自動蒸發與人工蒸發月總量共3 組比對數據繪制相關圖，見圖3。從圖3 可見，人工觀測與自動觀測的相關點在圖上分布密集，呈直線趨勢，建立自動蒸發量y對人工觀測蒸發量x的回歸直線方程y=0.87x+17.60，兩者的相關系數R2=0.99，說明兩種觀測方式取得的監測數據存在明確的線性關系，斜率接近1，兩組數據的相關性比較強。

圖3 人工與自動月蒸發量相關分析圖

誤差分析：水面蒸發是一個受諸多因子影響的復雜物理過程。這個里面分析了以下影響因素：①由于兩種蒸發器安裝的位置略有不同，受到的環境因素比如：風速、日照、降雨、氣溫變化等因素等都將得對影響蒸發，而且這些因素對人工觀測和自動觀測的影響也不一樣，所以自動和人工觀測存在必然誤差。②對人工觀測蒸發器進行觀測因觀測人員的視差和人員不同，讀數會出現差異因此導致，因此出現讀數誤差，自動蒸發器的測量精度為±2 mm。③阿拉爾站安裝的自動蒸發器跟圍墻比較近，因此早上太陽出來的時候對蒸發器一定的遮擋，因此導致蒸發量偏小。

4 結論與建議

隨著自動化水平的提高截至2005 年全國氣象部門約有130 多個臺站蒸發量觀測方式由人工定點讀書觀測日（每日8時一次次日8 時）的蒸發量，變成了超聲波蒸發傳感器自動采集并計算出每日到次日8 時的蒸發量。其儀器構造、觀測原理、觀測方式和計算方法均不同，觀測測次不一致觀測時間不同步等都會造成數據的差異。文章利用2021年日蒸發觀測數據進行對比分析。

自動觀測和人工觀測進行比較分析。氣溫是影響蒸發的最主要因子，由于影響蒸發的因素復雜，不同地域的蒸發變化也各有其特點，環境溫度變化趨勢直接影響其蒸發能力的大小，因此氣溫對蒸發直接影響提供了參考。根據蒸發提供的89 組觀測數據，自動蒸發和人工蒸發的逐日蒸發相關性為0.86、旬蒸發相關性為0.96、月蒸發相關性為0.99，自動觀測值與人工觀測值相關性較高，相關關系滿足要求；逐日平均絕對誤差為-0.10、相對誤差為-0.01%，能滿足相應規范觀測技術要求。說明此自動蒸發觀測的數據精度是可靠的。所以阿拉爾站自動蒸發觀測可以代替人工觀測。極大地解放了生產力，提高工作效率。為以后水文站實現巡測奠定了基礎。為塔里木河農業生產、綠色生態走廊發展提供更可靠準確的科學數據。