巧用螺旋測(cè)微器解決自動(dòng)觀測(cè)蒸發(fā)缺測(cè)問(wèn)題

劉慧杰，袁 博，吳 歡，竇苗苗

（1.中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院安徽分院，安徽合肥 230010；2.中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

0 引言

E-601B 大型蒸發(fā)是地面氣象觀測(cè)常規(guī)觀測(cè)儀器，由3000 cm2的蒸發(fā)池、水圈、土圈和放置超聲波測(cè)距儀的小百葉箱兩部分組成，兩者通過(guò)聯(lián)通管相連，保持水位高度一致。大型蒸發(fā)在地面氣象觀測(cè)設(shè)備中屬于占地面積較大的項(xiàng)目，一個(gè)觀測(cè)場(chǎng)中一般只有一套，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)整體布置見圖1。

圖1 大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)整體布置

1 大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的差異

大型蒸發(fā)人工觀測(cè)每天20 時(shí)觀測(cè)一次蒸發(fā)池水位高度，與前一天20 時(shí)的水位高度比較，得出一天的水位差，即為一天的日蒸發(fā)量。觀測(cè)點(diǎn)位于蒸發(fā)池的邊緣測(cè)針底座，觀測(cè)儀器為螺旋測(cè)微器[1]，量程為70 mm，精確到0.1 mm。大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)為每小時(shí)計(jì)算一次水位差，得出每小時(shí)的蒸發(fā)量，一天的日蒸發(fā)量為24 h 蒸發(fā)量之和。觀測(cè)點(diǎn)位于小百葉箱里的連通器水面，量程為100 mm，精確到0.1 mm。

1.1 自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的區(qū)別

大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)相對(duì)于人工觀測(cè)具有明顯優(yōu)勢(shì)，在時(shí)間尺度上提供了不同時(shí)段蒸發(fā)量的分布，而不僅僅是一個(gè)日蒸發(fā)總量；在處理降水溢流方面取消了溢流桶設(shè)置，采取與翻斗雨量同步及最高水位線設(shè)置，使蒸發(fā)量受降水影響降到最低。

大型蒸發(fā)采用超聲波測(cè)距原理，因?yàn)槌暡垢蓴_性能不足，因此會(huì)出現(xiàn)一些意外情況，比如電磁干擾、溫度補(bǔ)償影響等可能造成觀測(cè)數(shù)據(jù)異常；同時(shí)，每天24 次觀測(cè)，觀測(cè)次數(shù)的增加無(wú)疑增加了疑誤數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率；觀測(cè)點(diǎn)從蒸發(fā)池移到小百葉箱，增加了聯(lián)通管，雖然減小了水面波動(dòng)的誤差，但也增加了兩處水位差帶來(lái)蒸發(fā)誤差的可能性。

1.2 自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的聯(lián)系

超聲波測(cè)距儀的上水位線（100 mm 線）高度以蒸發(fā)池溢流口為基準(zhǔn)，一般比溢流口高約5 mm。當(dāng)水位達(dá)到蒸發(fā)池的溢流口時(shí)，因溢流的存在水位不再有上升變化，這個(gè)水位約為95 mm左右，即最大量程，也是蒸發(fā)傳感器的溢出水位參數(shù)。業(yè)務(wù)上一般要求蒸發(fā)水位45～75 mm，即距溢流口20～50 mm。

人工觀測(cè)儀器螺旋側(cè)圍器固定在蒸發(fā)池外側(cè)的測(cè)針座插孔，最大量程70 mm 線比溢流口高5 mm 左右。一般要求蒸發(fā)池水位保持在25～45 mm 為最佳，即距溢流口20～40 mm。

由此可見，人工與自動(dòng)觀測(cè)測(cè)量精度相同，要求的正常蒸發(fā)池水位一致，距溢流口20 mm 以上。對(duì)于不同臺(tái)站，蒸發(fā)池的水位相同時(shí)，人工觀測(cè)的水位高度值基本相同，因?yàn)闇y(cè)針底座安裝高度基本相同（廠家標(biāo)準(zhǔn)定制）；由于自動(dòng)觀測(cè)的超聲波測(cè)距儀最高水位線與蒸發(fā)池溢流口之間各站在安裝時(shí)存在差異，因而蒸發(fā)池的水位相同時(shí)自動(dòng)測(cè)量水位不盡相同。

2 大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)缺測(cè)的發(fā)生與解決途徑

大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備一般臺(tái)站沒(méi)有備件，若發(fā)生故障，往往都會(huì)導(dǎo)致缺測(cè)數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)，致使當(dāng)天日蒸發(fā)量缺測(cè)。

設(shè)想在當(dāng)日20 時(shí)使用人工方式測(cè)量蒸發(fā)池水位，參與計(jì)算日蒸發(fā)量。如果有前一日20 時(shí)人工測(cè)量的原始水位問(wèn)題就可以迎刃而解，顯然無(wú)人會(huì)提前測(cè)量。但前一日20 時(shí)的自動(dòng)觀測(cè)水位是有的，考慮利用自動(dòng)觀測(cè)水位換算出人工觀測(cè)水位。

從1.2 的分析可以看出，同一臺(tái)站人工觀測(cè)和自動(dòng)觀測(cè)水位之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。假設(shè)自動(dòng)蒸發(fā)超聲波測(cè)距儀上水位線（100 mm 線）比溢流口高5 mm，人工測(cè)針最大量程線（70 mm）也比溢流口高5 mm，則自動(dòng)蒸發(fā)溢流口高度95 mm 對(duì)應(yīng)于人工蒸發(fā)溢流口高度應(yīng)該是65 mm。若前一日20 時(shí)自動(dòng)站測(cè)量的蒸發(fā)池水位為65.8 mm，則換算成人工觀測(cè)的水位高度即可為：人工觀測(cè)蒸發(fā)原量=65.8-（95-65）=35.8 mm。

當(dāng)然，上述換算是建立在假設(shè)條件下的，自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)之間的數(shù)值差應(yīng)通過(guò)事先測(cè)量計(jì)算，即在自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備正常時(shí)進(jìn)行人工水位測(cè)量，將同一時(shí)間的自動(dòng)觀測(cè)水位與人工觀測(cè)水位的差值計(jì)算出來(lái)留存。出現(xiàn)故障時(shí)就可以用前一日20 時(shí)自動(dòng)觀測(cè)水位值減去留存的差值得到前一日20 時(shí)人工觀測(cè)原量，避免故障當(dāng)日的日蒸發(fā)量缺測(cè)。不過(guò)要注意的是，若當(dāng)日因降水出現(xiàn)了蒸發(fā)池溢流就無(wú)法計(jì)算了。

3 討論

日常工作中超聲波測(cè)距儀缺測(cè)故障出現(xiàn)的并不多，但疑誤數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻率還是不低的，主要表現(xiàn)[2]在某個(gè)時(shí)次出現(xiàn)大值，甚至連續(xù)幾個(gè)時(shí)次為0，隨后出現(xiàn)一個(gè)大值。由于日蒸發(fā)量是24個(gè)時(shí)次的總和，出現(xiàn)個(gè)別時(shí)次異常并非不可能，是否影響到日蒸發(fā)量，可以參照上述方法判斷自動(dòng)觀測(cè)蒸發(fā)量日合計(jì)和人工觀測(cè)計(jì)算的相差多少，而不能僅用當(dāng)日20 時(shí)自動(dòng)站水位與前一日20 時(shí)自動(dòng)站水位的差值簡(jiǎn)單判斷，因?yàn)槌暡y(cè)量的水位在異常時(shí)可能并不能完全代表蒸發(fā)池的水位，聯(lián)通管可能因?yàn)楫愇锘驓馀莸仍斐烧舭l(fā)池和測(cè)量桶之間的水位差。

4 結(jié)語(yǔ)

用人工測(cè)量的方法能有效解決大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)缺測(cè)數(shù)小時(shí)導(dǎo)致日蒸發(fā)量缺測(cè)的問(wèn)題，在所有臺(tái)站都可實(shí)現(xiàn)，且所需要做的僅僅是事先在設(shè)備維護(hù)[3]時(shí)做一次人工同步測(cè)量，計(jì)算自動(dòng)觀測(cè)水位與人工觀測(cè)水位的差值即可，業(yè)務(wù)操作簡(jiǎn)單可行。這種方法的實(shí)質(zhì)，是利用不同原理的設(shè)備或方法對(duì)同一個(gè)氣象要素進(jìn)行測(cè)量并互相印證，從而有效提高觀測(cè)值的穩(wěn)定度。