巧用螺旋测微器解决自动观测蒸发缺测问题

刘慧杰，袁 博，吴 欢，窦苗苗

（1.中国气象局气象干部培训学院安徽分院，安徽合肥 230010；2.中国气象局气象干部培训学院湖南分院，湖南长沙 410007）

0 引言

E-601B 大型蒸发是地面气象观测常规观测仪器，由3000 cm2的蒸发池、水圈、土圈和放置超声波测距仪的小百叶箱两部分组成，两者通过联通管相连，保持水位高度一致。大型蒸发在地面气象观测设备中属于占地面积较大的项目，一个观测场中一般只有一套，大型蒸发自动观测整体布置见图1。

图1 大型蒸发自动观测整体布置

1 大型蒸发自动观测与人工观测的差异

大型蒸发人工观测每天20 时观测一次蒸发池水位高度，与前一天20 时的水位高度比较，得出一天的水位差，即为一天的日蒸发量。观测点位于蒸发池的边缘测针底座，观测仪器为螺旋测微器[1]，量程为70 mm，精确到0.1 mm。大型蒸发自动观测为每小时计算一次水位差，得出每小时的蒸发量，一天的日蒸发量为24 h 蒸发量之和。观测点位于小百叶箱里的连通器水面，量程为100 mm，精确到0.1 mm。

1.1 自动观测与人工观测的区别

大型蒸发自动观测相对于人工观测具有明显优势，在时间尺度上提供了不同时段蒸发量的分布，而不仅仅是一个日蒸发总量；在处理降水溢流方面取消了溢流桶设置，采取与翻斗雨量同步及最高水位线设置，使蒸发量受降水影响降到最低。

大型蒸发采用超声波测距原理，因为超声波抗干扰性能不足，因此会出现一些意外情况，比如电磁干扰、温度补偿影响等可能造成观测数据异常；同时，每天24 次观测，观测次数的增加无疑增加了疑误数据出现的概率；观测点从蒸发池移到小百叶箱，增加了联通管，虽然减小了水面波动的误差，但也增加了两处水位差带来蒸发误差的可能性。

1.2 自动观测与人工观测的联系

超声波测距仪的上水位线（100 mm 线）高度以蒸发池溢流口为基准，一般比溢流口高约5 mm。当水位达到蒸发池的溢流口时，因溢流的存在水位不再有上升变化，这个水位约为95 mm左右，即最大量程，也是蒸发传感器的溢出水位参数。业务上一般要求蒸发水位45～75 mm，即距溢流口20～50 mm。

人工观测仪器螺旋侧围器固定在蒸发池外侧的测针座插孔，最大量程70 mm 线比溢流口高5 mm 左右。一般要求蒸发池水位保持在25～45 mm 为最佳，即距溢流口20～40 mm。

由此可见，人工与自动观测测量精度相同，要求的正常蒸发池水位一致，距溢流口20 mm 以上。对于不同台站，蒸发池的水位相同时，人工观测的水位高度值基本相同，因为测针底座安装高度基本相同（厂家标准定制）；由于自动观测的超声波测距仪最高水位线与蒸发池溢流口之间各站在安装时存在差异，因而蒸发池的水位相同时自动测量水位不尽相同。

2 大型蒸发自动观测缺测的发生与解决途径

大型蒸发自动观测设备一般台站没有备件，若发生故障，往往都会导致缺测数小时甚至更长，致使当天日蒸发量缺测。

设想在当日20 时使用人工方式测量蒸发池水位，参与计算日蒸发量。如果有前一日20 时人工测量的原始水位问题就可以迎刃而解，显然无人会提前测量。但前一日20 时的自动观测水位是有的，考虑利用自动观测水位换算出人工观测水位。

从1.2 的分析可以看出，同一台站人工观测和自动观测水位之间存在一一对应关系。假设自动蒸发超声波测距仪上水位线（100 mm 线）比溢流口高5 mm，人工测针最大量程线（70 mm）也比溢流口高5 mm，则自动蒸发溢流口高度95 mm 对应于人工蒸发溢流口高度应该是65 mm。若前一日20 时自动站测量的蒸发池水位为65.8 mm，则换算成人工观测的水位高度即可为：人工观测蒸发原量=65.8-（95-65）=35.8 mm。

当然，上述换算是建立在假设条件下的，自动观测与人工观测之间的数值差应通过事先测量计算，即在自动观测设备正常时进行人工水位测量，将同一时间的自动观测水位与人工观测水位的差值计算出来留存。出现故障时就可以用前一日20 时自动观测水位值减去留存的差值得到前一日20 时人工观测原量，避免故障当日的日蒸发量缺测。不过要注意的是，若当日因降水出现了蒸发池溢流就无法计算了。

3 讨论

日常工作中超声波测距仪缺测故障出现的并不多，但疑误数据出现频率还是不低的，主要表现[2]在某个时次出现大值，甚至连续几个时次为0，随后出现一个大值。由于日蒸发量是24个时次的总和，出现个别时次异常并非不可能，是否影响到日蒸发量，可以参照上述方法判断自动观测蒸发量日合计和人工观测计算的相差多少，而不能仅用当日20 时自动站水位与前一日20 时自动站水位的差值简单判断，因为超声波测量的水位在异常时可能并不能完全代表蒸发池的水位，联通管可能因为异物或气泡等造成蒸发池和测量桶之间的水位差。

4 结语

用人工测量的方法能有效解决大型蒸发自动观测缺测数小时导致日蒸发量缺测的问题，在所有台站都可实现，且所需要做的仅仅是事先在设备维护[3]时做一次人工同步测量，计算自动观测水位与人工观测水位的差值即可，业务操作简单可行。这种方法的实质，是利用不同原理的设备或方法对同一个气象要素进行测量并互相印证，从而有效提高观测值的稳定度。