摘要：对延庆国家基本气象站2014-2017年AG2.0型超声波蒸发传感器蒸发量测量异常数据分析，发现蒸发器（蒸发桶）沉降是影响该站自动观测蒸发量异常主要原因。在降雨天气下测量结果有较高可信度，无降雨时异常数据无明显规律性，需继续开展细致深入研究。
关键词：自动测量 蒸发量 异常
引言
2014年1月起，气象部门国家基准和基本站非结冰期用E-601B型蒸发器配AG2.0型超声波式蒸发传感器（简称蒸发传感器）自动测量蒸发量。本文对延庆国家基本气象站（简称延庆站）2014—2017年每年4—10月蒸发量异常数据分析，希望能为台站减少异常数据频次、提高设备稳定运行率提供参考。
1仪器工作原理与数据预处理
1.1仪器组成与工作原理
蒸发传感器和E-601B型蒸发器配合使用。整套蒸发测量系统由百叶箱、测量筒、超声波测量探头、连通管、蒸发桶、水圈和溢流桶等组成。蒸发传感器选用高精度超声波探头，根据超声波脉冲发射和返回时间差测量水位变化，转换成电信号输出，计算某一时段水位变化得到该时段蒸发量，对应关系式为：
Ec=100×（I-4）/（20-4）
式中Ec：蒸发水位，单位为mm；I：电流值，单位为mA。
超声波传播速度取决于传播介质和温度，蒸发传感器配有温度校正功能，保证使用温度范围（0—50℃）内测量精度满足要求。蒸发传感器主要技术指标为：测量范围0-100mm，分辨率0.1mm，10mm内最大允许误差为±0.2mm，＞10mm最大允许误差为±2%，工作温度为0-﹢50℃，供电电压为DC10-15V，输出信号为4-20mA。
1.2数据来源和预处理
延庆站从2014年开始，每年非结冰期（4-10月）使用蒸发传感器和E-601B型蒸发器测量蒸发量。采用该站2014-2017年非结冰期地面气象观测数据文件（月报表）和地面综合气象观测系统设备小时常规气象要素数据文件（简称小时数据），数据正确率＞99%，对异常数据处理以备注方式记录；小时数据包括温、湿、风、降水量等常规观测要素及蒸发器水位高度、时蒸发量（简称蒸发量）等信息。剔除小时数据中维护蒸发器（加水、取水）造成异常数据，对月报表文件统计结果显示，除极个别时次外，蒸发量≤0.5mm记录为正常值，文章对蒸发量≥0.6mm记录分析。
2观测记录分析
延庆站2014—2017年共有183时次蒸发量≥0.6mm，根据月报表文件备注信息确定数据异常时次，蒸发量≥1.8mm归为一类，并把异常次数中因降雨影响次数对应列出，可知：蒸发量频次随数值增大而减少，蒸发量＞1.0mm时均为异常值。蒸发量＜1.3mm时，因降水影响异常次数占80.3%，蒸发量＞1.8mm时，占比仅14.3%。无降水影响异常次数在蒸发量0.6—0.9mm有6次，1.0-1.3mm有7次，1.4-1.7mm有3次，1.8mm以上有6次，非降水影响蒸发量异常次数与蒸发量大小无显著关联。
从该站4年记录看，当蒸发量＞0.6mm时，研究表明蒸发量与气温、日照时数、10min平均呈显著正相关，与相对湿度、水汽压呈明显负相关。温度越高、风速越大、相对湿度越小；日照时数越多及光照强度越强，蒸发量就越大；反之蒸发量就越小。
按年对时蒸发量异常次数分析（图1），2014年和2015年蒸发量异常次数远高于后两年，其中2015年最多，达40次，占48.8%；降水影响异常次数也以2015年最多，占比82.5%；月平均异常次数，2014年约每周出现一次，2015年每候一次，2016年每月一次，2017年约每俩月一次。可见2014年和2015年异常蒸发量次数占比显著偏高。这是因延庆站2014年首次使用E-601B型蒸发器，可能是蒸发桶出现沉降。蒸发最高水位除2014年为非溢流水位（蒸发桶溢流孔水位），其他年份均有过溢流，蒸发最高水位2014—2016年逐年降低，2017年与2016年相同；蒸发最低水位除2015年外，2014—2017年逐年降低，2015年蒸发桶低水位时维护（加水）频次多于其他年份；蒸发水位逐年降低反映蒸发桶在运行中明显沉降。
图1 2014—2017年延庆站逐年异常蒸发量次数
选取2015年9月4日和2017年8月9日，全天阴天间多云，温度相差不大，降雨量分别是当年度最大降雨日，降雨量分别为37.3mm、45.2mm，日雨量差别不大。
2015年9月4日记录，该日13时后出现降水持续至20时，最大小时雨强13.6mm，蒸发量自15时起明显偏大，除16时外其他时次均为1.0mm，当日最高蒸发水位68.0mm。2017年8月9日，21—23时（气象日界9日）为第一段降雨，最大小时雨强3.9mm，13—15时为第二段降雨，小时最大雨强达28.0mm，降雨时次蒸发量均为0.0mm，日内最大时次蒸发量0.3mm，当日最高蒸发水位67.6mm。从选取个例情况看，均未出现因降雨造成溢流，也都有小时雨强超过3mm降雨，但2015年个例中降雨时次蒸发量都异常，而2017年虽然小时雨强达28.0mm，但蒸发量正常。2015年造成蒸发量异常原因可能是蒸发桶沉降。
因降雨影响蒸发量次数，统计延庆站小时雨强3mm以上次数及其影响蒸发量次数，2014和2015年因降雨影响蒸发次数明显偏多，2016年为4次，2017年仅2次；2015-2017年降雨＞3mm次数持平，但蒸发量受影响次数2015年达15次，2016年未出现，2017年有1次；正常情况下，AG2.0型蒸发传感器在降雨天观测结果正确率＞98.7%。表明延庆站蒸发量测量异常原因是蒸发桶沉降。除正常蒸发器加水、取水造成蒸发量异常（2015年5月起，正常维护造成蒸发量异常按0.0处理），未出现过因维护不当造成蒸发量观测异常。结合前人研究，可认为就延庆站来说，蒸发器正确安装对蒸发量观测质量有显著影响，正确维护仪器是日常减少异常数据重要措施。
3小结
①E-601B型蒸发器正确安装对自动测量蒸发量有直接显著影响，应严格按照《地面气象观测规范》要求做好仪器安装。
②AG2.0型蒸发传感器故障率低，月均0.6次数据异常对于自动测量可接受。
③AG2.0型蒸发传感器在降雨天气条件下测量结果具有较高可信度，仪器有良好适用性；但仪器无降雨影响时仍有异常数据，无明显规律性，需开展更细致深入研究揭示。
参考文献
[1]高英杰,顾黎燕,文翔.新型自动气象站蒸发故障排查方法及异常数据处理[J].气象水文海洋仪器,2017,34(4).
[2]中国气象局气象探测中心.地面气象观测业务技术规定实用手册[M].北京:气象出版社,2016.
论文作者:黄新琳1,李花河2,程婷婷2,吴蕾2
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/14
标签：蒸发量论文; 异常论文; 延庆论文; 水位论文; 蒸发器论文; 测量论文; 次数论文; 《科技新时代》2018年6期论文;