CQS.FFH-2型E601自動水面蒸發(fā)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(qū)域概況

阿拉爾水文站設(shè)立于1958年4月，位于阿克蘇地區(qū)阿拉爾市，東經(jīng)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(dān)負(fù)著塔里木河流域防汛、抗旱的重?fù)?dān)。大河重要控制水文站，屬國家重要水文站，是向中央、自治區(qū)、阿克蘇地區(qū)重要的報汛水情站。一類精度流量站，二類精度泥沙站，測驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、單沙、懸移質(zhì)輸沙率、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、冰情目測、天然水化學(xué)等項(xiàng)目。

塔里木河流域遠(yuǎn)離海洋，四周高山環(huán)繞，東南部是塔克拉瑪干大沙漠，形成了干旱環(huán)境中典型的大陸性氣候。其特點(diǎn)：四季氣候懸殊，溫差大、日氣溫差較大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，干燥多風(fēng)，日照時間長、光熱資源豐富、生態(tài)環(huán)境十分脆弱，是一個水資源相對貧乏的地區(qū)。在遠(yuǎn)離海洋和高山環(huán)列的綜合影響下，全流域降水稀少，降水量地區(qū)分布差異大。降水量的地區(qū)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?qū)倥瘻貛O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(qū)降雨稀少，冬季少雪，多年平均蒸發(fā)量1 022 mm，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈。

2 氣溫和自動對比和相關(guān)分析

氣溫參考數(shù)據(jù)：水面蒸發(fā)量是反映當(dāng)?shù)卣舭l(fā)能力的重要指標(biāo)。氣溫是影響蒸發(fā)的最主要因子，由于影響蒸發(fā)的因素復(fù)雜，不同地域的蒸發(fā)變化也各有其特點(diǎn)，環(huán)境溫度變化趨勢直接影響其蒸發(fā)能力的大小，溫度高的時候蒸發(fā)量大；溫度低的時候蒸發(fā)量小。

3 自動與人工蒸發(fā)量觀測對比分析

觀測數(shù)據(jù)時段自動蒸發(fā)系統(tǒng)于2021年7-9月正式開始比測，采用人工觀測與自動蒸發(fā)系統(tǒng)觀測同步進(jìn)行。2021年7月4 日至2021 年9 月30日共89 d對人工觀測蒸發(fā)和自動蒸發(fā)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比測，其間無缺測和故障，共取得比測數(shù)據(jù)89 組，比測方法符合《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》要求。

日蒸發(fā)量對比和誤差對2021年7- 9月的自動蒸發(fā)系統(tǒng)和人工觀測所監(jiān)測的日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。自動蒸發(fā)日蒸發(fā)量誤差在0.00～±1.50 mm 的天數(shù)占觀測期百分比為100%，日最大誤差為1.20 mm。該站自動監(jiān)測成果是合理的。

逐日蒸發(fā)量相關(guān)性分析：將人工觀測與自動觀測的逐日蒸發(fā)量資料共89組數(shù)據(jù)繪制相關(guān)關(guān)系圖見圖1。從圖1可見，人工觀測與自動觀測的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布有點(diǎn)分散，呈直線趨勢，建立人工蒸發(fā)量x 對自動蒸發(fā)量y 的回歸直線方程y=0.97x+0.24，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.86，大部分點(diǎn)呈現(xiàn)線性分布，少部分點(diǎn)比較分散。

圖1 人工與自觀測逐日蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

旬蒸發(fā)量相關(guān)性分析：人工觀測與自動觀測的各旬蒸發(fā)量資料共9 組數(shù)據(jù)繪制相關(guān)關(guān)系圖見圖2。從圖2 可知，人工觀測與自動觀測的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布密集，呈直線趨勢，建立人工觀測蒸發(fā)量x 對自動蒸發(fā)量y 的回歸直線方程y=0.77x+10.13，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.96，說明兩種觀測方式取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)存在明確的線性關(guān)系，斜率接近于1，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性比較強(qiáng)。

圖2 人工與自動旬蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

對2021 年7-9 月的自動與人工監(jiān)測的各月蒸發(fā)量3 組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，各月相對誤差基本在3%以內(nèi)，占100%。符合《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》技術(shù)要求。月蒸發(fā)量相關(guān)性分析，將自動蒸發(fā)與人工蒸發(fā)月總量共3 組比對數(shù)據(jù)繪制相關(guān)圖，見圖3。從圖3 可見，人工觀測與自動觀測的相關(guān)點(diǎn)在圖上分布密集，呈直線趨勢，建立自動蒸發(fā)量y對人工觀測蒸發(fā)量x的回歸直線方程y=0.87x+17.60，兩者的相關(guān)系數(shù)R2=0.99，說明兩種觀測方式取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)存在明確的線性關(guān)系，斜率接近1，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性比較強(qiáng)。

圖3 人工與自動月蒸發(fā)量相關(guān)分析圖

誤差分析：水面蒸發(fā)是一個受諸多因子影響的復(fù)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(fā)器安裝的位置略有不同，受到的環(huán)境因素比如：風(fēng)速、日照、降雨、氣溫變化等因素等都將得對影響蒸發(fā)，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(fā)器進(jìn)行觀測因觀測人員的視差和人員不同，讀數(shù)會出現(xiàn)差異因此導(dǎo)致，因此出現(xiàn)讀數(shù)誤差，自動蒸發(fā)器的測量精度為±2 mm。③阿拉爾站安裝的自動蒸發(fā)器跟圍墻比較近，因此早上太陽出來的時候?qū)φ舭l(fā)器一定的遮擋，因此導(dǎo)致蒸發(fā)量偏小。

4 結(jié)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(fā)量觀測方式由人工定點(diǎn)讀書觀測日（每日8時一次次日8 時）的蒸發(fā)量，變成了超聲波蒸發(fā)傳感器自動采集并計算出每日到次日8 時的蒸發(fā)量。其儀器構(gòu)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(shù)據(jù)的差異。文章利用2021年日蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

自動觀測和人工觀測進(jìn)行比較分析。氣溫是影響蒸發(fā)的最主要因子，由于影響蒸發(fā)的因素復(fù)雜，不同地域的蒸發(fā)變化也各有其特點(diǎn)，環(huán)境溫度變化趨勢直接影響其蒸發(fā)能力的大小，因此氣溫對蒸發(fā)直接影響提供了參考。根據(jù)蒸發(fā)提供的89 組觀測數(shù)據(jù)，自動蒸發(fā)和人工蒸發(fā)的逐日蒸發(fā)相關(guān)性為0.86、旬蒸發(fā)相關(guān)性為0.96、月蒸發(fā)相關(guān)性為0.99，自動觀測值與人工觀測值相關(guān)性較高，相關(guān)關(guān)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(yīng)規(guī)范觀測技術(shù)要求。說明此自動蒸發(fā)觀測的數(shù)據(jù)精度是可靠的。所以阿拉爾站自動蒸發(fā)觀測可以代替人工觀測。極大地解放了生產(chǎn)力，提高工作效率。為以后水文站實(shí)現(xiàn)巡測奠定了基礎(chǔ)。為塔里木河農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠色生態(tài)走廊發(fā)展提供更可靠準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。