安裝在不同高度的雨量記錄儀因蒸發(fā)對測量精確度的影響
1 概述
雨量記錄儀可以很方便的對下雨量進(jìn)行記錄，不過因?yàn)?STRONG>雨量監(jiān)測儀需要安裝在不同高度，就造成了因?yàn)檎舭l(fā)量的不同，對記錄結(jié)果產(chǎn)生影響，下面我們就介紹一下安裝在不同高度的雨量記錄儀因蒸發(fā)對測量精確度的影響。
宜昌蒸發(fā)站是目前長江流域唯一的1座大型蒸發(fā)站，它位于長江西陵峽口，距葛洲壩水庫約2km，距三峽水庫不足45km。地理位置：東經(jīng)111°17′，北緯30°39′。有降水量觀測、蒸發(fā)量觀測、地面氣象項(xiàng)目觀測。其主要目的是為葛洲壩水庫、三峽水庫提供區(qū)域?qū)崪y降水量、蒸發(fā)量資料，便于水庫調(diào)度及蒸發(fā)原型分析。宜昌蒸發(fā)站雨量記錄儀有3種，器口距地面高度分別為100、70、15cm；蒸發(fā)器有4種，器口距地面高度分別為70、70、30、15cm。由于器口距地面不同高度的雨量器所測雨量不盡相同，那么在計(jì)算蒸發(fā)量時(shí)，選擇何種雨量器雨量將直接影響蒸發(fā)量精度。因此，利用宜昌蒸發(fā)站多年降水實(shí)測資料，計(jì)算不同高度雨量器觀測雨量，分析雨量器器口距地面高度不同對觀測雨量的影響，從而分析其對蒸發(fā)量精度所造成的影響。
2 分析方法
2.1 影響水面蒸發(fā)的因素
水面蒸發(fā)是水循環(huán)的一個(gè)重要過程，是分析水量平衡的重要因子。蒸發(fā)過程非常復(fù)雜，蒸發(fā)量的大小受很多因素影響。其中溫度、蒸發(fā)面的曲度、大氣濕度、風(fēng)速、水質(zhì)純度、面積、氣壓等對蒸發(fā)量的影響是內(nèi)在因素，雨量對蒸發(fā)量計(jì)算結(jié)果造成的影響為外在影響。本文僅就雨量對蒸發(fā)量精度所造成的影響進(jìn)行分析。
2.2 儀器布置
蒸發(fā)場內(nèi)布置了3套雨量監(jiān)測儀，其器口距地面高度分別為100、70、15cm。其中100cm為自記式雨量器，70、15cm為人工雨量監(jiān)測儀。雨量儀按東西向排列，儀器間距4m左右。
2.3 蒸發(fā)量計(jì)算公式
蒸發(fā)量計(jì)算公式為：
式中Eh為時(shí)段蒸發(fā)量，mm；P為與蒸發(fā)量同時(shí)段的降水量，mm；h1、h2為上次和本次觀測時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)單位水面高度，mm；h為溢流量或加水量，溢流時(shí)取正，加水時(shí)取負(fù)，mm。
從(1)式可知，降水量P用P100(器口距地面高度100cm)、P70(器口距地面高度70cm)或P15(器口距地面高度15cm)的實(shí)測值，是消除蒸發(fā)量外在影響的一個(gè)重要因素。
3 不同高度雨量記錄儀的雨量對蒸發(fā)量影響分析
3.1 距地面不同高度雨量器對雨量實(shí)測值影響分析
根據(jù)蒸發(fā)站1984~2002年雨量實(shí)測值分析發(fā)現(xiàn)，距地面不同高度的3種雨量器所觀測的雨量各有差異。這就給計(jì)算蒸發(fā)量提出了一個(gè)問題，即在(1)式中P值應(yīng)采取何種雨量器的雨量。雨量實(shí)測值具體分析如表1、表2。
表1 P100與P70雨量實(shí)測值差異統(tǒng)計(jì)
表2 P70與P15雨量實(shí)測值差異統(tǒng)計(jì)
表1、表2中雨量總個(gè)數(shù)為有雨量的次數(shù)；雨量差異個(gè)數(shù)為兩種雨量器雨量實(shí)測值不同的次數(shù)；雨量差值比為|P100-P70|/P100或|P70-P15|/P70；差異率為雨量差異個(gè)數(shù)所占雨量總個(gè)數(shù)百分比。
通過表1、表2可知，距地面不同高度雨量器實(shí)測雨量存在差異，最大差異率達(dá)87%，最小的也有35%；其差異變幅在0.1~4.0 mm之間。P100與P70實(shí)測值差異率在66%以上，P70與P15實(shí)測值差異率在56%以下。
對資料進(jìn)一步分析，距地面不同高度雨量器實(shí)測雨量差值比大于2.0%時(shí)，P100與P70所占的比重明顯比P70與P15所占比重大。雨量器實(shí)測雨量差值大于2.0%時(shí)，表1中雨量差值>2%總個(gè)數(shù)為136次，表2中雨量差值>2%總個(gè)數(shù)僅有47次。從此可得出，器口距地面高度為70、15cm的雨量器所測雨量有所差別，但在雨量差值>2%時(shí)，所測雨量較為一致；而器口距地面高度為100cm雨量器所測雨量與70 cm雨量器所測雨量有一定的差別。
3.2 不同高度雨量器所測雨量對蒸發(fā)量影響分析
目前國內(nèi)流行的蒸發(fā)器有兩種：一種是蒸發(fā)器；另一種是20cm口徑的蒸發(fā)皿，在計(jì)算蒸發(fā)量時(shí)，式(1)中的P值均采用距地面高度70cm雨量器實(shí)測雨量。從表1、表2可看出在差異率大于2.0%時(shí)，P100與P70所占比重為25%，P70與P15所占比重為12%。這正好與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)P值均采用距地面高度70 cm雨量器實(shí)測雨量相符，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定自記雨量與人工觀測雨量相差2.0%時(shí)需作訂正。由于宜昌蒸發(fā)站有4種蒸發(fā)儀器，器口距地面高度各不相同。通過以上表1、表2可看出，各雨量器承接的雨量存在差異，即式(1)中P值不同，如在式(1)中采用同一P值，蒸發(fā)量的精度將受到影響。特別是距地面高度低的蒸發(fā)器采用距地面高度高的雨量器P值，對蒸發(fā)量影響更大。
4 結(jié)論與建議
宜昌蒸發(fā)站4種蒸發(fā)儀器在計(jì)算蒸發(fā)量時(shí)，由于蒸發(fā)器器口距地面高度各不相同，對式(1)中的P值不宜采用同一雨量器P值，P值的采用應(yīng)與蒸發(fā)器器口距地面高度相對應(yīng)的雨量器。
(1)蒸發(fā)器器口距地面高度為70cm的20cm蒸發(fā)皿、80cm蒸發(fā)盆，式(1)的P值宜采用器口距地面高度為70cm雨量器所測雨量。
(2)蒸發(fā)器器口距地面高度為30cm的E-601B型蒸發(fā)器，式(1)的P值宜采用器口距地面高度為15cm雨量器所測雨量。
(3)蒸發(fā)器器口距地面高度為15cm的20 m2蒸發(fā)池，式(1)的P值宜采用器口距地面高度為15cm雨量器所測雨量。蒸發(fā)是水循環(huán)過程中非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，分析清楚，掌握其內(nèi)在規(guī)律對人們的生活、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)，特別是水利工程建設(shè)等都有著舉足輕重的作用。
近年來，全球氣候呈逐年變暖趨勢，各國學(xué)者對蒸發(fā)的研究更加重視，研究蒸發(fā)的內(nèi)在規(guī)律，其社會效益、經(jīng)濟(jì)價(jià)值正在日益顯現(xiàn)。掌握內(nèi)在規(guī)律，消除外在因素，是提高蒸發(fā)量精度的重要手段，在此建議：
(1)設(shè)置蒸發(fā)場時(shí)應(yīng)盡量選擇地勢開闊、空氣流通、附近無遮擋物、自然植被良好等符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的場所。
(2)在設(shè)置雨量器時(shí)盡量保持器口距地面高度與蒸發(fā)器器口距地面高度一致。測記蒸發(fā)量時(shí)，盡量減少人為誤差，消除外在因素。
(3)在暴雨或大風(fēng)期間，宜采用分段測記雨量、累計(jì)求P值，盡量減小由于雨強(qiáng)、大風(fēng)造成P值誤差而影響Eh，即影響蒸發(fā)量的精度。
