大氣探測第七章(2)：降水與蒸發(fā)的觀測課件

第七章降水與蒸發(fā)的觀測1第七章降水與蒸發(fā)的觀測7.1概述

7.2降水觀測

7.3蒸發(fā)量的觀測27.1概述1.降水

2.蒸發(fā)

3.降水和蒸發(fā)觀測意義3在此同時，地表和水面的水分，又通過蒸發(fā)（包括陸面蒸發(fā)、水面蒸發(fā)以及植物蒸騰等）不斷地進入大氣，再通過降水落到地面，由此形成地－氣體系內(nèi)水分的閉合循環(huán)。由于自然界中水分的循環(huán)處于某種穩(wěn)定狀態(tài)，則在這種情況下，降落到地球表面的降水量應(yīng)與蒸發(fā)量相等。全球的降水總量估計為5.1×1017kg，由此可見，自然界所發(fā)生的水分循環(huán)是非常強烈的。2.蒸發(fā)5工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、水利建設(shè)、防澇抗旱等都需要及時準確的降水觀測資料。降水在軍事上也有很重要的影響，比如降水對武器裝備會產(chǎn)生一定的不良影響；降雪會迅速改變海岸目標的偽裝條件，使艦艇目力通信和利用天體及沿岸目標定位的工作受到限制。蒸發(fā)是地氣間水分循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一，它不僅以水汽的形式進入大氣，而且還在地面與大氣間傳遞熱量，蒸發(fā)對農(nóng)業(yè)、氣象和水文氣象研究都具有重要意義。3.降水和蒸發(fā)的觀測意義67.2降水觀測1.基本概念

2.測量降水的主要儀器

3.降水量觀測的誤差來源7降水觀測項目：降水量和降水強度。降水量：指某一時段內(nèi)，從天空降落到地面上的液態(tài)或固態(tài)（經(jīng)融化后）降水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透和流失而在水平面上積累的深度。以mm為單位，取一位小數(shù)。純霧、露、霜、霧淞、吹雪、冰針的量按無降水處理，當其與降水伴見時也不扣除其量。降水強度：指單位時間的降水量。通常測定5分鐘、10分鐘和1小時內(nèi)的最大降水量。1.基本概念8雨量器2.測量降水的主要儀器雨量器的結(jié)構(gòu)：由雨量筒（包括承水器、儲水瓶、外筒）和量杯組成。R=10cmr=2cm10雨量器2.測量降水的主要儀器量杯：

為一特制的有刻度的專用量杯，。杯上的刻度一般從0.05mm到10.5mm，每一小格代表0.1mm降水量，每一大格為1.0mm降水量。儲水瓶：是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶。12雨量器2.測量降水的主要儀器雨量器的安裝：安置在觀測場內(nèi)固定架子上，器口保持水平，口沿離地面高度為70cm，儀器四周不受障礙物的影響，以保證準確收集降水。在冬季積雪較深地區(qū)，應(yīng)在其附近裝一備份架子。在雪深超過30mm時，就應(yīng)該把儀器移至備份架子上進行觀測。冬季降雪時，須將漏斗從承水器內(nèi)取下，并同時取出儲水瓶，直接用外筒接納降水。14雨量計2.測量降水的主要儀器構(gòu)造：是用來連續(xù)記錄液體降水的自記儀器，它由承水器(通?？趶綖?0cm)、浮子室、自記鐘和虹吸管等組成。虹吸式雨量計15雨量計2.測量降水的主要儀器測量原理：

降雨時，雨水從承水器經(jīng)漏斗進入浮子室后，水面即升高，浮子和筆桿也隨著上升（由于筆桿總是做上下運動，因此雨量自記紙的時間線是直線而不是弧線），下雨時隨著浮子室內(nèi)水集聚的快慢，筆尖即在自記紙上記出相應(yīng)的曲線表示降水量及其強度。當筆尖到達自記紙上限時（一般相當于10mm），室內(nèi)的水就從浮子室旁的虹吸管排出，流入管下的盛水器中，筆尖即落到0線上。若仍有降水，則筆尖又重新開始隨之上升，而自記紙的坡度就表示出了降水強度的大小。虹吸式16雨量計2.測量降水的主要儀器安裝與檢查：內(nèi)部機件的安裝：先將浮子室安好，使進水管剛好在承水器漏斗的下端；再用螺釘將浮子室固定在座板上；將裝好自記紙的鐘筒套入鐘軸；最后把虹吸管插入浮子室的側(cè)管內(nèi)，用連接螺帽固定。虹吸管下部放入盛水器。虹吸式17雨量計2.測量降水的主要儀器構(gòu)造：

由感應(yīng)器、采集器、記錄器組成。

感應(yīng)器：由承水器、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗、干簧開關(guān)等組成。記錄器：由計數(shù)器、記錄筆、自記鐘、控制線路板等構(gòu)成。雙翻斗式雨量計18雨量傳感器2.測量降水的主要儀器測量原理：承雨器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當雨水積到一定量時，由于水本身重力作用使上翻斗翻轉(zhuǎn)，水進入?yún)R集漏斗。降水從匯集漏斗的節(jié)流管注入計量翻斗時，就把不同強度的自然降水，調(diào)節(jié)為比較均勻的降水強度，以減少由于降水強度不同所造成的測量誤差。翻斗式雨量傳感器20雨量傳感器2.測量降水的主要儀器測量原理：當計量翻斗承受的降水量為0.1mm時(也有的為0.5mm或1mm翻斗)，計量翻斗把降水傾倒到計數(shù)翻斗，使計數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次。計數(shù)翻斗在翻轉(zhuǎn)時，與它相關(guān)的磁鋼對干簧管掃描一次。干簧管因磁化而瞬間閉合一次。這樣，降水量每次達到0.1mm時，就送出去一個開關(guān)信號，采集器就自動采集存儲0.1mm降水量。

翻斗式雨量傳感器21稱重式降水自動觀測儀

測量原理是基于電阻應(yīng)變技術(shù)：敏感梁在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號，進而得到重量。通過對重量變化的快速響應(yīng)測量降水

。233.降水量觀測的誤差來源降水量測量的準確與否，不僅與傳感器的性能有關(guān)，還和傳感器安置的地點、位置、雨水濺失、蒸發(fā)損失以及風(fēng)的影響關(guān)系密切。雨水濺失：對雨量器造成的誤差約0.1～0.2mm。蒸發(fā)引起的誤差：與測點的位置、當時的氣象條件、儀器本身結(jié)構(gòu)、制作材料等多因素有關(guān)，其引起的平均誤差是年降水量的3%-6%。風(fēng)的影響：由于雨量器高出地面，風(fēng)對雨量器的繞流作用導(dǎo)致筒口上方出現(xiàn)局部上升氣流，阻礙雨滴落入筒內(nèi)，造成降水量偏小。對固體降水影響更大，影響的大小與雨滴大小、風(fēng)速及承水器安裝高度有關(guān)。241.蒸發(fā)量蒸發(fā)量：氣象站測定的蒸發(fā)量是水面蒸發(fā)量，它是指一定口徑的蒸發(fā)器中，在一定時間間隔內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水層深度，以毫米（mm）為單位，取一位小數(shù)。測量蒸發(fā)量的儀器：小型蒸發(fā)器E-601B型蒸發(fā)器超聲蒸發(fā)傳感器26小型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器構(gòu)造：小型蒸發(fā)器為口徑20cm，高約10cm的金屬圓盆，口緣鑲有內(nèi)直外斜的刀刃形銅圈，器旁有一倒水小咀。為防止鳥獸飲水，器口附有一個上端向外張開成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈。27小型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器安裝：在觀測場內(nèi)的安裝地點豎一圓柱，柱頂安一圈架，將蒸發(fā)器安放其中。蒸發(fā)器口緣保持水平，距地面高度為70cm。冬季積雪較深地區(qū)的安裝同雨量器。

28小型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器觀測與記錄：有降水時，應(yīng)取下金屬絲網(wǎng)圈；有強降水時，應(yīng)注意從器內(nèi)取出一定的水量，以防水溢出。因降水或其它原因，致使蒸發(fā)量為負值時，記0.0。蒸發(fā)器中的水量全部蒸發(fā)完時，按加入的原量值記錄，并加“>”,如>20.0。冬季結(jié)冰期較長的氣象站，停止E601B型觀測，用小型蒸發(fā)器進行冰面蒸發(fā)量觀測，用秤量法測量。二種儀器替換時間應(yīng)選在結(jié)冰開始和化冰季節(jié)的月末20時觀測后進行。如結(jié)冰期有風(fēng)沙，在觀測時，應(yīng)先將冰面上積存的塵沙清掃出去，然后秤重。30E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器構(gòu)造：E601B型蒸發(fā)器由蒸發(fā)桶、水圈、溢流桶和測針等組成。31E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器蒸發(fā)筒：

由白色玻璃鋼制作，是一個器口面積為3000cm2，有圓錐底的圓柱形桶，器口正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上設(shè)置測針座，座上裝有水面指示針，用以指示蒸發(fā)桶中水面高度。在桶壁上開有溢流孔。32E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器水圈：

是安裝在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套，材料也是玻璃鋼。用以減少太陽輻射及濺水對蒸發(fā)的影響。它由四個相同的弧形水槽組成。33E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器溢流桶：是承接因降水較大時而由蒸發(fā)桶溢出的水量的圓柱形盛水器，可用鍍鋅鐵皮或其它不吸水的材料組成。桶的橫截面以300cm2為宜，溢流桶應(yīng)放置在帶蓋的套箱內(nèi)。須注意防止降落在膠管上的雨水順著膠管流入溢流桶內(nèi)。34E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器測針：

是專用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度的部件，應(yīng)用螺旋測微器的原理制成。讀數(shù)精確到0.1mm。測針插桿的桿徑與蒸發(fā)器上測針座插孔孔徑相吻合。測量時使針尖上下移動，對準水面。測針針尖外圍還設(shè)有靜水器，上下調(diào)節(jié)靜水器位置，使底部沒入水中。

35E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器安裝：E601B型蒸發(fā)器安裝在觀測場內(nèi)，安裝時，力求少挖動原土。蒸發(fā)桶放入坑內(nèi)，必須使器口離地30cm，并保持水平。桶外壁與坑壁間的空隙，應(yīng)用原土填回搗實。水圈與蒸發(fā)桶必須密合。水圈與地面之間，應(yīng)取與坑中土壤相接近的土料填筑土圈，其高度應(yīng)低于蒸發(fā)桶口緣約7.5cm。在土圈外圍，還應(yīng)有防塌設(shè)施，可用預(yù)制弧形混凝土塊拼成，或水泥徹成外圍。36E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器蒸發(fā)器用水要求：應(yīng)盡可能用代表當?shù)刈匀凰w(江、河、湖)的水。在取自然水有困難的地區(qū)，也可使用飲用水(井水、自來水)。器內(nèi)水要保持清潔，水面無漂浮物，水中無小蟲及懸浮污物，無青笞，水色無顯著改變。一般每月?lián)Q一次水。蒸發(fā)器換水時應(yīng)清洗蒸發(fā)桶，換入水的溫度應(yīng)與原有水的溫度相接近。

37E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器觀測與記錄：每日20時進行觀測。觀測時先調(diào)整測針針尖與水面恰好相接，然后從游標尺上讀出水面高度。讀數(shù)方法：通過游尺零線所對標尺的刻度，即可讀出整數(shù)；再從游尺刻度線上找出一根與標尺上某一刻度線相吻合的刻度線，游尺上這根刻度線的數(shù)字，就是小數(shù)讀數(shù)。蒸發(fā)量=前一日水面高度+降水量(以雨量器觀測值為準)-測量時水面高度。38E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器觀測與記錄（續(xù)）：觀測后檢查蒸發(fā)桶內(nèi)的水面高度，如水面過低或過高，應(yīng)加水或汲水，使水面高度合適。每次水面調(diào)整后，應(yīng)測量水面高度值，記入觀測簿次日蒸發(fā)量的“原量”欄，作為次日觀測器內(nèi)水面高度的起算點。39E601B型蒸發(fā)器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器觀測與記錄（續(xù)）：冬季結(jié)冰期很短或偶爾結(jié)冰的地區(qū)，結(jié)冰時可停止觀測，各該日蒸發(fā)量欄記“B”；待某日結(jié)冰融化后，測出停測以來的蒸發(fā)總量，記在該日蒸發(fā)量欄內(nèi)。但不得跨月、跨年。

冬季結(jié)冰期較長的地區(qū)停止觀測，整個結(jié)冰期改用小型蒸發(fā)器觀測冰面蒸發(fā)，但應(yīng)將E601B型蒸發(fā)器內(nèi)的水汲凈，以免凍壞。

40超聲蒸發(fā)傳感器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器構(gòu)造：

超聲蒸發(fā)傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒組成。41超聲蒸發(fā)傳感器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器測量原理：

根據(jù)超聲波測距原理，選用高精度超聲波探頭，對E601B型蒸發(fā)器內(nèi)水面高度變化進行檢測。

H=Cw×t/2

CW水中聲速、t超聲波脈沖往返于水面高度H經(jīng)歷的時間，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。并配置溫度校正部分，以保證在使用溫度范圍內(nèi)的測量精度。它的測量范圍為0-100mm，分辨率0.1mm，測量準確度±1.5%，在氣溫0～+50℃范圍使用。42超聲蒸發(fā)傳感器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器儀器安裝：該傳感器安裝專用三角支架上。底座調(diào)整水平。應(yīng)保持不銹鋼圓筒最高水位刻度線稍高于蒸發(fā)桶溢孔。桶內(nèi)注水，使水面接近不銹鋼筒的最高水位刻度線處。保持水面位于最高和最低刻度線之間。冬季結(jié)冰時該儀器不觀測，應(yīng)將傳感器取下，妥善保管；解凍后再重新安裝使用。若冬季結(jié)薄冰的臺站，停用傳感器，只在20時用測針進行補測。43超聲蒸發(fā)傳感器2.測量蒸發(fā)量的主要儀器數(shù)據(jù)采集與處理：采集器能夠采集蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度的連續(xù)變化，自動計算出每小時和一日(20—20時)的蒸發(fā)量（采集器自動把同一時間內(nèi)降至蒸發(fā)器內(nèi)的降水量減去）。因降水使日蒸發(fā)量出現(xiàn)負值時，該日蒸發(fā)量按0.0處理。

443.測量誤差來源蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量只是蒸發(fā)器里的蒸發(fā)量，并不能準確代表自然水體（如湖泊水、水庫）的蒸發(fā)量。自然水面的蒸發(fā)速率主要受太陽輻射、地球輻射、氣溫以及地表層水汽壓梯度、風(fēng)速等氣象條件和水體的水量、水溫、水中所含的雜質(zhì)和蒸發(fā)面的大小、形狀等水體條件影響。一般蒸發(fā)器器口面積越大、水量越多，測量的蒸發(fā)量越接近自然水體的蒸發(fā)量，因此世界氣象組織采用20cm2（4m×5m）的蒸發(fā)池作為國際參考標準蒸發(fā)器。453.測量誤差來源為了反映蒸發(fā)器測量的蒸發(fā)量與自然水體的蒸發(fā)量之間的差異，給出了一個折算系數(shù)：標準蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量與一般蒸發(fā)器觀測