大气探测第七章(2)：降水与蒸发的观测课件

第七章降水与蒸发的观测1第七章降水与蒸发的观测7.1概述

7.2降水观测

7.3蒸发量的观测27.1概述1.降水

2.蒸发

3.降水和蒸发观测意义3在此同时，地表和水面的水分，又通过蒸发（包括陆面蒸发、水面蒸发以及植物蒸腾等）不断地进入大气，再通过降水落到地面，由此形成地－气体系内水分的闭合循环。由于自然界中水分的循环处于某种稳定状态，则在这种情况下，降落到地球表面的降水量应与蒸发量相等。全球的降水总量估计为5.1×1017kg，由此可见，自然界所发生的水分循环是非常强烈的。2.蒸发5工农业生产、交通运输、水利建设、防涝抗旱等都需要及时准确的降水观测资料。降水在军事上也有很重要的影响，比如降水对武器装备会产生一定的不良影响；降雪会迅速改变海岸目标的伪装条件，使舰艇目力通信和利用天体及沿岸目标定位的工作受到限制。蒸发是地气间水分循环的主要环节之一，它不仅以水汽的形式进入大气，而且还在地面与大气间传递热量，蒸发对农业、气象和水文气象研究都具有重要意义。3.降水和蒸发的观测意义67.2降水观测1.基本概念

2.测量降水的主要仪器

3.降水量观测的误差来源7降水观测项目：降水量和降水强度。降水量：指某一时段内，从天空降落到地面上的液态或固态（经融化后）降水，未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积累的深度。以mm为单位，取一位小数。纯雾、露、霜、雾淞、吹雪、冰针的量按无降水处理，当其与降水伴见时也不扣除其量。降水强度：指单位时间的降水量。通常测定5分钟、10分钟和1小时内的最大降水量。1.基本概念8雨量器2.测量降水的主要仪器雨量器的结构：由雨量筒（包括承水器、储水瓶、外筒）和量杯组成。R=10cmr=2cm10雨量器2.测量降水的主要仪器量杯：

为一特制的有刻度的专用量杯，。杯上的刻度一般从0.05mm到10.5mm，每一小格代表0.1mm降水量，每一大格为1.0mm降水量。储水瓶：是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶。12雨量器2.测量降水的主要仪器雨量器的安装：安置在观测场内固定架子上，器口保持水平，口沿离地面高度为70cm，仪器四周不受障碍物的影响，以保证准确收集降水。在冬季积雪较深地区，应在其附近装一备份架子。在雪深超过30mm时，就应该把仪器移至备份架子上进行观测。冬季降雪时，须将漏斗从承水器内取下，并同时取出储水瓶，直接用外筒接纳降水。14雨量计2.测量降水的主要仪器构造：是用来连续记录液体降水的自记仪器，它由承水器(通常口径为20cm)、浮子室、自记钟和虹吸管等组成。虹吸式雨量计15雨量计2.测量降水的主要仪器测量原理：

降雨时，雨水从承水器经漏斗进入浮子室后，水面即升高，浮子和笔杆也随着上升（由于笔杆总是做上下运动，因此雨量自记纸的时间线是直线而不是弧线），下雨时随着浮子室内水集聚的快慢，笔尖即在自记纸上记出相应的曲线表示降水量及其强度。当笔尖到达自记纸上限时（一般相当于10mm），室内的水就从浮子室旁的虹吸管排出，流入管下的盛水器中，笔尖即落到0线上。若仍有降水，则笔尖又重新开始随之上升，而自记纸的坡度就表示出了降水强度的大小。虹吸式16雨量计2.测量降水的主要仪器安装与检查：内部机件的安装：先将浮子室安好，使进水管刚好在承水器漏斗的下端；再用螺钉将浮子室固定在座板上；将装好自记纸的钟筒套入钟轴；最后把虹吸管插入浮子室的侧管内，用连接螺帽固定。虹吸管下部放入盛水器。虹吸式17雨量计2.测量降水的主要仪器构造：

由感应器、采集器、记录器组成。

感应器：由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等组成。记录器：由计数器、记录笔、自记钟、控制线路板等构成。双翻斗式雨量计18雨量传感器2.测量降水的主要仪器测量原理：承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。翻斗式雨量传感器20雨量传感器2.测量降水的主要仪器测量原理：当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗)，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1mm降水量。

翻斗式雨量传感器21称重式降水自动观测仪

测量原理是基于电阻应变技术：敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，进而得到重量。通过对重量变化的快速响应测量降水

。233.降水量观测的误差来源降水量测量的准确与否，不仅与传感器的性能有关，还和传感器安置的地点、位置、雨水溅失、蒸发损失以及风的影响关系密切。雨水溅失：对雨量器造成的误差约0.1～0.2mm。蒸发引起的误差：与测点的位置、当时的气象条件、仪器本身结构、制作材料等多因素有关，其引起的平均误差是年降水量的3%-6%。风的影响：由于雨量器高出地面，风对雨量器的绕流作用导致筒口上方出现局部上升气流，阻碍雨滴落入筒内，造成降水量偏小。对固体降水影响更大，影响的大小与雨滴大小、风速及承水器安装高度有关。241.蒸发量蒸发量：气象站测定的蒸发量是水面蒸发量，它是指一定口径的蒸发器中，在一定时间间隔内因蒸发而失去的水层深度，以毫米（mm）为单位，取一位小数。测量蒸发量的仪器：小型蒸发器E-601B型蒸发器超声蒸发传感器26小型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器仪器构造：小型蒸发器为口径20cm，高约10cm的金属圆盆，口缘镶有内直外斜的刀刃形铜圈，器旁有一倒水小咀。为防止鸟兽饮水，器口附有一个上端向外张开成喇叭状的金属丝网圈。27小型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器仪器安装：在观测场内的安装地点竖一圆柱，柱顶安一圈架，将蒸发器安放其中。蒸发器口缘保持水平，距地面高度为70cm。冬季积雪较深地区的安装同雨量器。

28小型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器观测与记录：有降水时，应取下金属丝网圈；有强降水时，应注意从器内取出一定的水量，以防水溢出。因降水或其它原因，致使蒸发量为负值时，记0.0。蒸发器中的水量全部蒸发完时，按加入的原量值记录，并加“>”,如>20.0。冬季结冰期较长的气象站，停止E601B型观测，用小型蒸发器进行冰面蒸发量观测，用秤量法测量。二种仪器替换时间应选在结冰开始和化冰季节的月末20时观测后进行。如结冰期有风沙，在观测时，应先将冰面上积存的尘沙清扫出去，然后秤重。30E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器仪器构造：E601B型蒸发器由蒸发桶、水圈、溢流桶和测针等组成。31E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器蒸发筒：

由白色玻璃钢制作，是一个器口面积为3000cm2，有圆锥底的圆柱形桶，器口正圆，口缘为内直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上设置测针座，座上装有水面指示针，用以指示蒸发桶中水面高度。在桶壁上开有溢流孔。32E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器水圈：

是安装在蒸发桶外围的环套，材料也是玻璃钢。用以减少太阳辐射及溅水对蒸发的影响。它由四个相同的弧形水槽组成。33E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器溢流桶：是承接因降水较大时而由蒸发桶溢出的水量的圆柱形盛水器，可用镀锌铁皮或其它不吸水的材料组成。桶的横截面以300cm2为宜，溢流桶应放置在带盖的套箱内。须注意防止降落在胶管上的雨水顺着胶管流入溢流桶内。34E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器测针：

是专用于测量蒸发器内水面高度的部件，应用螺旋测微器的原理制成。读数精确到0.1mm。测针插杆的杆径与蒸发器上测针座插孔孔径相吻合。测量时使针尖上下移动，对准水面。测针针尖外围还设有静水器，上下调节静水器位置，使底部没入水中。

35E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器仪器安装：E601B型蒸发器安装在观测场内，安装时，力求少挖动原土。蒸发桶放入坑内，必须使器口离地30cm，并保持水平。桶外壁与坑壁间的空隙，应用原土填回捣实。水圈与蒸发桶必须密合。水圈与地面之间，应取与坑中土壤相接近的土料填筑土圈，其高度应低于蒸发桶口缘约7.5cm。在土圈外围，还应有防塌设施，可用预制弧形混凝土块拼成，或水泥彻成外围。36E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器蒸发器用水要求：应尽可能用代表当地自然水体(江、河、湖)的水。在取自然水有困难的地区，也可使用饮用水(井水、自来水)。器内水要保持清洁，水面无漂浮物，水中无小虫及悬浮污物，无青笞，水色无显著改变。一般每月换一次水。蒸发器换水时应清洗蒸发桶，换入水的温度应与原有水的温度相接近。

37E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器观测与记录：每日20时进行观测。观测时先调整测针针尖与水面恰好相接，然后从游标尺上读出水面高度。读数方法：通过游尺零线所对标尺的刻度，即可读出整数；再从游尺刻度线上找出一根与标尺上某一刻度线相吻合的刻度线，游尺上这根刻度线的数字，就是小数读数。蒸发量=前一日水面高度+降水量(以雨量器观测值为准)-测量时水面高度。38E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器观测与记录（续）：观测后检查蒸发桶内的水面高度，如水面过低或过高，应加水或汲水，使水面高度合适。每次水面调整后，应测量水面高度值，记入观测簿次日蒸发量的“原量”栏，作为次日观测器内水面高度的起算点。39E601B型蒸发器2.测量蒸发量的主要仪器观测与记录（续）：冬季结冰期很短或偶尔结冰的地区，结冰时可停止观测，各该日蒸发量栏记“B”；待某日结冰融化后，测出停测以来的蒸发总量，记在该日蒸发量栏内。但不得跨月、跨年。

冬季结冰期较长的地区停止观测，整个结冰期改用小型蒸发器观测冰面蒸发，但应将E601B型蒸发器内的水汲净，以免冻坏。

40超声蒸发传感器2.测量蒸发量的主要仪器仪器构造：

超声蒸发传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒组成。41超声蒸发传感器2.测量蒸发量的主要仪器测量原理：

根据超声波测距原理，选用高精度超声波探头，对E601B型蒸发器内水面高度变化进行检测。

H=Cw×t/2

CW水中声速、t超声波脉冲往返于水面高度H经历的时间，转换成电信号输出。并配置温度校正部分，以保证在使用温度范围内的测量精度。它的测量范围为0-100mm，分辨率0.1mm，测量准确度±1.5%，在气温0～+50℃范围使用。42超声蒸发传感器2.测量蒸发量的主要仪器仪器安装：该传感器安装专用三角支架上。底座调整水平。应保持不锈钢圆筒最高水位刻度线稍高于蒸发桶溢孔。桶内注水，使水面接近不锈钢筒的最高水位刻度线处。保持水面位于最高和最低刻度线之间。冬季结冰时该仪器不观测，应将传感器取下，妥善保管；解冻后再重新安装使用。若冬季结薄冰的台站，停用传感器，只在20时用测针进行补测。43超声蒸发传感器2.测量蒸发量的主要仪器数据采集与处理：采集器能够采集蒸发桶内水面高度的连续变化，自动计算出每小时和一日(20—20时)的蒸发量（采集器自动把同一时间内降至蒸发器内的降水量减去）。因降水使日蒸发量出现负值时，该日蒸发量按0.0处理。

443.测量误差来源蒸发器观测的蒸发量只是蒸发器里的蒸发量，并不能准确代表自然水体（如湖泊水、水库）的蒸发量。自然水面的蒸发速率主要受太阳辐射、地球辐射、气温以及地表层水汽压梯度、风速等气象条件和水体的水量、水温、水中所含的杂质和蒸发面的大小、形状等水体条件影响。一般蒸发器器口面积越大、水量越多，测量的蒸发量越接近自然水体的蒸发量，因此世界气象组织采用20cm2（4m×5m）的蒸发池作为国际参考标准蒸发器。453.测量误差来源为了反映蒸发器测量的蒸发量与自然水体的蒸发量之间的差异，给出了一个折算系数：标准蒸发器观测的蒸发量与一般蒸发器观测