时间：2024-01-09 14:38:22
导语：在人工降水的原理的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
中图分类号：P332.1 文献标识码：A
1 自动雨量站
自动雨量监测站是用于收集地面降雨信息的自动观测仪器，它可精确的记录每分钟的降水。主要应用于气象、水文、农业和环保等领域。自动雨量监测站是无人全自动雨量记录仪器，它可作为无人职守的可移动式自记站使用。仪器的介绍无线自动雨量站由雨量传感器、传感器一般是翻斗式、雨量微电脑采集器和无线数传模块构成，雨量微电脑采集器显示雨量，实施自动记录、历史数据记录、数据通讯等功能。全球各个地域地区都可以进行雨量监测。
2 自动站记录与人工观测雨量之间的误差分析
2.1 仪器测量原理
自动站雨量传感器的原理雨水由承水的装置汇集到一起，雨水会通过小漏斗以及下端的引流管注入上翻斗，小漏斗一般装有圆护网，当积水在上翻斗达到额定体积值时，翻斗是有一定标注的，为了便于测量体积，雨水流入计量翻斗，上翻斗就会翻倒，当水量承积到一定的降水时，剂量翻斗就会翻倒，计数翻斗翻动一次干簧关节点瞬间闭合一次，送出一个点鹿岛瞳信号，传输到数据采集器。日降水量值得到采集和储存。
2.2 人工观测方法
人工观测比较简单，是每日定时用量杯直接量取雨量筒内的降水量。
2.3 对比分析误差原因
由人工测量的降水量可以看出，优点是方法简单易行，比较直接，在定时观测时间将出水瓶的降水倒入雨量杯中读取数值即可，但人为固然存在着误差，如读数误差、测量误差、测量过程中的操作误差，所选取的时间并不能代表一天24h的平均量，降雨所分布的时间肯定是不均匀的，所选的时间段即使特别具有代表性，也存在着误差，而且这种误差必不可少。这样避免了人为的操作，因为雨量传感器每时每刻都会对降水量进行测量，分辨率高。但即使再高端的仪器也有出问题的情况，有时也会出现意外情况，如果阻碍了水的进出水管道不顺畅，上下翻斗翻转不灵敏，信号在干簧管中慢发或少发，均会影响降水量的计量准确性，造成系统性误差，从而导致雨量测量的误差。
3 具体误差的分析
3.1 观测时间不同
人工每日定时观测降水，天气炎热时，每次当降水停止后都要及时进行观测。当遇到阴雨天气时，不能及时的观测降水的情况，而且夏天气温又高，空气干燥，雨水降落时就会缓慢的蒸发，导致雨水测量值偏小。自动站的雨水数据采集是正点的，人工观测比自动站观测提前了7min。如在早晨的降水强度大，所以日降水量的差异更明显，这种时间差不属于造成自动观测雨量和人工观测雨量的偏差，可在误差分析的原因中，这是客观存在的，即使系统误差可以在一定数值的范围内，但是造成的偏差不容忽视。根据相关的规范规定，由于天气原因，自动站的降水量是不可能每天都准确测量的。
3.2 自动雨量传感器的自身原因
雨量传感器是翻斗翻动产生的脉冲信号而得出的雨量测量数据。翻斗翻动的次数、快慢都是影响降水量测量的重要因素。夏日是雨水丰富的季节，当雨水量大时，我们都学过惯性，正是惯性只与物体的质量有关系，与其速度、大小均无关，同样翻斗是有惯性的，正是因为惯性才会导致翻斗翻转的速度变快。而当翻斗翻转次数多，雨量的测量值就会偏大，当降水强度小时，翻斗翻动的速度就会减缓一些，因为雨量小时，翻斗会聚集相对多一些的水分，反转的速度次数都会慢，造成雨水测量值偏小。降水强度大雨量差值大，雨量强度减弱。如果测量的仪器安装不好，也是导致测量降雨量有偏差的一个原因。
3.3 自然因素造成的差异
我国南北方的气候有着较大的差异，在北方的4月份和10月份容易出现雨夹雪的天气，在7、8月份有冰雹的天气，9月份还会出现连续阴雨夹带着冰粒的天气。值得注意的是其滤网、小圆护网、漏斗、引流管和翻斗及一些盛水引水装置的通道容易阻塞，造成观测记录完全不准确或缺测，如雨夹雪又转变成雪的过程中，测量值延后的现象也时有发生。在这种特殊的情况下只能启动人工观测降水，由此可见，仪器在恶劣天气的条件下罢工时，需要人工观测降水与之配合。
3.4 定期维护而造成的测量差异
仪器应该至少每月定期检查1次，定期清除过滤网上的尘埃等脏物，特别注意的是一定要保证节流管的畅通，在少雨或无雨的季节，可以把承接降水的装置盖上盖子，但在雨季来临时马上打开。过滤用具小圆护网网眼很细，如不及时地维修和来不及维护，灰尘易积聚在盛水装置的周围，造成堵塞。同时，不定期的检查和维护仪器会使雨量的测量失真，上翻斗、下翻斗和干簧管都有可能造成损坏，承接的滤网更有可能被砸坏，若不及时地更换或修补，雨量站测量结果的误差还会更大。
3.5 外界因素的影响
风会影响雨量的测量。在安置雨量器时是选择高出地平面的位置，以便更容易收集降水。承水器口四周若没有安装标准雨量器防溅雨栅格，由于风的绕溜作用导致雨量器筒口上方出现上升气流，致使降水量偏低，产生误差。在不稳定的天气下，当风速较大、风向变化快时，雨量器上方的气流扰动时雨滴落入筒口不均匀，由此产生误差。
4 结语
关键词：自动观测；人工观测；过程雨量；差异分析
中图分类号：S161.6 文献标识码：A 文章编号：1004-8421（2012）07-885-01
十堰市气象局于2006年装备了自动气象观测站，从2008年正式运行至今，积累了大量宝贵的气象各要素资料，在此通过对压、温、湿、风、降水等要素的自动站与人工气象站的观测数据对比分析，反映出各要素不同的观测方式二者之间存在一定的差异，其中自动站降水量比人工观测降水量偏大明显。笔者就对该站2011年自动站与人工站观测的降水资料进行统计对比，并分析两者差异的原因，以便为更好地使用自动站资料提供建议和依据。
1、降水量观测差值比较
从2011年汛期（5～8月）各类降水日数中选出具有代表性的几次降水过程的自动站和人工观测降水量资料进行对比分析：
从表1中看出，自动站与人工站观测存在差值，这个差值均为负值，人工观测比自动站观测降水量平均少1.0mm，且过程降水量越小，差值越小，过程降水量越大，差值就越大。
2、原因分析
2.1 观测时间的不同步 自动站采集器采集降水量的时间为正点即60’，这个时间是非常精确的，而人工观测的降水量时间一般在正点前50’～52’，时间相差近10min，即使同一个人在允许的时间误差范围内，2次观测数据也不可能完全相同，一次降水过程，每次定时观测数值相差较大，但降水总量却差别不大，就是因为时间不同步造成的。
解决方法：在人工观测降水量时，尽量靠近正点观测，争取和自动站数据采集器的时间非常接近。
2.2 人为的读数误差 自动站记录的降水量是一个自动的连续的过程，没有人为的读数误差，而人工站由于在02：00、08：00、14：00、20：00的发报需要，必需要多次量取过去6h定时降水量，这样就容易出现误差，而且在每次量取，还存在视线误差，若在量取时不细心，未把储水瓶的水倒干净，则会有更大误差。
解决方法：观测液体降水时最好换取储水瓶，将水倒入量杯，要倒干净。将量杯保持垂直，使人的视线与水面齐平，以水凹面为准。这所有的操作都要求观测员在量取降水量过程中要细心操作，准确读数，尽量减小人为误差。
2.3 仪器的原因 雨量传感器的结构由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗等组成。其工作过程是雨水由承水口汇集，进人上翻斗，上翻斗的作用是使降水量近似于计量翻斗计量，计量翻斗转动一次为O.1min降水量，随着雨水由计量翻斗倒入计数翻斗。在计数翻斗中部装有一块小磁钢，磁钢的上面装有干簧开关，计数翻斗翻转时，与其相关的磁钢对干簧管扫描1次，干簧管磁化而瞬间闭合1次。这样降水量每次达到0.1mm时，就送出1个脉冲信号，采集器存储0.1mm的降水量。自动站雨量的测量原理是由雨量传感器感应雨量的大小转化为干簧管输出的开关信号，经采集器处理后进人计算机。由以上传感器结构和测量原理可知，降水量的测量是通过翻斗的翻动产生电信号得出，设计中翻斗每翻转1次，定义为O.1mm的降水量。如：降水量为10mm，计量翻斗应翻转100次。当计数等于100次时，雨量测量中的降水量为10mm，雨量测量的计量值准确；若计量翻斗的翻转次数大于或小于100次时，则表示降水量大于10mm或小于10mm，雨量的计量值有误差。这说明计量翻斗翻转次数的多少影响着雨量测量系统计量准确度。而影响计量翻斗转动次数快慢的是雨量传感器中的计量翻斗的基点定位螺钉间的距离。基点定位调节的准确与否，影响着降水量的计量准确性。从而导致雨量测量的误差。
对基点定位引入的测量误差，一般具有系统误差的特点。雨量测量误差持续偏大或偏小，但非异常偏大或偏小。这是雨量传感器产生误差的主要原因，也是人工与自动站的降水量有误差的主要原因。
解决方法：旋动计量翻斗的2个定位螺钉。旋动前，先拧松锁紧螺帽，将1个定位螺钉旋动1圈，其差值改变为3%左右；若两个定位螺钉都向外或都向内旋转一圈，其差值变动量为6%左右。
例1：当误差值=（仪器自身排水量-计数值）÷仪器自身排水量×100%是-2%时，说明雨量测量系统的测量比实际降水量大，翻斗翻转次数过多，2个基点定位螺钉间距过小。处理这种因素产生的误差，具体做法：将其中的一个定位螺钉往外旋动2/3圈，使两个基点定位螺钉的间距调大，使翻斗翻转次数减少即可。
例2：当误差值=（仪器自身排水量-计数值）÷仪器自身排水量×100%是+6%时，说明雨量测量系统的测量比实际降水量小，翻斗翻转次数过少，两个基点定位螺钉间距过大。处理这种因素产生的误差，具体做法：将其中的2个定位螺钉往里旋转1圈，使2个基点定位螺钉的间距调小，使翻斗翻转次数增加即可。为使调节位置准确，在松开定位螺帽前，要在定位螺钉上做位置记号，调节好后，拧紧锁紧螺帽。
针对这种现状，将人工影响天气作为畜牧业发展的重要手段。人工影响天气是指为了减少气象灾害、抗旱、防霜、防雹的目的而采用的科学技术，其基本原理是利用云和物理学降水原理来实现的，通过向云中散播催化剂，使局部地区的天气现象向人类生产生活的方向转变。因此，采用人工影响天气的方式对促进畜牧业的发展具有十分重要的意义。通过对内蒙古地区采用人工影响天气对畜牧业的影响进行试验分析，在内蒙古锡林郭勒盟牧区普遍开展人工增雨、人工防雹增雨等措施，分别于2010年、2011年、2012年、2013年进行人工影响天气试验，共计作业点10处。如表1所示，表示未实施人工作业和实施人工作业后部分地区的降水量分布，通过表中可以看出，与未实施人工作业的常年值比较，实施人工作业后，每年部分地区的降水量都明显增高了许多，因此，人工影响天气对降水量的分布有重要影响。
为了有效掌握内蒙古地区人工影响天气对草原草地生产力的影响状况，每年组织相关技术人员对草原草地生产力的状况进行调查分析，以3S技术辅助调查，对草原植被恢复状况进行实时监测，如表2所示。通过每年对山地草甸产草量和山地草原草产量进行分析比较，发现草原产草量的平均高度都有较为明显的提高，其中，2013年的草原产草量增产较为显著，与2010年同期同类产草量相比，内蒙古锡林郭勒盟牧区每46.33hm2增产32kg，增产35.1%。由此可知，通过进行人工影响天气试验，草原生成量得到了显著提升，人工影响天气对畜牧业的影响主要体现在以下几个方面：经济效益，对内蒙古锡林郭勒盟牧区进行人工影响天气试验，通过计量统计，发现内蒙古锡林郭勒盟牧区每年可增产鲜草3500万kg，若每千克按0.3元计算，该试验区每年增产值为1050万元，因此，人工影响天气试验所获得的经济效益比较客观，既可以改善牧区的生产条件，也可以提升牧区的抗灾能力，同时也可以提高仔畜的繁殖成活率；社会效益，提高了牧民的环境保护意识，通过优化资源配置和科学合理利用草原生态系统，维持生态系统平衡，推动了畜牧业的发展效益，同时也增进了民族间的团结；生态效益，通过进行人工影响天气试验，为了有效防止草原退化、沙化现象的发生，通过人工增雨、防雹等措施使草地保持水土、防固沙能力及遏制草地退化，人工影响天气对减少自然灾害、优化牧区生态环境及生态环境的整体改善具有十分重要的意义。总的来说，人工影响天气，既促进了牧区经济效益和社会效益的提升，也改善了牧区的生态环境。
2结束语
关键词 人工影响天气催化剂；催化原理；催化性能；应用
中图分类号 P48 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0227-01
人工影响天气是在观测基础上确定作业假设，选择合适的催化剂，并在适当的时机以合适剂量投放到作业对象指定位置，从而实现增雨（雪）、防雹、消雾等目的。由于自然云降水的多变性和复杂性，使作业条件、作业技术方法及作业效果检测等成为人们面临的重大难题。因此，研究催化剂在人工影响天气中的作用是非常必要的。
1 催化剂的作用机理
1.1 冰核及其作用
冰核是冷云作业的基础，通常来说，大气中冰核很少。冰核具体的活化方式是由冰核本身的特性、环境条件和具体过程共同决定的。在自然冷云或混合云中某些区域存在过冷水，冰晶又不太多，降水效率就不高。如果在这些区域引入人工冰核，形成冰晶，由于贝吉龙效应，冰晶可以很快变大，降落融化后能够加速水滴的增长过程，从而形成降水。另外，对流云含水量大，容易形成大冰雹，如果增加人工冰核的量，使过冷水分散到各个粒子上，往往可以减小冰雹的直径，从而减轻或杜绝冰雹的危害。
1.2 云凝结核及其作用
因为在形成云雾过程中，大气中水汽过饱和度比较低，只有少数半径较大、吸湿性较强的微粒才能起到凝结核作用，所以云凝结核一般是吸湿性大核或巨核。
在暖云中，如果云滴尺寸太小且大小均匀，凝结增长的直径变化缓慢，甚至在云的生命期内都不能长成降水粒子；如果云滴大小不均匀，则可通过随机碰并产生较大的云滴。因此，如果在云中引入适量的吸湿性大核，就有可能加速一些大云滴的形成，激发碰并增长过程，加速云―水转化，利于降水的发展。此外，一些冰雹胚胎由大云滴冻结而成，说明云凝结核也能够影响到冷云过程。
2 催化剂的分类与作用
2.1 吸湿性大核
很多暖云，特别是大陆性暖云，吸湿性巨核极少，作用很小，常因大滴不足而不能形成有效降水。向云中喷入大滴或播撒吸湿性大核以及表面活性物质，直接或间接增加大滴数目，便能够提高降水效率。常用的暖云催化剂有食盐（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、硝酸铵（NH4NO3）、尿素（NH2CONH2）等。这些吸湿剂能在相对湿度低于100%的情况下吸收水汽并凝结形成液滴，增长率与液滴中吸湿剂的浓度有关，浓度越大，增长越快。其来源丰富、价格便宜，其中食盐和氯化钙对金属材料具有腐蚀性，剂量较大时对农作物也有损害；而硝酸铵、尿素无腐蚀性和毒性，还具有一定肥效，可用于催化暖云和暖雾，研究表明，当二者与水按质量9∶1比例混合（三者质量比为5.14∶3.86∶1.00）时，比二者各自单独使用效果要好。
2.2 人工冰核
人工冰核常采用异质核化的方法，即选取和冰晶结构相似的物质作为冰核，从而达到提高成冰阈值的目的，主要有碘化银、碘化铅、硫化铜等。碘化银（AgI）的结构为六方晶型，与冰晶的晶格非常相似，具有优良的成冰性能以及成冰阈温低、成核率高等优点。因其制品可以工业化生产，储存、运输和分散方便而被广泛应用。
AgI的制作方法主要有燃烧法、爆炸法2种。其中，燃烧法又分为直接燃烧、溶液燃烧和焰剂燃烧3种。最简单的直接燃烧是将AgI置于坩埚中，用电炉加热至1 000 ℃以上，其蒸气在空气中冷却而凝成AgI微粒。溶液燃烧法是把AgI溶于加入增溶剂的丙酮溶液中，经搅拌完全溶化后，喷射至火焰中燃烧，或喷入以丙烷或汽油为燃料的燃烧炉中一起燃烧（丙酮溶液燃烧温度可达900～1 000 ℃）。该方法燃烧缓慢、单炉发生率小，但成核率最高。焰剂燃烧法主要由AgI或其化合物、氧化剂、燃烧剂和粘合剂的混合物压制或浇注制成，点燃后可产生大量AgI人工冰核气溶胶，成核率居中[1]。
爆炸法是将AgI粉末压制成型，然后填充于炮弹或火箭头部的TNT炸药或红磷、氯酸钾混合物之中，采用引信发射至云内爆炸。爆炸法目前应用在人工增雨、防雹“三七”高炮炮弹上，其爆炸后产生碘化银气溶胶。该方法单位时间内输出率大，但其成核率偏低。
2.3 制冷剂
致冷剂投入空气或过冷云后急速升华，吸收大量潜热，使周围空气迅速冷却，水汽随之达到高度过饱和状态。贴近致冷剂的薄层空气温度可低于-40 ℃，通过自然冰核的活化和同质核化能够形成大量冰晶胚胎，并在过饱和空气里凝华长大成冰晶。致冷剂可以在较高负温区播撒形成冰晶，和成冰阈温较低的人工冰核碘化银相比具有一定优势。
常用的制冷剂有干冰、液氮等，实践与试验表明，其成核率分别为1011～1013个/g和1012～1013个/g。干冰是二氧化碳的固态形式，在常压下只要高于-78.5 ℃会迅速升华为气体，汽化潜热为2.74×105 J/kg。通常情况下，将其粉碎成直径为1 cm的颗粒，储藏于冷藏瓶，再用飞机在云层上部喷洒，一般要求云顶温度≤-7 ℃，用量100～1 000 g/km。液氮是氮气的液态形式，汽化潜热量为9.96×104 J/kg。试验表明，皮肤接触液氮可致冻伤，主要被用作飞机作业，盛装液氮的罐体符合要求的喷孔直径为0.8 mm、容器内压差是0.5×105 Pa。由于液氮播入后气化很快，对较深厚的云（雾）层不能够充分有效地催化。干冰、液氮形成的二氧化碳和氮气是空气的组成部分，对环境和人体都不会产生影响[2-4]。
3 结语
人工影响天气催化剂和催化工具的不断改进，大大提高了人工增雨的作I水平和成效。但是，催化剂的实际作业效果评估、不同天气系统中各种催化剂的最佳播撒位置及最佳用量还有待进一步探究。因此，开发研制新型高效的催化剂、催化作业工具及其优化播撒方法是提高人工影响天气作业成效的关键。
4 参考文献
[1] 张景红，金德镇，江中浩，等.纳米碘化银在人工影响天气的应用研究Ⅲ.表征实验研究[J].气候与环境研究，2012，17（6）：678-682.
[2] 安{文.人工增雨（雪）所用催化剂对环境和人体健康的影响[J].人才资源开发，2014，20（4）：112-114.
关键词 蒸发传感器；工作原理；维护；异常处理
中图分类号 P414.8 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2016）23-0232-01
在气象学中蒸发量是指在一定时间间隔内，蒸发器中蒸发水层的深度，通常以毫米为单位，常用的蒸发器有小型蒸发器以及E-601B型蒸发器[1]。近几年来，气象科技水平不断提高，测量仪器自动化程度不断提高，蒸发传感器选用超声蒸发传感器，运行稳定，测量数据准确，能满足观测业务需求。
1 WUSH-TV2型超声波蒸发传感器的工作原理
WUSH-TV2型蒸发器借助于超声测距原理实现高精度的蒸发量测量，通过超声波传感器对测量前后的水面高度差进行测量，并转化成电信号，并结合温度校正功能，实现蒸发量的精准检测。WUSH-TV2型超声波蒸发传感器的分辨率为0.1 mm，其误差为±1.5%，测距范围在0～100 mm之间。该传感器可以连续测量水面蒸发的情况，并自动计算出1 d内每小时的蒸发量情况，当遇到降水导致日蒸发出现负值时，将按照“0.0”蒸发量处理[2]。
2 WUSH-TV2型超声波蒸发传感器的日常维护
（1）用水的具体要求。为了尽量保证蒸发器测量数据的准确性，在蒸发器用水方面尽量选用当地自然水体，如江水、河水或湖水，如取用自然水获取有困难，用清洁的饮用水也可以。无论使用何种水源，都应当确保水质清洁无杂物，表面无青苔、小虫等漂浮杂物。通常情况下，每个月换1次水即可，换水时务必将蒸发桶清洗干净，且换用水体尽量和原水体水质情况保持一致。
（2）为了防止冬季结冰期对蒸发器造成冻裂损害，应当在结冰期停止观测，并将仪器内的水全部排净。
（3）在汛期前后进行渗水情况检查，并进行水位的合理调节。在调节水位高度时，应当保证测量桶水位刻度线与蒸发桶的溢流口下沿基本保持持平，或者前者高于后者5 mm以内。如果蒸发桶内的水位接近其溢流口时，或即将高于不锈钢测量桶高水位刻度时，应及时将水移出；如果蒸发桶内水位过低（以溢流口向下10 cm为标准）则应及时加水补充[3]。通常情况下，应当确保蒸发桶内的水面与水圈内的水面基本持平。
3 WUSH-TV2型超声波蒸发传感器使用中出现的问题
3.1 正常维护时出现监测值缺失
在正常设备维护时，如操作不当则会出现监测值缺失问题。具体案例：6月15日上午进行蒸发桶清洗操作，出现10：00―11：00的数据缺失问题，其原因在于在正常维护时，未进入维护模式，致使设备在维护过程中仍然进行蒸发数据监测，从而造成数据缺失。正确的处理方法：在进行正常设备维护时，事先将采集器设置为维护模式，待维护完毕过后，再将其设置为工作状态。
3.2 蒸发桶清洗后，蒸发监测值偏离正常值，出现偏小数据
具体案例：6月23日10：00进行蒸发桶清洗操作后，11：00―20：00的数据明显小于正常值。经过现场排查及分析，发现问题出于连通管内存在气泡，导致监测值不准。具体应对措施：先将采集器的模式设置为维护模式，通过测量桶加水方式使连通管内气泡排出后，再将采集器设置回正常工作状态。
3.3 强降水引发的蒸发量偏大
7月18日9：00―10：00降水强度较大，9：00为21.6 mm，10：00为18.3 mm，对应时次蒸发9：00为2.4 mm，10：00为2.8 mm。由于强降雨天气环境下，空气湿度非常大，蒸发量几乎为0，应当按照“0.0”处理。处理方法：当水位即将高于不锈钢测量桶高水位刻度线时，通过人工方式将水移出，并在系统中手动修改监测结果为“0.0”[4]。
3.4 清洁维护雨量传感器造成的蒸发量异常
6月27日9：15―9：32清洁维护雨量传感器，10：00蒸发量错误。排查分析，发现是由于清洁过程中未将雨量信号线断开，采集器将其作为降水量进行监测计算，导致监测结果出现严重偏差。处理方法：清洁维护雨量传感器时断开雨量信号线。
4 WUSH-TV2型超声波蒸发传感器异常时数据处理
在不同的情形下，应当对异常数据区别对待处理。如某时次数据异常，在其前后2 h数据正常情况下，可通过内插法求得，并不影响当日蒸发量正常统计；如果其前后2 h的数据也异常，此时如有人工测试数据，则可选用当时段的人工测试结果作为监测数据，如果没有人工监测数据，则该时次的数据按照缺测处理。
5 结语
蒸发量与辐射、风向、风速、温湿度有很大的关系，但超声波蒸发传感器和测量筒放入小百叶箱中，减少了温度及风对蒸发传感器的影响，使得测量数据更稳定可靠。
6 参考文献
[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：64-67.
[2] 胡玉峰.自动气象站原理与测量方法[M].北京：气象出版社，2004：40-41.
（1.新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站，新疆 石河子 832000；2.新疆哈密气象局）
摘要：通过对CAWS600自动气象站AG1 - 1型超声波蒸发传感器和DZZ4型新型气象站WUSH - TV2型蒸发传感器的对比，结果表明，WUSH -
TV2蒸发传感器抗干扰能力较强，人工干预少，但水位上升时影响时日蒸发量，需进一步改进。
关键词 ：AG1 - 1型；WUSH - TV2型；蒸发传感器
蒸发是水分循环的主要组成部分之一。蒸发资料对于农田水利建设、盐业生产尤其是对水库的设计与管理十分重要。气象站自动测定蒸发水面（含结冰时）蒸发量的仪器主要是AG1 - 1型超声波蒸发传感器和WUSH - TV2型蒸发传感器，本文对这两种蒸发传感器进行对比分析，旨在揭示不同蒸发传感器的性能特点。
1 AG1 - 1型超声波蒸发传感器
CAWS600自动气象站主要采用AG1 - 1型超声波蒸发传感器。2003 年1 月起基于E601B 型蒸发器的AG1-1 型蒸发传感器在基准气候站正式投入业务运行，用于测量非结冰期间的水面蒸发量。该传感器投入业务运行以来以比较精确、稳定、故障率低，赢得广大业务人员的认可，但实践证明，在恶劣天气条件（如强风雨）下容易出现野值和缺测。
1.1 工作原理
AG1 - 1型超声波蒸发传感器主要由超声波传感器和不锈钢圆筒架组成，不锈钢圆筒架直接架设在原E601B 型蒸发器内，高精度超声波探头安装在圆筒顶端，依据超声测距的原理，对蒸发水面进行连续测量，转换成电信号输出[1]。
1.2 累计蒸发量计算程序设计
对于定时数据，正点获得一次蒸发水位，减去前一时次正点水位得到本时次蒸发量，计算时蒸发量。若差值为负则按0 mm 蒸发量处理，日蒸发量由各时蒸发量累加求得。有降水时，程序主动考虑同时段降水对蒸发的影响，时蒸发量由正点获得的蒸发水位值减去前一时次正点的水位值和时降水量求得。 2 WUSH - TV2 新型蒸发传感器
2.1 工作原理
WUSH - TV2 型超声波蒸发传感器是目前气象部门广泛使用的AG1 - 1 型超声波蒸发传感器的改进型。通过改善测量环境从而较大幅度地提高了测量精度，其核心部分都是超声波蒸发传感器。与AG1 - 1 型蒸发传感器相比，增加了净水桶、连接管、防护罩等附属部分，避免在E601B 型蒸发器内直接架设不锈钢圆筒支架，在E601B 型蒸发桶的中部利用连接管将静水桶与蒸发桶连接起来，通过静水桶水面的变化反映蒸发桶内蒸发水面的变化情况。
2.2 累计蒸发量计算程序设计
通过分钟水位值的变化，系统自动判断是否降雨，降雨期间的蒸发量按0 mm 处理，时蒸发量由分钟水位变化值求得，日蒸发量由时蒸发量累加求得。
3 两种蒸发传感器性能对比
3.1 测量结果对比分析
抽取2013 年4 ~ 8月的蒸发测量值对比分析,如表1所示。
从表1对比分析可知，AG1 - 1 型蒸发传感器较WUSH - TV2蒸发传感器累计蒸发量偏大，在降水大的时段内，相差更大。
3.2 大风、降水天气下蒸发量的对比
抽取乌兰乌苏站2013年7月30日资料，1时06分出现大风，并伴有强降水，蒸发量对比见表2。
对比分析可知， 在晴朗的天气条件下，AG1 - 1 型与WUSH - TV 蒸发传感器测量值极接近。但在恶劣天气条件下，AG1 - 1 型蒸发传感短时间内水面波动明显，导致各时段累计值相差较大。 WUSH - TV2通过测量静水桶内的水位间接测量蒸发桶水面的变化，这样水面波动明显减小，静水桶采用了和蒸发桶同样的半埋式结构，尽量保证了静水桶和蒸发桶中水温一致，使传感器在恶劣的室外条件下可靠地工作。
3.3 主要技术指标对比分析
蒸发传感器的主要技术指标，见表3。
对比发现，各类蒸发传感器主要技术指标差别不大，都能满足《地面气象观测规范》有关技术要求。
4 小结
（1）WUSH - TV2蒸发传感器同AG1 - 1 型E601B 型蒸发传感器相比，由于测量环境、程序设计等方面的改进，抗干扰能力明显增强，人工干预减少，这为全天候自动获得精确的蒸发数据提供了有利的技术保障；（2）WUSH - TV2蒸发传感器分钟蒸发量的程序设计，会引起水位上升的降水期间的蒸发量按0 mm 处理，这对于长时间、连续的降水期间的蒸发测量是不合适的，有待进一步改进。
【关键词】基坑；降水；计算机控制；动力载波通讯
城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物.道路桥梁.地下管线.地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远大于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建（构）筑物.道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。因此，深基坑的设计，在设计时也应进行方案比较，设计出既安全可靠，又具有相对合理造价的深基坑。
一、基坑降水的作用
1.有效防止基坑坡面和基底的渗水，使基坑在开挖期间保持干燥状态，从而有利于机械化施工；
2.增加基坑边坡的稳定性和基坑底板的稳定性，防止边坡上或基底土层的流失。这是因为基坑开挖至地下水以下时，周围的地下水向坑内渗流，从而产生渗透力，对边坡和基底产生了不利影响。降低基坑周围地下水位至开挖面以下时，不仅保持了基底的干燥，而且消除了渗透力的影响，防止流沙的产生，从而增加了边坡和基底的稳定性；
3.减少土体含量，有效提高物理力学性能指标，减少支护体系的变形，提高土体固节强度，增加土中有效应力。对于放坡开挖而言可提高边坡的稳定性；对于支护开挖可增加被动区土抗力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的稳定度和强度保证，减少支护体系的变形。降低地下水位，减少土体含水量，提高土体固结程度，减少土中孔隙水压力，增加土中有效应力。
4.保护降水基坑周围环境，如保护周边建筑物和地下管道等的安全。
二、传统基坑降水的控制方法
传统基坑降水系统的组成；系统由潜水泵，水位控制器、交流接触器、空气开关等设备组成，潜水泵一般采用1.5～2.2KW，三相380V，水位控制器采用强电控制方式，由中间继电器和探测水位的导线组成，导线插入井中，遇到水导通，接通中间继电器的控制回路，中间继电器吸合，控制交流接触器启动潜水泵工作，水位下降后，中间继电器断开，使交流接触器断开，潜水泵停止工作。
传统基坑降水的控制方法的弊病是显而易见的，没有事故报警系统，潜水泵故障、开关故障致使水泵停止工作不容易被发现，不能实时地监测各个降水井的水位，检查降水井工作状态只能靠人工巡井，靠人来发现故障，而巡井人员每天只能巡井几次（人的责任心），夜间则无法巡井，这样就给降水系统的可靠性带来许多问题，有时还会出现工程事故。
三、计算机控制基坑降水的控制方法
计算机控制基坑降水系统的组成；计算机控制基坑降水系统由电子水位传感器、现场控制器和管理计算机、打印机等组成。
电子水位传感器：
电子水位传感器是一种压电器件，测量深度为0～10m，传感器根据水中的压力与空气中的压力差把液位高度变换成压力差，再把压力差转换成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大器放大后送A/D变换器，单片机接收到数字信号后进行相应的处理。本系统采用的传感器对精度要求的不是很高，这主要是考虑系统成本的问题。
现场控制器：
现场控制器是以单片机系统为核心（见图1），由单片机电路、与电子水位传感器接口电路、A/D变换电路，与管理计算机通讯接口电路、与潜水泵连接的驱动电路和双向可控硅开关电路组成。现场控制器可以独立工作，负责根据水位传感器的信号控制潜水泵的起停，也可以接受管理计算机的指令，向管理计算机传送潜水泵的工作状态和水位高度等信息。
管理计算机：
管理计算机负责与现场控制器通讯，接收现场控制器发来的潜水泵的工作状态，为现场控制器发送指令，设置控制参数，根据各井水位情况分析地下的水分布，统计各降水井故障情况、维修记录、打印报表等工作，对降水井进行实时监测和控制。
图1 现场控制器原理图
四、现场控制器的功能设置
现场控制器为每个降水井配置一个，既可以独立控制潜水泵的起停，也可接受管理计算机的指令来控制潜水泵，现场控制器的主要功能为：
1、将水位传感器的电讯号转换为数字讯号，并计算出降水井的水位高度值。
2、根据水位高度控制潜水泵的起停。
3、根据潜水泵的工作电流及电压，监测潜水泵的工作状态。
4、与管理计算机通讯，报送水位高度及各项工作状态。
五、管理计算机软件功能设置
管理计算机控制着所有现场控制器的运行，他的主要功能为：
1、为现场控制器发送初始参数设置，为降水井编号。
2、发送巡查指令，检查各降水井的工作状态，并保存到数据库中。
3、报警功能，发现降水井工作状态异常，可发出报警信号，并给出出现异常的降水井的编号或在屏幕上显示出报警井的位置、作出故障分析。
4、根据各井水位高度情况绘制现场水位分布图，供施工参考。
5、强制降水井启动或停止工作。
6、对所有降水井巡回监测检查。
7、为每一个降水井建立运行档案数据库，记录运行状态，工作时间，故障时间，维修情况，故障原因等数据。
8、对上述情况打印报表，作为施工记录。
六、管理计算机与现场控制器的通讯方式
目前作为控制总线可分为有线与无线两种，有线通讯有485总线、CAN总线等，无线方式有GPS、ZigBee等方式，还有介于两种通讯方式之间的动力载波通讯，本方案就是采用这种通讯方式。
动力载波通讯是利用现有的动力线做通讯信号的载体，不用再设通讯线路，这种通讯方式安全可靠，安装方便，特别适合建筑工地的场合。管理计算机可以安装在任何地方，只要现场控制器和管理计算机共用一个变压器，就可实现它们之间的通讯，由于本文主要介绍计算机控制基坑降水技术的应用，对于动力载波的实现方法和原理在此就不过多的阐述了。
七、计算机控制基坑降水技术的优势
关键词：自动气象站；异常数据；处理
中图分类号：P415.1+2 文献标识码：A
1 关于DZZ4自动气象站的概述
DZZ4新型自动气象观测站在传统自动气象站的基础上，由传感器、采集器、网络、供电系统和计算机终端等构成，全自动监测数据可精确到每一分钟，采用先进的电子信息自动化技术成果，具有高精准性、全自动化、易维修扩展等特点。能够实时采集湿度、降水、蒸发、辐射、温度、气压、风向、风速、地温等气象要素，观测精度、仪器性能以及抗干扰能力等均比过去有较大程度提高。拓展了原有自动气象站工作监控功能，实现了对气象站各要素触发器与电源系统等关键环节工作的实时监控，并且能够自动诊断故障，很大程度上减轻了观测员的工作量。
2 自动气象站不正常数据的判断与界定标准
气象观测规范针对异常记录的判断、处理方法做了一些简单的说明，但是在实际记录过程中，应该依据以下几个标准进行异常数据界定：数据反常且互相矛盾；不清楚原因且无法解释的数据记录；数据不正常但又无法否定的记录；数据不能通过软件审核的记录；违反气象规律、气象原理的数据记录。一旦出现气象记录不正常数据，就必须及时查明原因，找出气象站设备故障，处理好不正常数据，全面提高气象数据的准确性。
3 自动气象站不正常数据的处理
当自动气象站数据出现混乱、缺少，或者出现传感器故障，气象分析软件出现漏洞，这就需要对不正常记录进行修改、内插、人工补测代替等人工处理，尽力保证数据的连续性与完整性。
3.1 温度、湿度数据异常处理
如果遇见大风暴雨天气，极易造成传感器与电源接口浸水，可能会出现整点温度、湿度数据不正常，一般情况下需要补测；出现数据异常时，基本站只有在规定定时编制气象测报的2：00、8：00、14：00、20：00，基准站24h，应当采用人工观测方法进行补测。当出现温度正常、湿度数据不正常的情况下，对于整点十分钟前后的数据缺测，可以采用人工观测到的干湿球数据进行订正，也可以用同时段内的观测数据进行补测。
3.2 降水量数据不正常处理
降水量观测一般出现滞后性，降水停止后由于仪器自身摩擦性等原因出现降水记录。假如数据记录在降水停止后的2h内，应该把数据记录累计到降水开始停止的时间段内，超过2h的记录应该删除，不做累计，保证观测值的真实性。在日常观测工作中，要保证人工观测雨量筒的正常运行，一旦自动站出现故障，可以进行人工补测，避免日降水量的缺测。若分钟内降雨量观测值短缺，可以采取同时段降雨量平均值进行补测，实现数据记录的连续性，要注明数据来源方法，替代后的数据要基本符合实际情况。
3.3 自动站极值异常的处理方法
当某个时极值有异常时，可能会影响到日极值的选取，则会将该时极值作为缺测现象处理。如果采用其他观测值或者人工观测数据的日极值进行分析，并且能够推测出该日日极值不在该时段内，要从其他正常数据记录中选取；假如在该段时间内，应该从人工观测数据记录中选取该日日极值。气象自动站记录大部分缺测时，则应该利用现有的数据分析软件，依据自动观测记录与人工补测数据记录进行分析、判断，使用截面数据回归预测或者逐步分析预测方法，保证补测数据的真实性与准确性。当出现自动站数据缺测问题时，应该从RTD文件中补救，然后再查找、分析B文件、Z文件，确认是否真的缺测，最后依据上述方法与步骤进行相关补测。
3.4 数据文件备份，保证文件的完整性
一般情况下，B文件和原始数据收集文件备份是为了保证数据的可追溯性、安全性。避免计算机等储存设备出现故障或者记录数据的意外丢失而导致的数据不完整，备份文件起到替换、补遗作用，保证观测数据的完整、准确、连续。针对每天自动上传的观测数据资料要及时的保存，建立相应的文件保存，应用移动磁盘或者其他备份软件进行备份，对于每月的总体数据要进行刻录光盘保存，避免原始数据的损坏或者流失，保证原始数据文件的完整和安全。
3.5 恶劣天气或者预审人员大意造成的数据异常处理方法
自动气象站记录的数据众多，而温度湿度降水气压等数据之间又有着相互的影响，当出现数据不正常时，要考虑到是否是反常天气造成的结果，特别是恶劣天气容易造成仪器观测功能失效，起不到准确记录的作用。预审人员要仔细、严格的进行数据检查，一旦发现异常数据。必须立即启动人工观测应急措施，及时进行软件人工卸载，保证故障之前数据的完整。预审人员必须确保采集器与传感器的正常运行，做好气象监测工作，绘制各气象数据分析曲线图，找出各要素之间的关系，清晰明了地发现曲线图异常状况，保证数据可靠、完整。
4 结语
综上所述，针对海西州乌兰县气象局DZZ4自动气象站运行中出现的不正常数据现象，必须要提高对异常数据处理的能力。要将气象软件设计与人工预审有效的结合起来，通过观测记录，不断积累观测经验，掌握不正常数据处理方法，只有这样才能保证数据的准确、可靠。同时要重点检查观测报表容易丢失的部分，关注自动气象站无法预审的气象要素，把握相关性较差的气象内容，及时进行记录数据备份储存，确保数据记录客观、完整，全面提高气象观测的科学性、准确性。
参考文献
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经过对全市几个公园内的景观水体调查研究发现，导致景观水水质恶化的原因有很多。总体上可分以下几种：
1.1、景观水的水源水质较差。一般景观水的水源主要来自三个方面：降水、地表水、中水。大部分日常补充水量以降水汇集为主，而四周汇集的降水把地表很多污染物都溶解在内，使得景观水源先天质量较差。
1.2、周围污染源对其污染。景观水体污染物主要来源于四周小区内居民日常生活所排放生活污水、生活垃圾、建筑垃圾及其渗滤液、漂物和施工尘土等。尤其是生活污水中含有大的有机污染物及氮、磷等植物营养物，植物营养物进入天然水体后将恶化水体水质，加速水体的富营养化过程，影响水面的利用。
1.3、水池防渗处理破坏景观水生态系统。目大部分的人工湖由于考虑到防渗等问题，湖底多为硬质底。对于需要泥土才能生长的水生植物而言，其种植、生长都会有诸多限制。很多水域由于防渗层铺设质量不过关，造成人工湖水流失过快，或管理过程中补水不及时。水生植物因干涸而生长不良甚至枯死，既没有发挥净水作用又破坏观景效果。
1.4、游客人为的破坏。游客的一些行为，也是导致水质恶化的原因之一。比如向水中丢弃垃圾；为了垂钓，向水体撒过多的鱼饵，这些多余的鱼饵也会造成水体的污染，这些种种行为都会严重地污染景观水。
1.5、设计的不合理。由于在水景设计与考虑不周，人工湖中经常会出现死角，而死角中的水由于缺乏流动，水质往往最容易恶化。各种污染物将会沉积在死角，并慢慢地污染整个人工湖，死角成人工湖的一个内部污染深，因此，在一个人湖中如果死角越多，水质恶化得越快。
1.6、地下水的污染。随着工农业的不断发展，越来越多的污染(如氮、磷、重金属离子等等)渗入了地下，污染了地下水。如今我国地下水的污染已相当普遍而严重。而大部分的景观水又是与地下水相通的，因此导致景观水的变质也是显而易见的。
2、景观水体污染预防的方法
要保持景观水体的清洁，使之达到规定的景观娱乐用水水质标要求，必须对可能造成该水体污染的上述污染物的污染源严加控制，具体主要建议措施如下：
2.1、加大政府投入，建好城市污水设施。充分利用现在国家环保的新形势，多方面筹集资金，规划建设好城市污水处理厂和雨污分离管道，使景观周围的污水经过处理达到景观水质量标准后再排入；对前10分钟的降水也要纳入污水处理厂处理，这样能有效的遏制地面沉积物对景观水的污染。
2.2、加强执法。管好周围污染源。保证水体四周区域内小区、饭店等污染源产生的生活污水必须排入城市下水道系统，进城市污水处理厂处理，不能直排入景观水体；在有些水体四周下水道系统还不完善，与现有市政下水道系统没有连接的情况下，周边污染源必须设立独立污水处理站对其污水进行处理，要求改道外排。也应严禁在湖周围附近堆放生活或建筑垃圾。以免垃圾飘浮物经风吹到湖体水面或垃圾渗滤液直接流入湖体，对湖体水质造成不同程度的污染2.3、做好调度，保证地表径流水质质量。地表径流雨水含有较多有机物和无机尘土，尤其降雨前十分钟地表径流水中污染物含量更高，应排入城市雨水管道排除。不能直接排入景观水体，若直接排入景观水体会造成淤积或水体不同程度的污染。
2.4、加强管理，设专人管理水面环境。必须设专人对水面漂浮物及时清除。诸如杂草树叶等腐植物不及时清除，长期浮于水面不但影响水体的自然复氧功能，而且沉于湖底腐烂变质后会引起水质变臭；同时管理垂钓人员，制止过多投放鱼饵。
2.5、湖体边坡应做毛石或预制混凝土块护砌。防止边坡土被水浪冲刷，影响水体感官指标。
3、污染景观水体治理的方法
3.1、物理方法
景观水体净化的物理方法有机械过滤、疏浚底泥、水位调节、高压放电、超声波等方法，这些方法效果明显，但不易普及，难以大规模实施。过去常用的有疏浚底泥和水位调节两个方法，疏浚底泥是为了抑制泥中氮、磷的释放而污染水体。定期补水是为了稀释污染物浓度，其主要机理为稀释作用，其并不改变污染物的性质，但可为进一步的净化作用创造条件，如降低有害物质的浓度，使水体其它净化过程尤其是生物净化过程能够恢复正常。定期补充水的处理方法对于较小水面的景观水体来说是一种行之有效的方法。在经济上可行，也达到预期的效果。
3.2、化学方法
对于湖泊、河道等缓流水体，由于氮、磷等植物营养物的大量排入已经发生富营养化引起水质变臭时，可以采用直接向水中投加化学药剂的方法杀死藻类。然后通过自然沉淀后，清除淤泥层即可达到防止水体富营养化的目的。杀藻常用的药剂有硫酸铜和漂白粉。
3.3、生态净化法
3.3.1水生植物系统净化。水生植物技术以生态学原理为指导，将生态系统结构与功能应用于水质净化，充分利用自然净化与水生植物系统中各类水生生物间功能上相辅相成的协同作用来净化水质，利用生物间的相克作用修饰水质，利用食物链关系有效的回收和利用资源取得水质净化和资源化、景观效果等结合效益。但需要控制水生植物的种植密度。以防过度繁殖，适得其反。
3.3.2水生动物净化。鱼是水生食物链的最高级。在水体内利用藻类为浮游生物的食物，浮游生物又供作鱼类的饵料。使之成为菌－藻类－浮游生物－鱼的生态系统。在景观水体内宜于放养的品种应以花鲢、白鲢为主，并配以鳙、草、鲤、罗非鱼等。因此，作为景观水体适量养鱼是一种很好的方法，既有净化水质的作用，同时又能很好的发挥水体的垂钓功能。
3.3.3曝气充氧。曝气主要是向水中补充氧气，以保证水生生物生命活动及微生物氧化分解有机物所需的氧量，同时搅拌水体达到水体循环的目的。采用曝气的方法给封闭水体充氧在一定程度上可以防止因藻类大量繁殖而导致的鱼类死亡，对维持水体生态平衡起到一定的作用。曝气的方法只能延缓水体富营养化的发生，但不能从根本上解决水体富营养化。
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