樂亭自動站與人工觀測降水量的差異對比

高英杰，鄭胲泉

樂亭縣氣象局，河北 樂亭 063600

降水量是衡量一個地區(qū)在某個時段內降水多少的數(shù)據(jù)，它的多少是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要條件，數(shù)據(jù)的準確性是指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要依據(jù)和保證氣象資料可用與否的重要保證。

樂亭觀測站于2003年1月安裝了CAWS600-SE自動氣象站（簡稱自動站），并一直進行著自動站和人工站降水資料的并行觀測。本文對樂亭自動站與人工觀測降水量資料進行對比分析，發(fā)現(xiàn)二者之間存在差異，特別是強降水或是降水量大時，差值較大，降水量較小時，特別是降水量小于1.0mm時，差值百分率較大，差值與差值百分率不成正比。并對造成這種差異的原因進行了分析，以減少以后工作中的人為誤差。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用資料取自樂亭國家基準氣候站2005年～2010年4月～10月自動站與人工觀測降水量2套資料，自動站雨量為雨量傳感器資料，人工觀測雨量為雨量筒資料。

1.2 資料處理方法

對自動站和人工觀測的降水量資料按照年、月、日分別進行統(tǒng)計整理，保證資料完整無缺，剔除自動站記錄因缺測用人工站記錄代替的日期。根據(jù)氣象上對比觀測資料的評估原則，分別統(tǒng)計計算降水量差值、差值百分率；降水差值為Xi=Ai-Ui，其中Ai和Ui,分別為第i次自動站和人工觀測的降水量值；降水量差值百分率為：

式中，i分別為某年、某月或某日。降水量差值百分率直接反映了自動站和人工觀測值之間的相對偏差，降水量差值百分率應在±8%之內，否則被認為偏差超出正常范圍。

2 降水量差值百分率

2.1 年、月降水量差值百分率

根據(jù)公式（1）對樂亭站2005年～2010年（4月～10月）自動站與人工觀測的年、月降水量差值百分率統(tǒng)計、整理，結果列于表1。

表1 2005年～2010年自動站和人工觀測降水量月、年差值百分率

從表1看出，2005年～2010年（4月～10月）自動站與人工觀測降水量年差值百分率在-1.3%～8.3%之間，除了2005年年差值百分率大于8%外，其它年均符合自動站降水量質量評估參考值±8%的標準，分析2005年Y值超出質量評估參考值的原因，是因為10月降水量偏小，差值過大造成差值百分率過大引起的；6年中只有2006年的Y值為負值，即自動站降水量小于人工觀測降水量。二者的月差值百分率中，有88.1%的Y值在參考值±8%以內， 有4個月Y值大于8%，占11.9%，自動站測量的降水量值基本比人工站偏大，其中有38個月自動站雨量測量值大于人工觀測值（占90.5%），只有2006年的4、7月～9月偏小（占9.5%）。各年的差值（X）在-0.9～7.3之間。

2.2 日降水量差值百分率

根據(jù)公式（1）對樂亭站2005年～2010年（4月～10月）271個自動站與人工觀測日降水量的有效樣本進行統(tǒng)計、整理，結果列于表2。其中各級降水量等級小雨（0mm～9.9mm）、中雨（10.0mm～24.9mm）、大雨（25.0mm～49.9mm)、暴雨 (≥ 50.0mm)的劃分，是按照氣象上降水量等級的劃分標準劃分的。結果表明：日降水量差值百分率符合評估參考值標準的樣本有206個，符合率為76.0%；中雨及以上（≥25.0mm）等級的降水樣本有95個，其中81個樣本符合評估標準，符合率為85.3%；大雨及以上（≥50.0mm）等級的樣本有38個，其中34個樣本符合評估標準，符合率為89.5%。中雨及以上等級的自動站雨量值大于人工觀測值的樣本有80個，占84.2%；由此可見降水量越大，自動站雨量值大于人工觀測值所占的比例越大。

從表2可知，各級降水量符合自動站降水質量評估標準的情況是：小雨等級符合率為71.0%；中雨等級符合率為82.5%；大雨等級符合率為88.9%，暴雨（≥50.0mm）等級符合率為90.9%。即暴雨等級自動站降水量資料符合質量評估標準的符合率最大，大雨等級符合率次之，中雨等級符合率占第三，小雨等級符合率最低。統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)在小雨等級的176個樣本中，日降水量在1.1mm～9.9mm的樣本有115個，符合率為76.5%，日降水量≤1.0mm的樣本有61個，符合率為60.7%。由此可見降水量越小，符合率越低，即在所有這些不符合樣本中，日降水量≤1.0mm的樣本占的比例最大。

表2 各級降水量差值百分率符合參考值標準的情況

3 產(chǎn)生差異的原因分析

3.1 觀測時間不同步

自動站采集器采集的降水量為正點即00min的數(shù)據(jù)，這個時間非常準確；而人工觀測的降水量時間一般在53min～60min之間。觀測時間的不同步，造成二者降水量之間存在差異，特別是觀測時正下大雨時，觀測過程中雨量的損失，會產(chǎn)生較大的對比誤差。一次降水過程，每次定時觀測數(shù)值相差較大，但降水總量卻差別不大，就是因時間不同步造成的。

3.2 數(shù)據(jù)的采集方式不同

自動站采集降水數(shù)據(jù)用的是翻斗式雨量傳感器，傳感器的計數(shù)翻斗翻轉十分靈敏，其翻轉過程較快，基本消除了翻轉的時間差，純屬器測，且記錄降水量是一個連續(xù)的過程；而人工站的降水量則是由觀測員通過量杯來進行測量，人工測量過程中常有部分水珠黏附在儲水瓶及雨量杯上，從而導致自動站雨量測量值大多比人工觀測值偏大，并且由于服務需要，有時需要多次量取，量取的次數(shù)越多，誤差也就越大。

3.3 人為讀數(shù)誤差

自動站雨量傳感器采集降水量是一個連續(xù)的過程，沒有人為讀數(shù)誤差；而人工觀測由于工作人員不夠細心、操作不規(guī)范、視差、誤讀等原因，常常導致數(shù)據(jù)誤差，若在人工量取降水量時，未把儲水瓶內的水倒干凈，會有較大誤差。

4 結論

盡管自動站與人工站所測降水量存在差異，但基本上符合降水量質量評估參考標準。從導致二者差值的原因可知，為了確保自動站降水測量值的準確性，要求觀測員在實際工作中嚴格按照規(guī)范做好儀器的維護，時刻保持儲水瓶內壁的潔凈，以減少水分的附著，并且每天做好儀器的對時工作，保證采集時間的準確；同時盡量減少人工雨量觀測與自動站雨量測量的時間差，規(guī)范操作、杜絕人為誤讀，以便取得更為準確的氣象資料。

[1]中國氣象局地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2]胡玉峰.自動站與人工觀測數(shù)據(jù)的差異[J].應用氣象學報，2004，15(6)：719-726.

[3]《對比觀測期間監(jiān)測資料評估技術方法》國家氣象中心氣候資料中心.