自動站降水誤差存在的原因和處理方法

馮振宇，張明思

（肇州縣氣象局，黑龍江肇州 166400）

自動站降水誤差存在的原因和處理方法

馮振宇，張明思

（肇州縣氣象局，黑龍江肇州 166400）

1 引言

自動氣象站與人工氣象站相比,地面要素的感應元件除雨量傳感器外均由機械式元器件轉變成電子元器件,信號輸出由機械放大轉為電信號放大,記錄也由原始的機械記錄轉化成計算機自動采集存儲,這使自動氣象站能更客觀、實時地反映天氣要素的變化。但在目前的自動氣象站中,雨量傳感器仍沿用翻斗式傳感器,在實際使用過程中,常出現實際降水與所測降水存在明顯誤差的情況。本文總結了自動站降水誤差存在的原因和處理方法。

2 雨量傳感器結構和測量原理

雨量傳感器的結構由承水器、上翻斗、計量翻斗、計數翻斗等組成。其工作過程是雨水由承水口匯集,進入上翻斗,上翻斗的作用是使降水強度近似大降水強度,然后進入計量翻斗計量,計量翻斗轉動一次為0.1 mm降水量,隨之雨水由計量翻斗倒入計數翻斗。在計數翻斗的中部裝有一塊小磁鋼,磁鋼的上面裝有干簧開關,計數翻斗翻轉時,與它相關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0.1 mm時,就送出一個脈沖信號,采集器存儲0.1 mm的降水量。自動氣象站雨量的測量原理是由雨量傳感器感應雨量的大小轉化為干簧管輸出的開關信號,經采集器處理后進入計算機,計算機軟件按地面觀測規范中雨量計算方法計算降水量大小,并按規定格式顯示。

3 誤差分析及處理方法

3.1 雨量傳感器關鍵元件損壞引入的測量誤差及處理方法

自動氣象站的雨量測量是通過計數翻斗中的磁鋼掃描干簧管產生開關信號來產生的。干簧管開關信號發送一次,代表產生了0.1 mm的降水量。若干簧管元件失常,發生連擊即多發送信號或漏擊即少發送信號,均會出現雨量誤差異常現象。這種因素產生的雨量誤差,多表現為降水量誤差值異常偏大或偏小,往往是突發現象。判斷這種誤差的方法是用萬用表連接雨量傳感器輸出端,向雨量傳感器中注入一定量的降水,觀測計數翻斗和萬用表,當計數翻斗翻轉一次時,萬用表有電壓信號產生,若干簧管發生連擊或漏擊,在萬用表上會有多個電信號或無信號發生。在做雨量傳感器檢查時,盡量避免整點觀測時間。因人為原因造成雨量記錄的,可在自動站備注欄中說明，也可在檢查時斷開雨量傳感器與采集器的連接。

解決這種因素引入的測量誤差是更換干簧管。將計數翻斗上的干簧管螺釘松弛,取下已損壞的干簧管,用正常的干簧管更換上即可。

3.2 雨量傳感器機械原因引入的測量誤差及處理方法

雨量的測量是通過上、下翻斗翻動使干簧管產生開關信號,采集器自動累記0.1 mm降水量的過程。當上、下翻斗翻轉不靈出現阻滯感時,均會導致翻斗翻轉速度改變,而雨量測量的計量是以單位時間內計數翻斗的翻轉次數為降水量的累計值。因而,由這種機械不靈敏引入的測量誤差也是自動氣象站雨量誤差偏大的原因之一。誤差表現為雨量測量值恒定小于實際降水值。故障現象為各翻斗的軸承間距過大或過小,翻斗轉動有阻滯感。

解決這類因素引入的測量誤差,要求臺站工作人員保持雨量傳感器的清潔衛生。定期（一般一個月）用清水清洗翻斗軸頸和寶石軸承孔（寶石軸承切勿加油）。如清洗不見效,可能是寶石軸承磨損或碎裂所致,可用大頭針沿軸承內孔觸劃,如有阻滯感,即寶石磨損,應更新軸承部件。如翻斗軸損壞,則更新翻斗軸。

3.3 因維護保養不及時引入的測量誤差及處理方法

在目前的自動氣象站中,雨量傳感器仍沿用翻斗式傳感器,翻斗中的機械構成部分會引入測量的誤差。因此對翻斗雨量傳感器的維護保養是使雨量準確性得以保證的基礎。若不加以維護造成進出水管道堵塞,尤其節流管不暢通,或翻斗翻動不靈敏,均會造成測量誤差。這種因素引入的測量誤差,會使自動氣象站的雨量測量值偏小于實際降水值。

解決方法是臺站人員應至少每個月清理一次過濾網上的塵沙、小蟲等以防堵塞管道,特別要注意保持節流管暢通。無雨或少雨季節,可將承水器加蓋,但注意在降水前及時打開。翻斗內壁禁止用手或其它物體抹拭,以免沾上油污。當久旱后進入第一場大雨前,臺站觀測人員應進行雨量傳感器的檢查。向雨量承水器注入一定量的水（一般為60～70 mm）,觀測自動氣象站雨量示值與實際注入水的值是否一致。若不一致,則應檢查原因,排除故障,同時,及時調節基點定位螺絲，避免因維護不妥引入測量誤差。

3.4 人為原因造成的誤差

3.4.1 觀測時間不同步

自動站采集器采集降水量為正點即00分,這個時間非常精確,而人工觀測的降水量一般在50分左右,時間相差10 min,即使同一個人在允許的時間內,兩次觀測數據也不同,一次降水過程,每次定時觀測數值相差較大,但降水總量卻差別不大,就是由時間不同步造成的。這要求人工觀測降水量時,盡量靠近正點觀測。

3.4.2 人為的讀數誤差

自動站記錄的降水量是一個連續的過程,無人為的讀數誤差,而人工站由于發報需要,需多次量取,這樣就容易出現誤差,每次量取,還存在視線誤差。

要求工作人員觀測液體降水時要換取儲水瓶,將水倒入量杯,要倒凈。使量杯保持垂直,人的視線與水面齊平,以水凹面為準。觀測員在量取降水量過程中要細心操作,準確讀數,盡量減小誤差。

1002－252X（2012）03－0031－01

2012－6－1

馮振宇（1975-），男，黑龍江省肇州縣人，大慶石油學院，本科生，助理工程師.