實(shí)測(cè)降水與自動(dòng)站降水的對(duì)比分析

徐杰 周天雄

摘 要:自動(dòng)與人工兩種雨量觀測(cè)由于觀測(cè)方式和儀器構(gòu)造的不同所獲得的雨量數(shù)據(jù)存在差異。從儀器原理和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)自動(dòng)雨量傳感器數(shù)據(jù)誤差存在原因進(jìn)行比較分析,從中找出原因,從而減少誤差,保證兩種觀測(cè)方式所取得的觀測(cè)數(shù)據(jù)具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性,為天氣預(yù)報(bào)、氣象信息、氣候分析等提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞:自動(dòng)人工雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)差異

中圖分類(lèi)號(hào):P41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(b)-0016-01

目前,在氣象地面觀測(cè)中,大部分氣象要素都已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè),雨量也是如此,然而,由于自動(dòng)雨量傳感器本身構(gòu)造上的原因,雖然雨量傳感器已經(jīng)正式使用了多年,但在實(shí)際的觀測(cè)工作中,會(huì)發(fā)現(xiàn)一些時(shí)候兩者所測(cè)數(shù)據(jù)存在差異。為了對(duì)這些差異進(jìn)行分析,提高數(shù)據(jù)的精確度,對(duì)自動(dòng)雨量傳感器的工作原理、產(chǎn)生數(shù)據(jù)差異存在原因等進(jìn)行分析比較,對(duì)其存在誤差原因提出解決辦法,使自動(dòng)雨量傳感器獲取的數(shù)據(jù)能更好的使用。

1各類(lèi)雨量?jī)x器工作原理

1.1 人工站

雨量器由雨量筒(含20cm的正圓形承水器、儲(chǔ)水瓶和外筒)與量杯組成,雨量筒包括承水器、儲(chǔ)水瓶和外筒,以收集降水量。量杯為一特制的有刻度的專(zhuān)用量杯。到一定量或定時(shí)觀測(cè)時(shí),由人工進(jìn)行測(cè)量。

1.2 自動(dòng)站

自動(dòng)雨量傳感器。主要由承水器、上翻斗、計(jì)量翻斗、計(jì)數(shù)翻斗和調(diào)節(jié)螺釘、干簧管組成。承雨器收集的降水通過(guò)漏斗進(jìn)入上翻斗,當(dāng)雨水積到一定量時(shí),由于水本身重力作用使上翻斗翻轉(zhuǎn),水進(jìn)入?yún)R集漏斗。降水從匯集漏斗的節(jié)流管注入計(jì)量翻斗時(shí),就把不同強(qiáng)度的自然降水,調(diào)節(jié)為比較均勻的降水強(qiáng)度,以減少由于降水強(qiáng)度不同所造成的測(cè)量誤差。當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量為0.1mm時(shí)(也有的為0.5mm或1mm翻斗),計(jì)量翻斗把降水傾倒到計(jì)數(shù)翻斗,使計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次。計(jì)數(shù)翻斗在翻轉(zhuǎn)時(shí),與它相關(guān)的磁鋼對(duì)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(dá)到0.1mm時(shí),就送出去一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),采集器就自動(dòng)采集存儲(chǔ)0.1mm降水量。

2自動(dòng)站數(shù)據(jù)誤差存在原因

自動(dòng)站的雨量傳感器主要存在以下四個(gè)反面的誤差:

2.1 雨量傳感器定位基點(diǎn)漂移產(chǎn)生的誤差

雨量傳感器中計(jì)量翻斗的兩側(cè)裝有一對(duì)定位螺栓,這對(duì)螺栓間的距離是測(cè)量降水量的基礎(chǔ),距離過(guò)大或過(guò)小,都會(huì)影響計(jì)量翻斗的翻轉(zhuǎn)傾角,使翻斗矩發(fā)生變化,翻斗力矩的改變使斗內(nèi)盛水量改變。傾角大,盛水量多,反之就小。在日常使用中,定位螺栓由于翻斗的經(jīng)常碰撞而導(dǎo)致兩個(gè)螺栓之間距離的改變,進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)得降水量的不準(zhǔn)確。解決這一誤差的方法是:定期(一般為一個(gè)月)對(duì)雨量器進(jìn)行自身排水量與計(jì)數(shù)、記錄值相比。如出現(xiàn)異常,應(yīng)及時(shí)按照說(shuō)明書(shū)對(duì)定位螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 雨量傳感器關(guān)鍵元件(磁鋼掃描干簧管)引入的測(cè)量誤差

因計(jì)數(shù)翻斗中的磁鋼掃描干簧管一次,開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)送一次,代表產(chǎn)生了0·1mm的降水量。若干簧管元件失常,發(fā)生多發(fā)送信號(hào)、漏發(fā)或不發(fā)送信號(hào),就會(huì)出現(xiàn)雨量異常現(xiàn)象。只需更換干簧管就可解決這一誤差。

2.3 維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)產(chǎn)生的誤差

整套翻斗中都是有機(jī)械構(gòu)成組成,在室外容易受到外界因素的影響,如承水口被灰沙、樹(shù)葉、草葉和昆蟲(chóng)等堵塞;在雨量筒內(nèi)部可能結(jié)有蜘蛛網(wǎng)等原因均會(huì)造成測(cè)量誤差。日常工作中加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)雨量傳感器的維護(hù)保養(yǎng)就可消除這一誤差。

2.4 本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的固有誤差

根據(jù)雨量傳感器的原理:降水通過(guò)承雨器進(jìn)入上翻斗,然后進(jìn)入?yún)R集漏斗。通過(guò)匯集漏斗的節(jié)流管注入計(jì)量翻斗,當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量為0.1mm時(shí)(也有的為0.5mm或1mm翻斗),計(jì)量翻斗翻倒,把水傾倒入計(jì)數(shù)翻斗,使計(jì)數(shù)翻斗翻倒一次。磁鋼既對(duì)干簧管掃描一次。干簧管因磁化而閉合,輸送出去一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),采集器就自動(dòng)采集存儲(chǔ)0.1mm降水量。這個(gè)設(shè)計(jì)本身并沒(méi)有什么問(wèn)題,然而降水是一種持續(xù)性的天氣現(xiàn)象,而翻斗每翻動(dòng)一次都需要一定的時(shí)間,在翻斗每一次翻動(dòng)的過(guò)程中,都會(huì)流失少量的降水。雖然一次翻動(dòng)時(shí)間很短暫,但累積起來(lái)仍然是很可觀的。尤其在降水時(shí)間越長(zhǎng)、降水量越大的情況下,損失的降水量就越多,自動(dòng)雨量傳感器測(cè)量出的降水量跟實(shí)際降水量的誤差就越大。通過(guò)對(duì)其的構(gòu)造原理進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),這種誤差雖然無(wú)法消除,但是由于翻斗翻動(dòng)一次所用的時(shí)間是固定的,那這種誤差就應(yīng)該是一個(gè)恒定的系數(shù)。

本站經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩年的實(shí)測(cè)降水和自動(dòng)站降水對(duì)比觀測(cè)。期間共取得降水樣本387次,其中降水量達(dá)0.1mm以上有研究?jī)r(jià)值的231次。對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),降水量<20mm的時(shí)候,自動(dòng)站降水與實(shí)測(cè)降水相比較,誤差在1%以內(nèi);降水量在20mm～50mm之間時(shí),誤差為2%;降水量＞50mm的時(shí)候,誤差在3%以上。

3結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)與人工雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異是多種原因造成的。這些原因包括儀器的工作原理、日常維護(hù)和人為因素等等。從比較分析情況可以看出人工觀測(cè)雨量獲取數(shù)據(jù)在對(duì)比上較優(yōu)于自動(dòng)觀測(cè)雨量。雖然自動(dòng)站雨量觀測(cè)在提供雨量累計(jì)量方面還有缺點(diǎn),但它能及時(shí)提供雨量信息,作為天氣預(yù)報(bào)上使用是有優(yōu)越性的,因此在工作中只要做好日常的維護(hù),通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法盡量把誤差消除。就能獲取具有準(zhǔn)確性、真實(shí)性和代表性的氣象資料,從而進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

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