自動站與人工站降水量差異分析

梁奇琛LIANG Qi-chen；毛明策MAO Ming-ce；肖舜XIAO Shun

（①咸陽市氣象局，咸陽 712000；②陜西省氣候中心，西安 710014）

（①Xianyang Weather Bureau，Xianyang 712000，China；②Climate Center of Shaanxi Province，Xi'an 710014，China）

自動站與人工站降水量差異分析

梁奇琛①LIANG Qi-chen；毛明策②MAO Ming-ce；肖舜②XIAO Shun

（①咸陽市氣象局，咸陽 712000；②陜西省氣候中心，西安 710014）

（①Xianyang Weather Bureau，Xianyang 712000，China；②Climate Center of Shaanxi Province，Xi'an 710014，China）

利用陜西省8個氣象站平行觀測期間的自動站與人工站降水量資料，對日降水量差異、造成差異原因以及差異對氣候預測評分的影響進行分析。結果表明：日降水量差值基本在正常范圍之內，只有3個樣本超出了誤差范圍；采集原理不同、采集時間不同步是造成差異的主要原因；自動站與人工站降水量觀測記錄的差異，導致個別月份氣候預測分級評分出現錯級現象，產生了兩種不同的評分結果，給正確衡量預測水平帶來誤差。

降水量；差異；距平百分率；評分；氣候預測

0 引言

降水量的多少影響著當地農業、牧業以及交通運輸等，人類的生活也與此息息相關。降水量觀測數據的準確性為天氣預報、氣候預測更精準的服務奠定了基礎，同時對指導農業生產、畜牧業合理規劃及交通運輸合理調控起到重要保證，對政府部門決策和指揮防災減災提供了重要依據。近年來隨著氣象事業不斷發展，自動站與人工站同時觀測降水量已成為各臺站觀測的主要方式，由于這兩種方式工作原理不同，測量結果必然會產生差異。自2009年以來，國內相關專家對差異原因進行分析，但對差異造成的影響分析比較少。陜西省自2004年以來開始采用自動站與人工站同時觀測降水量，到目前為止已積累了大量的數據資料，為了更確切、真實反應陜西省自動站與人工站降水量差異及差異造成的影響，本文選取8個站平行觀測期間自動、人工站降水量資料，用雨量分級差值統計方法及分級評分方法對日降水量差異、差異對氣候預測評分影響進行分析，并分析了產生差異的原因。

1 資料與方法

1.1 資料來源 資料來源于陜西省地面氣象站，選取具有代表性的8個站（包括榆林、定邊、綏德、延安、洛川、武功、漢中、安康站）為研究對象，收集并整理各臺站近兩年4～11月份（其余各月自動站不觀測）地面觀測數據的A文件以及1971～2000年降水量的月均值，并確保這些資料的完整性、準確性、規范性。

1.2 研究方法 根據《地面氣象觀測規范》[1]規定，當自動站與人工站過程降水量差值≥4%*R（R代表雨量各級降水量值）時，應作誤差統計分析。按雨量分級方法，把降水量分為5個等級（分別是小雨0.1≤R＜10、中雨10≤R＜25、大雨 25≤R＜50、暴雨 50≤R＜100、大暴雨 R≥100，R為日降水量，單位：mm），計算各等級自動站與人工站日降水量差值的均值，判斷差值的范圍以及差值的規律。

氣候預測評分的一個重要指標是距平百分率，距平指的是氣候要素與多年平均值的偏差，距平百分率是指距平占多年平均值的百分比（多年采用1971-2000年）。公式為：

式（1）中Yi表示第i月降水量距平百分率，Ai表示第i月降水量，Ui表示第i月降水量的多年平均值，本文采用1971-2000年平均值。以武功站降水量資料為例，計算自動站與人工站各月降水量距平百分率，并以常數值0mm作為各月預測值，分別以自動站與人工站降水量距平百分率的等級劃分為實況值，對預測降水進行評分，并對評分結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 日降水量差異的分析 平行觀測期間8站總共有1952個樣本，根據站號、降水量的5個等級進行分類，比較各類自動站與人工站日降水量差值的均值，差值指的是各日自動站降水量減去人工站降水量，均值指的是差值的平均值，若均值為正值，表示自動站降水量大于人工站降水量；若為負值，則相反。如表1，“-”為空值，R為日降水量，δ為差值范圍。

由表1可得，小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨各等級均值的最大差值依次為 0.3、1.72、2.15、3.2、5.1（mm），證明降水量強度越大，自動站與人工站差值也越大；除了安康站的小雨（等級）差值為零外其余都含有差值，最大為5.1mm，各差值基本都在正常范圍之內（占90%），只有定邊站中雨、武功站中雨和大雨差值超出正常范圍（占10%），其中定邊站超出了0.72mm（超出值=均值-δ的最大值），武功站分別超出了0.23mm、0.15mm；表1中正值代表自動站降水量值大于人工站，負值代表小于人工站，其中有26個分級的自動站大于人工站，占86.6%，有4個分級自動站稍小于人工站，占13.4%，可以得到自動站日降水量均值基本上大于人工站值。

表1 各級各站自動與人工站日降水量差值的均值分析 （單位：mm）

2.2 差異原因分析

2.2.1 采集原理不同 自動站采用的是單翻斗式雨量計，原理是當翻斗流入一定量的雨水后，受重力作用翻斗翻轉，翻斗的每次翻轉動作通過干簧管轉成脈沖信號傳輸到采集系統，每一個脈沖信號為0.1mm降水量，采集器依據傳進來的脈沖信號進行采集，每分鐘采集一次數據[1]。

人工站采用雨量器，主要由雨量筒與量杯組成。降水通過承水器流入儲水瓶，收集儲水瓶中雨量倒入量杯，人工讀取數值。

2.2.2 采集時間不同步 自動站采集降水量是逐分鐘一個數據，它可以精確到觀測時正點時刻數據，而人工觀測降水量一般是正點前10分鐘，若在這個時間段內有降水就會產生差異，但對于比較過程降水量，這種差異就不明顯。

2.2.3 其它原因 蒸發誤差：在炎熱干燥的天氣，降水結束后若不及時測量降水量值，隨著溫度升高大量水分蒸發，造成測量結果比實際值偏小，也是產生誤差的原因。

滯后誤差：降水結束后，自動站采集器會產生滯后降水量，若在統計日降水量時，沒有添加這部分降水量值，統計結果會比實際值偏小。

表2 4-10月份武功自動站與人工站月降水量距平百分率分析

表3為降水量距平百分率各等級的劃分標準。

表4為降水趨勢預測檢驗的評分標準。

參照表2、表3、表4，可以得到自動站與人工站降水量劃分等級以及評分結果，如表5。

參照武功站評分方法應用到其余各站，可以得到剩余臺站的評分結果。表6為4-10月份各站預測評分有誤差的數據。

表3 降水量趨勢預測六級評分制用語及各等級劃分標準

表4 降水趨勢預測六級檢驗評分制單站評分表

表5 武功站自動站與人工站降水量等級及評分結果

表6 4-10月份各站預測成績評分有誤差的數據

從表2可以看出，自動站距平百分率值除了4月份略小于人工站外，其余都大于人工站值，8月份差值最大（為24.1%），10月份差值最小（為2.8%）；表5中可以看出，5月、6月、10月份自動站與人工站相差一個等級，評分結果相差20分，其余各月值都在同一等級；表5、表6中總共有7個站月次評分結果有誤差，占總數據57個站月次（除去缺測值）的11.9%。根據以上結論得到，自動站與人工站的降水測量差異，會導致氣候預測分級評分出現錯級現象，產生兩種不同的評分結果，給正確衡量預測水平帶來誤差。

3 結論

通過對自動站與人工站降水量各等級差異分析可知，大部分（90%）觀測記錄符合質量規定，少部分（10%）兩者之間有明顯差異；產生差異的原因分為采集原理不同、采集時間不同步、蒸發誤差、滯后誤差等；對武功站降水量差異進一步分析，可以得到差異導致氣候預測分級評分出現錯級現象，給正確衡量預測水平帶來誤差，所以在實際觀測過程中，觀測員應嚴格按照規范進行觀測，及早發現并解決產生誤差的原因，避免、減少誤差，為氣象服務提供更精準的數據。

[1]中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社,2003.

[2]中國氣象局.地面氣象觀測數據文件和記錄簿表格式[M].北京：氣象出版社,2005.

[3]曹春榮.自動站與人工站觀測降水量的差異對比分析[J].安徽農業科學,2010.

[4]游泳,王曉蘭.四川省自動氣象站與人工站觀測數據對比分析[J].四川氣象,2007.

[5]許利華，朱金菊等.張家界自動站與人工站降水量誤差原因分析及處理方法[J].高原山地氣象研究,2009.

Precipitation Difference Analysis of Automatic Station and Manual Station

This paper uses automatic station and manual station precipitation data during parallel observation process of eight weather stations in Shaanxi Province to analyzes daily precipitation differences,causes and impacts of differences on climate prediction score.The results show that:the daily precipitation difference within the normal range basically,only three samples exceeded the margin of error;different collection principles and no-synchronized collection time are the main causes of differences;the difference of automatic station and manual station precipitation observation record resulting in individual months of grading climate predictions have wrong class phenomenon,produce two different scoring results and bring errors to correctly measure the forecast level.

precipitation；difference；anomaly percentage；ratings；climate prediction

梁奇琛（1987-），男，山西運城人，學士，助工，從事地面測報及農氣服務工作。

P332.1

A

1006-4311（2014）13-0309-02