降雨量人工站與自動站數據差異分析

庫爾奧別克·哈瑪爾汗

（阿勒泰水文水資源勘測局 新疆 阿勒泰 836500）

人工觀測儀器在我國氣象觀測中使用的時間較長，人工觀測的數據一直以來都是作為標準值使用，而自動站建立的時間較短，大約在上世紀90年代末，我國才開始使用自動氣象觀測系統，自動氣象站可以進行自動觀測與數據存儲，而且具有很多優點，經驗顯示，自動站數據中異常數據約占0.1%左右，此時就需要利用人工觀測數據與自動站觀測數據進行對比分析，但是由于各種原因人工站也會存在觀測誤差。在未來的一段時間里，我國長期使用的人工氣象觀測系統將逐步為自動觀測系統所取代。

1 降雨量人工站與自動站數據差異原因分析

1.1 儀器的工作原理

（1）自動站雨量傳感器引起的差異

自動站所采用的翻斗遙測雨量傳感器是由承雨口、上翻斗、計量和計數翻斗、干簧管等部分組成。各部件當中當遇強降雨時，上翻斗、計量和計數翻斗會由于慣性的作用出現翻轉，且由于從承水器下來的水具有一定的沖力，更加加速了翻斗的翻轉速度，也就是降水過程中振動和風切變引起的翻斗翻動使雨量值的誤差加大。

（2）人工站雨量器引起的誤差

人工站一般采用雨量器和虹吸式雨量計兩種雨量儀器。雨量器主要由雨量筒和量杯組成；而虹吸式雨量計由盛水器、浮子、自計鐘筒和虹吸管等部件組成。

人工站雨量傳感器所引起的測量誤差主要包括人工站盛水器口緣引起、雨量器承水器與漏斗之間接縫引起和水位尺或自計水位計引起等。承水器的口緣稍微向內彎曲，如遇刮風等天氣因素，雨滴便會傾斜落下，如果雨滴濺出盛水器的話便會造成漏側；雨量器承水器與漏斗之間的接縫會造成雨水滯留，同樣引起缺測。

1.2 觀測時空

按照觀測規范的要求，人工觀測時間是在正點前8分鐘內進行，也就是說人工降雨量的觀測時間約為52分鐘，而自動站是在正點（即00分）瞬時進行，所以兩者之間有至少8分鐘的時間差，這種時間上的間隔會引起觀測差異。

在一些西部寒冷地區，是在上午8時進行降水觀測的，這必定會影響觀測數值的準確性，因為人工測站觀測儀器在室內安裝，自動站儀器在室外觀測場安裝，上午8時室外異常寒冷，這種內外環境差異造成觀測差異。

除了時間因素外，觀測站的地理位置和安裝地點對數據的準確性也有非常重要的影響，經驗表明，兩種儀器之間間隔超過4米便會產生觀測差異。

1.3 天氣現象的影響

在第二點中我們已經說明，自動站和人工站進行降雨量觀測時有至少8分鐘的時間差，試想一下，在這8分鐘內完全可能發生短時劇烈天氣現象，如果在人工站讀取后，突然出現大風、冰雹、龍卷風等短時劇烈天氣現象，使氣象要素突變，此時自動站在正點再進行數據測量的話，兩種儀器的觀測值必然不同。但是這種差異是真實天氣狀況的反映，無須作處理。

1.4 日常維護和人為因素

（1）設備維護不規范和設備損壞

自動站與人工站都有可能面臨設備維護不規范和不到位的情況，主要有：埋設不規范、土壤不疏松、接線盒進水、感應部分沒有和土壤密貼或被草芽、草葉等雜物遮蓋、數據傳輸電纜破損鼠咬老化、傳輸線老化破損等。以上不論是哪一類測站，都必須立即更換。

表1 阿勒泰自動站與人工站降水量差值百分率

表2 自動站質量監控數據

（2）人為因素

在兩類測站進行觀測過程中，都有可能出現一些不當操作的行為引起測量差異的出現，如人工站觀測人員沒有及時檢查和維護設備，導致儀器取水不暢、漏斗堵塞或不靈敏；觀測人員在觀測雨量時會因所處位置或視線誤差而讀數錯誤等。當然這些錯誤都是由于錯誤的觀測習慣所引起，是完全可以避免的。

2 差異訂正

2.1 雨量傳感器誤差調整方法

如果大雨強和小雨強的校準結果均為偏大或偏小，則可以通過調節計量翻斗上的定位螺絲以消除計量誤差。當誤差為負值應向內調節螺絲，使翻斗內的盛水量減少，增加計數值，相反則應向外調節螺絲，增加計數值。兩邊的螺絲應同時調整定位相同的量，以保持計量翻斗的水平。

2.2 雨量傳感器測量誤差的計算

（1）降水量的標準數值計算公式

假設V表示容器的標準容積（cm3），S表示盛水口的面積（cm2），計量翻斗分辨力一般為0.1mm。則降水量的標準數值為：

設校準裝置的標準容積為V=314.16mL，用標準容積對雨量傳感器進行校準，則換算結果如下表所示。

表3 標準數值與承水口面積換算表

（2）降水誤差的訂正

搜集歷年人工站與自動站降水量數據，以及目前自動站降水運行狀況，計算降水百分誤差。

通過計算，如果在降雨量≤10mm時的降水誤差在+0.4mm范圍（系統性誤差允許范圍）內的話是無需調整的，否則應進行測站的調整，調整后重新校準。如果超過上述范圍的話，必須仔細檢驗兩類測站的設備，出現問題，必須及時調整修護，之后再進行觀測差異分析與檢驗。

3 結論

雖然自動站在提供雨量累積量等數據方面還存在缺點，但是自動測站采用綜合觀測儀器對觀測數據進行自動實時采集、計算處理與存儲，能夠連續自動測量各要素，其測量結果比人工觀測更客觀、科學、準確，并能進行實時記錄，更接近水位變化實際情況。※