实测降水与自动站降水的对比分析

摘 要:自动与人工两种雨量观测由于观测方式和仪器构造的不同所获得的雨量数据存在差异。从仪器原理和实际应用两个方面对自动雨量传感器数据误差存在原因进行比较分析,从中找出原因,从而减少误差,保证两种观测方式所取得的观测数据具有代表性、准确性、比较性,为天气预报、气象信息、气候分析等提供可靠的依据。

关键词:自动 人工 雨量观测 数据差异

中图分类号:P41 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0016-01

目前,在气象地面观测中,大部分气象要素都已实现自动化观测,雨量也是如此,然而,由于自动雨量传感器本身构造上的原因,虽然雨量传感器已经正式使用了多年,但在实际的观测工作中,会发现一些时候两者所测数据存在差异。为了对这些差异进行分析,提高数据的精确度,对自动雨量传感器的工作原理、产生数据差异存在原因等进行分析比较,对其存在误差原因提出解决办法,使自动雨量传感器获取的数据能更好的使用。

1 各类雨量仪器工作原理

1.1 人工站

雨量器由雨量筒(含20cm的正圆形承水器、储水瓶和外筒)与量杯组成,雨量筒包括承水器、储水瓶和外筒,以收集降水量。量杯为一特制的有刻度的专用量杯。到一定量或定时观测时,由人工进行测量。

1.2 自动站

自动雨量传感器。主要由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗和调节螺钉、干簧管组成。承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗,当雨水积到一定量时,由于水本身重力作用使上翻斗翻转,水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时,就把不同强度的自然降水,调节为比较均匀的降水强度,以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗),计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗,使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时,与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样,降水量每次达到0.1mm时,就送出去一个开关信号,采集器就自动采集存储0.1mm降水量。

2 自动站数据误差存在原因

自动站的雨量传感器主要存在以下四个反面的误差:

2.1 雨量传感器定位基点漂移产生的误差

雨量传感器中计量翻斗的两侧装有一对定位螺栓,这对螺栓间的距离是测量降水量的基础,距离过大或过小,都会影响计量翻斗的翻转倾角,使翻斗矩发生变化,翻斗力矩的改变使斗内盛水量改变。倾角大,盛水量多,反之就小。在日常使用中,定位螺栓由于翻斗的经常碰撞而导致两个螺栓之间距离的改变,进而导致测得降水量的不准确。解决这一误差的方法是:定期(一般为一个月)对雨量器进行自身排水量与计数、记录值相比。如出现异常,应及时按照说明书对定位螺栓进行调节。

2.2 雨量传感器关键元件(磁钢扫描干簧管)引入的测量误差

因计数翻斗中的磁钢扫描干簧管一次,开关信号发送一次,代表产生了0·1mm的降水量。若干簧管元件失常,发生多发送信号、漏发或不发送信号,就会出现雨量异常现象。只需更换干簧管就可解决这一误差。

2.3 维护保养不及时产生的误差

整套翻斗中都是有机械构成组成,在室外容易受到外界因素的影响,如承水口被灰沙、树叶、草叶和昆虫等堵塞;在雨量筒内部可能结有蜘蛛网等原因均会造成测量误差。日常工作中加强对自动雨量传感器的维护保养就可消除这一误差。

2.4 本身结构产生的固有误差

根据雨量传感器的原理:降水通过承雨器进入上翻斗,然后进入汇集漏斗。通过汇集漏斗的节流管注入计量翻斗,当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗),计量翻斗翻倒,把水倾倒入计数翻斗,使计数翻斗翻倒一次。磁钢既对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而闭合,输送出去一个开关信号,采集器就自动采集存储0.1mm降水量。这个设计本身并没有什么问题,然而降水是一种持续性的天气现象,而翻斗每翻动一次都需要一定的时间,在翻斗每一次翻动的过程中,都会流失少量的降水。虽然一次翻动时间很短暂,但累积起来仍然是很可观的。尤其在降水时间越长、降水量越大的情况下,损失的降水量就越多,自动雨量传感器测量出的降水量跟实际降水量的误差就越大。通过对其的构造原理进行分析发现,这种误差虽然无法消除,但是由于翻斗翻动一次所用的时间是固定的,那这种误差就应该是一个恒定的系数。

本站经过长达两年的实测降水和自动站降水对比观测。期间共取得降水样本387次,其中降水量达0.1mm以上有研究价值的231次。对其进行对比分析。通过研究发现,降水量

3 结语

自动与人工雨量观测数据的差异是多种原因造成的。这些原因包括仪器的工作原理、日常维护和人为因素等等。从比较分析情况可以看出人工观测雨量获取数据在对比上较优于自动观测雨量。虽然自动站雨量观测在提供雨量累计量方面还有缺点,但它能及时提供雨量信息,作为天气预报上使用是有优越性的,因此在工作中只要做好日常的维护,通过科学的计算方法尽量把误差消除。就能获取具有准确性、真实性和代表性的气象资料,从而进一步提高天气预报准确率。

参考文献

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