樂亭自動站與人工觀測降水量的差異對比

高英杰，鄭胲泉

樂亭縣氣象局，河北 樂亭 063600

降水量是衡量一個地區在某個時段內降水多少的數據，它的多少是影響農業生產的重要條件，數據的準確性是指導農業生產的重要依據和保證氣象資料可用與否的重要保證。

樂亭觀測站于2003年1月安裝了CAWS600-SE自動氣象站（簡稱自動站），并一直進行著自動站和人工站降水資料的并行觀測。本文對樂亭自動站與人工觀測降水量資料進行對比分析，發現二者之間存在差異，特別是強降水或是降水量大時，差值較大，降水量較小時，特別是降水量小于1.0mm時，差值百分率較大，差值與差值百分率不成正比。并對造成這種差異的原因進行了分析，以減少以后工作中的人為誤差。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用資料取自樂亭國家基準氣候站2005年～2010年4月～10月自動站與人工觀測降水量2套資料，自動站雨量為雨量傳感器資料，人工觀測雨量為雨量筒資料。

1.2 資料處理方法

對自動站和人工觀測的降水量資料按照年、月、日分別進行統計整理，保證資料完整無缺，剔除自動站記錄因缺測用人工站記錄代替的日期。根據氣象上對比觀測資料的評估原則，分別統計計算降水量差值、差值百分率；降水差值為Xi=Ai-Ui，其中Ai和Ui,分別為第i次自動站和人工觀測的降水量值；降水量差值百分率為：

式中，i分別為某年、某月或某日。降水量差值百分率直接反映了自動站和人工觀測值之間的相對偏差，降水量差值百分率應在±8%之內，否則被認為偏差超出正常范圍。

2 降水量差值百分率

2.1 年、月降水量差值百分率

根據公式（1）對樂亭站2005年～2010年（4月～10月）自動站與人工觀測的年、月降水量差值百分率統計、整理，結果列于表1。

表1 2005年～2010年自動站和人工觀測降水量月、年差值百分率

從表1看出，2005年～2010年（4月～10月）自動站與人工觀測降水量年差值百分率在-1.3%～8.3%之間，除了2005年年差值百分率大于8%外，其它年均符合自動站降水量質量評估參考值±8%的標準，分析2005年Y值超出質量評估參考值的原因，是因為10月降水量偏小，差值過大造成差值百分率過大引起的；6年中只有2006年的Y值為負值，即自動站降水量小于人工觀測降水量。二者的月差值百分率中，有88.1%的Y值在參考值±8%以內， 有4個月Y值大于8%，占11.9%，自動站測量的降水量值基本比人工站偏大，其中有38個月自動站雨量測量值大于人工觀測值（占90.5%），只有2006年的4、7月～9月偏?。ㄕ?.5%）。各年的差值（X）在-0.9～7.3之間。

2.2 日降水量差值百分率

根據公式（1）對樂亭站2005年～2010年（4月～10月）271個自動站與人工觀測日降水量的有效樣本進行統計、整理，結果列于表2。其中各級降水量等級小雨（0mm～9.9mm）、中雨（10.0mm～24.9mm）、大雨（25.0mm～49.9mm)、暴雨 (≥ 50.0mm)的劃分，是按照氣象上降水量等級的劃分標準劃分的。結果表明：日降水量差值百分率符合評估參考值標準的樣本有206個，符合率為76.0%；中雨及以上（≥25.0mm）等級的降水樣本有95個，其中81個樣本符合評估標準，符合率為85.3%；大雨及以上（≥50.0mm）等級的樣本有38個，其中34個樣本符合評估標準，符合率為89.5%。中雨及以上等級的自動站雨量值大于人工觀測值的樣本有80個，占84.2%；由此可見降水量越大，自動站雨量值大于人工觀測值所占的比例越大。

從表2可知，各級降水量符合自動站降水質量評估標準的情況是：小雨等級符合率為71.0%；中雨等級符合率為82.5%；大雨等級符合率為88.9%，暴雨（≥50.0mm）等級符合率為90.9%。即暴雨等級自動站降水量資料符合質量評估標準的符合率最大，大雨等級符合率次之，中雨等級符合率占第三，小雨等級符合率最低。統計中發現在小雨等級的176個樣本中，日降水量在1.1mm～9.9mm的樣本有115個，符合率為76.5%，日降水量≤1.0mm的樣本有61個，符合率為60.7%。由此可見降水量越小，符合率越低，即在所有這些不符合樣本中，日降水量≤1.0mm的樣本占的比例最大。

表2 各級降水量差值百分率符合參考值標準的情況

3 產生差異的原因分析

3.1 觀測時間不同步

自動站采集器采集的降水量為正點即00min的數據，這個時間非常準確；而人工觀測的降水量時間一般在53min～60min之間。觀測時間的不同步，造成二者降水量之間存在差異，特別是觀測時正下大雨時，觀測過程中雨量的損失，會產生較大的對比誤差。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，就是因時間不同步造成的。

3.2 數據的采集方式不同

自動站采集降水數據用的是翻斗式雨量傳感器，傳感器的計數翻斗翻轉十分靈敏，其翻轉過程較快，基本消除了翻轉的時間差，純屬器測，且記錄降水量是一個連續的過程；而人工站的降水量則是由觀測員通過量杯來進行測量，人工測量過程中常有部分水珠黏附在儲水瓶及雨量杯上，從而導致自動站雨量測量值大多比人工觀測值偏大，并且由于服務需要，有時需要多次量取，量取的次數越多，誤差也就越大。

3.3 人為讀數誤差

自動站雨量傳感器采集降水量是一個連續的過程，沒有人為讀數誤差；而人工觀測由于工作人員不夠細心、操作不規范、視差、誤讀等原因，常常導致數據誤差，若在人工量取降水量時，未把儲水瓶內的水倒干凈，會有較大誤差。

4 結論

盡管自動站與人工站所測降水量存在差異，但基本上符合降水量質量評估參考標準。從導致二者差值的原因可知，為了確保自動站降水測量值的準確性，要求觀測員在實際工作中嚴格按照規范做好儀器的維護，時刻保持儲水瓶內壁的潔凈，以減少水分的附著，并且每天做好儀器的對時工作，保證采集時間的準確；同時盡量減少人工雨量觀測與自動站雨量測量的時間差，規范操作、杜絕人為誤讀，以便取得更為準確的氣象資料。

[1]中國氣象局地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2]胡玉峰.自動站與人工觀測數據的差異[J].應用氣象學報，2004，15(6)：719-726.

[3]《對比觀測期間監測資料評估技術方法》國家氣象中心氣候資料中心.