自動站與人工站降雨量對比偏差的原因分析

李奎蘭 李飛龍 盧劍

摘要：自動氣象站是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設備，在自動站采樣獲得的總數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)占有量為0.1%，因此需要利用人工觀測數(shù)據(jù)與自動站觀測數(shù)據(jù)進行對比分析來識別自動站觀測數(shù)據(jù)的正確性，文章針對兩站雨量對比觀測中出現(xiàn)的一些常見偏差情況，結(jié)合經(jīng)驗，對自動站雨量與人工站雨量存在差異的原因進行分析。

關鍵詞：自動站；人工站；降雨量對比偏差

中圖分類號：P415 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）01-0072-03

自動氣象站（以下簡稱自動站）是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設備，在自動站采樣獲得的總數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)占有量為0.1%，因此需要利用人工觀測數(shù)據(jù)與自動站觀測數(shù)據(jù)進行對比分析來識別自動站觀測數(shù)據(jù)的正確性，本文對自動站雨量與人工站實測雨量出現(xiàn)偏差的原因進行多方面的分析。

一、儀器結(jié)構(gòu)引起的差異

（一）自動站雨量傳感器結(jié)構(gòu)引起的差異

自動站雨量的觀測，是使用雙翻斗雨量傳感器進行計量測量，當上翻斗承積的水量達到一定的數(shù)量值時，翻斗翻倒，另一半翻斗開始盛雨，降水從匯集漏斗的節(jié)流管注入計量翻斗，計量翻斗把降水傾倒到計數(shù)翻斗，使計數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次，也即為0.1mm的降雨量（也有的為0.5mm或1mm翻斗），在這個過程中，共有三次翻轉(zhuǎn)過程。當降水強度較強時，上翻斗、計量翻斗和計數(shù)翻斗由于慣性作用，即使雨量沒有達到0.1mm的量也可能出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，且強降水速度較快，從承水器下來的水有一定的沖力，這種沖力給雨量增加了重量，更加加速了翻斗的翻轉(zhuǎn)速度，使雨量值的偏大較大。當降水強度較弱或僅有微量降水時，即使降雨量已達到0.1mm的量，上翻斗、計量翻斗和計數(shù)翻斗由于沾附性作用，雨滴每經(jīng)過一次翻斗便會減少部分降雨量，最終造成了降雨量的偏小或滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（二）人工站雨量器結(jié)構(gòu)引起的差異

1．人工站雨量器與自動站雨量傳感器承水器口緣引起的差異。人工降雨量的觀測是通過雨量器進行承接降水，人工進行測量。雨量器由承水器、貯水瓶和外筒組成，而連接承水器和貯水瓶之間有一個漏斗，在降水到達貯水瓶前，降水通過承水器的承接，經(jīng)過漏斗，而現(xiàn)用雨量器的承水器、漏斗，也是雨量出現(xiàn)偏差的原因之一。雨量器承水器的口緣與翻斗雨量傳感器的口緣有很大的區(qū)別，雨量器承水器口緣是稍微往內(nèi)彎曲的，而自動站雨量傳感器的口緣是垂直正切的，在降水不受外力因素（多指風力，當風力相對較小時）影響的情況下，2個承 水器承接的降水量是一致的，但受到外力（多指風力）影響時，2個承水器承接的降水量就會產(chǎn)生差異。例如：降水時受風力影響，原本重直落下的雨滴就會隨風運動出現(xiàn)一定程度的傾斜下落，這樣就加大了雨滴落在承水器內(nèi)壁上的幾率，水滴碰撞到承水器內(nèi)壁后受反彈力的作用，會濺向四面八方，往上濺出的水滴，由于自動站雨量傳感器承水器的口緣是垂直正切的，濺出水滴高于承水器口緣的高度時，往往受風力的作用飄離承水器，得不到計量。而人工站雨量器承水器的口緣是稍微往內(nèi)彎曲的，就會將往上濺出的水滴擋住流回筒內(nèi)，這種不同的構(gòu)造也是造成雨量差異的原因之一。

2．人工站雨量器承水器與漏斗之間接縫引起的差異。人工站雨量器的承水器與漏斗之間并不是連成一個整體的，可以進行拆洗，相對而言就有了一條比較大的接縫。當遇強降水時，水滴的四濺造成雨滴濺入接縫處，造成雨量在接縫處殘留或濺出，殘留雨量存留在承水器與漏斗之間的接縫處，量多時可達0.2～0.3mm，濺出的水滴順著儲水筒的內(nèi)壁流到筒底存留，筒底這部分雨量會因降水越強流入的雨量越多，而測量雨量時，儲水筒筒底的雨量就會得不到測量，這樣就造成了雨量偏小。而微量降水時，雨量慢慢成滴順著承水器內(nèi)壁緩慢流入漏斗，經(jīng)過接縫處，一部分會滴入漏斗直接流入儲水筒，而另一部分會沾在接縫處慢慢累積，造成殘留，量多時可達0.05～0.1mm，在承水器與漏斗接縫處的殘留量往往會因為拿開承水器測量降雨量時丟失，造成降雨量偏小，測量次數(shù)越多，降雨量的偏小就明顯。

3．人工站雨量器整體構(gòu)成材料引起的差異。人工站雨量器整體的構(gòu)成材料，具有很強的粘附性，不管雨大雨小，雨滴打到內(nèi)壁上，就容易造成雨滴粘附，經(jīng)常可看到整滴的雨滴掛在內(nèi)壁上，不管如何晃動，仍粘附如故，無法流入儲水瓶中，使雨量得不到測量而使降雨量偏少。自動站雨量傳感器承水器的構(gòu)成材料卻沒有發(fā)現(xiàn)這種情況。

二、天氣條件和儀器布局造成的差異

（一）天氣條件影響造成的差異

大氣環(huán)流的存在并不是均勻存在的，而是因為地理環(huán)境、經(jīng)緯度的差異有著不同的區(qū)別。本站地處小山頂上，在西北面和東北面均有一條大山脈，在北東北方向就形成了一個冷空氣下滑的出口，是本站最多風向為北東北風的主要原因。雷雨季節(jié)，雨帶隨著山脈走，即使是僅有幾米相隔的二個測量器之間，也可能會造成雨量下降的分布不均。西北面的降水，隨著山脈移動，雨帶布及只到人工站雨量器，而東北面的降水，隨著山脈移動，雨帶只布及到自動站雨量傳感器范圍內(nèi)，即使都有降水了，也會因為降水中心及周邊降水的時空分布密度不一致造成差異。當人工站雨量值和自動站雨量值差值大時，根據(jù)雷暴的移動路徑來判別雨帶的移動路徑和密度，進而分析是否對雨量值產(chǎn)生影響。我站曾試過先在人工站雨量器先產(chǎn)生降雨，幾分鐘或十幾分鐘后才移到自動站雨量傳感器。

（二）儀器布局造成的差異

根據(jù)規(guī)定觀測場內(nèi)儀器的布置是東西排列成行，南北布設成列，相互間東西間隔不小于4米，南北間隔不小于3米，高的儀器安置在北面，低的儀器安置在南面，所以人工站雨量器與自動站雨量傳感器之間距離可達8米以上，且二個測量儀器的北面都有百葉箱，人工站雨量器的北西北面有風桿，而自動站雨量傳感器的北東北面有采集箱和風桿。降南風雨時，降雨量的差異不太明顯，但降北風雨時，由于儀器的阻擋，就會造成雨量的分量，風力大時分量還沒落到地面，就在雨量器或雨量傳感器上空匯集，雨滴突然加重落入雨量器或雨量傳感器中，其實吹正北風，降雨量的差異也不會太明顯。雖然人工站雨量器安裝跟自動站雨量傳感器的布局基本一致，但由于我站盛行北東北風，對于人工站雨量器而言，儀器對雨量的分量影響，只有最中間的百葉箱對其產(chǎn)生影響，而自動站雨量卻受到了百葉箱、風桿和采集箱的共同影響，風力越大影響越大。經(jīng)過對比分析，我站儀器的這種布局會造成人工站雨量值比自動站雨量值偏小，北東北風風力越大，降雨過程越長，差值越大。

三、人工測量造成的雨量偏差

人工測量雨量易造成雨量誤差，這種誤差也是造成人工站雨量與自動站雨量存在差異的原因之一。主要有測量儀器造成的誤差，由于測量儀器有一定的精確度，人工進行測量雨量時，會引起偏差。其次是操作誤差，在測量雨量時，雖已嚴格按照規(guī)定進行操作，但仍會造成一定的誤差存在，這個誤差可大可小，測量雨量值時一定要認真細心。再次是測量次數(shù)，隨著測量次數(shù)的增多，儀器誤差和操作誤差的總誤差就偏大，降雨量的失真就越大。

四、巡視儀器時造成的偏差

嚴格按照規(guī)定巡視儀器，是每個觀測員都必須認真做好的工作。下雨天巡視儀器尤其重要，巡視時一定要注意風向的吹向和雨勢，如果風力、雨勢都很大，在做必要工作時一定要注意雨傘是否對儀器有遮擋，雨傘上的雨量是否滴落到承水器中，人站的位置是否對雨量造成了影響，特別是吹北東北風時，雨傘和人的位置造成的影響就會很大，在下大雨時對雨量進行測量，動作一定要迅速、準確。降雨過程連續(xù)幾天時，巡視儀器造成的誤差也不容忽視。

五、結(jié)語

日常工作中，一定要嚴格按照要求做好儀器的維護工作，因為不到位的儀器維護，會造成數(shù)據(jù)失真。當某一降雨過程對比發(fā)現(xiàn)人工站雨量值與自動站雨量值相差太遠，除了通過以上幾點分析數(shù)據(jù)差值是否正確外，還要通過人工站的自記雨量值和蒸發(fā)對比雨量值來確定人工站雨量值是否錯誤，一般來說，人工站雨量值與自記雨量值、蒸發(fā)對比雨量值相差不大，如果數(shù)據(jù)分析均無誤時，數(shù)據(jù)是可用的，但由于以上的種種原因造成差值偏大，只要數(shù)據(jù)無誤，儀器正常，一般來說，我站均保留原值。2007年6月起我站安裝自動氣象站后，人工站降雨量值總會比自動站雨雨值略偏小（微量降雨除外，因為微量降雨往往由于人工觀測只需有0.05mm便可記錄為0.1mm，而自動站卻因為多重漏斗的關系造成雨量滯后超過2小時被刪除），長時間的降雨且吹北東北風較強時，人工站降雨量值會比自動站雨量值明顯偏小，有時甚至會超過規(guī)定差值，我們會繼續(xù)加強雨量值差值過大的原因分析，加強集體討論、交流，不斷的積累和總結(jié)經(jīng)驗，從而提高個人的業(yè)務水平處理能力。

參考文獻

[1] 徐明芳，等．自動氣象站維護與維修手冊[M]．廣西氣象局編印，2005．

[2] 宗曼曄，等．地面氣象觀測規(guī)范[M]．氣象出版社，2003．

[3] 黃理，等．自動氣象站數(shù)據(jù)異常因素分析[J]．氣象研究與應用，2009，（30）．

[4] 楊麗娟，等．自動站與人工站氣象要素偏差原因分析和處理[J]．氣象研究與應用，2009，（30）．

作者簡介：李奎蘭（1982-），廣西玉林人，廣西容縣氣象局監(jiān)測預警中心助理工程師，研究方向：大氣探測；李飛龍（1964-），廣西玉林人，廣西容縣氣象局監(jiān)測預警中心助理工程師，研究方向：大氣探測；盧劍（1984-），男，廣西玉林人，廣西容縣氣象局監(jiān)測預警中心助理工程師，研究方向：大氣探測。

（責任編輯：趙秀娟）