乐亭自动站与人工观测降水量的差异对比
自动气象站与人工观测的数据对比分析
订正后 才得 出本 站气 压 且 一直 沿 用 旧 的计算 公 式 ， 该公式 计算 的重力 加速 度有 较大 误 差 ，０４年颁 布 ２０
所用 资料取 自 ２ ０ ０ ３年 １月 至 ２ ０ ０ ４年 １ ２月兖
州市 气象局 自动气象 站与人 工站平行 观测 期间 的地
动采集 、 传输 、 和存储 ， 计算 确保 了地面 自动气象 站业 务 的正常运行 和气候 资 料 的连续 使用 ， 保证 了 自动
站采集资料与人工观测资料有机衔接 。
１ 基本 资料
不同而带来 的气压差为 ０ Ｏ ～０ ０ ２ｈ ａ ； 自 ．１ ．１ Ｐ 【 ③
动站 的气压传 感 器直 接 测 出本 站 气压 ， 它是 在计 量
《 地面气象观测规范》 后才采用新 的重力加速度公
式：
‰ ． ＝ ＾ ． ０— ３． ８ × １ 一 ｈ ＋ ０６ ０。
面气象资料 。自动站 观测数据为正点时刻观测值 ， 人 工观测 数据取 自正点 前 １ ｎ的某 个 固定 时刻 。 ５ｍｉ
２ 各气 象要素差值 分析
１ １ ８×１ 一（ ．１ ０ ｈ—ｈ ）
如 ． ９ ８６ ０＝ ．０ ２×ｌ １—２ ６ ４ ．４ ２×１ 一ｃｓｃ ０ ｏ２ｏ＋ ５ ８×１ — （ｏ２ ． ０ ｃｓ叫）］
各要素差 值定 义为 ：ｚ＝人 工 站数 值 一 自动站 △
作名ａ－ ： ｆ 介 王晓默 ， ，９３年牛 ， ｒ ， ￣ 男 １８ 助理工程师 ， 主要从事地面测报工作 ， ｍａ ： ｍ７ ６ １９ ２ ６ ｃｏ ｍ Ｅ ｉ ｗｘ １８ ３ ０ ＠１ ３ ｌ
维普资讯
第 ３ ５卷第 ４期
自动站与人工站降雨量对比偏差的原因分析
斗，在 降水到达贮水瓶前 ，降水通过 承水器 的承接 ，
经 过漏 斗，而现用雨量器 的承水器、漏斗，也是雨量 出现偏差 的原 因之一 。雨量器承水器的 口缘 与翻 斗雨 量传感器 的 口缘有很大 的区别 ，雨量器承水器 口缘 是
东 北风 ，对于人工站雨量器而言 ，仪器对 雨量 的分量 影 响，只有最中间的百叶箱对其产生影 响，而 自动站
雨量却受 到了百叶箱、风杆和采集箱 的共 同影 响，风 力越大影 响越 大。经过 对 比分析 ，我站仪器的这种布 局会造成人 工站 雨量值 比 自动站雨量值偏小 ，北东北 风风力越大 ，降雨过程越长 ，差值越大 。
７ ｏ 中 高 ｌ 术 ２ 阖 素技 ｝ ２ １ １ ０ ２ｏ
条 比较大 的接缝 。当遇强降水时，水滴 的四溅造成雨
滴溅入接缝处 ，造成雨量在接缝处残 留或溅 出，残 留
雨量存 留在承水器与漏斗之间的接缝处，量多时可达
０ ２ ． ｍ ，溅 出的水滴顺着 储水 筒的 内壁流 到筒 ． ～０ ３ ｍ 底存 留 ，筒 底这 部分雨 量会 因 降水越 强流 入的雨 量
稍微往内弯 曲的，而 自动站雨量传感器的 口缘是垂直 正切的 ，在降水 不受外 力因素 （ 多指风力 ，当风力相
对较 小时 ）影响 的情 况下 ，２ 承 水器 承接 的降水 个 量是 一致 的 ，但受 到外力 （ 多指风 力 ）影 响时，２ 个 承水器承接 的降水量就会产生差异 。例如 ：降水时受
测雨量 出现偏差的原因进行多方面的分析 。
自动站与人工站降水差值的原因分析
数 翻斗 和调节 螺 丝 、 干簧 管等 组成 ． 从感 应 器 的构 造 器测得 的逐 时 、 逐 日月 降水量 。 人 工站 每小 时虹 吸式 看 出 ， 翻 斗是 它 的 主要 构 成 部件 ， 虽 然 翻 斗很 灵 敏 ， 雨 量 计 降 水 量 资 料 和 雨 量 器 实澳 ４ 的 逐 日降 水量 资 基 本上 消除 了 翻斗 翻转 的时 间误 差 ．但 是 由于翻 斗
不 过 仍需 长 时 间 的对 比观测 ． 分 析 总 雨水 会 慢慢 下滴 ． 使虹 吸 管不 虹吸 或虹 吸过 慢 。 若 虹 站 的技 术 指标 ． 以便 找 出差 值及 原 因 ， 便 于不 断改进 。 吸 管与 浮 子室 侧 管连 接不 紧 密 ． 会 漏 水 或漏 气 ， 影 响 结 ．
料。
降水 资料 采 用青 海省 现有 自动 气 象站 雨量 传感
太 小 ．并 且 ０ ． １ ｍ ｍ 的降水 需经 过三 次翻 转才 能传 到 值班室 ， 如果 降水 量大 ， 翻 斗需 多 次 翻 转 ， 沾 附 的 水 珠 也越 多 ． 造 成 降水 量 的损失 也越 大 ． 这是 遥测 值 低
人 工站 降水 资料 的差 异 ．并对 产生 差值 的原 因及改 心操作 ， 准 确读数 ， 尽 量使误 差减 小到 最低 限度 。
进 方案 进行探 讨
２ 资 料
３ ． ３ 仪 器 构 造 方 面 的 原 因
自动 雨量 传感 器 采用 翻斗 式遥 测雨 量传 感 器测 量液 体 降水 ， 感应 器 由承水 器 、 上 翻斗 、 计量 翻 斗 、 计
实测降 水量 指通 过雨 量器 实测 的降水 量
机会 随之 增加 。每 次量 取 ． 还会 存在 视线 误 差 ． 若 在
自动气象站与人工站观测数据差异原因分析
自动气象站与人工站观测数据差异原因分析【摘要】根据自动观测仪器和人工观测仪器的结构、原理及获取气象数据的方法，结合台站在实际应用中的具体情况，解析两者差异及误差的根本原因，并对自动观测和人工观测两种观测模式的优缺点进行对比，提出确保自动观测数据“三性”的措施。
【关键词】自动站人工站差异误差分析我国是最早进行气象观测的国家，很早就进行了风、云和雨的观测，但最初只是一些经验性的，并没有定量性的观测。
随着科学认识和技术的发展，观测气象要素的仪器相继出现，促进了气象站的建立和气象网的形成。
最初的地面观测仪器，由于结构较为简单，操作也比较方便，仪器本身比较稳定，故障率低，价格较为便宜，故一直沿用至今。
但由于制作仪器的工艺、所采用的材料、仪器的机械误差和人工观测中人为的因素的影响，故所观测的资料精度不够高。
且用这些仪器观测，时间密度有限，观测员的劳动强度大，出错的几率也大。
随着技术的进一步发展，地面气象观测的测定方法日趋多样化，逐步从人工观测向直接感应的观测方法过度。
逐步建立了自动观测气象站，成立了自动气象站网。
1 自动观测与人工观测数据差异原因分析气象观测在测定气象要素时，采用的是间接测量的方法。
自动气象站与人工站是采用两种不同的测量方法和技术，即使在仪器完全正常和性能良好的情况下，观测所得的数据绝大多数还会存在些差异。
自动观测与人工观测数据的差异主要是因为两者在观测仪器的原理、观测的时间和观测的样本等方面存在不同，因此必然存在着不可避免的差异。
抛开仪器性能的差别不说，单从观测的时间和观测的数据样本就差别很大。
人工观测在规定的几分钟内进行读数，而自动站有采集器时钟定时采集，时间上的误差仅在几秒钟之内；人工观测数据样本不可能进行得太多，每次进行一次读数，每天观测次数有限，而自动站采集数据，时次可以很密，采样速率可以达到秒级。
比如压、温、湿等每分钟采样6次，去掉最大值和最小值，求4次算数平均。
风速、风向每秒钟采样一次，以1秒钟为步长，求算出3秒钟、1分钟和2分钟的滑动平均值，再以1分钟为步长，求算出10分钟的滑动平均值，这就比人工观测精确得多。
地面人工观测与自动观测数据对比情况分析
１ ３ 降 水 ．
降水采用 虹吸雨量 计与遥测 雨量计 的观测进 行
对 比分析 ，通 过对 比发 现 出现 差异次数 比较 多 ，统
来 的大气压强 与 自动站硅 电容压力传感 器测 出来 的
大气 压强数值 非常接 近 。
１ ． ｍｍ ，差 异 值 为 １ ％ ，从 表 ３中 可 以 看 出 ，自动 ３１ １
观测 降水量都 比人工 观测虹 吸雨 量计普 遍偏 多 。
表 ３ 百 色人 工 观 测 与 自动观 测 降 水 差 异统 计 表 月 份
月 差 异 总数
１
１１
０
０
０
０
１
—１ ０
摘 要 ：对百 色 地 面 气象 观 测 站 ２ ０ ０ ４年 １月至 ２０ ０５年 １ 月 人 工 观 测 和 自动 观 测 气 象要 素 对 比情 况进 行 分 析 比较 。 ２ 关键 词 ：地 面 观测 ；数 据 对 比 ；分 析
分 析标准 ：以 国家监 测 网络 司下发 的 自动站 与 人工站 数据差异 对 比标 准为标准 ，达 到以下对 比差 值视 为异常 。 定 时观测 值 ： 气 压 ：大 于或等 于 ０ ８ Ｐ ．ｈ ａ 气温 ：大 于或等 于 １ ０Ｃ ． 风 速 ：大 于或等 于 １ ０ ｓ ． ｍ／ 过程降水量 ：大 于或等 于 ４ 地 面 日极 值 ：大 于或等 于 ２ ０Ｃ ． 浅层 地温 ：大 于或等于 １ ５ ． Ｃ
Ｄ ｃ ２ ０ ｅ ．０ ７
文 章 编 号 ： １ ７ — ４ １ （ ０ ７ 增 刊 Ⅲ一０ １ ０ ６ ３８ １ ２ ０ ） ０ １－３
自动观测与人工观测降水量差值原因分析及解决方法
自动观测与人工观测降水量差值原因分析及解决方法摘要：从一年中的几次具有代表性的降水过程对比分析了过程雨量资料，讨论了自动观测雨量资料和人工观测雨量资料的具体差异情况，并作简要分析，提出了相应的解决方法，消除二者差异，为更好地使用自动站资料提供建议和依据。
关键词：自动观测；人工观测；过程雨量；差异分析十堰市气象局于2006年装备了自动气象观测站，从2008年正式运行至今，积累了大量宝贵的气象各要素资料，在此通过对压、温、湿、风、降水等要素的自动站与人工气象站的观测数据对比分析，反映出各要素不同的观测方式二者之间存在一定的差异，其中自动站降水量比人工观测降水量偏大明显。
笔者就对该站2011年自动站与人工站观测的降水资料进行统计对比，并分析两者差异的原因，以便为更好地使用自动站资料提供建议和依据。
1、降水量观测差值比较从2011年汛期（5～8月）各类降水日数中选出具有代表性的几次降水过程的自动站和人工观测降水量资料进行对比分析：从表1中看出，自动站与人工站观测存在差值，这个差值均为负值，人工观测比自动站观测降水量平均少1.0mm，且过程降水量越小，差值越小，过程降水量越大，差值就越大。
2、原因分析2.1 观测时间的不同步自动站采集器采集降水量的时间为正点即60’，这个时间是非常精确的，而人工观测的降水量时间一般在正点前50’～52’，时间相差近10min，即使同一个人在允许的时间误差范围内，2次观测数据也不可能完全相同，一次降水过程，每次定时观测数值相差较大，但降水总量却差别不大，就是因为时间不同步造成的。
解决方法：在人工观测降水量时，尽量靠近正点观测，争取和自动站数据采集器的时间非常接近。
2.2 人为的读数误差自动站记录的降水量是一个自动的连续的过程，没有人为的读数误差，而人工站由于在02：00、08：00、14：00、20：00的发报需要，必需要多次量取过去6h定时降水量，这样就容易出现误差，而且在每次量取，还存在视线误差，若在量取时不细心，未把储水瓶的水倒干净，则会有更大误差。
自动站与人工站雨量对比分析
雨量 采集 持续 到正 点 ，人工 观测 与 自动采集 时 间有 差 异 ，当降雨 较大 时 ，两者 的 日雨量 就会有 较 大 的
误差 。
的 ，占总数 的 ６ ． 。随着 降水 量级 的增 大 ， 自动 ８７
站 雨量 大于人 工站雨 量 的次数 增多 。
４ ３ ４ 仪 器 误差 自动 站雨 量 采集 是 靠 翻斗 扫 描 ．．
雨 量小 于 ５ Ｏ ． ｍｍ 时 ， 自动站 与 人工 站 雨 量 引起 误 差 ，大多数 是 由人工 站雨 量大 于 自动站 雨量 而引起
有少 量 的降水 滞 留或 附在储 水瓶 内 ， 雨量偏 小 ， 使 在 低量 级 降水 中也容 易产 生误 差 。
４ ３ ３ 异 时误 差 当 ２ ．． ０时观测 有雨 时 ，人 工 站 的 降水 观测 一般 在正 点前 十分 钟左 右进 行 ，而 自动站
和保 证 。在 自动站 的运行 与人 工 站观 测资 料对 比过
２ 各 量 级 降水 误 差 统 计 分 析
对 ２０ ０ ４年 至 ２ ０ ０ ６年 凤 山 自动 站各 量 级 降水 １ ３
数进 行 统计 ， 表 １中看 出 ， ０ ４ 至 ２ ０ 从 ２０ 年 ０ ６年 的降 水总 １数 为 ４ ８天 ，出现 自动 站 与人 工站 雨 量误 差 ３ ４
主要 出现 在降 水量 小于 ５ Ｏ ． ｍｍ 的量级 中 ， 随着降 且
雨 量 级 的增 大 而减 少 。
表 １ ２ ０ ￣２ ０ ０ ４ ０ ６年 自动 站 各 级 雨 量 出现 日数 及 误 差 统 计 表
３
．
差 分 异析
根据 资料 统计 表 明 ，引起 自动站 与人 工站 雨量
３ 、５ 、１和 ０天 ， 中在 １ ０ 、６ 其 、２级 降雨量 级 中 ， 人 工站 雨 量 大 于 自动 站 雨 量 引 起 的误 差 占 ７ ． ％和 ５３
自动站与人工观测降水量的差异对比分析
设及 资料 积 累 和气 候 分 析 。 文 章 就 该 站 的 自动 站 和 人 工 观 测 的 降水 量 资 料 进行 对 比分 析 ， 找 出造
成 两 者 差 异 的 原 因及 解 决 措施 ，以提 高 降水 量 资 料 的准 确 性 。 １ 资料 来 源 与 处 理方 法
有 代表 性 ，故选取 有 效样本 ６ ０ ９组进 行对 比分 析 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ ． ２ ７
其 中 和 ，分别 为第 ｉ 次 自动 站观 测 和 人 工 观 测 的 降水 量 值 ，ｉ 分 别 为某 年 、某 月 或 某 日。 降 水 量 误 差 百 分 率 直 接 反 映 了 自动 站 和 人
作 者 简 介 ：熊 丽 （ １ ９ ８ ２ 一） ，女 ，贵 阳人 ，本科 ，助理 ｌ ： 程师 ，主 要从 事地 面测 报丁 作 。
表 １ ２ ０ ０ ６ －２ ０ １ ０年 自动站 与 人 工观 测 降 水 量差 值 百 分 率
％
从 表 １可 以看 出 ，２ Ｏ ０ ６ —２ ０ １ ０年 自动 站 与 人 工 观 测 的年 降水 量 差 值 百 分 率 分 别 为 １ ． ４ ％， ２ ． １ ％， １ ． ４ ％ ，１ ． ５ ％和 ３ ． ４ ％，全 部 符 合 自动 站 降 水量 数据 质 量评 估 标准 （ 土 ４ ％） ；５年 中有 ４ ８ ％ 的 月 降 水 量 差 值 百 分 率 在土 ４ ％以 内 ； 自动 站 测 量 的月 降 水 量 多 数 时 间 比人 工 观测 值 偏 大 ，其 中 ， 有４ ６个 月 自动 站 雨 量 测 量 值 大 于 人 工 观 测 值 ， 占７ ７ ％；有 １ ０个 月 自动 站 雨 量 测 量 值 小 于人 工
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乐亭自动站与人工观测降水量的差异对比摘要通过对唐山市乐亭县自动站与人工观测降水量数据的年、月、日差值百分率的对比分析，结果表明二者之间存在差异，但符合气象对比观测资料的评估标准，本文对造成差异的原因进行了分析，目的在于让观测员提高责任心，减少人为误差，提高资料准确性。
关键词自动站；人工站；降水量；差值百分率
中图分类号p49 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）39-0097-02
降水量是衡量一个地区在某个时段内降水多少的数据，它的多少是影响农业生产的重要条件，数据的准确性是指导农业生产的重要依据和保证气象资料可用与否的重要保证。
乐亭观测站于2003年1月安装了caws600-se自动气象站（简称自动站），并一直进行着自动站和人工站降水资料的并行观测。
本文对乐亭自动站与人工观测降水量资料进行对比分析，发现二者之间存在差异，特别是强降水或是降水量大时，差值较大，降水量较小时，特别是降水量小于1.0mm时，差值百分率较大，差值与差值百分率不成正比。
并对造成这种差异的原因进行了分析，以减少以后工作中的人为误差。
1 资料与方法
1.1资料来源
所用资料取自乐亭国家基准气候站2005年~2010年4月~10月自动站与人工观测降水量2套资料，自动站雨量为雨量传感器资料，人工观测雨量为雨量筒资料。
1.2 资料处理方法
对自动站和人工观测的降水量资料按照年、月、日分别进行统计整理，保证资料完整无缺，剔除自动站记录因缺测用人工站记录代替的日期。
根据气象上对比观测资料的评估原则，分别统计计算降水量差值、差值百分率；降水差值为xi=ai-ui，其中ai和ui,分别为第i次自动站和人工观测的降水量值；降水量差值百分率为：yi=(ai-ui)/ai*100%（1）
式中，i分别为某年、某月或某日。
降水量差值百分率直接反映了自动站和人工观测值之间的相对偏差，降水量差值百分率应在±8%之内，否则被认为偏差超出正常范围。
2 降水量差值百分率
2.1年、月降水量差值百分率
根据公式（1）对乐亭站2005年~2010年（4月~10月）自动站与人工观测的年、月降水量差值百分率统计、整理，结果列于表1。
从表1看出，2005年~2010年（4月~10月）自动站与人工观测降水量年差值百分率在-1.3%~8.3%之间，除了2005年年差值百分率大于8%外，其它年均符合自动站降水量质量评估参考值±8%的标准，分析2005年y值超出质量评估参考值的原因，是因为10月降
水量偏小，差值过大造成差值百分率过大引起的；6年中只有2006年的y值为负值，即自动站降水量小于人工观测降水量。
二者的月差值百分率中，有88.1%的y值在参考值±8%以内，有4个月y值大于8%，占11.9%，自动站测量的降水量值基本比人工站偏大，其中有38个月自动站雨量测量值大于人工观测值（占90.5%），只有2006年的4、7月~9月偏小（占9.5%）。
各年的差值（x）在-0.9~7.3之间。
2.2日降水量差值百分率
根据公式（1）对乐亭站2005年~2010年（4月~10月）271个自动站与人工观测日降水量的有效样本进行统计、整理，结果列于表2。
其中各级降水量等级小雨（0mm~9.9mm）、中雨
（10.0mm~24.9mm）、大雨（25.0mm~49.9mm)、暴雨(≥50.0mm)的划分，是按照气象上降水量等级的划分标准划分的。
结果表明：日降水量差值百分率符合评估参考值标准的样本有206个，符合率为76.0%；中雨及以上（≥25.0mm）等级的降水样本有95个，其中81个样本符合评估标准，符合率为85.3%；大雨及以上（≥50.0mm）等级的样本有38个，其中34个样本符合评估标准，符合率为89.5%。
中雨及以上等级的自动站雨量值大于人工观测值的样本有80个，占84.2%；由此可见降水量越大，自动站雨量值大于人工观测值所占的比例越大。
从表2可知，各级降水量符合自动站降水质量评估标准的情况
是：小雨等级符合率为71.0%；中雨等级符合率为82.5%；大雨等级符合率为88.9%，暴雨（≥50.0mm）等级符合率为90.9%。
即暴雨等级自动站降水量资料符合质量评估标准的符合率最大，大雨等级符合率次之，中雨等级符合率占第三，小雨等级符合率最低。
统计中发现在小雨等级的176个样本中，日降水量在1.1mm~9.9mm的样本有115个，符合率为76.5%，日降水量≤1.0mm的样本有61个，符合率为60.7%。
由此可见降水量越小，符合率越低，即在所有这些不符合样本中，日降水量≤1.0mm的样本占的比例最大。
3产生差异的原因分析
3.1观测时间不同步
自动站采集器采集的降水量为正点即00min的数据，这个时间非常准确；而人工观测的降水量时间一般在53min~60min之间。
观测时间的不同步，造成二者降水量之间存在差异，特别是观测时正下大雨时，观测过程中雨量的损失，会产生较大的对比误差。
一次降水过程，每次定时观测数值相差较大，但降水总量却差别不大，就是因时间不同步造成的。
3.2数据的采集方式不同
自动站采集降水数据用的是翻斗式雨量传感器，传感器的计数翻斗翻转十分灵敏，其翻转过程较快，基本消除了翻转的时间差，纯属器测，且记录降水量是一个连续的过程；而人工站的降水量则是由观测员通过量杯来进行测量，人工测量过程中常有部分水珠黏
附在储水瓶及雨量杯上，从而导致自动站雨量测量值大多比人工观测值偏大，并且由于服务需要，有时需要多次量取，量取的次数越多，误差也就越大。
3.3 人为读数误差
自动站雨量传感器采集降水量是一个连续的过程，没有人为读数误差；而人工观测由于工作人员不够细心、操作不规范、视差、误读等原因，常常导致数据误差，若在人工量取降水量时，未把储水瓶内的水倒干净，会有较大误差。
4结论
尽管自动站与人工站所测降水量存在差异，但基本上符合降水量质量评估参考标准。
从导致二者差值的原因可知，为了确保自动站降水测量值的准确性，要求观测员在实际工作中严格按照规范做好仪器的维护，时刻保持储水瓶内壁的洁净，以减少水分的附着，并且每天做好仪器的对时工作，保证采集时间的准确；同时尽量减少人工雨量观测与自动站雨量测量的时间差，规范操作、杜绝人为误读，以便取得更为准确的气象资料。
参考文献
[1]中国气象局地面气象观测规范[m].北京：气象出版社，2003.
[2]胡玉峰.自动站与人工观测数据的差异[j].应用气象学报，2004，15(6)：719-726.
[3]《对比观测期间监测资料评估技术方法》国家气象中心气候
资料中心.。