自动站记录与人工观测雨量测量误差原因分析
自动能见度仪测量值与人工观测值存在误差的原因分析
１ １ ２
气 象 研 究 与 应 用
３ ６卷
增刊 １ １
表 明从 总体 上看 ， 自动能见 度仪 观测 与人 工 观测 之
自动 能见 度观 测仪 在安 装 的过程 中 ．其 附近 既 要禁 止 出现强 反 光 的物体 ， 并且 也不 能 出现 障碍物 ，
考 虑吸 收 因子 的影 响 。能见 度仪 使用 红外 管 向大 气 中持续 发 出一束 红外 光 ， 该 红外 光 的 波长 为 ８ ７ ５ ａ ｍ． 大气 中体积 一定 的前 向散 射 光将会 通 过接 闪 器在 光 电传 感 器 的接受 面上 进行 汇 聚 ，并 将 光强 度转 化 为 电信号 ， 之后 再 将该 电信 号发 送 到计 算机 进行 采样 ．
比差值 为正 值 ， 夜 间 的对 比差值 为 负值 。 即在 白天 自
动 能见 度观 测仪 的测 量值 要大 于人 工观 测值 。而 在
夜间 ， 自动 观测 仪测 量值 要小 于人 工观 测值 ． 并 且 夜
间 对 比差值 的绝 对值 要大 于 白天 。 日 ６ — １ ７点 之 间 两种 能见 度 观 测 方 式 的误差 最小 ，零 时左 右及 正午 时分 的误 差相 对
能 见 度 仪 是 由微 处 理 器 控 制 的 综 合 了 温 度 测 量、 电容 降 水感 应 及 光学 前 向散 射 测量 的一 种 智 能
传感 器 。 该 仪器 通过 对前 向散 射 强度 的测 量 。 进而 对
气 象光 学 范 围的能见 度进 行 评估 。受 吸 收及 散射 的
影 响使 大气 中的光 出现 衰减 ，这 一现 象通 常不 需 要
白天能 见度 指 的是在 实 际天气 状 况下 ．视力 正
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量误差原因分析与处理
自动站与人工站降水量误差原因分析与处理摘要从由雨量传感器基点定位因素引入的测量误差,雨量传感器关键元件损坏引入的测量误差,雨量传感器机械原因引入的测量误差,因维护保养不及时引入的测量误差四个方面来分析自动站与人工站降水量误差原因分析与处理方法。
关键词自动站降水值;误差偏大;成因分析及处理方法1由雨量传感器基点定位因素引入的测量误差1)雨量传感器结构和测量原理。
雨量传感器的结构由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗等组成。
其工作过程是雨水由承水口汇集,进入上翻斗,上翻斗的作用是使降水强度近似大降水强度,然后进入计量翻斗计量,计量翻斗转动一次为0.1mm降水量,随之雨水由计量翻斗倒入计数翻斗。
在计数翻斗的中部装有一块小磁钢,磁钢的上面装有干簧开关,计数翻斗翻转时,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,就送出一个脉冲信号,采集器存储0.1mm的降水量。
自动气象站雨量的测量原理是由雨量传感器感应雨量的大小转化为干簧管输出的开关信号,经采集器处理后进入计算机,计算机软件按地面观测规范中雨量计算方法计算降水量大小,并按规定格式显示。
2)雨量测量误差成因分析。
降水量的测量是通过翻斗的翻动产生电信号得出。
设计中,翻斗每翻转一次,定义为0.1mm的降水量。
例如:降水量为10mm,计量翻斗应翻转100次。
当计量翻斗的翻转次数等于100次时,雨量测量中的降水量为10mm,雨量测量的计量值准确;若计量翻斗的翻转次数大于100次或小于100次时,则表示降水量大于10mm或小于10mm,雨量测量的计量值有误差。
这说明计量翻斗翻转次数的多少影响着雨量测量系统的计量准确度。
而影响计量翻斗转动次数快慢的是雨量传感器中计量翻斗的基点定位螺钉间的距离。
当基点定位螺钉间的距离越大,表明翻斗翻转时的时间长,翻转速度慢,翻转次数少,雨量测量值小。
反之,基点定位螺钉间的距离越小,表明翻斗翻转时的时间短,翻转速度快,翻转次数多,雨量测量值多。
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
自动站观测与人工观测降水误差的原因及处理方法
通 过 万 用表 是否 有信 号 产 生来判 断 干 簧管 是损 坏 还是 完 好 的． 同时 通过记 录实 际数 字来判 断干 簧管 是否 有连击 或漏 击 现 象。 当然 当干 簧管 出现 连击 情 况 时 万 用 表 上会 有 连 续 多 个信 号产 生 ， 若 是 漏击 则 是 万用 表 上无信 号 产生 ， 那 么这 时 就 应 该更 换干 簧管 来解 决误 差 。
定 的降 水 ， 并 做记 录 ， 用 万强 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 ． １ ｍｍ 时 。 使 计 数翻 斗 翻转 １次 ， 相 应 的磁 钢 扫描 １次 ， 干 簧 管 瞬 间 闭合 １次 ， 降水量每达到 ０ ． １ ｍｍ时 ， 就送 出去 １ 个 开关 信 号 ， 通 过二 芯 电缆 传 输 到 采集
截面 积ｘ Ｏ ． １ ｍｍ 高度 的降水 总量 。 而计 量 翻 斗 的基 点 定位 螺 钉 的 距 离是 影 响 计量 翻 斗 容 积 的 重要 因素 。 如 果 基 点 定 位 螺钉 间 的距离越 大 。 表 明其能 容纳 的降水 越 多 ， 同样 的降水 ， 计 量 翻 斗翻 转 次 数减 少 。 雨 量 测量 值 减 少 。 因此 ， 应保 证 基 点定 位调 节 的准确 。
动 气 象 站 中使 用 的 雨 量 传 感 器 会 出现 降 水 记 录 与 人 工观 测降水 记录存在 误差 的情况 。 该 文 阐 述 了 自动 气 象 站 雨 量 传 感 器 计 数 原理 ， 从仪器本身原因、 观测时间不同步 、 观 测 数 据采 集 方 式 不 同 、 维护 不 当和 人 为 因 素 等 方 面 分 析 自
自动站降水值误差偏大的成因分析和处理方法
自动 站 降 值 误 差 偏 大 的 Ｉ
成 因分 析 和 处 理 方 法
江 娟 ， 张 伟 丁 ， 铁 。
（ ． 山市 气 象局 ， １密 黑龙 江 密 山 １ ８ ０ ； 常 市气 象局 ， ５ ３ ０ ２五 黑龙 江 五 常 １ ０ ０ ） ５２０
中 图分 类 号 ： ４ ３ Ｐ ｌ 文献 标 识 码 ： Ｂ
旋 动 计量 翻 斗 的两 个 定位螺 钉 。旋 动螺 钉前 ， 拧松 先 ２ 自 动 站 降 水 值 误 差 的 成 因 分 析 和 处 理 方 法 气象站 雨量 测量 原 理和 雨量 传感 器结 构 上着 手分 析 。
将一 个 定 位螺钉 旋 动 一 圈 ， 其差 值 改变 为 ３ ％左 分 析 自动 气 象 站 雨 量 误 差 偏 大 的 原 因 ， 先 要 从 自 动 锁 紧螺帽 ， 首 右 ： 两 个 定 位 螺钉 都 向外 或 都 向 内旋 转 一 圈 ， 差值 变 若 其 动 量为 ６ ％左右 。当误差 值 是一 ％时 ， 明雨 量测 量 系统 的 ２ 说 ２１ 雨 量传 感器 结构 和测 量 原理 ．
的是雨 量传 感器 中计 量 翻斗 的基 点定 位螺 钉 问 的距 离 。当 发 送信 号） 或漏 击 （ 少发 送 信 号）均 会 出现 雨 量误 差 异 常现 ， 基点定 位螺 钉 间 的距离 越 大 ．表 明 翻斗 翻转 的时 间 长 ． 翻 象 。这 种 因素 产 生 的雨 量误 差 ， 现 为降 水 量误 差 值 异 常 表 转 速度 慢 ． 翻转 次数 少 ， 量 测量 值小 。反之 ， 点定 位 螺 偏 大或 偏小 。判 断这 种 误差 的方 法是 用 万用 表连接 雨 量传 雨 基 钉 间 的距离 越小 ， 明 翻斗 翻转 的 时间 短 ， 表 翻转 速 度快 ， 翻 感 器输 出端 ， 向雨 量 传 感器 中注 入 一 定 量 的水 。 观测 计 数 转 次数 多 ， 雨量 测量 值 大。基点 定位 调节 的 准确 与否 ， 影响 翻 斗 和 万用 表 ． 当计 数 翻 斗 翻转 一 次 时 ． 用表 有 电压 信 万 着 降水量 的计 量 准确 性 。
自动站降水值误差的成因分析和处理方法
２ 自动 站雨 量 传 感 器 结 构 和测 量 原理
雨 量传 感 器 的结 构 由承 水 器 、上 翻 斗 、计 量 翻斗 、计 数 翻斗 等 组 成 。其 工 作 过程 是 雨水 由承 水 口汇 集 ，进 入上 翻斗 。上 翻斗 的作用 是将 降水 汇集 到 一定 量后 以基 本一 定 的流速 成柱状 流 人计量 翻 斗 ，计 量 翻 斗转动 一次 为０ １ ｍ降水 量 ，随之雨 水 由计 量 翻斗 倒 入计 数 翻斗 。在 计数 翻斗 的中部 装有 一 块小 磁钢 ，磁 ．ｍ 钢 的上 面装有 干簧 开关 ，计 数 翻斗 翻转 时 ，与它 相关 的磁 钢对 于簧 管扫 描一 次 ，干簧 管 因磁 化而 瞬 间闭合
３ 误 差 的成 因分 析 和 处 理 方 法
３ １ 基 点 定 位 造 成 的 测 量 误 差 ．
３１１ 雨量 测量 误差 成 因分析 ．．
由 自动站雨 量传 感 器结 构 和测 量原 理 可知 ，某 时 次降水 量 为 １ ｍ ｍ，计 量 翻斗应 翻转 １ 次 。 当计 量 翻 ｏ ０ ０ 斗 的翻转 次数 等于 １ 次 时 ，该 时次 自动 气 象站 中的降 水量 显示 为 １ ｍｍ，雨 量测 量 的计量 值 准 确 ；若 计 量 Ｏ ． ０ 翻斗 的翻转 次数 大于 １ 次或 小 于 １ 次 时 ，微 机显 示 降 水量 大 于 １ 斗 翻 转 ０ 次 数 的多少影 响着雨 量测 量 系统 的计量 准 确度 。而 影响计 量 翻斗 转动 次数快 慢 的是雨 量传 感器 中计 量翻 斗
（ ． 建省平 潭 县气 象局 ，福 州 １ 福 ３ ０ ０ ；２江 苏省 镇 江市丹 徒 区气 象局 ，镇 江 ５４ ０ ． ２２０ ） １０ ３
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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自动站记录与人工观测雨量测量误差原因分析
摘要通过对乌兰浩特市气象局自动站与人工观测降水量记录统计、对比分析，发现自动站观测雨量与人工观测雨量存在一些偏差。
经分析，仪器测量原理与观测方法不同、观测时间不一致、自动站雨量传感器自身原因、承接降水物形态、因定期维护而造成的测量误差以及外界环境因素等方面是导致自动站和人工站降水观测误差产生的主要原因。
关键词自动站记录；人工观测；降水量；误差；原因
1自动站记录与人工观测雨量之间的测量误差原因分析
1.1仪器测量原理与观测方法不同
自动站雨量传感器原理：雨水由承水器汇集，通过装有圆护网的小漏斗及下端的引流管注入上翻斗，当上翻斗承积的水量达到一定数量值时，上翻斗翻倒，雨水经过汇集漏斗流入计量翻斗，当计量翻斗雨量承积到0.1 mm降水时，计量翻斗翻倒，使计数翻斗翻动1次，因而使干簧管接点瞬间闭合1次，送出1个电路导通信号，传输到数据采集器。
当降水量每达到0.1 mm时，就送出1个脉冲信号，实现分钟雨量、小时雨量、日降水量值的采集和存储。
人工观测雨量是每日定时（2：00、8：00、14：00、20：00）用量杯直接量取雨量筒内的降水量[1]。
由观测方法可以看出，雨量传感器实时测量降水，时间分辨率高，消除了人为操作误差，但是如果进出水管道不畅通、上下翻斗翻转不灵敏、干簧管触点多发或少发信号等，均会影响降水量的计量准确性，易造成系统性误差，从而导致雨量的测量误差。
而人工测量的降水量比较直接，在定时观测时间将储水瓶的降水倒入雨量杯读取的数值即为降水量，但也存在人为误差，如读数误差、测量过程中的操作误差等，同样会导致雨量的测量偏差。
1.2观测时间不一致
根据规范规定，人工每日定时观测降水；在炎热干燥的天气，降水停止后要及时进行观测。
在2次定时观测时间段内，尤其遇连阴雨天气，由于降水未停止而得不到及时测量，同时夏天气温较高，雨水会有缓慢蒸发，造成雨量测量值偏小。
自动站降水量的测量是通过雨水注入翻斗，翻斗的翻动产生脉冲信号，传输到采集器，而采集器每分钟采集1次雨量数据，具有实时性，能够比较及时地测量到雨量真值[2]。
自动站是正点采集雨量数据，而人工定时观测时间是正点前7 min，比自动站早观测7 min。
如在日界2：00正点前7 min降水强度大，则日降水量的差异更明显，但过程降水量差异不大。
因此，这种时间差异虽然引起日降水量差异较大，但是过程降水量符合观测业务规定要求，不属于造成自动观测雨量和人工观测雨量偏差的原因。
1.3自动站雨量传感器自身原因
由雨量传感器的测量原理可知，自动站降水量的测量是通过翻斗的翻动产生电信号得出。
翻斗翻转的次数会影响雨量测量系统的计量准确度。
当降水强度大时，翻斗有一定的惯性，翻斗翻转速度快、次数多，雨量测量值偏大；当降水强度小时，相对来说，翻斗内能聚集较多雨水，翻斗翻转速度慢，翻动次数相对较少，造成雨量测量值偏小。
降水强度较大时，小时雨量差值显著偏大，随着降水强度减弱，小时雨量差值依次迅速减小，直至负值，自动雨量与人工雨量相比，经历测值明显偏大、逐渐接近和较小的过程，说明降水强度增大，降水量迅速增大，降水强度减弱，降水量迅速减小，翻斗的翻转惯性起一定的推动作用[3]。
1.4承接降水物形态引起的差异
中国北方在4、10月较容易出现雨夹雪天气，7、8月会有暴雨夹带冰雹或霰的天气，10月还较易出现连续性降雨夹带冰粒的天气，雨量传感器在承接这些降水现象时，其滤网、小圆护网、漏斗、引流管和翻斗的承水装置通道易堵塞，使观测记录失真或缺测。
如出现雨转雨夹雪又转成雪的天气过程，容易出现雨量测量值明显滞后、偏小的状况，造成自动观测小时和分钟记录缺测。
在这种情况下，只能启动人工观测降水，可以拧下人工观测雨量筒漏斗，取走储水瓶，直接用雨量筒来承接降水，在观测时间用台秤称量雨量筒中的降水量。
由此可见，翻斗式雨量传感器承接固态和混合状态的降水有一定局限性，需要人工观测降水与之配合应用。
1.5因定期维护而造成的测量误差
根据规范，仪器应至少在每月定期检查1次，清除雨量传感器过滤网上的尘沙、小虫等，以免堵塞管道，特别要注意保持节流管畅通；无雨或少雨季节，可将承水器口加盖，但注意在降水前及时打开[3]。
不注意及时维护或来不及维护，自动站雨量传感器承水器呈漏斗状，其中过滤小圆护网的网眼细小，会使承水器漏斗处易积聚灰尘、杂物而造成轻微堵塞，使自动站雨量无示值、雨量示值偏小或雨量示值滞后。
1.6外界环境因素
承水器口四周没有安装国际标准雨量器要求的防溅雨栅格，而雨量的测量受风场影响很大[4]。
由于雨量器高出地面，风对雨量器的绕流作用导致筒口上方出现局部的上升气流，阻碍了雨滴落入筒口，造成降水量偏小，产生误差。
在不稳定天气条件下，风速较大，风向变化较快，雨量器上方的气流扰动使雨滴落入筒口不均匀，由此产生误差。
此外，在有风而无雨的时候，由于筒身安装不牢固，使翻斗翻动而造成雨量有记录，也会产生误差[5]。
2小结
仪器测量原理与观测方法不同、观测时间不一致、自动站雨量传感器自身原
因、承接降水物形态、因定期维护而造成的测量误差以及外界环境因素是导致自动站和人工站降水观测误差产生的原因。
因此，在值班过程中，需要人工观测雨量与之配合应用，尤其在强对流天气持续时间跨降水量和降水强度大的时次。
3参考文献
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[3] 杨越峰，魏雅利，吴海军，等.近52年来湛江气温与降水量变化的关系[J].科技信息，2010（23）：J0035-J0036.
[4] 余敏.旧州水文站自动测报与人工观测降水量对比分析[J].水利信息化，2010（3）：62-64.
[5] 汤世珍，辛琳，辛鹏，等.苏尼尔水文站气象要素对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2010，4（3）：49-51.。