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 。
自动站观测与人工观测降水误差的原因及处理方法
自动气象站投入地面气象观测业务后,自动观测记录的准确性和可靠性判断成为地面测报人员重要工作之一。
根据相关业务技术规定,气象台站必须对自动气象站采集的数据实时监控,并对发现的异常数据进行正确处理,即人工观测数据与自动气象站数据相比:风速差值≥1.0m/s 、地面温度日极值差值≥2.0℃、气温差值≥1.0℃、气压差值≥0.8hPa 、浅层地温差值≥1.5℃、过程降水量相对误差≥4%、深层地温差值≥0.5℃时,要连续跟踪观测对比。
目前,自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动气象站与人工观测过程降水量的差异原因,并提出了处理方法。
1构造与原理雨量传感器的组成如图1所示。
工作原理:降水通过承水器收集,经漏斗进入上翻斗,随着雨水的累积,自身重力导致上翻斗翻转,进入汇集漏斗,然后通过节流管注入计量翻斗时,将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,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0.1mm 时,就送出去1个开关信号,通过二芯电缆传输到采集器进行记录,计数[1]。
2仪器本身造成的误差2.1仪器的安装造成的误差根据雨量传感器的安装要求,安装完成后,底座与承水口均需水平,承水口为正圆型,距地高度70cm 。
底座若没有保持水平,则计量翻斗会产生误差,若承水口不水平,会造成雨量器承水口水平面面积减少,汇集到的雨量减少,造成降水量系统性的偏差;同时还会造成承水口存在高度落差,当刮风时,汇集的雨量也会产生偏差[2]。
2.2基点定位不准确造成的误差根据雨量传感器原理可知,在计量翻斗处于临界翻转状态时,其所能容纳的降水量应该等于雨量传感器盛水口截面积×0.1mm 高度的降水总量。
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。
浅谈自动站与人工观测数据差异
浅谈自动站与人工观测数据差异[摘要]自动站与人工站观测数据对比，差异因素，分析。
[关键词]地面观测常见疑问数据差异分析地面大气探测站在自动观测站运行前，要进行两年的气象要素对比观测。
波密国家基本气象站直至目前，仍保留两套大气探测仪器设备，即自动站观测仪器设备和人工观测仪器设备。
人工站只每日20时观测，8次自动站观测，白天每小时质控，夜间3小时质控。
并且每日20时，人工站和自动站观测数据做对比分析。
一般认为差异在合理范围内属正常，反之即为疑误记录。
1自动站与人工观测的差异因素1.1仪器原理差异自动气象站中使用的气象传感器与人工观测用的仪器在原理上是不同的。
这些传感器有较小的时间常数，可以观测到大气中比较小的有意义的波动，使得所得到的极值更具有代表性，如温度极值、湿度极值、风速极值等等。
这些传感器有较高的分辨率，人工观测的风向只有16个方位，而自动测站观测的风向为36个方位；这些传感器有较高的测量准确度，如温度传感器（尤其是地温传感器）、风传感器、低温下的湿度传感器等等。
自动气象站可以避免人工观测中的主观误差与人工误差，在人工观测中，观测员往往有习惯误差，读数时可能偶然出现大的读数错误，测温时人体对温度的影响。
2分钟风的平均值受人的主观判断影响，深层地温人工观测时，从地中取出读数，由于受环境改变造成的误差等，而这些问题在自动观测中都是不存在的。
这些都是自动优于人工观测，而两者存在着本质差异。
但是，自动气象观测也存在不足之处，尤其是在特殊天气状况下，如高温、高湿的下的测湿，大雨以上降雨量的测量，被雪覆盖下的地温极值等都与人工观测和真值有较大偏差。
1.2时空差异地面气象观测是在近地层中进行的，而在近地层中各气象要素存在较大的时间和空间的波动，也就是说存在较大的梯度变化。
正点报《地面气象观测规范》要求，人工观测在45-60分观测云、能见度、空气温度和湿度、降水、风、气压、地温等；而蒸发可安排在40分至正点后10分钟之间观测。
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
浅谈自动气象站降水误差原因分析及维护处理
浅谈自动气象站降水误差原因分析及维护处理摘要本文初步分析了定陶县自动站雨量传感器的结构、测量原理、常见故障和人为原因致使误差存在和产生的原因，并提出处理办法，使其问题解决。
关键词自动站；雨量传感器；误差分析；维护处理定陶县自动气象站是国家基准站，承担着24小时测报任务，工作量很繁重，业务包括地面观测、大气成分监测、自动土壤水分和气候生态环境监测、激光雷达等业务。
自动气象站建设投入运行几年以来，很大程度上减轻了我们测报人员的工作量和辛苦，并极大地提高了业务质量。
自动气象站投入运行后，一方面减轻了测报人员的工作量，又更好地提高了业务质量。
在当前的自动气象站中，传感器还需要沿用翻斗式传感器，在现实使用过程中，往往因为种种原因，会出现实际降水与所测降水普边存在很大明显误差的情况。
现在将自动站降水误差存在的原因分析与处理方法如下：1 雨量传感器结构和测量原理雨量传感的结构有承水器、计量翻斗、计数翻斗等等组成的，其中在工作过程中雨水由承水汇集，进入上翻斗，上翻斗的主要作作就是使降水强度近似大降水强度。
然后进入计量翻斗计量，计量翻斗反转动一次0.1毫米降水量，然后雨水再由计量翻斗倒入计数翻斗。
在计数翻半的中间部分装有一个小块磁钢，磁钢的上边装有干簧开关，当计数翻斗翻转时，和它相关的磁钢对干簧管扫描一回，干簧管因磁化就瞬间闭合一回，这样的话，降水量每一次就达到0.1毫米，的同时，就会送去一个脉冲信号，采集器就采集0.1毫米的降水量。
自动雨量站的测量原理就是由垣传感器感应雨量的大小转变为干簧管输出的开关信号，后经采集器处理以后进入到计算机，再由计算机软件按地面观测规范中雨量方法计算降水的大不，再按规定格式显示的。
2 几种常见的误差产生原因和处理方法1）雨量传感器元件损坏会导致的测量的误差以及处理方法。
自动气象站的雨量测量工作是通过计数翻斗中的磁钢扫描干簧管会产生开关信号过来产生的。
干簧管开关信号只发送一回，代表产生0.1毫米降水量。
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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
中图分类号：s161.6 文献标识码：a 文章编号：1004-8421（2012）07-885-01
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。
解决方法：观测液体降水时最好换取储水瓶，将水倒入量杯，要倒干净。
将量杯保持垂直，使人的视线与水面齐平，以水凹面为准。
这所有的操作都要求观测员在量取降水量过程中要细心操作，准确读数，尽量减小人为误差。
2.3 仪器的原因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，进人上翻斗，上翻斗的作用是使降水量近似于计量翻斗计量，计量翻斗转动一次为o.1min降水量，随着雨水由计量翻斗倒入计数翻斗。
在计数翻斗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，与其相关的磁钢对干簧管扫描1次，干簧管磁化而瞬间闭合1次。
这样降水量每次达到0.1mm时，就送出1个脉冲信号，采集器存储0.1mm的降水量。
自动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，经采集器处理后进人计算机。
由以上传感器结构和测量原理可知，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1次，定义为o.1mm的降水量。
如：降水量为10mm，计量翻斗应翻转100次。
当计数等于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或小于100次时，则表示降水量大于10mm或小于10mm，雨量的计量值有误差。
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的计量翻斗的基点定位螺钉间的距离。
基点定位调节的准确与否，影响着降水量的计量准确性。
从而导致雨量测量的误差。
对基点定位引入的测量误差，一般具有系统误差的特点。
雨量测量误差持续偏大或偏小，但非异常偏大或偏小。
这是雨量传感器产生误差的主要原因，也是人工与自动站的降水量有误差的主要原因。
解决方法：旋动计量翻斗的2个定位螺钉。
旋动前，先拧松锁紧螺帽，将1个定位螺钉旋动1圈，其差值改变为3%左右；若两个定位螺钉都向外或都向内旋转一圈，其差值变动量为6%左右。
例1：当误差值=（仪器自身排水量-计数值）÷仪器自身排水量
×100%是-2%时，说明雨量测量系统的测量比实际降水量大，翻斗翻转次数过多，2个基点定位螺钉间距过小。
处理这种因素产生的误差，具体做法：将其中的一个定位螺钉往外旋动2/3圈，使两个基点定位螺钉的间距调大，使翻斗翻转次数减少即可。
例2：当误差值=（仪器自身排水量-计数值）÷仪器自身排水量×100%是+6%时，说明雨量测量系统的测量比实际降水量小，翻斗翻转次数过少，两个基点定位螺钉间距过大。
处理这种因素产生的误差，具体做法：将其中的2个定位螺钉往里旋转1圈，使2个基点定位螺钉的间距调小，使翻斗翻转次数增加即可。
为使调节位置准确，在松开定位螺帽前，要在定位螺钉上做位置记号，调节好后，拧紧锁紧螺帽。
3、结语
尽管自动站与人工站所测降水量存在差异，但基本上符合自动站的技术指标，即准确度：降水量≤10mm，±0.4mm；降水量>10mm，±4%。
不过在使用的过程中应注意：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。
操作都要求观测员在量取降水量过程中要细心操作，准确读数，尽量减小人为误差。
对基点定位应该力争准确，最大程度的减小测量误差。