關鍵詞:自動 人工 雨量觀測 數據差異
中圖分類號:P41 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0016-01
目前,在氣象地面觀測中,大部分氣象要素都已實現自動化觀測,雨量也是如此,然而,由於自動雨量傳感器本身構造上的原因,雖然雨量傳感器已經正式使用了多年,但在實際的觀測工作中,會發現壹些時候兩者所測數據存在差異。為了對這些差異進行分析,提高數據的精確度,對自動雨量傳感器的工作原理、產生數據差異存在原因等進行分析比較,對其存在誤差原因提出解決辦法,使自動雨量傳感器獲取的數據能更好的使用。
1 各類雨量儀器工作原理
1.1 人工站
雨量器由雨量筒(含20cm的正圓形承水器、儲水瓶和外筒)與量杯組成,雨量筒包括承水器、儲水瓶和外筒,以收集降水量。量杯為壹特制的有刻度的專用量杯。到壹定量或定時觀測時,由人工進行測量。
1.2 自動站
自動雨量傳感器。主要由承水器、上翻鬥、計量翻鬥、計數翻鬥和調節螺釘、幹簧管組成。承雨器收集的降水通過漏鬥進入上翻鬥,當雨水積到壹定量時,由於水本身重力作用使上翻鬥翻轉,水進入匯集漏鬥。降水從匯集漏鬥的節流管註入計量翻鬥時,就把不同強度的自然降水,調節為比較均勻的降水強度,以減少由於降水強度不同所造成的測量誤差。當計量翻鬥承受的降水量為0.1mm時(也有的為0.5mm或1mm翻鬥),計量翻鬥把降水傾倒到計數翻鬥,使計數翻鬥翻轉壹次。計數翻鬥在翻轉時,與它相關的磁鋼對幹簧管掃描壹次。幹簧管因磁化而瞬間閉合壹次。這樣,降水量每次達到0.1mm時,就送出去壹個開關信號,采集器就自動采集存儲0.1mm降水量。
2 自動站數據誤差存在原因
自動站的雨量傳感器主要存在以下四個反面的誤差:
2.1 雨量傳感器定位基點漂移產生的誤差
雨量傳感器中計量翻鬥的兩側裝有壹對定位螺栓,這對螺栓間的距離是測量降水量的基礎,距離過大或過小,都會影響計量翻鬥的翻轉傾角,使翻鬥矩發生變化,翻鬥力矩的改變使鬥內盛水量改變。傾角大,盛水量多,反之就小。在日常使用中,定位螺栓由於翻鬥的經常碰撞而導致兩個螺栓之間距離的改變,進而導致測得降水量的不準確。解決這壹誤差的方法是:定期(壹般為壹個月)對雨量器進行自身排水量與計數、記錄值相比。如出現異常,應及時按照說明書對定位螺栓進行調節。
2.2 雨量傳感器關鍵元件(磁鋼掃描幹簧管)引入的測量誤差
因計數翻鬥中的磁鋼掃描幹簧管壹次,開關信號發送壹次,代表產生了0·1mm的降水量。若幹簧管元件失常,發生多發送信號、漏發或不發送信號,就會出現雨量異常現象。只需更換幹簧管就可解決這壹誤差。
2.3 維護保養不及時產生的誤差
整套翻鬥中都是有機械構成組成,在室外容易受到外界因素的影響,如承水口被灰沙、樹葉、草葉和昆蟲等堵塞;在雨量筒內部可能結有蜘蛛網等原因均會造成測量誤差。日常工作中加強對自動雨量傳感器的維護保養就可消除這壹誤差。
2.4 本身結構產生的固有誤差
根據雨量傳感器的原理:降水通過承雨器進入上翻鬥,然後進入匯集漏鬥。通過匯集漏鬥的節流管註入計量翻鬥,當計量翻鬥承受的降水量為0.1mm時(也有的為0.5mm或1mm翻鬥),計量翻鬥翻倒,把水傾倒入計數翻鬥,使計數翻鬥翻倒壹次。磁鋼既對幹簧管掃描壹次。幹簧管因磁化而閉合,輸送出去壹個開關信號,采集器就自動采集存儲0.1mm降水量。這個設計本身並沒有什麽問題,然而降水是壹種持續性的天氣現象,而翻鬥每翻動壹次都需要壹定的時間,在翻鬥每壹次翻動的過程中,都會流失少量的降水。雖然壹次翻動時間很短暫,但累積起來仍然是很可觀的。尤其在降水時間越長、降水量越大的情況下,損失的降水量就越多,自動雨量傳感器測量出的降水量跟實際降水量的誤差就越大。通過對其的構造原理進行分析發現,這種誤差雖然無法消除,但是由於翻鬥翻動壹次所用的時間是固定的,那這種誤差就應該是壹個恒定的系數。
本站經過長達兩年的實測降水和自動站降水對比觀測。期間***取得降水樣本387次,其中降水量達0.1mm以上有研究價值的231次。對其進行對比分析。通過研究發現,降水量<20mm的時候,自動站降水與實測降水相比較,誤差在1%以內;降水量在20mm～50mm之間時,誤差為2%;降水量＞50mm的時候,誤差在3%以上。
3 結語
自動與人工雨量觀測數據的差異是多種原因造成的。這些原因包括儀器的工作原理、日常維護和人為因素等等。從比較分析情況可以看出人工觀測雨量獲取數據在對比上較優於自動觀測雨量。雖然自動站雨量觀測在提供雨量累計量方面還有缺點,但它能及時提供雨量信息,作為天氣預報上使用是有優越性的,因此在工作中只要做好日常的維護,通過科學的計算方法盡量把誤差消除。就能獲取具有準確性、真實性和代表性的氣象資料,從而進壹步提高天氣預報準確率。
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