自动站与人工站降雨量对比偏差的原因分析

李奎兰 李飞龙 卢剑

摘要：自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备，在自动站采样获得的总数据中异常数据占有量为0.1%，因此需要利用人工观测数据与自动站观测数据进行对比分析来识别自动站观测数据的正确性，文章针对两站雨量对比观测中出现的一些常见偏差情况，结合经验，对自动站雨量与人工站雨量存在差异的原因进行分析。

关键词：自动站；人工站；降雨量对比偏差

中图分类号：P415 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0072-03

自动气象站（以下简称自动站）是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备，在自动站采样获得的总数据中异常数据占有量为0.1%，因此需要利用人工观测数据与自动站观测数据进行对比分析来识别自动站观测数据的正确性，本文对自动站雨量与人工站实测雨量出现偏差的原因进行多方面的分析。

一、仪器结构引起的差异

（一）自动站雨量传感器结构引起的差异

自动站雨量的观测，是使用双翻斗雨量传感器进行计量测量，当上翻斗承积的水量达到一定的数量值时，翻斗翻倒，另一半翻斗开始盛雨，降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次，也即为0.1mm的降雨量（也有的为0.5mm或1mm翻斗），在这个过程中，共有三次翻转过程。当降水强度较强时，上翻斗、计量翻斗和计数翻斗由于惯性作用，即使雨量没有达到0.1mm的量也可能出现翻转，且强降水速度较快，从承水器下来的水有一定的冲力，这种冲力给雨量增加了重量，更加加速了翻斗的翻转速度，使雨量值的偏大较大。当降水强度较弱或仅有微量降水时，即使降雨量已达到0.1mm的量，上翻斗、计量翻斗和计数翻斗由于沾附性作用，雨滴每经过一次翻斗便会减少部分降雨量，最终造成了降雨量的偏小或滞后现象的产生。

（二）人工站雨量器结构引起的差异

1．人工站雨量器与自动站雨量传感器承水器口缘引起的差异。人工降雨量的观测是通过雨量器进行承接降水，人工进行测量。雨量器由承水器、贮水瓶和外筒组成，而连接承水器和贮水瓶之间有一个漏斗，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个承 水器承接的降水量是一致的，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：降水时受风力影响，原本重直落下的雨滴就会随风运动出现一定程度的倾斜下落，这样就加大了雨滴落在承水器内壁上的几率，水滴碰撞到承水器内壁后受反弹力的作用，会溅向四面八方，往上溅出的水滴，由于自动站雨量传感器承水器的口缘是垂直正切的，溅出水滴高于承水器口缘的高度时，往往受风力的作用飘离承水器，得不到计量。而人工站雨量器承水器的口缘是稍微往内弯曲的，就会将往上溅出的水滴挡住流回筒内，这种不同的构造也是造成雨量差异的原因之一。

2．人工站雨量器承水器与漏斗之间接缝引起的差异。人工站雨量器的承水器与漏斗之间并不是连成一个整体的，可以进行拆洗，相对而言就有了一条比较大的接缝。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0.2～0.3mm，溅出的水滴顺着储水筒的内壁流到筒底存留，筒底这部分雨量会因降水越强流入的雨量越多，而测量雨量时，储水筒筒底的雨量就会得不到测量，这样就造成了雨量偏小。而微量降水时，雨量慢慢成滴顺着承水器内壁缓慢流入漏斗，经过接缝处，一部分会滴入漏斗直接流入储水筒，而另一部分会沾在接缝处慢慢累积，造成残留，量多时可达0.05～0.1mm，在承水器与漏斗接缝处的残留量往往会因为拿开承水器测量降雨量时丢失，造成降雨量偏小，测量次数越多，降雨量的偏小就明显。

3．人工站雨量器整体构成材料引起的差异。人工站雨量器整体的构成材料，具有很强的粘附性，不管雨大雨小，雨滴打到内壁上，就容易造成雨滴粘附，经常可看到整滴的雨滴挂在内壁上，不管如何晃动，仍粘附如故，无法流入储水瓶中，使雨量得不到测量而使降雨量偏少。自动站雨量传感器承水器的构成材料却没有发现这种情况。

二、天气条件和仪器布局造成的差异

（一）天气条件影响造成的差异

大气环流的存在并不是均匀存在的，而是因为地理环境、经纬度的差异有着不同的区别。本站地处小山顶上，在西北面和东北面均有一条大山脉，在北东北方向就形成了一个冷空气下滑的出口，是本站最多风向为北东北风的主要原因。雷雨季节，雨带随着山脉走，即使是仅有几米相隔的二个测量器之间，也可能会造成雨量下降的分布不均。西北面的降水，随着山脉移动，雨带布及只到人工站雨量器，而东北面的降水，随着山脉移动，雨带只布及到自动站雨量传感器范围内，即使都有降水了，也会因为降水中心及周边降水的时空分布密度不一致造成差异。当人工站雨量值和自动站雨量值差值大时，根据雷暴的移动路径来判别雨带的移动路径和密度，进而分析是否对雨量值产生影响。我站曾试过先在人工站雨量器先产生降雨，几分钟或十几分钟后才移到自动站雨量传感器。

（二）仪器布局造成的差异

根据规定观测场内仪器的布置是东西排列成行，南北布设成列，相互间东西间隔不小于4米，南北间隔不小于3米，高的仪器安置在北面，低的仪器安置在南面，所以人工站雨量器与自动站雨量传感器之间距离可达8米以上，且二个测量仪器的北面都有百叶箱，人工站雨量器的北西北面有风杆，而自动站雨量传感器的北东北面有采集箱和风杆。降南风雨时，降雨量的差异不太明显，但降北风雨时，由于仪器的阻挡，就会造成雨量的分量，风力大时分量还没落到地面，就在雨量器或雨量传感器上空汇集，雨滴突然加重落入雨量器或雨量传感器中，其实吹正北风，降雨量的差异也不会太明显。虽然人工站雨量器安装跟自动站雨量传感器的布局基本一致，但由于我站盛行北东北风，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。

三、人工测量造成的雨量偏差

人工测量雨量易造成雨量误差，这种误差也是造成人工站雨量与自动站雨量存在差异的原因之一。主要有测量仪器造成的误差，由于测量仪器有一定的精确度，人工进行测量雨量时，会引起偏差。其次是操作误差，在测量雨量时，虽已严格按照规定进行操作，但仍会造成一定的误差存在，这个误差可大可小，测量雨量值时一定要认真细心。再次是测量次数，随着测量次数的增多，仪器误差和操作误差的总误差就偏大，降雨量的失真就越大。

四、巡视仪器时造成的偏差

严格按照规定巡视仪器，是每个观测员都必须认真做好的工作。下雨天巡视仪器尤其重要，巡视时一定要注意风向的吹向和雨势，如果风力、雨势都很大，在做必要工作时一定要注意雨伞是否对仪器有遮挡，雨伞上的雨量是否滴落到承水器中，人站的位置是否对雨量造成了影响，特别是吹北东北风时，雨伞和人的位置造成的影响就会很大，在下大雨时对雨量进行测量，动作一定要迅速、准确。降雨过程连续几天时，巡视仪器造成的误差也不容忽视。

五、结语

日常工作中，一定要严格按照要求做好仪器的维护工作，因为不到位的仪器维护，会造成数据失真。当某一降雨过程对比发现人工站雨量值与自动站雨量值相差太远，除了通过以上几点分析数据差值是否正确外，还要通过人工站的自记雨量值和蒸发对比雨量值来确定人工站雨量值是否错误，一般来说，人工站雨量值与自记雨量值、蒸发对比雨量值相差不大，如果数据分析均无误时，数据是可用的，但由于以上的种种原因造成差值偏大，只要数据无误，仪器正常，一般来说，我站均保留原值。2007年6月起我站安装自动气象站后，人工站降雨量值总会比自动站雨雨值略偏小（微量降雨除外，因为微量降雨往往由于人工观测只需有0.05mm便可记录为0.1mm，而自动站却因为多重漏斗的关系造成雨量滞后超过2小时被删除），长时间的降雨且吹北东北风较强时，人工站降雨量值会比自动站雨量值明显偏小，有时甚至会超过规定差值，我们会继续加强雨量值差值过大的原因分析，加强集体讨论、交流，不断的积累和总结经验，从而提高个人的业务水平处理能力。

参考文献

[1] 徐明芳，等．自动气象站维护与维修手册[M]．广西气象局编印，2005．

[2] 宗曼晔，等．地面气象观测规范[M]．气象出版社，2003．

[3] 黄理，等．自动气象站数据异常因素分析[J]．气象研究与应用，2009，（30）．

[4] 杨丽娟，等．自动站与人工站气象要素偏差原因分析和处理[J]．气象研究与应用，2009，（30）．

作者简介：李奎兰（1982-），广西玉林人，广西容县气象局监测预警中心助理工程师，研究方向：大气探测；李飞龙（1964-），广西玉林人，广西容县气象局监测预警中心助理工程师，研究方向：大气探测；卢剑（1984-），男，广西玉林人，广西容县气象局监测预警中心助理工程师，研究方向：大气探测。

（责任编辑：赵秀娟）