普通雨量器降水量观测误差的分析

别肯·哈布齐克

(新疆阿勒泰市水文水资源勘测局，新疆阿勒泰836500)

随着我国水文事业发展，普通雨量器是在非汛期期间基层测站普遍使用的降水量观测仪器之一，主要用于人工观测日雨量。它采取了把自然降水量通过已知一定面积的承水口收集后导入储水瓶，然后再将收集到的降水量用专用量杯量取的方法测取，由人工测量记载雨量，所以它构造简单，使用方便。但在观测过程中和其它水文观测项目一样，由于降水资料的好坏将直接影响洪水预报的精度，降水资料的获取，主要靠普通雨量器观测和自计雨量计记录，受蒸发以及测计等一些因素的影响，难免存在观测误差。测量时，由于各种因素会造成少许的误差，这些因素必须去了解，并有效的解决，方可使整个测量过程中误差减至最少。下面就其存在的误差情况进行探讨。

1 雨量器

雨量器是用来收集降水的专用器具，并通过与之配套的雨量量筒，以毫米为单位测定降水量。适用于气象台(站)、水文站、环保、防汛排涝以及农、林等有关部门用来测量降水量。它的优点是:不通过任何的传输和转换，所采集的雨量较为接近天然降雨，不需要人守侯，它的缺点:受蒸发以及人为的测计误差影响较大。

1.1 雨量器的构造

雨量器由雨量筒与量杯组成。外壳是金属圆筒分上下两节，上节是一个口径为20 cm的盛水漏斗，为防止雨水溅失，保持器口面积和形状，筒口用坚硬铜质做成内直外斜的刀刃状;下节筒内放一个储水瓶用来收集雨水。雨量筒用来承接降水物，它包括承水器、贮水瓶和外筒。我国采用直径为20 cm正圆形承水器，它的口缘镶有内直外斜刀刃形的铜圈，用来防止雨滴溅失和筒口变形。承水器有带漏斗的承雨器和不带漏斗的承雪器。外筒内放贮水瓶，用来收集降水量。有刻度的专用量杯口径和刻度与雨量筒口径成一定的比例，量杯有100分度，每1分度等于雨量筒内水深0.1 mm。

1.2 直接观测降水量

气象站雨量器安装在观测场内固定架子上。器口保持水平，距地面高70 cm。测量时，将雨水倒入特制的雨量杯内读取降水量毫米数。直接计量降水的数量和时间，并以该点的降水代表其邻近的一定范围的降水。主要观测日降水量、一次降水量和不同历时的降水强度。在炎热干燥的日子，为防止蒸发，降水停止后，要及时进行观测。一日之内对雨量器采用定时分段观测制，或用雨量计自动记录，以反映降水过程。降雪和降雹的水量是指其融化后的水当量。冬季积雪较深地区，应备有一个较高的备份架子。当雪深超过30 cm时，应把仪器移至备份架子上进行观测。将储水瓶取出，换上不带漏斗的筒口，雪花可直接收集在雨量筒内，待雪融化后再读数，也可将雪秤出重量然后根据筒口面积换算成毫米数。

2 测量误差产生的原因

普通雨量器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。观测者的工作态度、技术水平以及情绪的变化，都会对观测成果的质量产生一定影响。但也存在人为因素的误差，如湿润误差、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。

2.1 湿润误差

普通雨量器的承水器和贮水瓶内壁对部分降雨的吸附造成的水量损失，称湿润误差。湿润误差是一种负向系统误差，使观测的降水量系统偏小。因为观测者的感觉器官的鉴别能力有一定的局限性，所以在雨量器的安置、照准、读数等方面都会产生误差。由于雨量器的材料、结构、风速、空气湿度以及气温都能引起湿润误差。普通雨量器内壁如果越光滑，瓶的口径越小，承雨器湿润面积就越小，产生的湿润误差就越小。如果风速大、地面湿度小、气温偏高，湿润误差就越大。

2.2 读数误差

读数误差是指对测量仪器示值不准确读数所引起的误差。读数误差包括视差和估读误差。视差常在读取测量值的方向不同或刻度面不在同一平面时所发生，两刻度面相差约在0.3～0.4 mm，若读取尺寸在非垂直于刻度面时，即会产生的误差量。俯视，视线斜向下，视线与筒壁的交点在水面上，所以读出的数值比实际值数值偏大。仰视，视线斜向上视线与筒壁的交点在水面下，所以读出的数值比实际值数值偏小。观测时眼睛所在的位置不同，读数也不同，产生读数误差。

2.3 观测时间误差

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。

2.4 外界环境误差

普通雨量器的承水器上口的四周没有安装防溅雨栅格，雨量的测量受风场影响很大。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。如果风速较大，风向变化快，普通雨量器上方的气流扰动使雨滴落入筒口不均匀，因此也会产生误差。如发现环境条件对测定结果有影响时，应重新进行测定。

2.5 四舍五入引起误差

按照《地面气象观测规范》的要求:不足0.05 mm时作0.0处理，即小数第二位四舍五入保留一位小数。然而，在日常测量工作中发现，例如:某次降水过程:20—08时，降水量为3.04 mm，第二位小数四舍五入为3.0 mm。08—20时降水量为3.04 mm，第二位小数四舍五入后为3.0 mm。全天合计3.0+3.0=6.0 mm，实际为3.04+3.04=6.08 mm，第二位小数四舍五入后为6.1 mm。显然，所测结果比实际结果小了0.1 mm，试验后发现这种测量方法测量次数越多误差就愈大。

2.6 仪器误差

仪器误差是仪器作为工厂的合格产品本身具有的误差，不包括仪器现场安装调试不合格、器口安装不水平等人为原因所产生的误差。普通雨量器每月应至少定期检查1次，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。

3 消除误差的措施

要提高分析结果的准确度，必须考虑在分析过程中可能产生的各种误差，采取有效措施，将这些误差减少到最小。量具使用一段时间后会产生相当程度磨耗，必须经校正或送修方能再使用。

3.1 合理设计，恰当安装

雨量器一般采用直径为20 cm正圆形承水器，其口缘镶有内直外斜刀刃形的铜圈，以防雨滴溅失和筒口变形。雨水溅失对于大多数普通雨量器来说约为0.1～0.2 mm，可视为器差，很容易消除。单纯测量降水的站点不宜选择在斜坡或建筑物顶部，应尽量选在避风地方。不要太靠近障碍物，最好将雨量仪器安在低矮灌木丛间的空旷地方。保持雨量器经常干净，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。每次检查仪器时，应该及时清除承水器、储水瓶内的昆虫、尘土、树叶、鸟粪等杂物。承水器的刀刃口要保持正圆，避免碰撞变形，及时消除设计和安装的误差。

3.2 有效测量，消除环境误差

按有关规定彻底清洗所用量杯、贮水瓶，使其达到测量要求。每次观测后放好放正承水器、贮水瓶和外筒，保持水平。风是影响降水量测量准确性的主要因素。风速较大时，将部分江水被风刮走而没有落入承水器内，导致仪器的测量总是偏小。降雨时，观测误差取决于降雨类型，确切地说取决于雨滴大小和风速。可以加尼夫防风罩，以提高测量准确度。定期检查雨量器的高度、水平，外筒有无漏水现象，贮水器刀刃面应保持正圆，避免碰撞变形，发现问题及时纠正。普通雨量器由于蒸发引起的平均误差占年降水量的3%～6%，单独的观测误差是0.3～0.5 mm。承雨器的接雨面一定要保持光滑，使雨水到达接雨面很快通过漏斗，减少雨水的沾附，降雨停止后，立即进行测量，在炎热的夏季和湿度较小的干燥季节，要及时量取由蒸发引起降水量的损失，消除环境误差。最有力的条件是:雨量器器口上空能形成平行的气流，避免有风的局地加速度，减少冲击器壁气流或湍流。在普通雨量器安装时，不要安装在过于空旷和四周有高大的树林或建筑物的地方。雨量器内收集的降水量随着仪器安置高度的增加而减少。所以雨量器的器口高度应尽可能低一些，低到能防止从地面可能溅入雨水为度，普通雨量器的高度70 cm。

3.3 精准测量，消除四舍五入的误差

除测准雨量筒自重外，换下的雨量筒应用干布将筒身外(包括外筒底)的降雪擦拭干净后再称其重量，用称出的结果减去雨量筒身自重就是降水量。8时测量后，将量杯中的水保留并加上盖防止蒸发，等到20时再测量时合并测量为6.08 mm，四舍五入后是6.1 mm，减去8时的3.0 mm等于3.1 mm，这样测量计算所得到的结果更加精确、更接近真值。

总之，普通雨量器使用方法不当或缺少必要的维护，使仪器带故障工作，会产生较大的误差。减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价。观测者一定要了解误差的产生原因，尽可能地将误差减小到最小。误差越小，准确度越高;误差越大，准确度越低，正确的操作方法能使误差大大减少。

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