自動(dòng)站降水誤差存在的原因和處理方法

馮振宇，張明思

（肇州縣氣象局，黑龍江肇州 166400）

自動(dòng)站降水誤差存在的原因和處理方法

馮振宇，張明思

（肇州縣氣象局，黑龍江肇州 166400）

1 引言

自動(dòng)氣象站與人工氣象站相比,地面要素的感應(yīng)元件除雨量傳感器外均由機(jī)械式元器件轉(zhuǎn)變成電子元器件,信號(hào)輸出由機(jī)械放大轉(zhuǎn)為電信號(hào)放大,記錄也由原始的機(jī)械記錄轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集存儲(chǔ),這使自動(dòng)氣象站能更客觀、實(shí)時(shí)地反映天氣要素的變化。但在目前的自動(dòng)氣象站中,雨量傳感器仍沿用翻斗式傳感器,在實(shí)際使用過(guò)程中,常出現(xiàn)實(shí)際降水與所測(cè)降水存在明顯誤差的情況。本文總結(jié)了自動(dòng)站降水誤差存在的原因和處理方法。

2 雨量傳感器結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理

雨量傳感器的結(jié)構(gòu)由承水器、上翻斗、計(jì)量翻斗、計(jì)數(shù)翻斗等組成。其工作過(guò)程是雨水由承水口匯集,進(jìn)入上翻斗,上翻斗的作用是使降水強(qiáng)度近似大降水強(qiáng)度,然后進(jìn)入計(jì)量翻斗計(jì)量,計(jì)量翻斗轉(zhuǎn)動(dòng)一次為0.1 mm降水量,隨之雨水由計(jì)量翻斗倒入計(jì)數(shù)翻斗。在計(jì)數(shù)翻斗的中部裝有一塊小磁鋼,磁鋼的上面裝有干簧開(kāi)關(guān),計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)時(shí),與它相關(guān)的磁鋼對(duì)干簧管掃描一次,干簧管因磁化而瞬間閉合一次。這樣,降水量每次達(dá)到0.1 mm時(shí),就送出一個(gè)脈沖信號(hào),采集器存儲(chǔ)0.1 mm的降水量。自動(dòng)氣象站雨量的測(cè)量原理是由雨量傳感器感應(yīng)雨量的大小轉(zhuǎn)化為干簧管輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào),經(jīng)采集器處理后進(jìn)入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)軟件按地面觀測(cè)規(guī)范中雨量計(jì)算方法計(jì)算降水量大小,并按規(guī)定格式顯示。

3 誤差分析及處理方法

3.1 雨量傳感器關(guān)鍵元件損壞引入的測(cè)量誤差及處理方法

自動(dòng)氣象站的雨量測(cè)量是通過(guò)計(jì)數(shù)翻斗中的磁鋼掃描干簧管產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生的。干簧管開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)送一次,代表產(chǎn)生了0.1 mm的降水量。若干簧管元件失常,發(fā)生連擊即多發(fā)送信號(hào)或漏擊即少發(fā)送信號(hào),均會(huì)出現(xiàn)雨量誤差異?，F(xiàn)象。這種因素產(chǎn)生的雨量誤差,多表現(xiàn)為降水量誤差值異常偏大或偏小,往往是突發(fā)現(xiàn)象。判斷這種誤差的方法是用萬(wàn)用表連接雨量傳感器輸出端,向雨量傳感器中注入一定量的降水,觀測(cè)計(jì)數(shù)翻斗和萬(wàn)用表,當(dāng)計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次時(shí),萬(wàn)用表有電壓信號(hào)產(chǎn)生,若干簧管發(fā)生連擊或漏擊,在萬(wàn)用表上會(huì)有多個(gè)電信號(hào)或無(wú)信號(hào)發(fā)生。在做雨量傳感器檢查時(shí),盡量避免整點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間。因人為原因造成雨量記錄的,可在自動(dòng)站備注欄中說(shuō)明，也可在檢查時(shí)斷開(kāi)雨量傳感器與采集器的連接。

解決這種因素引入的測(cè)量誤差是更換干簧管。將計(jì)數(shù)翻斗上的干簧管螺釘松弛,取下已損壞的干簧管,用正常的干簧管更換上即可。

3.2 雨量傳感器機(jī)械原因引入的測(cè)量誤差及處理方法

雨量的測(cè)量是通過(guò)上、下翻斗翻動(dòng)使干簧管產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào),采集器自動(dòng)累記0.1 mm降水量的過(guò)程。當(dāng)上、下翻斗翻轉(zhuǎn)不靈出現(xiàn)阻滯感時(shí),均會(huì)導(dǎo)致翻斗翻轉(zhuǎn)速度改變,而雨量測(cè)量的計(jì)量是以單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)翻斗的翻轉(zhuǎn)次數(shù)為降水量的累計(jì)值。因而,由這種機(jī)械不靈敏引入的測(cè)量誤差也是自動(dòng)氣象站雨量誤差偏大的原因之一。誤差表現(xiàn)為雨量測(cè)量值恒定小于實(shí)際降水值。故障現(xiàn)象為各翻斗的軸承間距過(guò)大或過(guò)小,翻斗轉(zhuǎn)動(dòng)有阻滯感。

解決這類因素引入的測(cè)量誤差,要求臺(tái)站工作人員保持雨量傳感器的清潔衛(wèi)生。定期（一般一個(gè)月）用清水清洗翻斗軸頸和寶石軸承孔（寶石軸承切勿加油）。如清洗不見(jiàn)效,可能是寶石軸承磨損或碎裂所致,可用大頭針沿軸承內(nèi)孔觸劃,如有阻滯感,即寶石磨損,應(yīng)更新軸承部件。如翻斗軸損壞,則更新翻斗軸。

3.3 因維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)引入的測(cè)量誤差及處理方法

在目前的自動(dòng)氣象站中,雨量傳感器仍沿用翻斗式傳感器,翻斗中的機(jī)械構(gòu)成部分會(huì)引入測(cè)量的誤差。因此對(duì)翻斗雨量傳感器的維護(hù)保養(yǎng)是使雨量準(zhǔn)確性得以保證的基礎(chǔ)。若不加以維護(hù)造成進(jìn)出水管道堵塞,尤其節(jié)流管不暢通,或翻斗翻動(dòng)不靈敏,均會(huì)造成測(cè)量誤差。這種因素引入的測(cè)量誤差,會(huì)使自動(dòng)氣象站的雨量測(cè)量值偏小于實(shí)際降水值。

解決方法是臺(tái)站人員應(yīng)至少每個(gè)月清理一次過(guò)濾網(wǎng)上的塵沙、小蟲(chóng)等以防堵塞管道,特別要注意保持節(jié)流管暢通。無(wú)雨或少雨季節(jié),可將承水器加蓋,但注意在降水前及時(shí)打開(kāi)。翻斗內(nèi)壁禁止用手或其它物體抹拭,以免沾上油污。當(dāng)久旱后進(jìn)入第一場(chǎng)大雨前,臺(tái)站觀測(cè)人員應(yīng)進(jìn)行雨量傳感器的檢查。向雨量承水器注入一定量的水（一般為60～70 mm）,觀測(cè)自動(dòng)氣象站雨量示值與實(shí)際注入水的值是否一致。若不一致,則應(yīng)檢查原因,排除故障,同時(shí),及時(shí)調(diào)節(jié)基點(diǎn)定位螺絲，避免因維護(hù)不妥引入測(cè)量誤差。

3.4 人為原因造成的誤差

3.4.1 觀測(cè)時(shí)間不同步

自動(dòng)站采集器采集降水量為正點(diǎn)即00分,這個(gè)時(shí)間非常精確,而人工觀測(cè)的降水量一般在50分左右,時(shí)間相差10 min,即使同一個(gè)人在允許的時(shí)間內(nèi),兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)也不同,一次降水過(guò)程,每次定時(shí)觀測(cè)數(shù)值相差較大,但降水總量卻差別不大,就是由時(shí)間不同步造成的。這要求人工觀測(cè)降水量時(shí),盡量靠近正點(diǎn)觀測(cè)。

3.4.2 人為的讀數(shù)誤差

自動(dòng)站記錄的降水量是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程,無(wú)人為的讀數(shù)誤差,而人工站由于發(fā)報(bào)需要,需多次量取,這樣就容易出現(xiàn)誤差,每次量取,還存在視線誤差。

要求工作人員觀測(cè)液體降水時(shí)要換取儲(chǔ)水瓶,將水倒入量杯,要倒凈。使量杯保持垂直,人的視線與水面齊平,以水凹面為準(zhǔn)。觀測(cè)員在量取降水量過(guò)程中要細(xì)心操作,準(zhǔn)確讀數(shù),盡量減小誤差。

1002－252X（2012）03－0031－01

2012－6－1

馮振宇（1975-），男，黑龍江省肇州縣人，大慶石油學(xué)院，本科生，助理工程師.