稱重式降水傳感器與雨量器實測降水量對比分析

張俊茹+蘭飛飛

摘要：本文利用長春國家基準(zhǔn)氣候站2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的固態(tài)降水資料，從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三個方面對DSH1型稱重式降水傳感器實時監(jiān)測的降水量與口徑20厘米的雨量器人工測量的降水量進行對比分析。得出結(jié)論：由于測量原理與方法不同，兩者數(shù)據(jù)存在一定的差異。當(dāng)過程降水量≥5.0毫米，稱重式降水傳感器降水量較口徑20厘米的雨量器測得的降水量偏多5%～12%左右，從而更接近真實值；稱重式降水傳感器對降水開始有量時存在著嚴重的滯后性，待改進。

關(guān)鍵詞：DSH1型稱重式降水傳感器；固態(tài)降水；對比分析

中圖分類號：P412.13文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-24-1

隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力的需求也日益增強。北方冬季降雪頻繁，出現(xiàn)災(zāi)害性暴雪天氣次數(shù)增多。實時監(jiān)測雪情，為做好氣象防災(zāi)、減災(zāi)提供有利依據(jù)已成為觀測臺站的一項重要任務(wù)。DSH1型稱重式降水傳感器增強了對固態(tài)降水自動連續(xù)觀測能力，提高了觀測資料密度和時效性，可為全社會應(yīng)對重大冰雪災(zāi)害的應(yīng)急保障能力提供快速、準(zhǔn)確、動態(tài)的實時監(jiān)測信息。

1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)及對比分析

1.1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)

2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的稱重式降水傳感器實時監(jiān)測與口徑為20厘米雨量器人工定時實測的固態(tài)降水（固態(tài)和混合降水）資料。

1.2從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三方面進行對比分析

數(shù)據(jù)的完整性。從實測記錄看，無由于客觀（如長時間停電或儀器故障）或人為原因造成的記錄丟失或缺測；數(shù)據(jù)的可靠性。通過統(tǒng)計每月有無降水一致率來分析數(shù)據(jù)的可靠性。

（1）有無降水的一致率：以自動氣象站采集數(shù)據(jù)Z文件中的過程降水量（降水間歇時間不超過2小時）為依據(jù)，過程降水量≥0.1毫米即為有降水，否則視為無降水。當(dāng)自動站過程降水量為0，而人工觀測降水量≥0.1毫米；或自動站過程降水量≥0.1，而人工觀測降水量為0，均作為一次不一致統(tǒng)計，否則為一致。從實測數(shù)據(jù)看：在實有56次降水過程中，只有一次人工觀測降水量為0.1毫米，DSH1型稱重降水傳感器沒有顯示降水量（記為0.0毫米），即有降水一致率為98.2%。（2）自動站觀測降水量只與人工定時降水量比較，當(dāng)人工定時降水量≤10.0毫米時兩者差值≤0.4毫米，定時人工降水量>10.0毫米時兩者差值百分率≤4%，則為一致。月一致率（%）=對比差值小于一致率范圍的次數(shù)/有效總次數(shù)×100%，從實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出各月的一致率為：

從上表可看出有7個月一致率達100%，說明人工20厘米口徑雨量器觀測降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。但仍有4個月一致率未達100%，造成不一致的主要原因是當(dāng)降水量≥2.0毫米時，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒測量的降水量偏多2.5%～20.0%左右。產(chǎn)生此種偏差的主要原因是稱重式降水傳感器承水口頂部外圍有防風(fēng)圈（人工雨量筒無防風(fēng)圈），減少了風(fēng)對降水的影響。另一原因是兩種儀器承水口距地高度不同，雨量筒承水口距地面只有70厘米，而稱重式傳感器承水口距地面120厘米。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確度的評估僅采用有降水時間段的資料（過程降水量≥0.1毫米），設(shè)X為參考標(biāo)準(zhǔn)降水量（人工雨量筒測量降水量），Xi為稱重式傳感器采集的累計量。

由圖1可看出，共有45次過程降水量≤5.0毫米，有7次過程兩者差值超過0.2毫米，占總次數(shù)的15.5%。差值小于0.2毫米占總次數(shù)84.5%，準(zhǔn)確度較高。

由圖2可看出，有11次過程降水量>5.0毫米，但只有一次兩者降水量對比差值≤4%，其他兩者降水量對比差值均超出了規(guī)定范圍，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒觀測降水量偏多5%～12%，只有一次為偏少16%（稱重式降水傳感器滯后，前期降水量未記錄上）。分析原因：（1）因風(fēng)場變形或其他因素導(dǎo)致20厘米口徑的雨量器測得的降水量較實際降水量偏少10%～50%。稱重式傳感器相對于20厘米口徑的雨量器測得的降水量更接近真實值。（2）分析稱重式固態(tài)降水傳感器測量數(shù)據(jù)偏少原因，可能為測量原理導(dǎo)致降水?dāng)?shù)據(jù)漏采樣，數(shù)據(jù)采集上傳時間滯后。

3結(jié)論

（1）固態(tài)降水使用20厘米口徑的雨量器人工觀測，存在時效性差、誤差大等問題，難以適應(yīng)氣象預(yù)警服務(wù)的需求，稱重式固態(tài)降水傳感器具有測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)實時性強，可有效提高冬季降雪防災(zāi)減災(zāi)能力。（2）過程降水量≤5.0毫米時，20厘米口徑雨量器測得的降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。（3）由于觀測方法與測量原理不同，兩者存在著一定的差異，從數(shù)據(jù)分析看，稱重式固態(tài)降水傳感器采集的降水量較20厘米口徑的雨量器測得的降水量偏多（過程降水量>5.0毫米，偏多5%～12%），更接近真實值。（4）在實際工作中，尤其在降雪前期，稱重式降水傳感器誤差較大，對降雪有量時反應(yīng)滯后，可能為漏采樣或數(shù)據(jù)采集上傳滯后。

作者簡介：張俊茹，長春市氣象探測中心。

摘要：本文利用長春國家基準(zhǔn)氣候站2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的固態(tài)降水資料，從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三個方面對DSH1型稱重式降水傳感器實時監(jiān)測的降水量與口徑20厘米的雨量器人工測量的降水量進行對比分析。得出結(jié)論：由于測量原理與方法不同，兩者數(shù)據(jù)存在一定的差異。當(dāng)過程降水量≥5.0毫米，稱重式降水傳感器降水量較口徑20厘米的雨量器測得的降水量偏多5%～12%左右，從而更接近真實值；稱重式降水傳感器對降水開始有量時存在著嚴重的滯后性，待改進。

關(guān)鍵詞：DSH1型稱重式降水傳感器；固態(tài)降水；對比分析

中圖分類號：P412.13文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-24-1

隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力的需求也日益增強。北方冬季降雪頻繁，出現(xiàn)災(zāi)害性暴雪天氣次數(shù)增多。實時監(jiān)測雪情，為做好氣象防災(zāi)、減災(zāi)提供有利依據(jù)已成為觀測臺站的一項重要任務(wù)。DSH1型稱重式降水傳感器增強了對固態(tài)降水自動連續(xù)觀測能力，提高了觀測資料密度和時效性，可為全社會應(yīng)對重大冰雪災(zāi)害的應(yīng)急保障能力提供快速、準(zhǔn)確、動態(tài)的實時監(jiān)測信息。

1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)及對比分析

1.1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)

2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的稱重式降水傳感器實時監(jiān)測與口徑為20厘米雨量器人工定時實測的固態(tài)降水（固態(tài)和混合降水）資料。

1.2從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三方面進行對比分析

數(shù)據(jù)的完整性。從實測記錄看，無由于客觀（如長時間停電或儀器故障）或人為原因造成的記錄丟失或缺測；數(shù)據(jù)的可靠性。通過統(tǒng)計每月有無降水一致率來分析數(shù)據(jù)的可靠性。

（1）有無降水的一致率：以自動氣象站采集數(shù)據(jù)Z文件中的過程降水量（降水間歇時間不超過2小時）為依據(jù)，過程降水量≥0.1毫米即為有降水，否則視為無降水。當(dāng)自動站過程降水量為0，而人工觀測降水量≥0.1毫米；或自動站過程降水量≥0.1，而人工觀測降水量為0，均作為一次不一致統(tǒng)計，否則為一致。從實測數(shù)據(jù)看：在實有56次降水過程中，只有一次人工觀測降水量為0.1毫米，DSH1型稱重降水傳感器沒有顯示降水量（記為0.0毫米），即有降水一致率為98.2%。（2）自動站觀測降水量只與人工定時降水量比較，當(dāng)人工定時降水量≤10.0毫米時兩者差值≤0.4毫米，定時人工降水量>10.0毫米時兩者差值百分率≤4%，則為一致。月一致率（%）=對比差值小于一致率范圍的次數(shù)/有效總次數(shù)×100%，從實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出各月的一致率為：

從上表可看出有7個月一致率達100%，說明人工20厘米口徑雨量器觀測降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。但仍有4個月一致率未達100%，造成不一致的主要原因是當(dāng)降水量≥2.0毫米時，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒測量的降水量偏多2.5%～20.0%左右。產(chǎn)生此種偏差的主要原因是稱重式降水傳感器承水口頂部外圍有防風(fēng)圈（人工雨量筒無防風(fēng)圈），減少了風(fēng)對降水的影響。另一原因是兩種儀器承水口距地高度不同，雨量筒承水口距地面只有70厘米，而稱重式傳感器承水口距地面120厘米。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確度的評估僅采用有降水時間段的資料（過程降水量≥0.1毫米），設(shè)X為參考標(biāo)準(zhǔn)降水量（人工雨量筒測量降水量），Xi為稱重式傳感器采集的累計量。

由圖1可看出，共有45次過程降水量≤5.0毫米，有7次過程兩者差值超過0.2毫米，占總次數(shù)的15.5%。差值小于0.2毫米占總次數(shù)84.5%，準(zhǔn)確度較高。

由圖2可看出，有11次過程降水量>5.0毫米，但只有一次兩者降水量對比差值≤4%，其他兩者降水量對比差值均超出了規(guī)定范圍，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒觀測降水量偏多5%～12%，只有一次為偏少16%（稱重式降水傳感器滯后，前期降水量未記錄上）。分析原因：（1）因風(fēng)場變形或其他因素導(dǎo)致20厘米口徑的雨量器測得的降水量較實際降水量偏少10%～50%。稱重式傳感器相對于20厘米口徑的雨量器測得的降水量更接近真實值。（2）分析稱重式固態(tài)降水傳感器測量數(shù)據(jù)偏少原因，可能為測量原理導(dǎo)致降水?dāng)?shù)據(jù)漏采樣，數(shù)據(jù)采集上傳時間滯后。

3結(jié)論

（1）固態(tài)降水使用20厘米口徑的雨量器人工觀測，存在時效性差、誤差大等問題，難以適應(yīng)氣象預(yù)警服務(wù)的需求，稱重式固態(tài)降水傳感器具有測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)實時性強，可有效提高冬季降雪防災(zāi)減災(zāi)能力。（2）過程降水量≤5.0毫米時，20厘米口徑雨量器測得的降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。（3）由于觀測方法與測量原理不同，兩者存在著一定的差異，從數(shù)據(jù)分析看，稱重式固態(tài)降水傳感器采集的降水量較20厘米口徑的雨量器測得的降水量偏多（過程降水量>5.0毫米，偏多5%～12%），更接近真實值。（4）在實際工作中，尤其在降雪前期，稱重式降水傳感器誤差較大，對降雪有量時反應(yīng)滯后，可能為漏采樣或數(shù)據(jù)采集上傳滯后。

作者簡介：張俊茹，長春市氣象探測中心。

摘要：本文利用長春國家基準(zhǔn)氣候站2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的固態(tài)降水資料，從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三個方面對DSH1型稱重式降水傳感器實時監(jiān)測的降水量與口徑20厘米的雨量器人工測量的降水量進行對比分析。得出結(jié)論：由于測量原理與方法不同，兩者數(shù)據(jù)存在一定的差異。當(dāng)過程降水量≥5.0毫米，稱重式降水傳感器降水量較口徑20厘米的雨量器測得的降水量偏多5%～12%左右，從而更接近真實值；稱重式降水傳感器對降水開始有量時存在著嚴重的滯后性，待改進。

關(guān)鍵詞：DSH1型稱重式降水傳感器；固態(tài)降水；對比分析

中圖分類號：P412.13文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-24-1

隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力的需求也日益增強。北方冬季降雪頻繁，出現(xiàn)災(zāi)害性暴雪天氣次數(shù)增多。實時監(jiān)測雪情，為做好氣象防災(zāi)、減災(zāi)提供有利依據(jù)已成為觀測臺站的一項重要任務(wù)。DSH1型稱重式降水傳感器增強了對固態(tài)降水自動連續(xù)觀測能力，提高了觀測資料密度和時效性，可為全社會應(yīng)對重大冰雪災(zāi)害的應(yīng)急保障能力提供快速、準(zhǔn)確、動態(tài)的實時監(jiān)測信息。

1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)及對比分析

1.1所用實測降水?dāng)?shù)據(jù)

2012年1月～ 4月、2012年10月～ 2013年4月，共11個月的稱重式降水傳感器實時監(jiān)測與口徑為20厘米雨量器人工定時實測的固態(tài)降水（固態(tài)和混合降水）資料。

1.2從數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性三方面進行對比分析

數(shù)據(jù)的完整性。從實測記錄看，無由于客觀（如長時間停電或儀器故障）或人為原因造成的記錄丟失或缺測；數(shù)據(jù)的可靠性。通過統(tǒng)計每月有無降水一致率來分析數(shù)據(jù)的可靠性。

（1）有無降水的一致率：以自動氣象站采集數(shù)據(jù)Z文件中的過程降水量（降水間歇時間不超過2小時）為依據(jù)，過程降水量≥0.1毫米即為有降水，否則視為無降水。當(dāng)自動站過程降水量為0，而人工觀測降水量≥0.1毫米；或自動站過程降水量≥0.1，而人工觀測降水量為0，均作為一次不一致統(tǒng)計，否則為一致。從實測數(shù)據(jù)看：在實有56次降水過程中，只有一次人工觀測降水量為0.1毫米，DSH1型稱重降水傳感器沒有顯示降水量（記為0.0毫米），即有降水一致率為98.2%。（2）自動站觀測降水量只與人工定時降水量比較，當(dāng)人工定時降水量≤10.0毫米時兩者差值≤0.4毫米，定時人工降水量>10.0毫米時兩者差值百分率≤4%，則為一致。月一致率（%）=對比差值小于一致率范圍的次數(shù)/有效總次數(shù)×100%，從實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出各月的一致率為：

從上表可看出有7個月一致率達100%，說明人工20厘米口徑雨量器觀測降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。但仍有4個月一致率未達100%，造成不一致的主要原因是當(dāng)降水量≥2.0毫米時，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒測量的降水量偏多2.5%～20.0%左右。產(chǎn)生此種偏差的主要原因是稱重式降水傳感器承水口頂部外圍有防風(fēng)圈（人工雨量筒無防風(fēng)圈），減少了風(fēng)對降水的影響。另一原因是兩種儀器承水口距地高度不同，雨量筒承水口距地面只有70厘米，而稱重式傳感器承水口距地面120厘米。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確度的評估僅采用有降水時間段的資料（過程降水量≥0.1毫米），設(shè)X為參考標(biāo)準(zhǔn)降水量（人工雨量筒測量降水量），Xi為稱重式傳感器采集的累計量。

由圖1可看出，共有45次過程降水量≤5.0毫米，有7次過程兩者差值超過0.2毫米，占總次數(shù)的15.5%。差值小于0.2毫米占總次數(shù)84.5%，準(zhǔn)確度較高。

由圖2可看出，有11次過程降水量>5.0毫米，但只有一次兩者降水量對比差值≤4%，其他兩者降水量對比差值均超出了規(guī)定范圍，稱重式降水傳感器采集的降水量較人工雨量筒觀測降水量偏多5%～12%，只有一次為偏少16%（稱重式降水傳感器滯后，前期降水量未記錄上）。分析原因：（1）因風(fēng)場變形或其他因素導(dǎo)致20厘米口徑的雨量器測得的降水量較實際降水量偏少10%～50%。稱重式傳感器相對于20厘米口徑的雨量器測得的降水量更接近真實值。（2）分析稱重式固態(tài)降水傳感器測量數(shù)據(jù)偏少原因，可能為測量原理導(dǎo)致降水?dāng)?shù)據(jù)漏采樣，數(shù)據(jù)采集上傳時間滯后。

3結(jié)論

（1）固態(tài)降水使用20厘米口徑的雨量器人工觀測，存在時效性差、誤差大等問題，難以適應(yīng)氣象預(yù)警服務(wù)的需求，稱重式固態(tài)降水傳感器具有測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)實時性強，可有效提高冬季降雪防災(zāi)減災(zāi)能力。（2）過程降水量≤5.0毫米時，20厘米口徑雨量器測得的降水量與DSH1型稱重式降水傳感器采集的降水量兩者相關(guān)關(guān)系顯著，同步性較好。（3）由于觀測方法與測量原理不同，兩者存在著一定的差異，從數(shù)據(jù)分析看，稱重式固態(tài)降水傳感器采集的降水量較20厘米口徑的雨量器測得的降水量偏多（過程降水量>5.0毫米，偏多5%～12%），更接近真實值。（4）在實際工作中，尤其在降雪前期，稱重式降水傳感器誤差較大，對降雪有量時反應(yīng)滯后，可能為漏采樣或數(shù)據(jù)采集上傳滯后。

作者簡介：張俊茹，長春市氣象探測中心。