探究在降水觀測過程中降水現(xiàn)象儀與人工數(shù)據(jù)觀測精度差別

秦政

摘 要：降水觀測主要是為了能夠提供更加精準(zhǔn)的氣象信息，目前常用的觀測手段分為降水現(xiàn)象儀及人工觀測。近幾年隨著降水現(xiàn)象儀與人工數(shù)據(jù)觀測的綜合應(yīng)用，人們在降水觀測中的工作效率得到明顯提升，但是為了使其數(shù)據(jù)信息的精確度更準(zhǔn)確。本次對降水現(xiàn)象儀與人工數(shù)據(jù)觀測的精度差別進(jìn)行分析，人工觀測過程中使用雨量筒來實(shí)現(xiàn)，通過對雨量筒的定期觀察進(jìn)行記錄；自動(dòng)觀測使用的是DSG4降水現(xiàn)象儀，該設(shè)備能夠?qū)Χ喾N降雨類型進(jìn)行區(qū)分。為了增加數(shù)據(jù)對比的明顯性，選擇了本地汛期6月、7月、8月進(jìn)行觀察。通過長達(dá)3個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的精確度，進(jìn)而使降水觀測工作更加順利的得以開展。

關(guān)鍵詞：降水觀測；降水現(xiàn)象儀；人工數(shù)據(jù)觀測；精度差別

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415067

引言

降水屬于天氣現(xiàn)象的一種，主要是指氣體以液態(tài)、固態(tài)或混合狀態(tài)的水凝物降落到地面上，完成自然界水循環(huán)的一種氣象。降水信息中主要有降水形態(tài)、時(shí)間、降水量等，可為氣象監(jiān)測、水文地質(zhì)勘探提供數(shù)據(jù)化資料。降水種類可以大致分為冰雹、霾、雪、雨等多種形式，在冬季，雨量筒無法對雪進(jìn)行有效的量化評估，因此在進(jìn)行對比觀測時(shí)，可以選擇在夏季降水種類豐富的汛期進(jìn)行。傳統(tǒng)的降水觀測主要是由人工完成，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，操作較為復(fù)雜，且成本較高；近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員已經(jīng)研發(fā)出具備不同程度水平的降水現(xiàn)象儀，使得降水觀測工作效率及精準(zhǔn)率得到提高。

1 降水現(xiàn)象儀與人工數(shù)據(jù)觀測概論

當(dāng)前各個(gè)觀測站所使用的降水現(xiàn)象儀主要是基于振動(dòng)法、光學(xué)法及攝像法的技術(shù)，用來觀測降水形態(tài)、強(qiáng)度及時(shí)間。本次河南清豐縣氣像局使用的是華創(chuàng)風(fēng)云DSG4降水現(xiàn)象儀，采用的是現(xiàn)代激光技術(shù)的測量系統(tǒng)，可對多種形態(tài)的降水情況進(jìn)行監(jiān)測，包括冰雹、冰粒、毛毛雨、雨、陣雨等，根據(jù)不同形態(tài)的降水粒子對激光信號(hào)的衰減程度，同時(shí)檢測出粒子直徑及其下落速度，確定降水類型。在安裝過程中，應(yīng)當(dāng)避開大型的建筑物，遠(yuǎn)離發(fā)熱源，同時(shí)確保不會(huì)受到光學(xué)遮擋物及反射體的影響。

通過降水現(xiàn)象儀的應(yīng)用，使得在降水觀測工作中可以極大程度的避免由于人工觀測及操作方式中出現(xiàn)的誤差，進(jìn)而提高降水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的精確性，為氣象預(yù)報(bào)及汛期預(yù)測提供有效準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的服務(wù)，通過精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)，可使社會(huì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升。此外，記錄精準(zhǔn)的降雨過程，有助于研究在一定周期內(nèi)當(dāng)?shù)氐臍庀笞兓厔?，進(jìn)而預(yù)測一定時(shí)間內(nèi)的降雨量。由于傳統(tǒng)的降雨觀測并不能進(jìn)行精確的測定，因此選擇降水現(xiàn)象儀是大勢所趨。降水現(xiàn)象儀還可以減少人工在檢測過程中的參與，杜絕了人主觀意識(shí)以及工作疏忽而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而減少了干擾因素。

人工數(shù)據(jù)觀測主要是通過雨量筒實(shí)現(xiàn)，一般大小都為20cm直徑，主要是用于測量液態(tài)及固態(tài)降水總量，筒體以較為堅(jiān)硬的材料制成，筒口呈現(xiàn)內(nèi)直外斜的刀刃狀，以防止多余雨水漸入。本站選用的雨量傳感器為0.1mm翻斗式，雨量筒型號(hào)為SL3-1。安裝過程中，要保證筒口水平，且距地面高度為80cm，選擇放置在四周較為空曠，且確保當(dāng)降水傾斜時(shí)也可正常落入到筒內(nèi)。安裝雨量筒完畢要需要定期的對其進(jìn)行固定性質(zhì)檢查，避免因風(fēng)或者冰雹導(dǎo)致雨量筒位置發(fā)生變化，在測量完降水之后要及時(shí)的清空雨量筒，以減少對二次降雨的觀測干擾。

2 收集的數(shù)據(jù)對比

在本次試驗(yàn)中無論是降水現(xiàn)象儀還是人工觀測數(shù)據(jù)，均去除了觀察到降水但是沒有降水時(shí)長的部分。此外，對于降雨過程中出現(xiàn)時(shí)間較短的霾的現(xiàn)象也進(jìn)行去除。為了保證該實(shí)驗(yàn)的真實(shí)可靠性，在進(jìn)行試驗(yàn)之前，所有參與實(shí)驗(yàn)的人員均不知情，降低了人為干擾實(shí)驗(yàn)的概率。此外，本次試驗(yàn)還對5月和9月的降水現(xiàn)象進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)由于此2個(gè)月降水少，且降水集中、規(guī)律，因此在實(shí)驗(yàn)記錄上兩者差異不大，不具備可比性。在3個(gè)月的研究過程中，為了保證實(shí)驗(yàn)的主觀性，最大限度減少干擾因素，每次進(jìn)行人工觀察、記錄時(shí)均為2人，如果2人對于降水情況有爭議時(shí)，引入第3人進(jìn)行綜合判斷。數(shù)據(jù)記錄以后及時(shí)進(jìn)行電子存檔，保證數(shù)據(jù)安全性能，實(shí)驗(yàn)人員還需要定期的對此進(jìn)行檢查，避免因漏記而造成數(shù)據(jù)空白，造成對最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。此外，平均每周對降水現(xiàn)象儀進(jìn)行維護(hù)與校準(zhǔn)，確保其一直處于正常工作狀態(tài)，保證最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本次研究中，分別收集了2018年6-8月份內(nèi)人工觀測降水現(xiàn)象的數(shù)據(jù)及DSG4降水現(xiàn)象儀的數(shù)據(jù)，主要觀測了3個(gè)月份之中的降水類型、降水概率、降水時(shí)長。降水類型是指人工與DSG4降水現(xiàn)象儀觀測到的降水的種類，在本次觀察中主要針對降雨、冰雹、霾進(jìn)行觀測，對于其他類型的降水暫時(shí)沒有引入。對降水現(xiàn)象儀以及人工記錄數(shù)據(jù)調(diào)取后，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，將所得結(jié)果以表格的形式進(jìn)行顯示。下表將兩者的數(shù)據(jù)分為2個(gè)小組，對3個(gè)月內(nèi)的月均降水類型、降水概率、降水周期進(jìn)行了對比。降水概率是指在當(dāng)月人工與DSG4降水現(xiàn)象儀觀測到的降水天數(shù)在當(dāng)月所有天數(shù)的比例。降水時(shí)長是指降水總的時(shí)間長度，主要通過不同日期降水的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間累計(jì)計(jì)算，降水記錄以小時(shí)為單位。在此次統(tǒng)計(jì)時(shí)長中，由于發(fā)生霾的天氣較少，且伴隨霾時(shí)的降水量較小，又多是處在雨前短期，人工區(qū)分時(shí)難以將其與小雨完全區(qū)分，因此也并沒有將其統(tǒng)計(jì)入時(shí)長。

通過此次對比可知，在降水類型方面，DSG4降水現(xiàn)象儀的觀測能力明顯強(qiáng)于人工觀測，在3個(gè)月份中，人工均未觀測到霾的現(xiàn)象，這可能與霾與雨前小雨難以區(qū)分有關(guān)。在7、8月份中，人工均沒有觀測到冰雹，這可能是由于發(fā)生在7、8月份的冰雹時(shí)間較短，導(dǎo)致人工沒有及時(shí)觀測到，這也表明了DSG4降水現(xiàn)象儀的精準(zhǔn)性與實(shí)時(shí)性。在降水概率方面，DSG4降水現(xiàn)象儀觀測到的降水天數(shù)是人工的2～3倍，對于大時(shí)長的降水，兩者觀測內(nèi)容基本一致，這說明，在較短的降水時(shí)間內(nèi)，人工觀測存在不及時(shí)的現(xiàn)象。在降水時(shí)長上，降觀儀的觀測也要高于人工，6月份降水中等，人工與DSG4降水現(xiàn)象儀差距較大。8月份在降水量較大的情況下，測量差距與6月份的差距差別不大，這說明人工觀測與DSG4降水現(xiàn)象儀之間的差異并不是呈比例的關(guān)系。這也說明了人工觀測的不穩(wěn)定性，雖然采取了2人同時(shí)觀察法，仍可能由于各種人的個(gè)體因素造成記錄不及時(shí)或者記錄錯(cuò)誤。

此外，7月份由于降水較少，降水周期連續(xù)，所以人工與DSG4降水現(xiàn)象儀差異不像6月份與8月份大。通過數(shù)據(jù)分析我們還可以得到以下結(jié)論，在降水集中、降水量少、降水結(jié)構(gòu)單一的情況下，人工記錄的數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確，但是遇到降水復(fù)雜的天氣，人工記錄的弊端也被凸顯出來。此外，通過對原始記錄數(shù)據(jù)分析還可以知道，在夜間降小雨或者霾的情況下，人工一般無記錄，這是由于夜間即便有值班人員也可能沒有及時(shí)的進(jìn)行觀測記錄，霾在夜間也幾乎觀測不出。由此可知，DSG4降水現(xiàn)象儀的全天檢測性能比較均衡，明顯高于人工觀測。

3 結(jié)論

本文為了研究降水現(xiàn)象儀與人工觀測降水的區(qū)別，在考慮降水類型與降水量的情況下，最終選擇了在汛期的6月、7月、8月進(jìn)行研究，去除降雨較少、較集中的月份，增加了對比實(shí)驗(yàn)的可靠性。根據(jù)連續(xù)3個(gè)月的降水類型及總量觀察結(jié)果可知，在降水類型方面，人工觀測往往不能記錄霾的天氣現(xiàn)象，導(dǎo)致了其記錄類型的缺陷；在降水量方面，由于DSG4降水現(xiàn)象儀具有實(shí)時(shí)觀測、實(shí)時(shí)記錄的特征，因此記錄降水周期和降水量更為準(zhǔn)確。尤其是在夜間，部分降水現(xiàn)象夜間不明顯，人工觀測難度。DSG4降水現(xiàn)象儀觀測相較于人工更為精準(zhǔn)，應(yīng)用該設(shè)備能夠更好地記錄降水的類型以及降水量，能夠提高當(dāng)?shù)亟邓涗浀臏?zhǔn)確性與高效性，可以為其他科學(xué)觀測提供重要、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

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