自動(dòng)和人工觀測(cè)降雨量結(jié)果差異探討

魏燕華

（山西省水文水資源勘測(cè)局陽(yáng)泉分局　山西　陽(yáng)泉　045000）

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自動(dòng)和人工觀測(cè)降雨量結(jié)果差異探討

魏燕華

（山西省水文水資源勘測(cè)局陽(yáng)泉分局山西陽(yáng)泉045000）

摘要通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比山西省陽(yáng)泉市陽(yáng)泉水文站自動(dòng)與人工兩年觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，對(duì)自動(dòng)觀測(cè)雨量計(jì)與人工觀測(cè)雨量計(jì)的各自特點(diǎn)進(jìn)行分析，最終得出，自動(dòng)觀測(cè)雨量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，受外界影響因素較少，精確度高。

關(guān)鍵詞人工觀測(cè)；自動(dòng)觀測(cè)；降水；差異分析

當(dāng)前我國(guó)正在加快水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)步伐，自計(jì)雨量站是對(duì)水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的一次革新，與傳統(tǒng)人工觀測(cè)雨量計(jì)相比，自計(jì)雨量計(jì)受外界影響因素少，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，符合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水文監(jiān)測(cè)精細(xì)化的要求。自計(jì)雨量計(jì)觀測(cè)密度強(qiáng)，可以有效減輕傳統(tǒng)雨量工作的人力負(fù)擔(dān)。山西省陽(yáng)泉市水文水資源勘測(cè)局在陽(yáng)泉水文站配備了自計(jì)雨量計(jì)，并且一直處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自動(dòng)觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，自計(jì)雨量計(jì)與人工觀測(cè)雨量計(jì)存在一定差異。本文主要對(duì)自動(dòng)和人工觀測(cè)降雨結(jié)果差異的原因進(jìn)行探討。

1　觀測(cè)資料

選用山西省陽(yáng)泉市陽(yáng)泉水文站2013 年6月～10月和2014年6月～10月自動(dòng)與人工雨量計(jì)自動(dòng)測(cè)得的降水量資料，見(jiàn)表1。由表2可知，人工觀測(cè)雨量計(jì)測(cè)得的降水量總是少于自動(dòng)觀測(cè)測(cè)得的降水量；自動(dòng)觀測(cè)雨量計(jì)測(cè)得數(shù)據(jù)與月總降水量呈正相關(guān)；在陣性強(qiáng)降水時(shí)段，自動(dòng)觀測(cè)雨量計(jì)測(cè)得的降水量差值大于一般陣性降水時(shí)段；自計(jì)雨量計(jì)與雨量器之間存在差異值，百分率穩(wěn)定平均值范圍在10%左右，比人工觀測(cè)雨量計(jì)與雨量器的差異值大，人工觀測(cè)雨量計(jì)和雨量器差異值不穩(wěn)定。

2　自動(dòng)與人工雨量觀測(cè)計(jì)

2.1自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)構(gòu)造

自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集并記錄每分鐘的地面降雨信息，其廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。雨量傳感器、微電腦采集器、數(shù)據(jù)傳輸模塊是自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)的主要組成部分。雨量多少由雨量微電腦采集器顯示，雨量微電腦采集器還兼具自動(dòng)記錄，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，歷史數(shù)據(jù)紀(jì)錄，超限報(bào)警和數(shù)據(jù)通訊等功能。自動(dòng)雨量觀測(cè)系統(tǒng)全自動(dòng)工作，設(shè)計(jì)一體化，雨量計(jì)量精度高，計(jì)量誤差小，人工比對(duì)準(zhǔn)確，安裝維護(hù)方便，系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，設(shè)備制作精良，一般一個(gè)完整的自動(dòng)雨量觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信平臺(tái)和監(jiān)測(cè)中心四部分。

2.2人工雨量觀測(cè)

當(dāng)前盂縣使用的人工雨量觀測(cè)工具以普通雨量器為主，該種普通雨量器安裝高度為70cm，口徑面積314cm2，對(duì)降雨量進(jìn)行人工定時(shí)觀測(cè)，量杯是計(jì)量工具。用量杯每日定時(shí)直接量取雨量筒內(nèi)的降水量。人工雨量計(jì)的外部結(jié)構(gòu)是一個(gè)嚴(yán)密的鐵筒，承水器、漏斗和儲(chǔ)水瓶裝于內(nèi)部，另外還有一個(gè)量杯，與儲(chǔ)水瓶口徑成比例。發(fā)生降雨時(shí)，通過(guò)漏斗雨水流入儲(chǔ)水瓶。對(duì)降雨總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，取出儲(chǔ)水瓶，直接導(dǎo)入量杯內(nèi)。此時(shí)讀出的量杯上刻度數(shù)就是降水量。冬季降雪時(shí)，漏斗和儲(chǔ)水瓶必須取走，降水直接用承雪口和儲(chǔ)水筒容納。統(tǒng)計(jì)降水量時(shí)，取出儲(chǔ)水筒帶到室內(nèi)，筒內(nèi)的雪融化后，倒在量杯里，再讀取降水量數(shù)字。人工雨量觀測(cè)方法較為直接，簡(jiǎn)便易行，讀取數(shù)值，主要通過(guò)定時(shí)將出水瓶的降水倒入雨量杯進(jìn)行，人為因素大，這就決定了人工雨量觀測(cè)的誤差較大，人工雨量觀測(cè)誤差是多方面的，讀數(shù)誤差、測(cè)量誤差、操作誤差等都是常見(jiàn)的。人工雨量觀測(cè)時(shí)間是固定的，但降水分布時(shí)間并不均勻，因此人工雨量觀測(cè)不能完全代表全天24h的降水量，即使選取了極具代表性的時(shí)間段，但是觀測(cè)降雨量精確度依然不是太高。

表1.2013/2014年6月～10月自動(dòng)、人工觀測(cè)、雨量器降水量/mm

表2.2013/2014年6月～10月人工觀測(cè)降雨量與雨量器差異值百分率

3　自動(dòng)與人工雨量計(jì)測(cè)量降水量差異的主要原因

由以上分析可知，自動(dòng)與人工雨量計(jì)在測(cè)量降水量上的差異是顯著存在的，由于采用的觀測(cè)工具不同，必須對(duì)自動(dòng)與人工觀測(cè)降雨量的差異原因進(jìn)行具體分析。

3.1數(shù)據(jù)采集方法不同

了解降水量空間分布，必須進(jìn)行采樣。在降雨量采樣方面，自動(dòng)與人工降雨觀測(cè)并不相同，自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)全天24h的降雨量采樣，人工降雨觀測(cè)則是通過(guò)選取特定的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行降雨量采集。在自動(dòng)與人工降雨量觀測(cè)差異中，空間采樣差是重要因素，特別是單次對(duì)比測(cè)量最易受到空間采樣差的影響。隨機(jī)性是降雨量在空間分布上的特征，這就決定不同時(shí)間段的降雨量具有一定差異，這就決定了自動(dòng)與人工雨量計(jì)測(cè)量降水量的差異。自動(dòng)站雨量傳感器是自動(dòng)采集記錄降水量,翻斗是它的主要部件也比較靈敏,有降水時(shí)，由于水本身的重力作用使翻斗翻轉(zhuǎn)，隨著降水強(qiáng)度變大它翻轉(zhuǎn)的次數(shù)就越密，采集的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，同時(shí)沒(méi)有人為的讀數(shù)誤差。而人工站是采取人工量取方式，通過(guò)眼睛直接讀數(shù)而得，除了儀器本身的誤差外,人為誤差因素也占一定比例。

3.2測(cè)量?jī)x器不同

普通雨量器的收集口安裝一般高于地面，系統(tǒng)誤差不同是自動(dòng)和人工雨量觀測(cè)計(jì)的主要區(qū)別，由于人工雨量觀測(cè)計(jì)收集口高于地面，這會(huì)干擾自然風(fēng)場(chǎng)，減少雨量器捕捉率，導(dǎo)致出現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)變形誤差與沾濕誤差，集水器內(nèi)壁與倒空儲(chǔ)水器沾濕誤差是沾濕誤差的兩個(gè)種類，上述兩種系統(tǒng)誤差也存在于自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)中，但是，自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)沒(méi)有倒空儲(chǔ)水器的沾濕誤差。翻斗雨量計(jì)也是自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)與人工雨量觀測(cè)計(jì)的不同之處，自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)的翻斗雨量計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更易受到影響，因此在安裝與維護(hù)自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)時(shí)，必須重視基點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)與雨量計(jì)的水平性。降雨強(qiáng)度是影響雨量計(jì)翻斗計(jì)數(shù)的重要因素，由于翻斗具有翻轉(zhuǎn)慣性，降雨量大，翻斗技術(shù)次數(shù)會(huì)多于實(shí)際。此外，翻斗翻轉(zhuǎn)對(duì)時(shí)間有一定要求，翻斗在翻轉(zhuǎn)時(shí)，可能會(huì)造成重復(fù)計(jì)算，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，降水量達(dá)到250mm/h時(shí)，由于額外雨水流入而對(duì)雨量計(jì)量產(chǎn)生的影響尤為明顯。自動(dòng)觀測(cè)的翻斗雨量計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降雨強(qiáng)度對(duì)其觀測(cè)精度具有重要影響。

4　減小自動(dòng)與人工觀測(cè)降雨量結(jié)果差異的具體對(duì)策

4.1對(duì)人工雨量觀測(cè)工作嚴(yán)格要求

人工雨量觀測(cè)計(jì)依靠人工實(shí)現(xiàn)降雨量的統(tǒng)計(jì)，對(duì)工作人員工作步驟與工作態(tài)度具有較高要求，進(jìn)行人工雨量觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)時(shí)間應(yīng)盡量靠近整點(diǎn)，但在炎熱干燥的日子，為了防止蒸發(fā)太多，在降水停止后就要立即測(cè)量，以免造成降雨量不準(zhǔn)。工作人員必須細(xì)心操作、準(zhǔn)確讀數(shù)、減少人為誤差，準(zhǔn)確定位人工雨量觀測(cè)基點(diǎn)，減少測(cè)量誤差。如果發(fā)現(xiàn)人工雨量觀測(cè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器上附著少量雨水，則應(yīng)當(dāng)先行處理，而后進(jìn)行觀測(cè)。加強(qiáng)人工雨量計(jì)降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的人工整理工作，避免錯(cuò)讀數(shù)據(jù)，減少人為因素的影響。注意儀器保養(yǎng)，防沙防蟲，及時(shí)檢查人工雨量計(jì)工作狀態(tài)，同時(shí)注意儀器精度校對(duì)，確保記數(shù)與記錄值之間的一致。

4.2多次測(cè)量減小空間采樣差

在自動(dòng)與人工雨量觀測(cè)在單次采集降雨量對(duì)比中，極易出現(xiàn)差異較大現(xiàn)象，通過(guò)多次測(cè)量求平均值可以有效減少空間采樣差，避免上述現(xiàn)象多次測(cè)量求平均是一種測(cè)量方法。多次測(cè)量是減少人工測(cè)量出現(xiàn)偶然誤差的一種有效措施。人工測(cè)量在很多情況下會(huì)導(dǎo)致誤差，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤，如果用一些誤差大甚至錯(cuò)誤的數(shù)去計(jì)算，必然得出不準(zhǔn)確的結(jié)果。多次測(cè)量，可以有效避免錯(cuò)誤。通過(guò)多次測(cè)量，可以排除一些很明顯錯(cuò)的數(shù)據(jù)，從而降低了誤差。有效排除錯(cuò)誤以后，雨量觀測(cè)只存在誤差，測(cè)值總是在實(shí)際值附近浮動(dòng)，這樣大量測(cè)量后取平均會(huì)很接近正確值。

5　結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)與人工雨量觀測(cè)計(jì)是兩種不同的降雨量觀測(cè)儀器，各有所長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)將人工雨量觀測(cè)計(jì)與自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)結(jié)合使用，對(duì)兩種儀器測(cè)得的降雨量信息進(jìn)行綜合分析，提高降雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。在使用過(guò)程中，必須注意兩種儀器的保養(yǎng)，盡量避免外界因素影響降雨量測(cè)量工作，有效減少誤差，保證雨量測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)與人工雨量觀測(cè)計(jì)所測(cè)降雨量數(shù)據(jù)或多或少的會(huì)存在一些差異，這是多種因素造成的，相對(duì)而言，自動(dòng)雨量觀測(cè)計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)更加真實(shí)，可以準(zhǔn)確地反映當(dāng)?shù)亟涤昵闆r。相信隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)雨量觀測(cè)技術(shù)將會(huì)不斷更新，促進(jìn)我國(guó)水文事業(yè)的不斷進(jìn)步。陜西水利

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（責(zé)任編輯：李蕊）

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