魏燕華

（山西省水文水資源勘測局陽泉分局　山西　陽泉　045000）

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自動和人工觀測降雨量結(jié)果差異探討

魏燕華

（山西省水文水資源勘測局陽泉分局山西陽泉045000）

摘要通過實時對比山西省陽泉市陽泉水文站自動與人工兩年觀測數(shù)據(jù)資料，對自動觀測雨量計與人工觀測雨量計的各自特點進行分析，最終得出，自動觀測雨量計測量數(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；自動觀測；降水；差異分析

當(dāng)前我國正在加快水文監(jiān)測自動化建設(shè)步伐，自計雨量站是對水文監(jiān)測技術(shù)的一次革新，與傳統(tǒng)人工觀測雨量計相比，自計雨量計受外界影響因素少，測量數(shù)據(jù)準確度高，符合國民經(jīng)濟發(fā)展對水文監(jiān)測精細化的要求。自計雨量計觀測密度強，可以有效減輕傳統(tǒng)雨量工作的人力負擔(dān)。山西省陽泉市水文水資源勘測局在陽泉水文站配備了自計雨量計，并且一直處于良好的運行狀態(tài)。經(jīng)過長時間的自動觀測后發(fā)現(xiàn)，自計雨量計與人工觀測雨量計存在一定差異。本文主要對自動和人工觀測降雨結(jié)果差異的原因進行探討。

1　觀測資料

選用山西省陽泉市陽泉水文站2013 年6月～10月和2014年6月～10月自動與人工雨量計自動測得的降水量資料，見表1。由表2可知，人工觀測雨量計測得的降水量總是少于自動觀測測得的降水量；自動觀測雨量計測得數(shù)據(jù)與月總降水量呈正相關(guān)；在陣性強降水時段，自動觀測雨量計測得的降水量差值大于一般陣性降水時段；自計雨量計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，比人工觀測雨量計與雨量器的差異值大，人工觀測雨量計和雨量器差異值不穩(wěn)定。

2　自動與人工雨量觀測計

2.1自動雨量觀測計構(gòu)造

自動雨量觀測計可以實現(xiàn)自動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)傳輸模塊是自動雨量觀測計的主要組成部分。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記錄，實時時鐘，歷史數(shù)據(jù)紀錄，超限報警和數(shù)據(jù)通訊等功能。自動雨量觀測系統(tǒng)全自動工作，設(shè)計一體化，雨量計量精度高，計量誤差小，人工比對準確，安裝維護方便，系統(tǒng)兼容性強，設(shè)備制作精良，一般一個完整的自動雨量觀測系統(tǒng)應(yīng)具備現(xiàn)場檢測設(shè)備、遠程監(jiān)測設(shè)備、通信平臺和監(jiān)測中心四部分。

2.2人工雨量觀測

當(dāng)前盂縣使用的人工雨量觀測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，對降雨量進行人工定時觀測，量杯是計量工具。用量杯每日定時直接量取雨量筒內(nèi)的降水量。人工雨量計的外部結(jié)構(gòu)是一個嚴密的鐵筒，承水器、漏斗和儲水瓶裝于內(nèi)部，另外還有一個量杯，與儲水瓶口徑成比例。發(fā)生降雨時，通過漏斗雨水流入儲水瓶。對降雨總量進行統(tǒng)計時，取出儲水瓶，直接導(dǎo)入量杯內(nèi)。此時讀出的量杯上刻度數(shù)就是降水量。冬季降雪時，漏斗和儲水瓶必須取走，降水直接用承雪口和儲水筒容納。統(tǒng)計降水量時，取出儲水筒帶到室內(nèi)，筒內(nèi)的雪融化后，倒在量杯里，再讀取降水量數(shù)字。人工雨量觀測方法較為直接，簡便易行，讀取數(shù)值，主要通過定時將出水瓶的降水倒入雨量杯進行，人為因素大，這就決定了人工雨量觀測的誤差較大，人工雨量觀測誤差是多方面的，讀數(shù)誤差、測量誤差、操作誤差等都是常見的。人工雨量觀測時間是固定的，但降水分布時間并不均勻，因此人工雨量觀測不能完全代表全天24h的降水量，即使選取了極具代表性的時間段，但是觀測降雨量精確度依然不是太高。

表1.2013/2014年6月～10月自動、人工觀測、雨量器降水量/mm

表2.2013/2014年6月～10月人工觀測降雨量與雨量器差異值百分率

3　自動與人工雨量計測量降水量差異的主要原因

由以上分析可知，自動與人工雨量計在測量降水量上的差異是顯著存在的，由于采用的觀測工具不同，必須對自動與人工觀測降雨量的差異原因進行具體分析。

3.1數(shù)據(jù)采集方法不同

了解降水量空間分布，必須進行采樣。在降雨量采樣方面，自動與人工降雨觀測并不相同，自動雨量觀測計可實現(xiàn)全天24h的降雨量采樣，人工降雨觀測則是通過選取特定的時間點進行降雨量采集。在自動與人工降雨量觀測差異中，空間采樣差是重要因素，特別是單次對比測量最易受到空間采樣差的影響。隨機性是降雨量在空間分布上的特征，這就決定不同時間段的降雨量具有一定差異，這就決定了自動與人工雨量計測量降水量的差異。自動站雨量傳感器是自動采集記錄降水量,翻斗是它的主要部件也比較靈敏,有降水時，由于水本身的重力作用使翻斗翻轉(zhuǎn)，隨著降水強度變大它翻轉(zhuǎn)的次數(shù)就越密，采集的數(shù)據(jù)越準確，同時沒有人為的讀數(shù)誤差。而人工站是采取人工量取方式，通過眼睛直接讀數(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測量儀器不同

普通雨量器的收集口安裝一般高于地面，系統(tǒng)誤差不同是自動和人工雨量觀測計的主要區(qū)別，由于人工雨量觀測計收集口高于地面，這會干擾自然風(fēng)場，減少雨量器捕捉率，導(dǎo)致出現(xiàn)風(fēng)場變形誤差與沾濕誤差，集水器內(nèi)壁與倒空儲水器沾濕誤差是沾濕誤差的兩個種類，上述兩種系統(tǒng)誤差也存在于自動雨量觀測計中，但是，自動雨量觀測計沒有倒空儲水器的沾濕誤差。翻斗雨量計也是自動雨量觀測計與人工雨量觀測計的不同之處，自動雨量觀測計的翻斗雨量計設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更易受到影響，因此在安裝與維護自動雨量觀測計時，必須重視基點位置的調(diào)節(jié)與雨量計的水平性。降雨強度是影響雨量計翻斗計數(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)會多于實際。此外，翻斗翻轉(zhuǎn)對時間有一定要求，翻斗在翻轉(zhuǎn)時，可能會造成重復(fù)計算，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，降水量達到250mm/h時，由于額外雨水流入而對雨量計量產(chǎn)生的影響尤為明顯。自動觀測的翻斗雨量計機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降雨強度對其觀測精度具有重要影響。

4　減小自動與人工觀測降雨量結(jié)果差異的具體對策

4.1對人工雨量觀測工作嚴格要求

人工雨量觀測計依靠人工實現(xiàn)降雨量的統(tǒng)計，對工作人員工作步驟與工作態(tài)度具有較高要求，進行人工雨量觀測時，觀測時間應(yīng)盡量靠近整點，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量，以免造成降雨量不準。工作人員必須細心操作、準確讀數(shù)、減少人為誤差，準確定位人工雨量觀測基點，減少測量誤差。如果發(fā)現(xiàn)人工雨量觀測計的測量儀器上附著少量雨水，則應(yīng)當(dāng)先行處理，而后進行觀測。加強人工雨量計降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計的人工整理工作，避免錯讀數(shù)據(jù)，減少人為因素的影響。注意儀器保養(yǎng)，防沙防蟲，及時檢查人工雨量計工作狀態(tài)，同時注意儀器精度校對，確保記數(shù)與記錄值之間的一致。

4.2多次測量減小空間采樣差

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

5　結(jié)語

自動雨量觀測計與人工雨量觀測計是兩種不同的降雨量觀測儀器，各有所長，應(yīng)當(dāng)將人工雨量觀測計與自動雨量觀測計結(jié)合使用，對兩種儀器測得的降雨量信息進行綜合分析，提高降雨預(yù)報的準確性。在使用過程中，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量工作，有效減少誤差，保證雨量測量數(shù)據(jù)準確。自動雨量觀測計與人工雨量觀測計所測降雨量數(shù)據(jù)或多或少的會存在一些差異，這是多種因素造成的，相對而言，自動雨量觀測計的測量數(shù)據(jù)更加真實，可以準確地反映當(dāng)?shù)亟涤昵闆r。相信隨著科技的不斷發(fā)展，自動雨量觀測技術(shù)將會不斷更新，促進我國水文事業(yè)的不斷進步。陜西水利

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（責(zé)任編輯：李蕊）

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