普通雨量器降水量觀測(cè)誤差的分析

1、普通雨量器降水量觀測(cè)誤差的分析作者 :單位: 郵編 : )作者：許曉紅 張敬東 張德同 【論文關(guān)鍵詞】普通雨量器 降水量 觀測(cè)誤差 分析 【論文摘要 】 本文分析了普通雨量器降水量觀測(cè)過(guò)程中引起 降水量誤差的原因，并依據(jù)SL21- 90降水量觀測(cè)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定 對(duì)普通雨量器降水量觀測(cè)誤差的控制做了明確的要求， 對(duì)基層測(cè)站的 實(shí)際工作具有指導(dǎo)性作用。1 、導(dǎo)言普通雨量器是使用時(shí)間最長(zhǎng)， 而且設(shè)置最廣泛的降水量觀測(cè)儀 器，它采取了把自然降水量通過(guò)已知一定面積的承水口收集后導(dǎo)入儲(chǔ) 水瓶，然后再將收集到的降水量用專(zhuān)用量杯量取的方法測(cè)取， 所以它 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，是基層測(cè)站常用的降水量觀測(cè)儀器之一。

2、但在 觀測(cè)過(guò)程中和其它水文觀測(cè)項(xiàng)目一樣， 由于受一些因素的影響難免存 在一些觀測(cè)誤差，下面就其存在的誤差進(jìn)行探討。2、誤差來(lái)源2.1 濕潤(rùn)誤差普通雨量器的承雨器和儲(chǔ)水平內(nèi)壁對(duì)部分降雨的吸附造成的水量損失，稱濕潤(rùn)誤差。濕潤(rùn)誤差是負(fù)向系統(tǒng)誤差，使觀測(cè)的降水量系統(tǒng)偏小。濕潤(rùn)誤差與雨量器的材料、結(jié)構(gòu)以及風(fēng)速、空氣濕度和氣 溫有關(guān)。雨量器內(nèi)壁越光滑，口徑越小，承雨器濕潤(rùn)面積越小，濕潤(rùn) 誤差越小。風(fēng)速大、濕度小、氣溫高，濕潤(rùn)誤差就大。濕潤(rùn)誤差包括承雨器和儲(chǔ)水瓶?jī)刹糠?，用下式?jì)算： P3 = (C1+C2 n (1)式中： p w 為等時(shí)段降雨量觀測(cè)的濕潤(rùn)誤差(mm；C1、C2-分別為承雨器和儲(chǔ)水瓶一次降水

3、量觀測(cè)中的濕潤(rùn)誤差( mm)；n為該時(shí)段內(nèi)雨量器的濕潤(rùn)次數(shù)。SL21 90降水量觀測(cè)規(guī)范指出，每年降水量的濕潤(rùn)損失一 般為0.05 0.3mm 一年累計(jì)濕潤(rùn)誤差可使降水量偏小 2注右；降微 量小雨次數(shù)多的干旱地區(qū)，年濕潤(rùn)損失可達(dá) 10%。2.2 蒸發(fā)誤差降水停止到觀測(cè)時(shí)刻或降水間歇期間雨量器儲(chǔ)水瓶中水分蒸發(fā)造成的損失，稱蒸發(fā)誤差。蒸發(fā)誤差屬負(fù)向系統(tǒng)誤差。蒸發(fā)誤差可用下式計(jì)算： pe二edhd+enhn (2)式中 pe為時(shí)段降水觀測(cè)蒸發(fā)誤差(mr)；ed、en分別為雨量器白天和夜間蒸發(fā)損失率(mm/h ;hd、hn分別為時(shí)段降水觀測(cè)中白天和夜間的蒸發(fā)時(shí)間(h)。降水觀測(cè)蒸發(fā)損失與觀測(cè)站所處的區(qū)

4、域的氣候條件有關(guān)， 而且 隨季節(jié)不同而變化， 所以蒸發(fā)誤差的有關(guān)參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定， 不可盲目借用。SL21 90降水量觀測(cè)規(guī)范指出，蒸發(fā)損失量可占年降水量 的 1 4%。2.3 濺水誤差較大的落在地面上， 可濺起 0.3 0.4m 高，并形成一層雨霧隨 風(fēng)飄入雨量器內(nèi)， 使觀測(cè)的降水量大于實(shí)際降水量， 這項(xiàng)誤差稱為濺 水誤差。濺水誤差屬于正向系統(tǒng)誤差。實(shí)踐證明帶風(fēng)圈的雨量器濺水誤差可使年降水量偏大 1%。 地面雨量器的濺水誤差可使年降水量偏大 0.5 1%。2.4 動(dòng)力誤差風(fēng)對(duì)雨量器承受降水的干擾造成水量損失， 稱動(dòng)力誤差。 動(dòng)力 誤差由飄溢現(xiàn)象產(chǎn)生。 飄溢現(xiàn)象是指降雨或降雪時(shí)部分降雨或降

5、雪不 落入雨量器中的現(xiàn)象。 飄溢現(xiàn)象主要是由于雨量器在大風(fēng)氣流中發(fā)生 流嚴(yán)重變形而產(chǎn)生的， 此時(shí)經(jīng)過(guò)雨量器上方的氣流和雨點(diǎn)的跡線幾乎 與地面平行，使雨滴飄走而不是落在雨量器內(nèi)，雪中的比重更小，因 而飄溢現(xiàn)象更嚴(yán)重。動(dòng)力損失等于雨量器捕捉降水量與實(shí)際降水量之間的差值。 由 于觀測(cè)降水時(shí)多種因素影響，很難確定出實(shí)際降水量或真值降水量， 而地面雨量器受風(fēng)的影響較小，也就是說(shuō)，不管風(fēng)速有多大，地面風(fēng) 速總為零。 雨滴又總要活在地面上， 所以在無(wú)雨是濺入和風(fēng)吹雪的干 擾時(shí)，地面雨滴是捕捉的降水量接近實(shí)際降水量。2.5 儀器誤差 這里的儀器誤差，是儀器作為工廠的合格產(chǎn)品本身具有的誤 差，不包括儀器現(xiàn)場(chǎng)安裝

6、調(diào)試不合格、 器口安裝不水平等認(rèn)為原因產(chǎn) 生的誤差。2.5.1 承雨器環(huán)口直徑加工誤差設(shè)實(shí)際降水量為pO,承雨器環(huán)口標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為DO,含有加工誤差 的直徑為D,由此觀測(cè)的降水量為p，由于（3） 應(yīng)用權(quán)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差傳播體，得 S（p）=2S（ D） （4）SL21 90降水量觀測(cè)規(guī)范規(guī)定，雨量器承雨器口內(nèi)徑采用 200mm允許誤差為0.6mm相對(duì)誤差為0.3%,以此作為限差，得器口 加工誤差標(biāo)準(zhǔn)差 S（D）=0.15%,由此引起的降水量觀測(cè)誤差標(biāo)準(zhǔn)差 為S （p）=2S （ D =0.3 %當(dāng)降水量p=10mnS寸，承雨器器口誤差引起的降水量誤差標(biāo)準(zhǔn) 差 S（p） =0.03mm。2.5.2 量雨杯示

7、值誤差量雨杯的內(nèi)徑為40mm截面積為12.6mm2承雨器截面積為 314.2cm2,是量雨杯的25倍，亦即將雨器收集到的1mm深的降水倒 入量雨杯內(nèi)，水柱則有25mn高;這就等于將降水深度放大了 25倍, 從而提高降水測(cè)量精度。2.6 測(cè)記誤差SL21 90 降水量觀測(cè)規(guī)范要求，降水量觀測(cè)要求記至 0.1mm， 其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差為 0.029mm。2.7 其他誤差觀測(cè)場(chǎng)距離建筑物或樹(shù)木太近、 儀器承雨口不水平等， 都可以 給降水量帶來(lái)較大誤差，但只要按 SL21 90降水量觀測(cè)規(guī)范的 要求操作，這些誤差時(shí)可以減小或完全避免的。3、消除誤差的方法3.1 濺水雨水濺失對(duì)于大多數(shù)雨量器來(lái)說(shuō)約為 0.1-

8、0.2mm,可視為器差， 很容易消除。3.2 蒸發(fā) 蒸發(fā)引起的誤差則與許多因素有關(guān)，基層測(cè)站站的地理位置， 氣象條件（溫度、風(fēng)、濕度） ，還有儀器本身的結(jié)構(gòu)、材料等。據(jù)多 年工作經(jīng)驗(yàn)得知 , 各種類(lèi)型的雨量器由于蒸發(fā)引起的平均誤差占年降 水量的 3-6%,單獨(dú)的觀測(cè)誤差是 0.3-0.5mm。為了減小蒸發(fā)的影響，一是要求承雨器的接雨面一定要光滑， 使雨水到達(dá)接雨面很快通過(guò)漏斗； 減少雨水的沾附； 二是降雨一經(jīng)停 止時(shí)，立即進(jìn)行測(cè)量，特別是在炎熱的夏季和濕度較小的干燥季節(jié)， 要及時(shí)量取由蒸發(fā)引起降水量的損失。3.3 動(dòng)力風(fēng)是造成影響準(zhǔn)確地測(cè)量降水量的主要原因， 風(fēng)往往導(dǎo)致儀器測(cè)得的降水量偏小，降

9、雨時(shí)，觀測(cè)誤差取決于降雨類(lèi)型，確切地說(shuō)取 決于雨滴大小和風(fēng)速。 而在固態(tài)降水時(shí)， 被風(fēng)吹走的降雪量隨風(fēng)速的 增大而增加。 所以理想的條件應(yīng)該是： 雨量器器口上空能形成平行的 氣流，避免有風(fēng)的局地加速度，盡可能減少?zèng)_擊器壁氣流或湍流。在 儀器安裝時(shí)，避免裝在過(guò)于空曠和四周有高大的樹(shù)林或建筑物的地 方。風(fēng)是隨著高度的增加而增大的， 因此雨量器內(nèi)收集的降水量隨著 儀器安置高度的增加而減少。所以雨量器的器口高度應(yīng)盡可能低一 些，低到能防止從地面可能濺入雨水為度。 降水量觀測(cè)規(guī)范統(tǒng)一 規(guī)定為為普通雨量器的高度 70cm。4、結(jié)論濕潤(rùn)誤差、 蒸發(fā)誤差和動(dòng)力誤差屬于負(fù)向系統(tǒng)誤差， 其中濕潤(rùn) 誤差和蒸發(fā)誤差的確定還比較容易， 但確定動(dòng)力誤差卻比較復(fù)雜， 為 探討動(dòng)力損失與相關(guān)因素的關(guān)系， 可在區(qū)域內(nèi)選擇若干雨量站展開(kāi)地 面雨量器與標(biāo)準(zhǔn)高度雨量器對(duì)比觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。動(dòng)力損失pa用捕捉率來(lái)表示，兩者關(guān)系為 pa=pm(1- ) (5)(6)式中pn為標(biāo)準(zhǔn)高度雨量器觀測(cè)降水量；Pg-為地面雨量器觀測(cè)降水量；R為捕捉率，捕捉率越大，動(dòng)力損失越小，當(dāng)R=1時(shí)， pa=O。