探究在降水观测过程中降水现象仪与人工数据观测精度差别

摘 要：降水观测主要是为了能够提供更加精准的气象信息，目前常用的观测手段分为降水现象仪及人工观测。近几年随着降水现象仪与人工数据观测的综合应用，人们在降水观测中的工作效率得到明显提升，但是为了使其数据信息的精确度更准确。本次对降水现象仪与人工数据观测的精度差别进行分析，人工观测过程中使用雨量筒来实现，通过对雨量筒的定期观察进行记录；自动观测使用的是DSG4降水现象仪，该设备能够对多种降雨类型进行区分。为了增加数据对比的明显性，选择了本地汛期6月、7月、8月进行观察。通过长达3个月的时间进行数据搜集，统计相关数据的精确度，进而使降水观测工作更加顺利的得以开展。

关键词：降水观测；降水现象仪；人工数据观测；精度差别

中图分类号：S16 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415067

引言

降水属于天气现象的一种，主要是指气体以液态、固态或混合状态的水凝物降落到地面上，完成自然界水循环的一种气象。降水信息中主要有降水形态、时间、降水量等，可为气象监测、水文地质勘探提供数据化资料。降水种类可以大致分为冰雹、霾、雪、雨等多种形式，在冬季，雨量筒无法对雪进行有效的量化评估，因此在进行对比观测时，可以选择在夏季降水种类丰富的汛期进行。传统的降水观测主要是由人工完成，需要对数据进行比对分析，操作较为复杂，且成本较高；近年来，随着科学技术的发展，技术人员已经研发出具备不同程度水平的降水现象仪，使得降水观测工作效率及精准率得到提高。

1 降水现象仪与人工数据观测概论

当前各个观测站所使用的降水现象仪主要是基于振动法、光学法及摄像法的技术，用来观测降水形态、强度及时间。本次河南清丰县气像局使用的是华创风云DSG4降水现象仪，采用的是现代激光技术的测量系统，可对多种形态的降水情况进行监测，包括冰雹、冰粒、毛毛雨、雨、阵雨等，根据不同形态的降水粒子对激光信号的衰减程度，同时检测出粒子直径及其下落速度，确定降水类型。在安装过程中，应当避开大型的建筑物，远离发热源，同时确保不会受到光学遮挡物及反射体的影响。

通过降水现象仪的应用，使得在降水观测工作中可以极大程度的避免由于人工观测及操作方式中出现的误差，进而提高降水数据统计的精确性，为气象预报及汛期预测提供有效准确数据的服务，通过精准的气象预报，可使社会工农业生产效率进一步提升。此外，记录精准的降雨过程，有助于研究在一定周期内当地的气象变化趋势，进而预测一定时间内的降雨量。由于传统的降雨观测并不能进行精确的测定，因此选择降水现象仪是大势所趋。降水现象仪还可以减少人工在检测过程中的参与，杜绝了人主观意识以及工作疏忽而导致的数据不准确，从而减少了干扰因素。

人工数据观测主要是通过雨量筒实现，一般大小都为20cm直径，主要是用于测量液态及固态降水总量，筒体以较为坚硬的材料制成，筒口呈现内直外斜的刀刃状，以防止多余雨水渐入。本站选用的雨量传感器为0.1mm翻斗式，雨量筒型号为SL3-1。安装过程中，要保证筒口水平，且距地面高度为80cm，选择放置在四周较为空旷，且确保当降水倾斜时也可正常落入到筒内。安装雨量筒完毕要需要定期的对其进行固定性质检查，避免因风或者冰雹导致雨量筒位置发生变化，在测量完降水之后要及时的清空雨量筒，以减少对二次降雨的观测干扰。

2 收集的数据对比

在本次试验中无论是降水现象仪还是人工观测数据，均去除了观察到降水但是没有降水时长的部分。此外，对于降雨过程中出现时间较短的霾的现象也进行去除。为了保证该实验的真实可靠性，在进行试验之前，所有参与实验的人员均不知情，降低了人为干扰实验的概率。此外，本次试验还对5月和9月的降水现象进行了观察，发现由于此2个月降水少，且降水集中、规律，因此在实验记录上两者差异不大，不具备可比性。在3个月的研究过程中，为了保证实验的主观性，最大限度减少干扰因素，每次进行人工观察、记录时均为2人，如果2人对于降水情况有争议时，引入第3人进行综合判断。数据记录以后及时进行电子存档，保证数据安全性能，实验人员还需要定期的对此进行检查，避免因漏记而造成数据空白，造成对最后实验结果的影响。此外，平均每周对降水现象仪进行维护与校准，确保其一直处于正常工作状态，保证最终数据的准确性。

本次研究中，分别收集了2018年6-8月份内人工观测降水现象的数据及DSG4降水现象仪的数据，主要观测了3个月份之中的降水类型、降水概率、降水时长。降水类型是指人工与DSG4降水现象仪观测到的降水的种类，在本次观察中主要针对降雨、冰雹、霾进行观测，对于其他类型的降水暂时没有引入。对降水现象仪以及人工记录数据调取后，通过统计学软件进行分析，将所得结果以表格的形式进行显示。下表将两者的数据分为2个小组，对3个月内的月均降水类型、降水概率、降水周期进行了对比。降水概率是指在当月人工与DSG4降水现象仪观测到的降水天数在当月所有天数的比例。降水时长是指降水总的时间长度，主要通过不同日期降水的开始时间和结束时间累计计算，降水记录以小时为单位。在此次统计时长中，由于发生霾的天气较少，且伴随霾时的降水量较小，又多是处在雨前短期，人工区分时难以将其与小雨完全区分，因此也并没有将其统计入时长。

通过此次对比可知，在降水类型方面，DSG4降水现象仪的观测能力明显强于人工观测，在3个月份中，人工均未观测到霾的现象，这可能与霾与雨前小雨难以区分有关。在7、8月份中，人工均没有观测到冰雹，这可能是由于发生在7、8月份的冰雹时间较短，导致人工没有及时观测到，这也表明了DSG4降水现象仪的精准性与实时性。在降水概率方面，DSG4降水现象仪观测到的降水天数是人工的2～3倍，对于大时长的降水，两者观测内容基本一致，这说明，在较短的降水时间内，人工观测存在不及时的现象。在降水时长上，降观仪的观测也要高于人工，6月份降水中等，人工与DSG4降水现象仪差距较大。8月份在降水量较大的情况下，测量差距与6月份的差距差别不大，这说明人工观测与DSG4降水现象仪之间的差异并不是呈比例的关系。这也说明了人工观测的不稳定性，虽然采取了2人同时观察法，仍可能由于各种人的个体因素造成记录不及时或者记录错误。

此外，7月份由于降水较少，降水周期连续，所以人工与DSG4降水现象仪差异不像6月份与8月份大。通过数据分析我们还可以得到以下结论，在降水集中、降水量少、降水结构单一的情况下，人工记录的数据相对准确，但是遇到降水复杂的天气，人工记录的弊端也被凸显出来。此外，通过对原始记录数据分析还可以知道，在夜间降小雨或者霾的情况下，人工一般无记录，这是由于夜间即便有值班人员也可能没有及时的进行观测记录，霾在夜间也几乎观测不出。由此可知，DSG4降水现象仪的全天检测性能比较均衡，明显高于人工观测。

3 结论

本文为了研究降水现象仪与人工观测降水的区别，在考虑降水类型与降水量的情况下，最终选择了在汛期的6月、7月、8月进行研究，去除降雨较少、较集中的月份，增加了对比实验的可靠性。根据连续3个月的降水类型及总量观察结果可知，在降水类型方面，人工观测往往不能记录霾的天气现象，导致了其记录类型的缺陷；在降水量方面，由于DSG4降水现象仪具有实时观测、实时记录的特征，因此记录降水周期和降水量更为准确。尤其是在夜间，部分降水现象夜间不明显，人工观测难度。DSG4降水现象仪观测相较于人工更为精准，应用该设备能够更好地记录降水的类型以及降水量，能够提高当地降水记录的准确性与高效性，可以为其他科学观测提供重要、准确的数据参考。

参考文献

[1] 杜波， 马舒庆， 梁明珠，等. 雨滴谱降水现象仪对比观测试验技术应用分析[J]. 气象科技， 2017， 45（6）：995-1001.

[2] 林佳栋， 李培德， 胡晓欢. 自动站观测与人工观测降水误差的原因及处理方法[J]. 现代农业科技， 2015（24）：229-230.

[3] 王秀琴， 周天雄， 徐峰. 自动站降水量与人工观测降水量差值及原因分析[C]// 江苏省气象学会学术交流会. 2011.

[4] 曹冬華， 林旭东， 陈瑞林. 天气现象自动化观测资料可用性分析与应用探讨[J]. 农家参谋， 2017（8）：95.