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人工降雨的科学原理。云是由水汽凝结而成,而云的厚度以及高度通常由云中水汽含量的多寡以及凝结核的数量、云内的温度所决定。一般来说,云中的水汽胶性状态比较稳定,不易产生降水,而人工增雨就是要破坏这种胶性稳定状态,让云中的水滴体积变大掉落下来。高炮人工降雨就是将含有碘化银的炮弹打入云雾厚度比较大的4000至5000米中低高空,碘化银在高空扩散,成为云中水滴的凝聚核,水滴在其周围迅速凝聚,达到一定体积后便产生了降雨。
一般在自然云已经降水或者接近于降水的条件下,人工降水的方法才能发挥作用。由于降水的自然变率很大,人工增加降水量的幅度较小,如何估价人工降水的效果就显得十分困难。人工催化增加的降水量,是催化后的实际降水量和不经催化的自然可能降水量之差。实际降水量可以测定,但能否正确估价自然可能降水量,就成了效果检验的关键。在对降水的物理规律认识不足的情况下,主要依靠统计学的方法对自然可能降水量作出估价。初期的统计检验方法,多数采用回归统计法,在人工催化目标区附近选择一个不受催化影响的地区作为对比,用历史资料建立目标区和对比区降水量的回归方程。
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[中图分类号] X831 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-9-327-1
1自动观测定时数据缺测时的处理方法
(1)自动观测定时数据有缺测时,基准站用人工平行观测记录代替;其它站一般时次不进行补测,仅在02、08、14、20时4个定时和规定编发气象观测报告的时次,气压、气温、湿度、风向、风速、降水记录缺测时,用现有人工观测仪器或通风干湿表、轻便风向风速表等在正点后10分钟内进行补测;超过10分钟时不进行补测,该时数据按缺测处理。
(2)在自动观测定时数据中,某一定时数据(风、降水量除外,即风向、风速以及降水量缺测时不能用前、后时次数据内插求得)缺测或不正常时,用前、后两定时数据内插求得,按正常数据统计;若连续两次或以上定时数据缺测时,不能内插,应按缺测处理。
对于湿度记录的内插,应考虑水汽压、露点温度与气温、相对湿度的一致。当湿度记录有缺测时,先用内插法求得相对湿度,再用气温(也可以是内插值)与内插求得的相对湿度翻查求得水汽压和露点温度。
(3)自动站的2分钟平均风向风速与10分钟平均风向风速有缺测时,不能相互代替。当自动站的2分钟平均风向风速缺测时,应用人工定时记录代替;当10分钟平均风向风速有缺测时,应用风自记记录代替。
(4)自动站降水记录不正常时,分钟、小时降水量的处理方法如下:
①若无降水现象,因其它原因(蚂蚁、风、人工调试等)或自动站故障而多出降水记录时,应删除该时段内的全部分钟和小时降水量。该情况只在值班日记中说明。
②当降水现象停止后,仍有降水量,若能判断为传感器翻斗滞后(其量一般为0.1、0.2、0.3mm,滞后时间不超过2小时),可将该量累加到降水停止时的那分钟和小时时段内,否则将该量删除。夜间不守班的站,夜间(20―08时)混有滞后降水量时,因无法判断,按正常记录处理。
③出现漏斗堵塞或固态降水随降随化,若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量的差值百分率于其它正常时段相当,则按正常记录处理;若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量存在明显偏差或滞后严重时:如有雨量自记记录,则该时段的小时降水量用雨量自记记录代替,分钟降水量作缺测处理;如雨量自记记录也没有,则对应降水现象时段内的分钟和小时降水量均作缺测处理。
④使用自动站降水量编发报的观测站,有关降水组和天气现象组必须配合一致。若无降水现象,而从自动站Z文件中读取有降水量时,在定时观测编报中,应人工将该量删除。该情况只在值班日记中说明。
(5)自动站相对湿度缺测或异常时,在以下两种情况时可以对湿度记录进行人工补测:
①若自动站观测的气温
②若自动站观测的气温≥-10.0℃,需同时观测干湿球温度,用以计算水汽压、相对湿度及露点温度。此时不用考虑干球温度是否
(6)自动气象站每小时正点数据与该正点时的分钟数据不一致时,一般情况下,维持原记录。若经过对前后记录分析,确认该小时的正点数据有误可用该正点时的分钟数据代替;或确认该正点时的分钟数据有误可用该小时的正点数据值代替。
(7)自动气象站正点数据缺测时,若能获取非正点时的分钟数据,在作不正常记录的处理时,优先考虑用正点前后10分钟接近正点的纪录代替。其具体作法为:若正点前10分钟内有数据,则用正点前10分钟接近正点的记录代替;若正点前10分钟内的分钟数据也缺测,则用正点后10分钟内接近正点的记录(除极值项和时累积值外)代替。
该情况可以通过随《OSSMO -2004》下发的自动气象站数据质量控制软件的有关功能进行处理。
(8)自动站观测的蒸发量、辐射曝辐量的时值缺测连续两小时或以上时,日总量按缺测处理。当自动站观测的蒸发量时值有缺测,使日总量值缺测时,可用人工观测的日蒸发量代替,此时人工观测的日蒸发量记录在A文件中的19―20时,其它时次用“- - -”代替。
引言
人工增雨效果检验是评估人工增雨技术总体科学水平和经济效益所不可缺少的重要环节,也是用于各级领导决策的重要依据。由于云和降水自然变率大,人们的认识能力有限,人工增雨效果检验一直是个世界性的难题。为了解决这一问题,国外和我国各省、市、自治区人影业务科技人员进行了大量的科学试验研究,得出了一些检验方法[1-7]。
人工增雨效果包括直接效果和间接效果两大方面。直接效果指有否影响云内微物理过程和云中宏观、微观物理量的大小,包括云的厚度宽度、上升气流速度、云体温度以及冰晶和大云滴浓度等;间接效果指有否影响降水产生变化。
1 数据来源与研究方法
人工增雨效果检验是人工影响天气作业中不可回避的重要环节之一,在整个作业项目中占有重要地位。所谓人工增雨的效果评估就是要使用一定方法找出作业后的实测降水量与云的自然降水量的差值。实测降水量在作业后我们可以实际观测到。但在现有的科学基础上,人们却很难对自然降水量做出明确的定量预报。也就是说人工增雨的效果评估关键在于解决自然降水量的问题上。自然降水量的估计值要比实测雨量困难得多。也就是说,人工增雨的效果检验,实质上就是采用某种方法对云不催化、本身可以降的雨量进行定量估计的问题。对于自然降水量,目前也只能通过各种间接的途径来获得。目前国内外常用的人工增雨检验效果的方法有三种,即:统计检验、物理检验和数值模式检验。
本文采用人工增雨效果评估方法参照统计检验方法中的区域对比试验[8]。区域对比试验是选取一对比区(指不受催化影响的地区),一目标区(是指受到催化影响的地区)。假设试验期内对比区和目标区的降水量在空间分布上是均匀的。然后以同期对比区自然降雨量作为影响区自然雨量的估计值,用影响区的实测雨量减去该估计值,就得到了人工影响的效果。
人工增雨作业,一般一个时间点在一个县级行政区进行作业,因此以烟台市的县级行政区域(图1)为区域单元。每一次对比试验选取两个相邻的区域单元进行降雨量对比分析,并且它们地理位置不能为上下风向关系,同时参照它们的上风向区域单元降雨量数值。本文上下风向的区分以中低空风向为准,一般参照700hPa和850hPa形势来确定。
2 人工增雨效果评估
本文选取烟台市2015年一次人工增雨作业过程进行效果评估,时间是2015年4月2日,为大范围人工增雨作业。
图2a为4月2日08时700hPa天气形势图,图2b为4月2日08时850hPa天气形势图,图2c为4月2日08时地面天气形势图。可知,烟台市4月2日在中低空受低压槽影响,以西南气流为主,地面受温带气旋影响,以偏南风为主。中低空天气形势显示烟台上空水汽充足,人工增雨条件满足。
表1为烟台市4月2日人工增雨作业执行情况,可知,本次人工增雨作业为大范围连续性,地区涉及整个烟台市。图3a、3b和3c分别为烟台市4月2日08-10时降水量分布情况。
由表1可知,影响到08时降雨量的人工增雨作业区域有栖霞、龙口、福山、海阳、蓬莱、烟台和莱阳,由图3实况可知,08时降雨量超过10mm的地方有栖霞、龙口、蓬莱和招远,福山、烟台、海阳和莱阳次之。人工增雨作业区域平均降雨量为7.7mm,其他区域平均降雨量为6.6mm,降雨量差为1.1mm,人工增雨使降雨量等级从大暴雨增加到大暴雨,增雨比为17%。
影响到09时降雨量的人工增雨作业区域有海阳、蓬莱、牟平和昆嵛山,由图3实况可知,09时降雨量较多的地方有牟平、昆嵛山、海阳和长岛,福山和烟台次之。人工增雨作业区域平均降雨量为11.0mm,其他区域平均降雨量为3.2mm,降雨量差为7.8mm,人工增雨使降雨量等级从暴雨增加到特大暴雨,增雨比为2.4倍。
影响到10时降雨量的人工增雨作业区域有福山、烟台和长岛,由图3实况可知,10时降雨量较多的地方有牟平、昆嵛山、烟台和长岛。人工增雨作业区域平均降雨量为1.7mm,其他区域平均降雨量为0.9mm,降雨量差为0.8mm,人工增雨使降雨量等级从中雨增加到大雨,增雨比为89%。
3 结束语
本文选取烟台市2015年一次人工增雨作业过程进行效果评估,方法为统计检验方法中的区域对比试验,结果表明人工增雨作业效果十分明显。2015年春季以来,全市降水明显偏少,1月至7月中旬较常年同期偏少5成,特别是7月上中旬,全市平均降雨量仅为18.1毫米,较常年同期偏少72.2毫米(少8成),旱情凸显。加之入夏以来气温较高,蒸发量大,部分地区旱情呈现逐步加重的趋势,造成烟台部分乡镇村庄出现严重旱灾。人影作业组织机构抓住有利时机,适时组织开展人工增雨作业,有效缓解了旱情。
参考文献
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德兴气象站地处江西省东北部,28°57′N,117°35′E,海拔88.5米,属中亚热带季风湿润气候,四季分明、雨量充沛。2007年升为国家基本气象站,按中国气象局要求,实行自动站后,仍保留人工观测雨量器,并以人工观测值作为气候资料整编的依据。本站使用的自动站雨量传感器为SL2-1型单翻斗雨量传感器,测量分辨力为0.1mm,具有测量准确度高,测量数据可靠等特点。
一、SL2-1传感器工作原理
降水通过一个表面积为200cm2的漏斗接收器,进过过滤流入翻斗内,当翻斗流入一定量的降水后,开始翻转,倒空斗内的降水,翻斗的另一边又开始接水,每次翻转输出一个脉冲信号(1脉冲=0.1mm降水量),通过电缆传输到采集器,通过必要的处理后得到相应的降水量数据。
二、资料应用
资料选取2007、2008两年全部降水时段,人工观测为08、20时两次定时观测与虹吸雨量计数据,以日为单位进行降水统计(除掉了降雪、人工降水为微量降水、自动站数据缺测日数),考虑到正点降水观测时间的差异,对人工观测降水时间段进行了一定的处理,若20时延续降水,并且前后两日的降水量分别统计存在明显的差异则将前后两日合并作为一次降水过程。按中国气象局《地面气象观测规范》对自动站仪器的要求,按≤10.0mm:差值=自动站雨量-人工站雨量、>10.0mm:差值=(自动站雨量-人工站雨量)/人工站雨量×100%两种情况分别统计。
三、数据对比与分析
通过全年数据对比得出上表:在≤10.0mm区间,差值>0.4mm共出现7次,参照虹吸雨量自记纸,可以判断有三次与虹吸雨量读数、自动站相差较大,其他为自动站误差过大。在>10.0mm区间,差值>4%的共出现21次,其中差值最大的为9%。有19次的降水过程是大于40mm以上,并通过值班日志上维护记录得出,对于≤10.0mm的降水误差有4点,第一,仪器处于较长时间无降水,翻斗内有尘埃而未在雨前及时清理造成;第二,出现强降水之后,仪器经过激烈的摆动翻斗位置发生变化而未及时校准;第三,降水量较小的日子,由于高温、大风等导致的蒸发影响;对于>10.0mm降水,第一,SL2-1雨量传感器测量降水误差基本随降水量、雨强增大而增大;第二,雨前进行维护能够明显减小数据误差。
通过2007年与2008年各月数据对比发现SL2-1传感器测量的降水量比人工测量的明显偏大,对于2007年比2008年的数据差偏大与 SL2-1传感器的维护次数(特别是雨前的维护)有关。
四、结论
1.不按要求维护SL2-1传感器是造成测量降水的主要误差,要长时间保持仪器的精度,主要应加强对仪器的校准和日常维护,特别是雨前的维护。
2. SL2-1雨量传感器性能较稳定,测量误差符合国家标准,对于降水强度与降水的连续性能很好的反应出来,但观测值要比人工观测值偏大,特别出现强降水时,观测的数据误差较大,代表性不强,所以保留人工降水观测方式很有必要。
3.尽量不要在强降水时进行人工观测,减小因观测造成不必要的。
参考文献
[1]自动气象站测量原理和方法/胡玉峰主编.—北京:气象出版社,2004.
[2]《气象仪器和观测方法指南》第六版/世界气象组织,1996.
[3]李黄,自动气象站实用手册[M]气象出版社,2007.
1、人工降雨作业只有在一定的自然云的条件下才能获取所需的增加水量的结果,目前的技术条件还无法做到人工造雨。
2、对于不同条件的云进行同样的催化作用,可能会得出正、反两种不相同的结果。所以为了获得增雨效果,必须对自然云条件和降水过程进行更深入的探测研究。
人工降水,又称人工增雨,是指根据自然界降水形成的原理,人为补充某些形成降水的必要条件,促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴,降落到地面的过程。其方法是根据不同云层的物理特性,选择合适时机,用飞机、火箭向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂,使云层降水或增加降水量,以解除或缓解农田干旱、增加水库灌溉水量或供水能力,或增加发电水量等。
根据不同云层的物理特性,选择合适时机,用飞机、火箭弹等向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂,促使云层降水或增加降水量。人工增雨分为暖云增雨与冷云增雨。要使暧云(温度高于0℃的云)降水或增雨,要在云中播撒盐粉、尿素等吸湿性粒子,促使大云滴生成导致形成或增加降水。若要冷云(温度低于0℃的云)降水,就要用飞机等播撒干冰、碘化银等催化剂,从而产生大量冰晶,使冷云上部的冰晶密度增大,促成或增加降水。人工影响云的微物理过程,可以在一定条件下使本来不能自然降水的云受激发而降水,也可使那些水分供应较多、往往能自然降水的云,提高降水效率而增加降水量。但不能自然降水的云能供应的水分较少,因此人工催化的经济价值有限。
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中图分类号:P332.1 文献标识码:A
1 自动雨量站
自动雨量监测站是用于收集地面降雨信息的自动观测仪器,它可精确的记录每分钟的降水。主要应用于气象、水文、农业和环保等领域。自动雨量监测站是无人全自动雨量记录仪器,它可作为无人职守的可移动式自记站使用。仪器的介绍无线自动雨量站由雨量传感器、传感器一般是翻斗式、雨量微电脑采集器和无线数传模块构成,雨量微电脑采集器显示雨量,实施自动记录、历史数据记录、数据通讯等功能。全球各个地域地区都可以进行雨量监测。
2 自动站记录与人工观测雨量之间的误差分析
2.1 仪器测量原理
自动站雨量传感器的原理雨水由承水的装置汇集到一起,雨水会通过小漏斗以及下端的引流管注入上翻斗,小漏斗一般装有圆护网,当积水在上翻斗达到额定体积值时,翻斗是有一定标注的,为了便于测量体积,雨水流入计量翻斗,上翻斗就会翻倒,当水量承积到一定的降水时,剂量翻斗就会翻倒,计数翻斗翻动一次干簧关节点瞬间闭合一次,送出一个点鹿岛瞳信号,传输到数据采集器。日降水量值得到采集和储存。
2.2 人工观测方法
人工观测比较简单,是每日定时用量杯直接量取雨量筒内的降水量。
2.3 对比分析误差原因
由人工测量的降水量可以看出,优点是方法简单易行,比较直接,在定时观测时间将出水瓶的降水倒入雨量杯中读取数值即可,但人为固然存在着误差,如读数误差、测量误差、测量过程中的操作误差,所选取的时间并不能代表一天24h的平均量,降雨所分布的时间肯定是不均匀的,所选的时间段即使特别具有代表性,也存在着误差,而且这种误差必不可少。这样避免了人为的操作,因为雨量传感器每时每刻都会对降水量进行测量,分辨率高。但即使再高端的仪器也有出问题的情况,有时也会出现意外情况,如果阻碍了水的进出水管道不顺畅,上下翻斗翻转不灵敏,信号在干簧管中慢发或少发,均会影响降水量的计量准确性,造成系统性误差,从而导致雨量测量的误差。
3 具体误差的分析
3.1 观测时间不同
人工每日定时观测降水,天气炎热时,每次当降水停止后都要及时进行观测。当遇到阴雨天气时,不能及时的观测降水的情况,而且夏天气温又高,空气干燥,雨水降落时就会缓慢的蒸发,导致雨水测量值偏小。自动站的雨水数据采集是正点的,人工观测比自动站观测提前了7min。如在早晨的降水强度大,所以日降水量的差异更明显,这种时间差不属于造成自动观测雨量和人工观测雨量的偏差,可在误差分析的原因中,这是客观存在的,即使系统误差可以在一定数值的范围内,但是造成的偏差不容忽视。根据相关的规范规定,由于天气原因,自动站的降水量是不可能每天都准确测量的。
3.2 自动雨量传感器的自身原因
雨量传感器是翻斗翻动产生的脉冲信号而得出的雨量测量数据。翻斗翻动的次数、快慢都是影响降水量测量的重要因素。夏日是雨水丰富的季节,当雨水量大时,我们都学过惯性,正是惯性只与物体的质量有关系,与其速度、大小均无关,同样翻斗是有惯性的,正是因为惯性才会导致翻斗翻转的速度变快。而当翻斗翻转次数多,雨量的测量值就会偏大,当降水强度小时,翻斗翻动的速度就会减缓一些,因为雨量小时,翻斗会聚集相对多一些的水分,反转的速度次数都会慢,造成雨水测量值偏小。降水强度大雨量差值大,雨量强度减弱。如果测量的仪器安装不好,也是导致测量降雨量有偏差的一个原因。
3.3 自然因素造成的差异
我国南北方的气候有着较大的差异,在北方的4月份和10月份容易出现雨夹雪的天气,在7、8月份有冰雹的天气,9月份还会出现连续阴雨夹带着冰粒的天气。值得注意的是其滤网、小圆护网、漏斗、引流管和翻斗及一些盛水引水装置的通道容易阻塞,造成观测记录完全不准确或缺测,如雨夹雪又转变成雪的过程中,测量值延后的现象也时有发生。在这种特殊的情况下只能启动人工观测降水,由此可见,仪器在恶劣天气的条件下罢工时,需要人工观测降水与之配合。
3.4 定期维护而造成的测量差异
仪器应该至少每月定期检查1次,定期清除过滤网上的尘埃等脏物,特别注意的是一定要保证节流管的畅通,在少雨或无雨的季节,可以把承接降水的装置盖上盖子,但在雨季来临时马上打开。过滤用具小圆护网网眼很细,如不及时地维修和来不及维护,灰尘易积聚在盛水装置的周围,造成堵塞。同时,不定期的检查和维护仪器会使雨量的测量失真,上翻斗、下翻斗和干簧管都有可能造成损坏,承接的滤网更有可能被砸坏,若不及时地更换或修补,雨量站测量结果的误差还会更大。
3.5 外界因素的影响
风会影响雨量的测量。在安置雨量器时是选择高出地平面的位置,以便更容易收集降水。承水器口四周若没有安装标准雨量器防溅雨栅格,由于风的绕溜作用导致雨量器筒口上方出现上升气流,致使降水量偏低,产生误差。在不稳定的天气下,当风速较大、风向变化快时,雨量器上方的气流扰动时雨滴落入筒口不均匀,由此产生误差。
自动气象站的翻斗式雨量传感器一般安装在室外,有多个组件构成,包括承水器(常用口径为20 cm)、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等[2-4]。承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗,当集水量达到一定程度时,由于水本身的重力作用使上翻斗翻转,降水进入汇集漏斗。为减少由于降水强度不同造成的测量误差,从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗的过程中,不同强度自然降水被调节至比较均匀的降水强度。当计量翻斗承受的降水量为0.1 mm时,计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗,使计数翻斗翻转1次。计数翻斗中部装有一块小磁钢,磁钢上端有干簧管。计数翻斗翻转时,与其相关的磁钢对干簧管扫描1次,干簧管接点因磁化而瞬间闭合1次。降水量每次达到0.1 mm时,就送出一个开关信号,采集器就自动采集存储0.1 mm的降水量[5]。
2自动站雨量传感器的日常维护方法
做好雨量传感器的日常维护,能有效减少仪器故障,为月报表的编制减少不必要的数据处理,从而保证资料的连续性和完整性,也为气象服务提供更精确、详细的雨量记录[6]。
2.1对新仪器进行精度对比
使用新仪器时,包括冬季后第1次使用,或在使用1个月后的第1次大雨时段,应做精度对比。如发现差值超过±4%时,需对仪器进行检查,包括记录器是否正常工作、仪器的基点位置是否正确、干簧管有无漏发或多发信号现象等、计数与记录值是否相符等现象。为使测量误差在最大误差范围内,提高测量精度,做好精度对比极其重要。
2.2定期检查
坚持每天定时巡查,检查雨量传感器的各组件是否有沙尘、小虫和树叶等杂物。为保证流水通畅、计量准确,避免造成错误的降水量,应注意检查和清除漏斗及翻斗内积沉的泥沙[5]。每月定期检查翻斗是否紧靠干簧管一侧,确保雨量传感器器口不变形,器口面水平,器身稳固。
2.3测前准备
密切监视天气变化,尤其在夏季,在降水前应检查翻斗内是否有小虫、树叶等,确保雨量传感器的管道保持畅通,使计数翻斗正常翻转和排水。当出现翻斗翻转不灵时,可用清水冲洗轴承或更换轴承,切勿给轴承加油,以免轴承粘上灰尘[7-8]。无雨或少雨的季节,可将雨量筒加盖,但注意在降水前及时打开。
2.4其他维护事项
在大雾且无雨的情况下,可对雨量筒加盖,防止由于雾的影响造成雨量计数[9]。当雨量筒受灰尘污染时可用中性洗涤剂清洗雨量传感器漏斗和翻斗表面,清洗翻斗时用软毛刷轻轻刷其表面污垢,切勿用手指触摸漏斗和翻斗内壁,以防沾上油污而影响翻斗计量的准确性。注意清洗时不要随意拧动调节螺丝,清洗完毕按原样安装外筒,并调整其水平,紧固螺钉。对仪器进行清洗或维护时,应断开信号连接线。
3异常问题的处理方法
3.1无降水而有雨量记录
原因分析:①由于雾、露、小虫造成出现降水量记录;②因人工调试仪器造成;③因风吹造成;④因自动站故障造成。
处理方法:在无降水现象而出现雨量记录时,如果由上述原因造成,应删除该时段内的全部分钟和小时降水量,并在值班日记中备注说明。
3.2出现固态降水
观测员应密切监视天气变化,如出现固态降水随降随化时,雨量传感器可以正常使用,雨量值作为正式记录;如不随降随化时,应立即加盖,加盖期间的降水量按缺测处理,并在备注栏说明。出现漏斗堵塞或固态降水随降随化时,若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测量的差值百分率与其他正常时相当,则按正常处理[10];若自动站记录的降水量明显偏小或滞后严重,则该时段的分钟和小时降水量按缺测处理,日总量也按缺测处理,并在备注栏说明。
3.3自动站和人工雨量筒的观测值进行对比
自动站的降水量应和人工雨量筒的观测值进行对比,若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测量的差值百分率与其他正常时相当,则按正常处理;若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量存在明显偏差或滞后严重,应分析原因:①雨量传感器的滤网和翻斗是否被堵塞,导致雨水从旁边溢流,造成翻斗翻转次数较少;②计量翻斗的2个定位螺丝位置是否正确[11]。
处理方法:若二者对比值存在明显偏差,如有雨量记录,则该时段的小时降水量用雨量自己记录代替,分钟降水量作缺测处理;如没有雨量记录,则对应降水现象时段内的分钟和小时降水量均作缺测处理,并在备注栏中说明。
3.4降水停止后仍有降水记录
降水停止后,如仍有降水量记录,则判断为传感器翻斗滞后(其量一般为0.1、0.2、0.3 mm)。处理方法:①若2 h内自动站还显示有降水量,这个时段的降水量称为“滞后降水量”,该情况正常,可以作为正式记录,但需将滞后的降水量累加到降水停止的分钟时刻;②若2 h后自动站不再显示有降水量,则不作为正式记录,人工删除,并在备注栏中注明[5-6];③对于夜间不守班的站,夜间(20:00至次日8:00)混有滞后降水量时,因无法判断,按正常处理。
4参考文献
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中图分类号:P412.13文献标识码:A文章编号:1674-0432(2014)-01-24-1
随着社会的发展和生活水平的提高,人们对天气预报和灾害性天气的预警能力的需求也日益增强。北方冬季降雪频繁,出现灾害性暴雪天气次数增多。实时监测雪情,为做好气象防灾、减灾提供有利依据已成为观测台站的一项重要任务。DSH1型称重式降水传感器增强了对固态降水自动连续观测能力,提高了观测资料密度和时效性,可为全社会应对重大冰雪灾害的应急保障能力提供快速、准确、动态的实时监测信息。
1所用实测降水数据及对比分析
1.1所用实测降水数据
2012年1月~ 4月、2012年10月~ 2013年4月,共11个月的称重式降水传感器实时监测与口径为20厘米雨量器人工定时实测的固态降水(固态和混合降水)资料。
1.2从数据的完整性、可靠性、准确性三方面进行对比分析
数据的完整性。从实测记录看,无由于客观(如长时间停电或仪器故障)或人为原因造成的记录丢失或缺测;数据的可靠性。通过统计每月有无降水一致率来分析数据的可靠性。
(1)有无降水的一致率:以自动气象站采集数据Z文件中的过程降水量(降水间歇时间不超过2小时)为依据,过程降水量≥0.1毫米即为有降水,否则视为无降水。当自动站过程降水量为0,而人工观测降水量≥0.1毫米;或自动站过程降水量≥0.1,而人工观测降水量为0,均作为一次不一致统计,否则为一致。从实测数据看:在实有56次降水过程中,只有一次人工观测降水量为0.1毫米,DSH1型称重降水传感器没有显示降水量(记为0.0毫米),即有降水一致率为98.2%。(2)自动站观测降水量只与人工定时降水量比较,当人工定时降水量≤10.0毫米时两者差值≤0.4毫米,定时人工降水量>10.0毫米时两者差值百分率≤4%,则为一致。月一致率(%)=对比差值小于一致率范围的次数/有效总次数×100%,从实测数据统计出各月的一致率为:
从上表可看出有7个月一致率达100%,说明人工20厘米口径雨量器观测降水量与DSH1型称重式降水传感器采集的降水量两者相关关系显著,同步性较好。但仍有4个月一致率未达100%,造成不一致的主要原因是当降水量≥2.0毫米时,称重式降水传感器采集的降水量较人工雨量筒测量的降水量偏多2.5%~20.0%左右。产生此种偏差的主要原因是称重式降水传感器承水口顶部有防风圈(人工雨量筒无防风圈),减少了风对降水的影响。另一原因是两种仪器承水口距地高度不同,雨量筒承水口距地面只有70厘米,而称重式传感器承水口距地面120厘米。
数据的准确性:准确度的评估仅采用有降水时间段的资料(过程降水量≥0.1毫米),设X为参考标准降水量(人工雨量筒测量降水量),Xi为称重式传感器采集的累计量。
由图1可看出,共有45次过程降水量≤5.0毫米,有7次过程两者差值超过0.2毫米,占总次数的15.5%。差值小于0.2毫米占总次数84.5%,准确度较高。
由图2可看出,有11次过程降水量>5.0毫米,但只有一次两者降水量对比差值≤4%,其他两者降水量对比差值均超出了规定范围,称重式降水传感器采集的降水量较人工雨量筒观测降水量偏多5%~12%,只有一次为偏少16%(称重式降水传感器滞后,前期降水量未记录上)。分析原因:(1)因风场变形或其他因素导致20厘米口径的雨量器测得的降水量较实际降水量偏少10%~50%。称重式传感器相对于20厘米口径的雨量器测得的降水量更接近真实值。(2)分析称重式固态降水传感器测量数据偏少原因,可能为测量原理导致降水数据漏采样,数据采集上传时间滞后。
[中图分类号] P413 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 (2013)06-0226-02
一、引言
在中国大地上的自动气象观测站,逐步取代人工观测仪器项目。 2000年以来,全国气象部门大气监测自动化系统项目,新一代天气雷达系统,以及在一些省(自治区,直辖市)气象局,自负盈亏项目每年投资建设自动气象站,温度,降水量,气压,相对湿度,风速和风向,表面温度自动观测手动观察和分析在该国的不同的元素的分布的特性之间的统计学差异,例如常见的天气要素,人为测量的操作因素,探索自动观测与人工观测之间的差异的原因,希望可以对工作人员研究有所帮助。
二、资料
本文使用2008年至2012年中国700个地面自动站和人工平行观测。在自动气象站与人工观测平行观察期为2年或3年,1年人工观测数据的基础上正式记录的第二年和第三年的基础上官方记录的自动观测数据,如官方的自动气象站观测鱼类观测数据进行实时监控和质量控制,各站的自动气象站观测,在这篇文章中,只有一年后正式记录记录平行观测数据进行统计分析。
三、统计项目之间的差异在允许的范围
为了揭示自动观测和人工观测,分析的主要气象因素(温度,极端最高和最低气温,气压,相对湿度,地表温度,10分钟平均风速)人工观测和自动观测数据之间的差异每月平均的对比区别。本文所指的“差异化”是人工观测自动观测。压力之间的对比度的允许范围之内的每月平均之间的差异的差异之间的温度差在允许的范围是±0.2°C±0.2帕斯卡,允许的范围内的相对湿度之间的差异为±2%,10雨平均风速不同的允许范围为±0.2米/秒,允许的范围内的表面温度之间的差异为±0.5℃,10分钟的平均风速风向,统计分析每个站的观测和人工观测风向一致率一个月。匹配月份的风向频率占总数的允许范围内的有效百分比是大于70%。沉淀,系统的分析自动气象站每月的比例误差的测量值与人工观测人工观测每月人工观测与自动观测的值之间的差的允许范围之内的百分比是小于8%。
四、降水
对于沉淀,统计月百分比误差,月的自动观测降水之间的差异与目视观察人工观察沉淀的沉淀百分比,月的百分误差的绝对值的,最后计算平行观测的平均百分误差时期。分析表明,全国降水很小的百分比误差7%到8%,主要集中在东部和沿海地区。30%的降水百分误差超过8%,主要分布在新疆和青藏高原,降水百分比误差湿润地区的分布是较干旱地区的特点。可比创纪录的625站,447站降水百分误差小于8%,占车站总数:174站百分比误差在8%到40%的范围的71.5%,占27.8%,其27个车站误差百分比大于20%。在27年的平均百分比误差大于20%的站位,只有3个站降水量大于1000 l'IIITI的是剩下的24站年降水量小于1000毫米,其中10年降水量在500到1000之间MRD 8站立在100至500之间,六个站nln2是小于100毫米如贵州省安顺关岭县气象站,2008到2012年统计日降水不超过100毫米。如果是比较小的析出,自动观测人工观测也是比较小的差异,但百分比误差是比较大的。和统计方法,沉淀几个月,两台仪器降水量的统计之间的唯一区别将更好地反映问题。此外,自动站无降水错误的观察,如
青海玛多的沉淀在2008年12月350%的百分比误差,析出沉淀统计每月百分比误差,月,降水自动化观测与人工观测降水人工观察沉淀的百分比差异月百分误差的绝对值的最终站在并行计算各观察期的平均百分比误差。
分析结果表明,全国降水百分误差小于8%,7%,主要集中在东部和沿海地区。30%的降水百分误差超过8%,主要分布在新疆和青藏高原,降水百分比误差湿润地区的分布是较干旱地区的特点。可比创纪录的625站,447站降水百分误差小于8%,占车站总数:174站百分比误差在8%到40%的范围的71.5%,占27.8%,其中27站误差百分比大于20%。在27年的平均百分比误差大于20%的站位,只有3个站降水量大于1000 l'IIITI的是剩下的24站年降水量小于1000毫米,其中10年降水量在500到1000之间MRD 8站立在100至500之间,六个站nln2是小于100毫米,如果是比较小的析出,自动观测人工观测也是比较小的差异,但百分比误差是比较大的。和统计方法,沉淀几个月,两台仪器降水量的统计之间的唯一区别将更好地反映问题。此外,自动站在无降水错误观察,观察,如青海玛多县2003年12月降水量误差百分比为350%,这是由于3月15日自动站降水量为11.2毫米,该日无沉淀现象。
五、压力
压力分布的地形特点之间的差异对比基本上是相同的。压力对比0.2 0.2百帕地区之间的差异主要分布在中国的东部低海拔地区;对比差异O. 2-0.6百帕之间的区域主要分布在中,西部地区的高海拔,对比差值小于0.2百帕个人站,分布在东部地区;对比差异大于0.6百帕各个站,主要分布在西部。因此,自动观测的空气压力的准确度可能会受到影响由该站的高度影响。低海拔,自动观测比人工观测的压力高,但高并不明显,高海拔的地区,相反,自动观测是显着较低的压力比人工观测的气压。藏,但不具有上述特性以外,还需要进一步的分析。
六、表面温度
除个别省份外,表面温度平均每年对比差异之间的南北差异。观测到的表面温度的基础状态国有一半的面积与人工观测的差异在0.5~0.5℃,主要分布在中国的相对高的温度区域,北部地区,温度越低,自动观测比人工观测表面高温度更严重的自动观测表面温度在东北和新疆北部的部分,平均高5℃,比人工观测。
表面温度自动观测与人工观测随纬度增加观测仪器和方法的差异,当冬天的雪温度计在地上埋雪,按照需要人工观测,地面气象观测规范取出温度计,水平安装在未受污染的雪面,身体和形式的感应部分埋一半的雪,然后阅读,因此人工表面温度观测实际上是雪面温度。自动气象站铂电阻地面温度传感器被大雪掩埋按照正常的观察,所以动态观测到的表面温度是雪的温度,这两次观测之间的差异,导致在雪的表面温度,自动观测比人工观测历史新高。纬度越高,时间越长的雪在地面上,自动观测和人工观测的差异越大。
冬天雪站表面温度的时间序列,如果不经修订的自动观测和人工观测数据之间会存在非均匀性。不包括冬季积雪自动观测的表面温度从五月至九月的统计平均高对比度差异。原东北和新疆北部表面温度平均每年对比差异小于3°C区已经消失,只有青海自动观测的表面温度显着高于人工观测。全国自动化观测比人工观测领域太小,超过0.5°C增加。总之,在北方的雪自动表面温度的观测和人工观测数据的差异。由于不同的仪器和观测方法,在北方大雪期间,自动观测的表面温度不能真实反映
表面状况与人工观测数据,有比较大的差异。自动观测与人工观测数据结合使用时表面温度,特别应注意北方的冬天站表面温度观测,自动观测高比人工观测数据的问题。
七、风的速度和方向
10分钟平均风速对比,广泛分布于全国自动观测与人工观测差异相对较小区别,对比差值的绝对值超过0.2米/秒的面积只是一个孤立的区域,主要集中在个别省份。自动化观测风速高人工观测超过2米/秒的地区主要分布在西部的内蒙古,新疆东北部,甘肃,四川,云南,吉林,河北,江苏等地;自动观测低风超过0.2米/秒的速度,主要分布在黑龙江,宁夏,山东,安徽,广东等地。这样的系统故障,可以选择自动气象站与各省的制造商和型号。 10分钟平均风速的风,风向一致率的统计。绝大多数的国家自动观测风向和劳动,以符合观测风向率超过70%,近一半的区域符合率90%以上,低于70%的面积相一致的方向是东部的青海,,东北北部,西部地区的新疆和个人站。
八、相对湿度
有一半地区年平均相对湿度02~2%之间的差异。相对湿度自动观测与人工观测领域小的差异,主要分布在比较干燥的地区,在中国长江以北。自动观测高超过2%属于各个站,主要分布在长江流域的中下游,自动观测面积超过全国总面积的2%低一半,东北相对长江,青藏高原南部湿润地区,东北地区部是最明显的。中心频率是不是一个数据段的差异,相对湿度差可达2%的站,在长江中下游地区,青藏高原的东北部,南部的阳性面积差异明显偏向和东北地区的人工观测,自动观测相对湿度低。人工观测,温度高于10℃,湿球温度计的观察和湿度,当温度降低到10℃以下,用毛发湿度计观察。自动气象站,每年湿敏电容湿度传感器,用于测量相对湿度,切断观察观测原理人工差异很大的“夏天在南部地区,自动站湿敏在高温和高湿度的情况下,尤其是在相对湿度接近100%,有显着的失真“。”毛发湿度计在东北部,青藏高原和东北地区,在冬季,人工观测和毛发湿度计观测相对湿度高于自动观测站山地,
九、结论
气象要素的自动观测和人工观测有一定的差异,但大部分的国家的温度,降水量,气压,相对湿度,风向和风速,自动站差异的表面温度差异是在允许范围内。自动气象站的使用减少了劳务支出,应用越来越广泛。各地建立自动气象站是有必要的。
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