普通雨量器降水量观测误差的分析

　　【论文关键词】普通雨量器  降水量  观测误差  分析

　　【论文摘要 】  本文分析了普通雨量器降水量观测过程中引起降水量误差的原因,并依据SL21—90《降水量观测规范》的有关规定对普通雨量器降水量观测误差的控制做了明确的要求，对基层测站的实际工作具有性作用。

　　1、导言

　　普通雨量器是使用时间最长，而且设置最广泛的降水量观测仪器，它采取了把自然降水量通过已知一定面积的承水口收集后导入储水瓶，然后再将收集到的降水量用专用量杯量取的方法测取，所以它构造简单，使用方便，是基层测站常用的降水量观测仪器之一。但在观测过程中和其它水文观测项目一样，由于受一些因素的影响难免存在一些观测误差，下面就其存在的误差进行探讨。

　　2、误差来源

　　2.1湿润误差

　　普通雨量器的承雨器和储水平内壁对部分降雨的吸附造成的水量损失，称湿润误差。湿润误差是负向系统误差，使观测的降水量系统偏小。湿润误差与雨量器的、结构以及风速、空气湿度和气温有关。雨量器内壁越光滑，口径越小，承雨器湿润面积越小，湿润误差越小。风速大、湿度小、气温高，湿润误差就大。

　　湿润误差包括承雨器和储水瓶两部分，用下式计算：

　　　△p_ω=（C₁+C₂）n       (1)

　　式中：△p_ω—为等时段降雨量观测的湿润误差（mm）；

　　C₁、C₂—分别为承雨器和储水瓶一次降水量观测中的湿润误差（mm）；

　　n—为该时段内雨量器的湿润次数。

　　SL21—90《降水量观测规范》指出，每年降水量的湿润损失一般为0.05—0.3mm，一年累计湿润误差可使降水量偏小2%左右；降微量小雨次数多的干旱地区，年湿润损失可达10%。

　　2.2蒸发误差

　　降水停止到观测时刻或降水间歇期间雨量器储水瓶中水分蒸发造成的损失，称蒸发误差。蒸发误差属负向系统误差。蒸发误差可用下式计算：

　　Δp_e=e_dh_d+e_nh_n               （2）

　　式中Δp_e—为时段降水观测蒸发误差（mm）；

　　e_d、e_n—分别为雨量器白天和夜间蒸发损失率（mm/h）；

　　h_d、h_n—分别为时段降水观测中白天和夜间的蒸发时间（h）。

　　降水观测蒸发损失与观测站所处的区域的气候条件有关，而且随季节不同而变化，所以蒸发误差的有关参数必须通过实验确定，不可盲目借用。

　　SL21—90《降水量观测规范》指出，蒸发损失量可占年降水量的1—4%。

　　2.3溅水误差

　　较大的落在地面上，可溅起0.3—0.4m高，并形成一层雨雾随风飘入雨量器内，使观测的降水量大于实际降水量，这项误差称为溅水误差。溅水误差属于正向系统误差。

　　实践证明带风圈的雨量器溅水误差可使年降水量偏大1%。

　　地面雨量器的溅水误差可使年降水量偏大0.5—1%。

　　2.4动力误差

　　风对雨量器承受降水的干扰造成水量损失，称动力误差。动力误差由飘溢现象产生。飘溢现象是指降雨或降雪时部分降雨或降雪不落入雨量器中的现象。飘溢现象主要是由于雨量器在大风气流中发生流严重变形而产生的，此时经过雨量器上方的气流和雨点的迹线几乎与地面平行，使雨滴飘走而不是落在雨量器内，雪中的比重更小，因而飘溢现象更严重。

　　动力损失等于雨量器捕捉降水量与实际降水量之间的差值。由于观测降水时多种因素影响，很难确定出实际降水量或真值降水量，而地面雨量器受风的影响较小，也就是说，不管风速有多大，地面风速总为零。雨滴又总要活在地面上，所以在无雨是溅入和风吹雪的干扰时，地面雨滴是捕捉的降水量接近实际降水量。

　　2.5仪器误差

　　这里的仪器误差，是仪器作为工厂的合格产品本身具有的误差，不包括仪器现场安装调试不合格、器口安装不水平等认为原因产生的误差。

　　2.5.1承雨器环口直径加工误差

　　设实际降水量为p₀，承雨器环口标准内径为D₀,含有加工误差的直径为D，由此观测的降水量为p，由于

　　                (3)

　　应用权对标准差体，得

　　S(p)=2S（D）              （4）

　　SL21—90《降水量观测规范》规定，雨量器承雨器口内径采用200mm，允许误差为0.6mm,相对误差为0.3%，以此作为限差，得器口加工误差标准差S（D）=0.15%，由此引起的降水量观测误差标准差为

　　S (p)=2S（D）=0.3 %

　　当降水量p=10mm时，承雨器器口误差引起的降水量误差标准差S（p）=0.03mm。

　　2.5.2量雨杯示值误差

　　量雨杯的内径为40mm，截面积为12.6mm2，承雨器截面积为314.2cm2，是量雨杯的25倍，亦即将雨器收集到的1mm深的降水倒入量雨杯内，水柱则有25mm高；这就等于将降水深度放大了25倍，从而提高降水测量精度。

　　2.6测记误差

　　SL21—90《降水量观测规范》要求，降水量观测要求记至0.1mm，其相应标准差为0.029mm。

　　2.7其他误差

　　观测场距离物或树木太近、仪器承雨口不水平等，都可以给降水量带来较大误差，但只要按SL21—90《降水量观测规范》的要求操作，这些误差时可以减小或完全避免的。