水利工程論文-普通雨量器降水量觀測誤差的分析.doc

水利工程論文-普通雨量器降水量觀測誤差的分析作者：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誤差分析【論文摘要】本文分析了普通雨量器降水量觀測過程中引起降水量誤差的原因,并依據(jù)SL2190降水量觀測規(guī)范的有關(guān)規(guī)定對普通雨量器降水量觀測誤差的控制做了明確的要求，對基層測站的實際工作具有指導性作用。1、導言普通雨量器是使用時間最長，而且設(shè)置最廣泛的降水量觀測儀器，它采取了把自然降水量通過已知一定面積的承水口收集后導入儲水瓶，然后再將收集到的降水量用專用量杯量取的方法測取，所以它構(gòu)造簡單，使用方便，是基層測站常用的降水量觀測儀器之一。但在觀測過程中和其它水文觀測項目一樣，由于受一些因素的影響難免存在一些觀測誤差，下面就其存在的誤差進行探討。2、誤差來源2.1濕潤誤差普通雨量器的承雨器和儲水平內(nèi)壁對部分降雨的吸附造成的水量損失，稱濕潤誤差。濕潤誤差是負向系統(tǒng)誤差，使觀測的降水量系統(tǒng)偏小。濕潤誤差與雨量器的材料、結(jié)構(gòu)以及風速、空氣濕度和氣溫有關(guān)。雨量器內(nèi)壁越光滑，口徑越小，承雨器濕潤面積越小，濕潤誤差越小。風速大、濕度小、氣溫高，濕潤誤差就大。濕潤誤差包括承雨器和儲水瓶兩部分，用下式計算：p=（C1+C2）n(1)式中：p為等時段降雨量觀測的濕潤誤差（mm）；C1、C2分別為承雨器和儲水瓶一次降水量觀測中的濕潤誤差（mm）；n為該時段內(nèi)雨量器的濕潤次數(shù)。SL2190降水量觀測規(guī)范指出，每年降水量的濕潤損失一般為0.050.3mm，一年累計濕潤誤差可使降水量偏小2%左右；降微量小雨次數(shù)多的干旱地區(qū)，年濕潤損失可達10%。2.2蒸發(fā)誤差降水停止到觀測時刻或降水間歇期間雨量器儲水瓶中水分蒸發(fā)造成的損失，稱蒸發(fā)誤差。蒸發(fā)誤差屬負向系統(tǒng)誤差。蒸發(fā)誤差可用下式計算：pe=edhd+enhn（2）式中pe為時段降水觀測蒸發(fā)誤差（mm）；ed、en分別為雨量器白天和夜間蒸發(fā)損失率（mm/h）；hd、hn分別為時段降水觀測中白天和夜間的蒸發(fā)時間（h）。降水觀測蒸發(fā)損失與觀測站所處的區(qū)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)必須通過實驗確定，不可盲目借用。SL2190降水量觀測規(guī)范指出，蒸發(fā)損失量可占年降水量的14%。2.3濺水誤差較大的落在地面上，可濺起0.30.4m高，并形成一層雨霧隨風飄入雨量器內(nèi)，使觀測的降水量大于實際降水量，這項誤差稱為濺水誤差。濺水誤差屬于正向系統(tǒng)誤差。實踐證明帶風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0.51%。2.4動力誤差風對雨量器承受降水的干擾造成水量損失，稱動力誤差。動力誤差由飄溢現(xiàn)象產(chǎn)生。飄溢現(xiàn)象是指降雨或降雪時部分降雨或降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氣流中發(fā)生流嚴重變形而產(chǎn)生的，此時經(jīng)過雨量器上方的氣流和雨點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)象更嚴重。動力損失等于雨量器捕捉降水量與實際降水量之間的差值。由于觀測降水時多種因素影響，很難確定出實際降水量或真值降水量，而地面雨量器受風的影響較小，也就是說，不管風速有多大，地面風速總為零。雨滴又總要活在地面上，所以在無雨是濺入和風吹雪的干擾時，地面雨滴是捕捉的降水量接近實際降水量。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)場安裝調(diào)試不合格、器口安裝不水平等認為原因產(chǎn)生的誤差。2.5.1承雨器環(huán)口直徑加工誤差設(shè)實際降水量為p0，承雨器環(huán)口標準內(nèi)徑為D0,含有加工誤差的直徑為D，由此觀測的降水量為p，由于(3)應用權(quán)對標準差傳播體，得S(p)=2S（D）（4）SL2190降水量觀測規(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,相對誤差為0.3%，以此作為限差，得器口加工誤差標準差S（D）=0.15%，由此引起的降水量觀測誤差標準差為S(p)=2S（D）=0.3%當降水量p=10mm時，承雨器器口誤差引起的降水量誤差標準差S（p）=0.03mm。2.5.2量雨杯示值誤差量雨杯的內(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25mm高；這就等于將降水深度放大了25倍，從而提高降水測量精度。2.6測記誤差SL2190降水量觀測規(guī)范要求，降水量觀測要求記至0.1mm，其相應標準差為0.029mm。2.7其他誤差觀測場距離建筑物或樹木太近、儀器承雨口不水平等，都可以給降水量帶來較大誤差，但只要按SL2190降水量觀測規(guī)范的要求操作，這些誤差時可以減小或完全避免的。3、消除誤差的方法3.1濺水雨水濺失對于大多數(shù)雨量器來說約為0.1-0.2mm，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)，基層測站站的地理位置，氣象條件（溫度、風、濕度），還有儀器本身的結(jié)構(gòu)、材料等。據(jù)多年工作經(jīng)驗得知,各種類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%,單獨的觀測誤差是0.3-