误差来源及评估-水文测验误差分析

（一）湿润误差

雨量器的承雨器和储水瓶内壁对部分降雨的吸附造成的水量损失，称为湿润损失，也称湿润误差。湿润误差是负向系统误差，使观测的降水量系统偏小。湿润损失与雨量器的材料、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，湿润损失越小。风速大、湿度小、气温高，湿润损失就大。

湿润损失包括承雨器和储水瓶的湿润损失两部分，用下式计算

式中：ΔPw为某时段降水观测的湿润损失，mm；C1，C2分别为承雨器和储水瓶一次降水观测中的湿润损失量，mm；n为该时段内雨量器的湿润次数。

根据新疆乌鲁木齐河源天山气象站的实验观测[45]，C1=0.17mm，C2=0.15mm。为确定湿润次数，首先要确定雨量器观测环境下的干燥时间，即承雨器和储水瓶由湿变干所需的时间。在乌鲁木齐河源的普通雨量器，在夏季5～8月的干燥时间为2h。有了干燥时间就不难确定某时段内湿润次数。

行业标准SL21—90《降水量观测规范》认为，每次降水量的湿润损失一般为0.05～0.3mm，一年累积湿润损失量可使年降水量偏小2%左右；降微量小雨次数多的干旱地区，年湿润损失可达10%。并要求观测人员采取措施，尽可能将湿润损失控制在1%～2%左右。

（二）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，称为蒸发损失，也称蒸发误差。蒸发误差属负向系统误差。蒸发损失可用下式计算

式中：ΔPe为时段降水观测蒸发损失，mm；ed，en分别为雨量器白天和夜间蒸发损失率，mm/h；hd，hn分别为时段降水观测中白天和夜间的蒸发时间，h。

一般，白天的蒸发损失率大于夜间的蒸发损失率。新疆乌鲁木齐河源大西沟气象站通过夏季7～8月份的观测实验[45]，求得白天蒸发损失率为ed=0.131mm/h，夜间蒸发损失率为en=0.019mm/h。乌鲁木齐河源处5～8月份降水观测总蒸发损失占同期降水量的3.7%。降水观测蒸发损失与观测站所处区域的气候条件有关，而且随季节不同而变化，所以蒸发损失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%，并要求采取措施将蒸发损失控制在1%～2%以内。

（三）溅水误差

较大雨滴落到地面上，可溅起0.3～0.4m高，并形成一层雨雾随风飘入雨量器内，使观测到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。

带防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%。

（四）动力误差

动力误差是指风对雨量器承受降水的干扰造成水量损失，也称动力损失。动力损失由飘溢现象产生[46]。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线严重变形而产生的，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，使雨滴飘走而不落入雨量器内。雪片的比重更小，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。由于观测降水时受多种因素影响，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，雨滴又总要落到地上，所以在无雨水溅入和风吹雪的干扰时，地面雨量器捕捉的降水量接近实际降水量。

为探讨动力损失与相关因素的关系，可在区域内选择若干雨量站开展地面雨量器与标准高度雨量器的对比观测试验。有时，动力损失ΔPa用捕捉率来表示，两者关系为

式中：Pm为标准高度雨量器观测降水量；Pg为地面雨量器观测降水量；R为捕捉率，捕捉率越大，动力损失越小，当R=1时，ΔPa=0。

降水捕捉率与下列因素有关：

（1）降水时段内风速。一般，捕捉率与风速呈反变关系，风速越小，捕捉率越大，当风速为零时，捕捉率等于1。

（2）降水形态。在同样风速下，降雨时捕捉率最高，雨夹雪次之，降雪时捕捉率最低。根据国内外试验，在仪器未加防风圈的情况下，仪器捕捉的降雪量比实际降雪量平均偏小10%～50%，最大可达100%，就是说降雪全部被风吹走。(www.xing528.com)

（3）是否加防风圈。试验表明，加防风圈能够提高雨量器的捕捉率。根据中国科学院兰州冰川冻土研究所1986年在新疆乌鲁木齐河源天山试验站的观测资料[45]，加防风圈与不加防风圈的雨量器捕捉率比较，降雨高3.3%，雨夹雪高7.1%，降雪高14.2%。

（4）雨量器器口高度。由于地面的摩擦作用，近地面风速随高度上升而增大。因此，雨量器器口越接近地面，受风的影响越小，捕捉率越高。

20世纪80年代，我国曾组织协作组开展雨量仪器安装位置试验研究，积累了大量资料，得出了一些有价值的结论[47]。这项研究以地面雨量器观测雨量为标准值，研究了不同安装高度的雨量器的观测误差，从不同方面对降水观测的动力损失作了试验分析。试验研究结果表明，承雨器安装高度为0.70m的动力误差最小，现行雨量器器口安装高度为0.70m、自记雨量计器口安装高度为1.20m，可以使月年降水量的动力误差控制在3%以内。

（五）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所具有的误差，不包括仪器现场安装调试不合格、器口安装不水平等人为原因产生的误差。

1.承雨器环口直径加工误差

设实际降水量为P0，承雨器环口标准内直径为D0，含有加工误差的直径为D，由此观测的降水量为P，由于

应用相对标准差传播律，得

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，承雨器器口加工误差引起的降水量误差标准差s（P）=0.03mm。

2.量雨杯示值误差

量雨杯的内径为40mm，截面面积为12.6cm2，承雨器截面面积为314.2cm2，是量雨杯的25倍，亦即将雨量器收集到的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，从而提高降水量的测量精度。

雨量器和量雨杯检定规程对量雨杯示值误差规定：当降雨量≤2mm时，允许误差为±0.03mm；当降雨量＞2mm时，允许误差为±0.05mm，相应标准差为0.025mm。

（六）测记误差

水文测验中的降水量观测要求记至0.1mm，相应标准差为0.029mm。

（七）积雪漂移误差

有积雪的地区，风常常将积雪吹起漂入承雪器口，使观测的降雪量大于实际降雪量。

（八）其他误差

观测场地距离建筑物或树木太近、仪器承雨口不水平等，都可能给降水观测带来较大误差，但只要按规范操作，这些误差是可以减小或完全避免的。