2015—2016年燈塔站稱重式降水傳感器與雙翻斗雨量傳感器觀測對(duì)比分析

于文化　白志娜　楊丹寧

摘要 本文對(duì)2016年5月1日至10月31日稱重式降水傳感器和雙翻斗式雨量傳感器的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，翻斗式降水傳感器測得降水量偏高；雙翻斗式雨量傳感器滯后性小、維護(hù)率高，但使用時(shí)間短；稱重式雨量傳感器維護(hù)率低，一年四季均可用，但滯后性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 稱重式降水傳感器；雙翻斗雨量傳感器；觀測對(duì)比；燈塔站；2015—2016年

中圖分類號(hào) P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）15-0227-02

燈塔地區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)害有暴雨、暴雪、短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)等。強(qiáng)降水常常產(chǎn)生城市內(nèi)澇，且與泥石流、洪澇等災(zāi)害密切相關(guān)，同時(shí)也給交通帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。降水引發(fā)的泥石流、洪澇等對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活造成越來越嚴(yán)重的影響。此外，大雪也給人們出行帶來了不便。因此，應(yīng)準(zhǔn)確觀測固態(tài)、液態(tài)降水，以期為提前做好預(yù)警、服務(wù)工作提供保障。

自有觀測記錄以來，測量降水的儀器有翻斗雨量計(jì)、雨量器、雙閥容柵式雨量傳感器、虹吸式雨量計(jì)。目前，氣象觀測站使用的測量降水的儀器為稱重式雨量傳感器和雙翻斗式雨量傳感器。

燈塔國家氣象觀測站自2015年1月1日起進(jìn)行新舊站址對(duì)比觀測，2016年1月1日正式運(yùn)行新型自動(dòng)站。新型自動(dòng)站每年5月1日至次年10月31日期間啟用雙翻斗式雨量傳感器（以下簡稱“翻斗式”），上傳降水?dāng)?shù)據(jù)以翻斗式為準(zhǔn)，稱重式降水傳感器（以下簡稱“稱重式”）作為備份；11月1日至次年4月30日以稱重式為準(zhǔn)上傳數(shù)據(jù)。

稱重式推廣以后，使冬季降水觀測由人工觀測向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。為對(duì)比分析稱重式和翻斗式的性能，本文利用2016年5月1日至10月31日期間稱重式和翻斗式降水資料進(jìn)行對(duì)比分析。

1 儀器測量原理

1.1 稱重式降水傳感器

稱重式降水傳感器由天津華云天儀公司生產(chǎn)，由載荷元件、數(shù)據(jù)處理單元、降水發(fā)生探測器和外圍組件組成（圖1）。稱重式降水傳感器具有較高的運(yùn)行可靠性，能進(jìn)行高質(zhì)量的觀測，能達(dá)到當(dāng)前先進(jìn)的固體降水自動(dòng)化觀測水平，更好地為冬季降水量測量和服務(wù)提供資料。稱重式降水傳感器的核心元件是載荷元件，通過對(duì)重量變化的快速響應(yīng)測量降水。載荷元件基于電阻應(yīng)變技術(shù)：在外力的作用下敏感梁產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，其阻值發(fā)生變化，再經(jīng)過測量電路把電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而測得重量。中央處理器、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、接口、控制電路等部分組成了處理單元。處理單元具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)不少于30 d的數(shù)據(jù)[1]。

1.2 雙翻斗式雨量傳感器

承雨器（口徑為20 cm）、上翻斗、計(jì)量翻斗、匯集漏斗、計(jì)數(shù)翻斗和干簧管等是翻斗式雨量傳感器的主要組成部分（圖2）[2]。

承雨器收集的降水通過漏斗進(jìn)入上翻斗，當(dāng)雨水積到一定量時(shí)，上翻斗翻轉(zhuǎn)，水進(jìn)入?yún)R集漏斗。降水從匯集漏斗的節(jié)流管注入計(jì)量翻斗時(shí)，就把不同強(qiáng)度的自然降水調(diào)節(jié)為較均勻的降水強(qiáng)度。當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量為0.1 mm時(shí)，計(jì)量翻斗把降水倒入計(jì)數(shù)翻斗，使計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)1次。計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)時(shí)，磁鋼掃描1次干簧管。干簧管因磁化而瞬間閉合1次。降水量每次達(dá)到0.1 mm時(shí)，就送出去1個(gè)開關(guān)信號(hào)，采集器就自動(dòng)采集存儲(chǔ)0.1 mm降水量[2]。

2 數(shù)據(jù)來源及對(duì)比分析

本文數(shù)據(jù)源于燈塔國家氣象觀測站2016年5月1日至10月31日期間主站的90 d翻斗式和稱重式降水?dāng)?shù)據(jù)。從降水量看，翻斗式大于稱重式的天數(shù)為69 d，占77%；翻斗式小于稱重式的天數(shù)為11 d，占12%；兩者數(shù)據(jù)相同的天數(shù)為10 d，占11%。由此可知，絕大多數(shù)翻斗式雨量傳感器測得數(shù)據(jù)量偏大。

從圖3可以看出，各月降水總量翻斗式均大于稱重式，7月和9月差別最大。從圖4可以看出，多數(shù)天數(shù)的降水量翻斗式大于稱重式，但整體的一致性較高，只有個(gè)別天數(shù)降水總量很小，但數(shù)據(jù)差別較大。

3 儀器優(yōu)缺點(diǎn)及維護(hù)

3.1 雙翻斗式雨量傳感器

其優(yōu)點(diǎn)是滯后性??；缺點(diǎn)是冬季不能使用；高維護(hù)，容易被蟲子、雜物等堵塞，導(dǎo)致降水滯后或者降水量偏少；不同雨強(qiáng)誤差不同。每年啟用翻斗前進(jìn)行清洗、校準(zhǔn)；如遇泥沙、塵土、樹葉、昆蟲等雜物，應(yīng)根據(jù)使用情況拆下清洗[3]。

3.2 稱重式降水傳感器

其優(yōu)點(diǎn)是低維護(hù)、容量大、全年均可使用、誤差穩(wěn)定、與雨強(qiáng)無關(guān)；缺點(diǎn)是測量降雪時(shí)滯后嚴(yán)重，有時(shí)雪停后2～3 h有滯后降水。每年入冬前維護(hù)1次，夏季和秋季多雨季可能會(huì)維護(hù)2～3次。當(dāng)降水達(dá)到一定量，就排空收集容器的液體，加入適量的抑制蒸發(fā)油，冬季需加防凍液。

4 結(jié)語

對(duì)比分析結(jié)果表明，一是稱重式降水傳感器承水口上部具有防風(fēng)圈設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)可以減小由于大風(fēng)影響造成的誤差，而雙翻斗式雨量傳感器在大風(fēng)天氣時(shí)的誤差將會(huì)大于稱重式降水傳感器。二是降水強(qiáng)度不同，對(duì)翻斗式雨量傳感器的影響大于稱重式降水傳感器。三是多數(shù)情況，雙翻斗式雨量傳感器測量降水?dāng)?shù)值偏大。四是稱重式降水傳感器具有低維護(hù)、容量大、誤差小等優(yōu)點(diǎn)，且能夠全年測量固態(tài)、液態(tài)降水，所以稱重式降水傳感器在業(yè)務(wù)中實(shí)用性更強(qiáng)[4-5]。

綜上所述，由于稱重式降水傳感器與雙翻斗式雨量傳感器對(duì)比觀測只有1年，數(shù)據(jù)量少，所得結(jié)論可能不夠準(zhǔn)確，在以后的觀測中應(yīng)繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

5 參考文獻(xiàn)

[1] DSC3稱重式降水傳感器用戶手冊(cè)[Z].天津：天津華云天儀特種氣象探測技術(shù)有限公司，2005.

[2] 宗曼曄，王曉輝.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：55-56.

[3] SL3-1翻斗式雨量傳感器使用說明書[Z].上海：中國上海氣象儀器廠有限公司，2010.

[4] 張子曰，戴高菊.稱重式降水傳感器分析與評(píng)估[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（35）：152-153.

[5] 關(guān)磊，邱繼玲，尚新梅，等.自動(dòng)氣象站降水傳感器原理及故障分析[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（12）：161.endprint