稱重降水傳感器與翻斗雨量傳感器的降水量對比分析

趙慧

摘 要：為了更好地利用降水觀測數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮新型觀測設(shè)備的優(yōu)勢，本文通過對黃岡地面觀測站的兩種觀測儀器（DSC3型稱重式降水傳感器、SL3-1型翻斗式雨量傳感器）觀測得到的降水?dāng)?shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)存在其偏差，總結(jié)出為了使降水量出現(xiàn)的偏差、人工觀測的弊端盡量縮小、減少，日常維護(hù)觀測儀器就顯得尤為重要，從而提高觀測工作質(zhì)量，完善無人自動化觀測能力。

關(guān)鍵詞：DSC3型稱重式降水傳感器 SL3-1型翻斗式雨量傳感器 降水量 對比分析 日常維護(hù)

中圖分類號：P421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（a）-0106-02

降水觀測是地面氣象觀測的主要項目之一，是水資源的最重要的基礎(chǔ)資料之一，對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利開發(fā)、江河防洪和工程管理等方面作用很大。為氣象防災(zāi)減災(zāi)、天氣預(yù)報、氣候分析和科學(xué)研究提供了重要的基礎(chǔ)資料。

降水觀測包括降水量和降水強(qiáng)度的觀測[1]。目前，黃岡站常用測量降水量的儀器有人工雨量器，SL3-1型翻斗式雨量傳感器，DSC3型稱重式降水傳感器。非結(jié)冰期，降水觀測記錄以翻斗式雨量傳感器數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，稱重式降水傳感器數(shù)據(jù)為備份；結(jié)冰期，降水觀測記錄以稱重式降水傳感器數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，人工雨量器記錄為備份[2]。

1 傳感器組成及工作原理

1.1 DSC3型稱重式降水傳感器組成及工作原理

稱重式降水傳感器是由載荷元件、數(shù)據(jù)處理單元、降水發(fā)生探測器（OPD）外圍組件（收集容器、承水口、保護(hù)外殼、底盤與基座、防風(fēng)圈）組成。降水傳感器口高度為（120±3）cm，承水口形狀為內(nèi)徑200mm的正圓；測量范圍0～400mm，最大測量誤差±0.4mm（≤10mm），±4%（>10mm）；分辨率為0.1mm；輸出為脈沖輸出和RS-232；供電為直流12V。

稱重式降水傳感器的核心是一種基于電阻應(yīng)變技術(shù)載荷元件，通過對重量變化的快速響應(yīng)測量和計算出降水量。主板上的處理器（MCU）通過OPD判斷是否有降水發(fā)生，OPD只有判斷有降水發(fā)生，才會使判斷有降水發(fā)生過程時載荷元件測量的重量信號進(jìn)行輸出，同時結(jié)合溫度、風(fēng)等環(huán)境干擾要素的過濾與修正，得到準(zhǔn)確的降水量值。傳感器通過溫度修正、對風(fēng)和其它因素引起的擾動進(jìn)行判斷平滑以及一系列的綜合運(yùn)算和處理得到準(zhǔn)確的降水量[3]。

1.2 SL3-1型翻斗式降水傳感器組成及工作原理

SL3-1型翻斗式降水傳感器由承水器、上翻斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗等組成。承水口為內(nèi)徑200mm 的正圓；最大允許誤差±0.4mm（≤10mm），±4%（>10mm）；分辨率為 0.1mm；降水強(qiáng)度為0～4mm/min。

雨水由承水口匯集，進(jìn)入上翻斗。上翻斗的作用是使降水強(qiáng)度近似大降水強(qiáng)度，然后進(jìn)入計量翻斗計量，計量翻斗翻動一次記為0.1mm降水量。隨之雨水由計量翻斗倒入計數(shù)翻斗。在計數(shù)翻斗的中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼的上面裝有干簧開關(guān)，計數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次，則開關(guān)閉合一次，由于開關(guān)的閉合送出一個信號。輸出信號有紅黑接線柱引出[4]。

2 稱重式降水傳感器與翻斗式雨量傳感器的降水量對比分析

對比分析數(shù)據(jù)挑選了2017年8月11～14日降水過程的降水量（對比圖如圖1）、2018年1月24～28日雨雪過程的降水量。不同季節(jié)，不同觀測儀器，同時觀測出的降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析。

根據(jù)2017年8月11～14日統(tǒng)計出來的對比表，分析可得：（1）在非結(jié)冰期間，當(dāng)降水過程發(fā)生過后，因沙塵、樹葉、昆蟲等其他異物堵塞翻斗式降水傳感器，導(dǎo)致降水量滯后。而稱重式降水傳感器根據(jù)工作原理，不會產(chǎn)生滯后降水和無效降水，具有較強(qiáng)的時效性。（2）因溫度、風(fēng)等環(huán)境要素的干擾，使部分小時降水量出現(xiàn)偏差，致使日降水量偏差更大，但偏差值控制在正常范圍內(nèi)。（3）在結(jié)冰期間，翻斗式降水傳感器停用，人工雨量器作為備份儀器來對比。起初隨降隨化的降水?dāng)?shù)據(jù)可用，但也只能獲得定時觀測時段的數(shù)據(jù)，小時降水量無從知曉，失去它的時效性。當(dāng)雨轉(zhuǎn)為雪之后，堆積在承水器中的冰雪也人為干擾處理，不能正確的反映當(dāng)前的雨量。而稱重式降水傳感器對固態(tài)降水的觀測能夠及時反映當(dāng)前降雪過程的變化情況，準(zhǔn)確度更高。

為了使降水量出現(xiàn)的偏差、人工觀測的弊端盡量縮小和減少，那么自動觀測儀器的日常維護(hù)就顯得尤為重要。

3 觀測儀器的日常維護(hù)

DSC3型稱重式降水傳感器在維護(hù)過程中，一定要避免載荷元件受到外力沖擊，小心輕放收集容器至載荷元件上，否則可能造成載荷元件測量不準(zhǔn)確或故障。載荷元件是整個傳感器的核心部件，需要安裝在一個穩(wěn)定、牢固的平臺上，牢固的平臺對傳感器的觀測起到關(guān)鍵的作用。在維護(hù)過程中需檢查傳感器各個部件是否固定牢固、無晃動，收集容器桶口與OPD無接觸。檢查收集容器在托盤上是否放入在槽內(nèi)，保護(hù)外殼的桶口底邊與收集容器桶口無連接處接觸。清空收集容器每年至少進(jìn)行2～3次維護(hù)，一次在汛期之前，一次是在入夏之前，一次是在入冬之前。在降水量多、沙塵嚴(yán)重的地區(qū)，維護(hù)次數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。定期取下保護(hù)外殼檢查OPD遮光管上有無蜘蛛網(wǎng)或者其他物質(zhì)懸掛，大的降雪過程后及時清除承水口口沿外的積雪、沙塵等雜物，承水口內(nèi)壁上的積雪掃入收集容器內(nèi)[3]。

SL3-1型翻斗式雨量傳感器在維護(hù)過程中，為防止泥沙、塵土、樹葉、昆蟲及其他異物堵塞承水器內(nèi)安置的大防堵網(wǎng)及網(wǎng)罩時，可將大防堵網(wǎng)上異物去除，并將承水器口徑及內(nèi)表面保證出水通暢。翻斗部件的盛水斗室如有泥沙，應(yīng)用清水清洗翻斗軸兩端軸頸和寶石軸承的孔[4]。

4 結(jié)語

通過對兩種觀測儀器的數(shù)據(jù)對比分析，總結(jié)出日常維護(hù)對觀測儀器的重要性。日常維護(hù)是對每個氣象觀測員工作的最基本的要求之一，也是加快推進(jìn)無人化管理及氣象觀測進(jìn)程的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 中國氣象局綜合觀測司.地面氣象觀測業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定（2016版）[S].2016.

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

[4] 上海氣象儀器廠有限公司.SL3-1型翻斗式雨量傳感器使用說明書[Z].