DSC1型稱重式降水傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

馬清山 王凱 陳珊珊 孫文婷

摘要：本文運(yùn)用了南京市溧水國(guó)家一般站2014年8月7日～2015年1月31日期間雨量分鐘、小時(shí)以及日數(shù)據(jù)資料，分析了DSC1型稱重式降水傳感器與SL3-1翻斗雨量計(jì)和人工雨量器日降水的誤差以及DSC1型稱重式降水傳感器與人工雨量器在固態(tài)降水過(guò)程中3小時(shí)降水加密觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，探討了DSC1型稱重式降水傳感器在液態(tài)和固態(tài)降水過(guò)程中測(cè)量性能、出現(xiàn)的問(wèn)題以及注意事項(xiàng)。結(jié)果表明：液態(tài)降水過(guò)程中，DSC1型稱重降水傳感器捕獲降水的時(shí)間普遍晚于SL3-1型翻斗雨量計(jì)。稱重降水傳感器與翻斗雨量計(jì)相比，降水測(cè)量誤差88%以上都符合降水觀測(cè)規(guī)范要求。當(dāng)降水量≤10mm時(shí)，DSC1型稱重降水傳感器測(cè)量降水大多偏低;當(dāng)降水量≥10mm時(shí)，DSC1型稱重降水傳感器測(cè)量降水大多偏高。固態(tài)降水過(guò)程中，在人工不干預(yù)的情況下，DSC1型稱重降水傳感器與人工雨量器相比總降水量略偏大。

關(guān)鍵詞：DSC1型稱重式降水傳感器;對(duì)比分析

降水是指從天空降落到地面地上的液態(tài)或固態(tài)降水（經(jīng)融化后）的水[1]。 降水觀測(cè)作為地面氣象觀測(cè)的主要項(xiàng)目之一，它為氣象防災(zāi)減災(zāi)、天氣預(yù)報(bào)、 氣候分析和科學(xué)研究提供了重要的基礎(chǔ)資料。傳統(tǒng)的降水觀測(cè)儀器主要有雨量器、翻斗式雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)和雙閥容柵式雨量傳感器等。如今，液態(tài)降水實(shí)時(shí)自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)日益成熟，然而大多數(shù)的固態(tài)降水仍需通過(guò)人工測(cè)量獲取，時(shí)效性差，自動(dòng)化程度低。稱重式降水傳感器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)、液態(tài)和混合型降水的自動(dòng)化觀測(cè)，有利于提高固態(tài)降水觀測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，減輕了觀測(cè)人員的工作量。作為一種新型降水觀測(cè)設(shè)備，稱重式降水傳感器還需要在實(shí)際應(yīng)用中去檢驗(yàn)，不斷地分析對(duì)比、歸納總結(jié)，為進(jìn)一步提高儀器性能做好保障。

1 結(jié)構(gòu)和原理

1.1 結(jié)構(gòu)

DSC1型稱重式降水傳感器主要由承水口、外殼、內(nèi)筒、載荷元件及處理單元、底座組件、防風(fēng)圈等部件組成。

1.2 原理

降水落入內(nèi)桶時(shí)，載荷元件受壓發(fā)生形變，內(nèi)部電阻橋的阻值發(fā)生變化;電子單元連續(xù)采樣并其進(jìn)行一定溫度補(bǔ)償后得到質(zhì)量數(shù)據(jù)，信號(hào)處理單元采樣質(zhì)量數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算分析，得到分鐘降水量和累計(jì)降水量等數(shù)值，信號(hào)處理單元同時(shí)還進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)取?/p>

1.3 參數(shù)

從表1、表2對(duì)比來(lái)看，DSC1型稱重式降水傳感器各個(gè)參數(shù)都是符合要求的，但是最大測(cè)量誤差還需要在實(shí)際觀測(cè)中檢驗(yàn)。

2 液態(tài)降水過(guò)程分析

2.1 降水開(kāi)始時(shí)間

根據(jù)多次降水過(guò)程分析，DSC1型稱重降水傳感器降水開(kāi)始捕獲降水的時(shí)間普遍晚于SL3-1型翻斗雨量計(jì)，且降水峰值出現(xiàn)時(shí)間普遍晚于SL3-1型翻斗雨量計(jì)。

圖1是2014年8月24日一次陣性降水過(guò)程中稱重與翻斗分鐘雨量的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以清楚的看出DSC1型稱重降水傳感器降水開(kāi)始時(shí)間比SL3-1型翻斗雨量計(jì)晚了6分鐘左右，峰值出現(xiàn)的時(shí)間延遲了6～7分鐘左右。這里測(cè)得的降水開(kāi)始時(shí)間是指降水開(kāi)始后降水量達(dá)到0.1mm的時(shí)間。

2.2 日降水量

通過(guò)對(duì)2014年8月7日到2015年1月27日期間DSC1型稱重降水傳感器、SL3-1型翻斗雨量計(jì)和人工雨量器共52天的日液態(tài)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)DSC1 型稱重降水傳感器與SL3-1型翻斗雨量計(jì)相比，有29次負(fù)誤差，13次正誤差，10 次零誤差;DSC1型稱重降水傳感器與人工雨量器相比，有20次負(fù)誤差，21次正誤差，11次零誤差。

日降水量≤10mm共有39次，其中DSC1型與SL3-1型相比日降水量絕對(duì)誤差≤± 0.4mm有36次，有22次負(fù)誤差，5次正誤差，9次零誤差;絕對(duì)誤差>± 0.4mm有3次，都是負(fù)誤差，最大絕對(duì)誤差為-3.1mm。其中負(fù)誤差占64%，正誤差占13%，零誤差占23%。而DSC1型與人工雨量器相比日降水量絕對(duì)誤差≤± 0.4mm有38 次，有18次負(fù)誤差，9次正誤差，11次零誤差;絕對(duì)誤差>± 0.4mm有1次，為正誤差，最大絕對(duì)誤差為0.5mm。其中負(fù)誤差占46%，正誤差占26%，零誤差占28%。

日降水量≥10mm共有13次，其中DSC1型與SL3-1型相比日降水量相對(duì)誤差≤ ±4%有10次，有3次負(fù)誤差，5次正誤差，2次零誤差;相對(duì)誤差> ± 4%有3次， 1次負(fù)誤差，2次正誤差，最大相對(duì)誤差為28%。其中負(fù)誤差占31%，正誤差占54%，零誤差占15%。而DSC1型與人工雨量器相比日降水量相對(duì)誤差≤ ±4%有12 次，有2次負(fù)誤差，10次正誤差;相對(duì)誤差> ±4%有1次，為正誤差，最大相對(duì)誤差為14%。其中負(fù)誤差占15%，正誤差占85%，零誤差占0%。

3 固態(tài)降水過(guò)程分析

選取27日20時(shí)～30日02時(shí)的一次降雪過(guò)程，將期間DSC1型稱重降水傳感器 3小時(shí)降水量與人工加密觀測(cè)降水量進(jìn)行對(duì)比分析。降雪過(guò)程中，稱重傳感器承水口內(nèi)壁的迎風(fēng)面會(huì)有降雪凝結(jié)吸附，在承水口邊緣也會(huì)有降雪堆積，夜間低溫環(huán)境下尤為明顯，影響固態(tài)降水落入內(nèi)筒，導(dǎo)致夜間降水普遍偏低，測(cè)量時(shí)效性變差。白天氣溫升高，承水口內(nèi)壁和邊緣的積雪融化落入內(nèi)筒，導(dǎo)致白天降水測(cè)量偏高。如圖2所示，28日白天11時(shí)～17時(shí)、29日白天8時(shí)～17時(shí)稱重降水明顯高于人工降水;而28日23時(shí)～29日08時(shí)夜間稱重測(cè)量降水明顯低于人工降水。另外由于邊緣的積雪大部分是承水口之外的降水，導(dǎo)致總體的降水量偏高。

4 總結(jié)與討論

通過(guò)以上的分析得出一下結(jié)論：

DSC1型稱重降水傳感器與SL3-1型翻斗雨量計(jì)相比，捕獲降水時(shí)間有延遲。 降水量少，降水強(qiáng)度小時(shí)，兩者捕獲降水的時(shí)間不確定。降水量多，降水強(qiáng)度大時(shí)，DSC1型稱重降水傳感器捕獲降水時(shí)間普遍晚于SL3-1型翻斗雨量計(jì)4-6分鐘左右，且降水過(guò)程中峰值出現(xiàn)的時(shí)間也有4-6分鐘左右的延遲。誤差分析表明，除了由于觀測(cè)時(shí)間和方法的不同造成的誤差之外，DSC1型稱重降水傳感器測(cè)量誤差普遍滿足降水觀測(cè)規(guī)范的要求。

固態(tài)降水過(guò)程中，在人工不干預(yù)的情況下，DSC1型稱重降水傳感器與人工雨量器相比，總降水量偏大，DSC1型稱重夜里測(cè)量偏低，白天測(cè)量偏高。這需要觀測(cè)人員在降雪強(qiáng)度較大時(shí)，能夠及時(shí)刮掉承水口邊緣的積雪并將內(nèi)壁上凝結(jié)的積雪刮入盛水桶內(nèi)，尤其在溫度較低時(shí)及時(shí)做好維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)氣象局，地面氣象觀測(cè)規(guī)范，北京：氣象出版社，2003：54.

[2]中國(guó)氣象局觀測(cè)司，氣測(cè)函1192附件降水觀測(cè)規(guī)范-稱重降水傳感器，2011，8.