DSG5 型降水現(xiàn)象儀2020年現(xiàn)場核查結(jié)果分析
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例

王 馳 ，張晨陽 ，賀明碩 ，柴 貞

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.新巴爾虎右旗氣象局，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021300；3.霍林郭勒市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 029200）

2020年4月起，中國地面氣象觀測實現(xiàn)全面自動化。其中，降水天氣現(xiàn)象自動化觀測是地面自動化觀測的重要內(nèi)容之一[1]。 2019年，為保證全國降水現(xiàn)象儀觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司組織了雨滴譜式降水現(xiàn)象儀模擬降水裝置產(chǎn)品培訓(xùn)班，各省、區(qū)、市選派人員參加。 截止到2020年，內(nèi)蒙古自治區(qū)現(xiàn)有的119 個國家級自動氣象觀測站已全部安裝降水現(xiàn)象儀，為保證全區(qū)降水現(xiàn)象儀觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心根據(jù) 《雨滴譜式降水現(xiàn)象儀現(xiàn)場核查方法（試行版）》的要求，于2020年對內(nèi)蒙古自治區(qū)52 個國家級自動氣象觀測站的DSG5 型降水現(xiàn)象儀進(jìn)行了現(xiàn)場核查。 基于此，文章初步對內(nèi)蒙古自治區(qū)的52 臺降水現(xiàn)象儀的核查結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析，確保了這部分降水現(xiàn)象儀的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

1 設(shè)備介紹

1.1 DSG5 型降水現(xiàn)象儀

DSG5 型降水現(xiàn)象儀是一種采用現(xiàn)代激光技術(shù)的光學(xué)測量系統(tǒng)，以下簡稱降水現(xiàn)象儀。 它可以測量實現(xiàn)對包括毛毛雨、雨（陣雨）、雪（陣雪）、雨夾雪（陣性雨夾雪）、冰雹等天氣現(xiàn)象的自動觀測與識別。 數(shù)據(jù)獲取和存儲是通過一個快速的數(shù)字化信號處理器完成，并按照預(yù)先設(shè)定的格式輸出[2]。

1.2 JSMN-1 型雨滴譜式降水現(xiàn)象儀模擬降水裝置

JSMN-1 型雨滴譜式降水現(xiàn)象儀模擬降水裝置，以下簡稱測試裝置。 測試裝置具有模擬降水粒子不同粒徑和速度的功能，可以對不同型號的降水現(xiàn)象儀進(jìn)行性能檢測[3]。 按照《降水現(xiàn)象計量業(yè)務(wù)管理暫行規(guī)定》要求，以2年為周期，測試裝置需要集中送至國家氣象計量站降水現(xiàn)象計量檢測實驗室進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)。

1.3 JSMN-1 型模擬降水裝置測試軟件

JSMN-1 型模擬降水裝置測試軟件是由華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司組織開發(fā)的與測試裝置相配套的專用軟件，以下簡稱測試軟件。當(dāng)正確連接測試裝置后，工作人員只需在測試軟件上設(shè)置設(shè)備類型、 通信串口號、測試方式，就可進(jìn)行現(xiàn)場核查。 測試的過程中，測試程序自動對2m/s、7m/s、12m/s 三個速度級進(jìn)行測試，測試的實時狀態(tài)會在測試軟件界面右側(cè)的編輯欄和界面底部的狀態(tài)欄實時顯示。 測試軟件提供的查詢方式分3 種：序列號（即設(shè)備編號，格式：區(qū)站號（QZ）+ID）、設(shè)備類型（0：華云；1：OTT；2：Thies）和日期（格式：年-月-日，同一天只保留最后一次測試的數(shù)據(jù)）。 工作人員選擇相應(yīng)的查詢方式，歷史記錄就會按相應(yīng)的方式進(jìn)行排序（注：序號--5 位表示當(dāng)前設(shè)備的測試次數(shù)[3]）。 測試結(jié)束后，工作人員可以在界面左側(cè)的“查詢”中查看已經(jīng)完成的歷史測試結(jié)果，并通過“打印”查看已經(jīng)保存的PDF 格式報告。

2 現(xiàn)場核查

2.1 現(xiàn)場核查的流程

1）確認(rèn)降水現(xiàn)象儀表面完好、鏡頭干凈，標(biāo)牌和標(biāo)記清晰、完整，機(jī)械結(jié)構(gòu)完整、無變形；2）固定測試裝置于降水現(xiàn)象儀上，調(diào)節(jié)測試裝置高度，確保降水現(xiàn)象儀的激光束處在測試裝置透光孔的中心位置，即激光束處在標(biāo)尺塞的有效區(qū)域內(nèi)，并連接好電源線和通信線[4]；3）拔下標(biāo)尺塞，打開測試軟件，單擊“開始測試”按鈕，進(jìn)行測試，并將現(xiàn)場核查結(jié)果填寫在降水現(xiàn)象儀現(xiàn)場核查記錄表上。

2.2 現(xiàn)場核查出現(xiàn)的問題

現(xiàn)場核查降水現(xiàn)象儀時，工作人員發(fā)現(xiàn)了以下幾個問題：

1）現(xiàn)場核查之前，工作人員要在地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件（ISOS）主菜單欄“設(shè)備管理”下的“設(shè)備標(biāo)定”中選擇“降水現(xiàn)象儀”，填寫開始時間、結(jié)束時間、操作人，初步填寫操作內(nèi)容，然后點擊“標(biāo)定”[5]，開始現(xiàn)場核查。 此操作防止測試裝置產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)上傳。

2）內(nèi)蒙古日照強烈，安裝測試裝置時，光照影響工作人員準(zhǔn)確將激光束與透光孔對準(zhǔn)。 為此工作人員自行配置了黑布，用于遮擋光照。 當(dāng)測試裝置安裝在降水現(xiàn)象儀上后，將黑布蒙在它們上面，工作人員調(diào)整測試裝置待激光束處在標(biāo)尺塞的有效區(qū)域內(nèi)后，將黑布取下，繼續(xù)后面操作步驟。

3）電腦采集模擬的降水現(xiàn)象數(shù)據(jù)，偶爾會顯示未采集到穩(wěn)定數(shù)據(jù)，這是由于測試裝置高度或水平?jīng)]有調(diào)整好，進(jìn)一步分析可能有兩種原因。 ①測試裝置中亞克力轉(zhuǎn)盤快速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致用于固定測試裝置的螺絲在測試過程中出現(xiàn)松動，使得激光束偏離已調(diào)整好的位置，最終使測試結(jié)果異常。 因此，現(xiàn)場核查時工作人員應(yīng)該注意測試裝置的抖動情況。 ②對某些臺站現(xiàn)場核查時，若將廠家配的防護(hù)套墊掛接在降水現(xiàn)象儀上，會使激光束無法處在標(biāo)尺塞的有效區(qū)域內(nèi)。 因此，工作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定是否使用掛接防護(hù)套。

2.3 現(xiàn)場核查結(jié)果的判定原則

被核查降水現(xiàn)象儀的輸出結(jié)果應(yīng)遵照以下判定原則： 若被核查降水現(xiàn)象儀的本次降水現(xiàn)象輸出結(jié)果與第一次現(xiàn)場核查的輸出結(jié)果一致，判定此降水現(xiàn)象儀合格，否則判定不合格[6]。 需要注意的是廠家默認(rèn)第一次現(xiàn)場核查結(jié)果是準(zhǔn)確的，但這無法排除降水現(xiàn)象儀或測試裝置已經(jīng)存在未知故障，仍然將輸出結(jié)果判定為正確的情況。核查結(jié)果的降水現(xiàn)象代碼解釋如表1 所示。

表1 降水現(xiàn)象代碼

3 核查結(jié)果統(tǒng)計

2020年現(xiàn)場核查了10 個盟市的52 臺DSG5 型降水現(xiàn)象儀，數(shù)量分布如表2 所示。

表2 2020年核查降水現(xiàn)象儀分布

52 臺降水現(xiàn)象儀模擬降水現(xiàn)象類型次數(shù)統(tǒng)計如表3所示，從表3 中可以發(fā)現(xiàn)：在52 次現(xiàn)場核查中，只出現(xiàn)過未知類型的降水（00）、雨（01）、雪（04）、雨夾雪（06）和冰雹（08） 五類降水現(xiàn)象，共計出現(xiàn) （00,00,08）、（00,08,08）、（01,08,08）、 （01,00,08）、 （00,06,04）、 （04,06,04）、（00,01,08）、（01,00,00）和（01,08,01）九種降水現(xiàn)象組合情況，在52 次核查中各組合依次占比為42%、32%、8%、8%、2%、2%、2%、2%和2%。 基于目前的測試次數(shù)判斷這是由于粒子直徑和粒子速度分別只選取3 種造成的。

4.3mm、9.5mm 和 21mm 三種不同粒子直徑，在 2m/s的粒子速度下，52 個站中未知類型的降水 （00） 出現(xiàn)41次，占比 79%，雨（01）出現(xiàn) 10 次，占比 19%，雪（04）出現(xiàn) 1次，占比2%；在7m/s 的粒子速度下，52 個站中未知類型的降水（00）出現(xiàn) 27 次，占比 52%，冰雹（08）出現(xiàn) 22 次，占比 42%，雨夾雪（06）出現(xiàn) 2 次，占比 4%，雨（01）出現(xiàn) 1次，占比2%；在12m/s 的粒子速度下，52 個站中冰雹（08）出現(xiàn) 48 次，占比 92%，雪（04）出現(xiàn) 2 次，占比 4%，未知類型的降水（00）出現(xiàn) 1 次，占比 2%，雨（01）出現(xiàn) 1 次，占比2%。 總之，使用測試裝置進(jìn)行降水現(xiàn)象模擬時，4.3mm、9.5mm 和21mm 三種不同直徑粒子在2m/s 速度下未知類型的降水（00）出現(xiàn)概率大，在7m/s 速度下未知類型的降水（00）出現(xiàn)概率大，在 12m/s 速度下冰雹（08）出現(xiàn)概率大，以基于目前的測試次數(shù)，可以將以上現(xiàn)象作為特殊規(guī)律應(yīng)用于現(xiàn)場核查。

表3 52 臺儀器模擬降水現(xiàn)象類型次數(shù)統(tǒng)計

4 結(jié)論

本文匯總了內(nèi)蒙古52 臺降水現(xiàn)象儀的現(xiàn)場核查結(jié)果，并對輸出結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)以未知類型的降水（00）、未知類型的降水（00）和冰雹（08）為組合的降水現(xiàn)象類型出現(xiàn)概率大。 此項統(tǒng)計可以為以后降水現(xiàn)象儀的現(xiàn)場核查提供參考，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)排除降水現(xiàn)象儀故障。由于每個省只配備2 臺測試裝置及內(nèi)蒙古地域因素的限制，2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心僅核查了52 臺降水現(xiàn)象儀。 經(jīng)核查，結(jié)果全部合格，確保了這部分降水現(xiàn)象儀的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。2021年，內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心將繼續(xù)完成全區(qū)剩余67 臺降水現(xiàn)象儀的現(xiàn)場核查工作，確保內(nèi)蒙古降水現(xiàn)象儀的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。