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據，充分發揮新型觀測設備的優勢，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）觀測得到的降水數據對比分析，發現存在其偏差，總結出為了使降水量出現的偏差、人工觀測的弊端盡量縮小、減少，日常維護觀測儀器就顯得尤為重要，從而提高觀測工作質量，完善無人自動化觀測能力。

關鍵詞：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

中圖分類號：P421 文獻標識碼：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資料之一，對于工農業生產、水利開發、江河防洪和工程管理等方面作用很大。為氣象防災減災、天氣預報、氣候分析和科學研究提供了重要的基礎資料。

降水觀測包括降水量和降水強度的觀測[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。非結冰期，降水觀測記錄以翻斗式雨量傳感器數據為準，稱重式降水傳感器數據為備份；結冰期，降水觀測記錄以稱重式降水傳感器數據為準，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、數據處理單元、降水發生探測器（OPD）外圍組件（收集容器、承水口、保護外殼、底盤與基座、防風圈）組成。降水傳感器口高度為（120±3）cm，承水口形狀為內徑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變技術載荷元件，通過對重量變化的快速響應測量和計算出降水量。主板上的處理器（MCU）通過OPD判斷是否有降水發生，OPD只有判斷有降水發生，才會使判斷有降水發生過程時載荷元件測量的重量信號進行輸出，同時結合溫度、風等環境干擾要素的過濾與修正，得到準確的降水量值。傳感器通過溫度修正、對風和其它因素引起的擾動進行判斷平滑以及一系列的綜合運算和處理得到準確的降水量[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、計數翻斗等組成。承水口為內徑200mm 的正圓；最大允許誤差±0.4mm（≤10mm），±4%（>10mm）；分辨率為 0.1mm；降水強度為0～4mm/min。

雨水由承水口匯集，進入上翻斗。上翻斗的作用是使降水強度近似大降水強度，然后進入計量翻斗計量，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翻斗。在計數翻斗的中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼的上面裝有干簧開關，計數翻斗翻轉一次，則開關閉合一次，由于開關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

對比分析數據挑選了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，不同觀測儀器，同時觀測出的降水量數據進行比對分析。

根據2017年8月11～14日統計出來的對比表，分析可得：（1）在非結冰期間，當降水過程發生過后，因沙塵、樹葉、昆蟲等其他異物堵塞翻斗式降水傳感器，導致降水量滯后。而稱重式降水傳感器根據工作原理，不會產生滯后降水和無效降水，具有較強的時效性。（2）因溫度、風等環境要素的干擾，使部分小時降水量出現偏差，致使日降水量偏差更大，但偏差值控制在正常范圍內。（3）在結冰期間，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數據可用，但也只能獲得定時觀測時段的數據，小時降水量無從知曉，失去它的時效性。當雨轉為雪之后，堆積在承水器中的冰雪也人為干擾處理，不能正確的反映當前的雨量。而稱重式降水傳感器對固態降水的觀測能夠及時反映當前降雪過程的變化情況，準確度更高。

為了使降水量出現的偏差、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就顯得尤為重要。

3 觀測儀器的日常維護

DSC3型稱重式降水傳感器在維護過程中，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，需要安裝在一個穩定、牢固的平臺上，牢固的平臺對傳感器的觀測起到關鍵的作用。在維護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，保護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行2～3次維護，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、沙塵嚴重的地區，維護次數應適當增加。定期取下保護外殼檢查OPD遮光管上有無蜘蛛網或者其他物質懸掛，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，承水口內壁上的積雪掃入收集容器內[3]。

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

4 結語

通過對兩種觀測儀器的數據對比分析，總結出日常維護對觀測儀器的重要性。日常維護是對每個氣象觀測員工作的最基本的要求之一，也是加快推進無人化管理及氣象觀測進程的途徑。

參考文獻

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 中國氣象局綜合觀測司.地面氣象觀測業務技術規定（2016版）[S].2016.

[3] 天津華云天儀特種氣象探測技術有限公司.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].