降水現(xiàn)象儀誤差及故障分析

范存飛 趙宇 全美蘭 葛權(quán)哲 楊志宇 殷宇飛 李炳坤 趙超 趙剛

摘 ?要：該文通過對(duì)DSG4型降水現(xiàn)象儀數(shù)據(jù)與人工平行觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，找出降水現(xiàn)象儀的誤差因子，并分析誤差因子的產(chǎn)生原因和誤差作用程度，并簡(jiǎn)要分析DSG4型降水現(xiàn)象儀的日常維護(hù)及故障分析處理。

關(guān)鍵詞：地面測(cè)報(bào) ?降水現(xiàn)象儀 ?誤差分析 ?故障排查

中圖分類號(hào)：P414 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（b）-0065-02

隨著時(shí)代的發(fā)展和城市化建設(shè)，地面觀測(cè)工作也在不斷地發(fā)展和進(jìn)步，天氣現(xiàn)象、能見度、日照等數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)。天氣現(xiàn)象觀測(cè)是氣象觀測(cè)工作中非常重要的一項(xiàng)，而降水觀測(cè)又是重中之重，降水現(xiàn)象儀的安裝使用提高了降水觀測(cè)的工作效率和觀測(cè)精度。目前降水觀測(cè)采用的是人工觀測(cè)和降水現(xiàn)象儀平行觀測(cè)的方式，自動(dòng)觀測(cè)使用的是DGS4型降水現(xiàn)象儀，該視設(shè)備能夠給對(duì)多種降水類型進(jìn)行區(qū)分，該文選擇液態(tài)降水期的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的精確度。并針對(duì)氣象臺(tái)站日常使用中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，分析故障原因，介紹故障的簡(jiǎn)單處理方法。為降水現(xiàn)象儀的使用提供數(shù)據(jù)依據(jù)和參考。

1 ?降水現(xiàn)象儀的工作原理和優(yōu)劣性

（1）工作原理。DSG5型降水現(xiàn)象儀主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、電源控制單元及相關(guān)附件組成。傳感器包括激光發(fā)射和接收裝置、控制處理裝置和溫度控制裝置等。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)處理采樣的降水粒子大小、速度和數(shù)量等， 對(duì)采樣樣本進(jìn)行質(zhì)量控制及運(yùn)算處理， 并輸出降水類型、雨滴圖和儀器工作狀態(tài)等信息。降水現(xiàn)象儀采用直流12V供電， 配蓄電池。電源控制單元轉(zhuǎn)換AC電源或輔助電源并為電池充電。降水現(xiàn)象儀附件包括安裝座、立柱、基礎(chǔ)預(yù)埋件等。

（2）優(yōu)劣性。降水現(xiàn)象儀作為自動(dòng)化遙測(cè)光感設(shè)備，具有非常優(yōu)秀的觀測(cè)靈敏度，能有效地替代人工觀測(cè)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間不間斷的降水現(xiàn)象觀測(cè)，降低了天氣現(xiàn)象觀測(cè)的工作強(qiáng)度，而且降水現(xiàn)象儀配合翻斗式雨量計(jì)或者稱重式雨量計(jì)，能有非常準(zhǔn)確地記錄降水類現(xiàn)象，其分辨成功率高達(dá)95%以上。降水現(xiàn)象儀的不足支持在于其作為遙測(cè)光感設(shè)備，對(duì)環(huán)境要求較高，大霧和霾對(duì)其觀測(cè)質(zhì)量有一定影響，設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)尤其是對(duì)鏡頭的維護(hù)和保養(yǎng)需要較高的頻率和技巧。降水現(xiàn)象儀對(duì)大強(qiáng)度降雨的觀測(cè)分辨率較低。

2 ?降水現(xiàn)象儀誤差分析

（1）原理與因子分析。該文以撫順市國(guó)家基本氣象站降水現(xiàn)象儀為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，該儀器為華云集團(tuán)DSG4型，采用激光遙感測(cè)量系統(tǒng)。該儀器的主要誤差來自于外力干擾，如灰塵、花粉、樹葉和雨水等，會(huì)造成儀器測(cè)量偏差。該次對(duì)比選取撫順國(guó)家基本氣象站2019年4～7月期間液態(tài)降水?dāng)?shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)對(duì)比。2019年4～7月間人工觀測(cè)共計(jì)降水46次，其中T量降水17次，0.0mm≤降水量≤1.0mm 14次，1.0mm≤降水量≤30mm 12次，降水量>30mm 3次，大風(fēng)9次，大霧6次。

2019年4～7月間降水現(xiàn)象儀觀測(cè)降水69次，其中T量降水27次，毛毛雨12次，冰雹一次。

從表1中數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，差別最大的是T量降水和毛毛雨兩種觀測(cè)項(xiàng)目，其中毛毛雨在人工觀測(cè)中無記錄，而降水現(xiàn)象儀觀測(cè)12次，6次發(fā)生在大霧產(chǎn)生階段，6次發(fā)生在大風(fēng)期間;T量降水人工觀測(cè)17次，降水現(xiàn)象儀觀測(cè)27次，原因在于降水現(xiàn)象儀鏡頭會(huì)被飛蟲、灰塵等異物干擾，產(chǎn)生誤判。

在有降水量有降水現(xiàn)象區(qū)間人工觀測(cè)和降水現(xiàn)象儀觀測(cè)數(shù)據(jù)大體一致，其中降水現(xiàn)象儀觀測(cè)到一次冰雹，發(fā)生在7月21日，降水量51.2，這次降水過程屬于短時(shí)強(qiáng)降水，降水時(shí)間短強(qiáng)度大，降水現(xiàn)象儀將連續(xù)雨滴誤判為冰雹。

3 ?DSG4型降水現(xiàn)象儀的日常維護(hù)及故障分析

3.1 日常維護(hù)

降水現(xiàn)象儀是一種光感遙測(cè)設(shè)備，需要對(duì)鏡頭進(jìn)行定期清潔，防止鏡頭污濁影響數(shù)據(jù)采集，要定期巡視，清理采集區(qū)內(nèi)的雜物如蜘蛛網(wǎng)、樹枝、樹葉等雜物，防止雜物遮擋鏡頭影響激光的發(fā)射和接受。定期清洗防濺網(wǎng)，防止灰塵、鳥屎、花粉和雨水等濺入采集區(qū)影響觀測(cè)。

3.2 常見故障分析及解決方法

（1）傳感器故障。如果傳感器不起作用， 首先確認(rèn)電源是否正常：①檢查電源的兩極、RS-485電纜的正負(fù)連接以及傳輸速率。②啟動(dòng)PC機(jī)中任意1個(gè)軟件程序（如超級(jí)終端），試著將其與Parsivel2連接。在響應(yīng)“CS/[CR]”命令時(shí)， Parsivel2將發(fā)送“ok”狀態(tài)消息。

（2）電源故障。設(shè)備無電源輸出，檢查市電是否正常，電源連接是否正常，最后確認(rèn)電源模塊是否損壞。

（3）數(shù)據(jù)故障。降水現(xiàn)象儀錯(cuò)誤記錄毛毛雨現(xiàn)象、雨等降水現(xiàn)象。檢查降水現(xiàn)象儀鏡頭、數(shù)據(jù)采集區(qū)以及防濺網(wǎng)是否有灰塵、飛蟲、樹葉和花粉等異物。對(duì)采集區(qū)進(jìn)行清理擦拭。

4 ?結(jié)語

從連續(xù)4個(gè)月的數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，降水現(xiàn)象儀精度較人工觀測(cè)較高，但是會(huì)受到干擾，大風(fēng)和霧霾現(xiàn)象會(huì)讓降水現(xiàn)象儀產(chǎn)生毛毛雨現(xiàn)象的誤判，而灰塵、飛蟲、花粉等異物會(huì)讓降水現(xiàn)象儀產(chǎn)生T量降水的誤判。所以，在日常業(yè)務(wù)運(yùn)行中，需要不定時(shí)地進(jìn)行日常巡查和維護(hù)工作。同時(shí)，有必要對(duì)人工觀測(cè)數(shù)據(jù)和降水現(xiàn)象儀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比訂正。

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