稱重式降水傳感器降水量誤差研究

申慧慧

摘要：在地面氣象觀測中，降水觀測是其重要的組成內(nèi)容之一，占據(jù)著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用，在眾多領(lǐng)域中會為其提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)資料，包括：天氣預(yù)報(bào)工作、氣象防災(zāi)減災(zāi)工作、科學(xué)研究工作、氣候分析工作等，具有十分重要的意義和價(jià)值，影響范圍廣泛。基于此，筆者針對于稱重式降水傳感器與雨量筒降水量誤差進(jìn)行了深入研究與分析，以此為相關(guān)學(xué)者以及從業(yè)人員提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：稱重式;降水傳感器;雨量筒降水量;誤差

前言：稱重式降水傳感器能夠在野外長期使用，基于快速響應(yīng)的質(zhì)量變化，能夠?qū)邓窟M(jìn)行有效測量，還能夠?qū)旌闲越邓⒔笛┮约敖涤赀M(jìn)行自動測量，不僅能夠作為單獨(dú)的自動觀測儀使用，還能在傳統(tǒng)自動氣象站上作為單獨(dú)的傳感器使用。如若不能有效減少和避免稱重式降水傳感器與雨量筒降水量誤差，就會造成不必要的損失，為此要采用科學(xué)合理的方法，盡可能的有效避免和降低損失。

一、稱重式降水傳感器的組成與原理

稱重式降水傳感器由多種部件組成，包括：外殼、內(nèi)筒、防風(fēng)圈、底座組件、處理單元、承水口等。DSC2稱重式降水傳感器的硬件可分為三種，即：外圍組件、稱重單元以及處理單元。由處理軟件和硬件組成了DSC2稱重式降水傳感器，硬件構(gòu)成要素有多種，包括：防風(fēng)圈、處理單元、稱重傳感器、安裝基座等。具有無內(nèi)部加熱，自動監(jiān)測系統(tǒng)，沒有可移動部分在內(nèi)部，通過間隔時(shí)間的設(shè)置，展開觀測工作，還能夠?qū)邓俣冗M(jìn)行自動計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)一定次數(shù)的觀測密度。

新型稱重式降水傳感器能夠?yàn)闅庀蠊ぷ魈峁┯袃r(jià)值的信息數(shù)據(jù)資料，是一種適用于混合態(tài)降水總量、液態(tài)、固態(tài)以及全自動的觀測儀器。通過一個(gè)重量平衡系統(tǒng)或者一個(gè)彈簧裝置，最新稱重式降水傳感器能夠連續(xù)記錄儲水器其中積存的降水總量。有固定容積，沒有自動倒水，還要對蒸發(fā)損失進(jìn)行減小，比較適用于固體降水的測量。基于載荷測量技術(shù)原理設(shè)計(jì)，稱重式降水傳感器通過質(zhì)量變化，對降水量進(jìn)行快速測量，不僅能在其他采集系統(tǒng)上作為智能傳感器掛接，還能輸送信號進(jìn)入現(xiàn)有自動氣象站。

稱重式降水傳感器能夠在野外長期使用，還能夠?qū)旌闲越邓⒔笛┮约敖涤赀M(jìn)行自動測量，不僅能夠作為單獨(dú)的自動觀測儀使用，還能在傳統(tǒng)自動氣象站上作為單獨(dú)的傳感器使用。基于傳感器對質(zhì)量變化的快速響應(yīng)，稱重式降水傳感器能夠?qū)邓窟M(jìn)行有效測量，主要有振弦技術(shù)和基于電阻應(yīng)變技術(shù)兩種主要技術(shù)。例如DSC2稱重式降水傳感器的應(yīng)用原理是基于電阻應(yīng)變技術(shù)，測量重物將傳感器利用內(nèi)部的震動金屬線拉緊的過程進(jìn)行稱重，通過輸出的頻率量來表示稱得的體重。而WUSH-WP稱重式降水傳感器測量可以是混合性降水、液態(tài)降水以及固態(tài)降水，0～400mm為具體的測量范圍，0.1mm為具體的分辨力，如若10.0mm大于等于降水量時(shí)，±0.3mm就是最大的測量誤差值，如若10.0mm小于等于降水量時(shí)，±3%就是最大測量誤差值[1]。

二、怎么判斷稱重式降水傳感器降水量誤差值

在某些情況下，稱重式降水傳感器可能會出現(xiàn)滯后降水的現(xiàn)象，降水天氣已經(jīng)實(shí)際發(fā)生，但是降水量仍然沒有顯示。反之，天氣現(xiàn)象在沒有實(shí)際發(fā)生的情況下，傳感器可能會出現(xiàn)降水量的顯示數(shù)值。造成傳感器發(fā)生以上誤差的關(guān)鍵根源應(yīng)當(dāng)在于傳感器的自動感應(yīng)裝置存在老化與失靈現(xiàn)象，因此必須要更換現(xiàn)有的傳感器自動感應(yīng)結(jié)構(gòu)部件。

此外，稱重式降水傳感器在降水期間，可能會存在異常數(shù)據(jù)情況，可能是有多種雜物隨著降水落入的，例如：樹葉、沙塵等，展開記錄工作時(shí)，要按照正常降水記錄開展記錄處理工作;如若出現(xiàn)固態(tài)降水堆至口沿以上或降水過程中取水、溢出液態(tài)降水量的情況，就要按照缺測處理該時(shí)間段內(nèi)分鐘以及小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)。

三、減少稱重式降水量誤差值對策

針對于減少稱重式降水量誤差值對策，筆者整理了三點(diǎn)，分別是：做好日常常規(guī)維護(hù)，以減少誤差、加強(qiáng)傳感器的劑量校準(zhǔn)，避免誤差發(fā)生、全面更換性能老化與損壞的傳感器部件，本章將逐一進(jìn)行說明。

（一）做好日常常規(guī)維護(hù)，以減少誤差

針對于稱重式降水傳感器，要強(qiáng)化日常維護(hù)以及檢查工作，能夠針對于出現(xiàn)異常降水的幾率和稱重自動降水量的誤差進(jìn)行有效減少。為此，觀測員要全面掌握和了解《降水觀測規(guī)范-稱重式降水傳感器（試行）》，并依據(jù)此條例進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，強(qiáng)化年、月、周、日的日常維護(hù)和巡視，第一時(shí)間檢查防雷接地狀況以及其他防雷安全情況，如若遇到不良天氣情況，就要及時(shí)展開加蓋工作，如若存在較大降水量的天氣，就會提高超出量程的幾率，為此要第一時(shí)間展開排水工作，日常還要重視檢查蒸發(fā)抑制油和防凍液，如若存在較少情況，就要通過對當(dāng)?shù)亟邓亢蜌鉁厍闆r的了解，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行添加和調(diào)整。與此同時(shí)，在開展維護(hù)工作期間，要把電源先斷開，將稱重降水傳感器數(shù)據(jù)線拔下，而后在維護(hù)工作完畢后接上[2]。

（二）加強(qiáng)傳感器的劑量校準(zhǔn)，避免誤差發(fā)生

稱重式降水傳感器校準(zhǔn)分為兩種，一是計(jì)量檢定，二是現(xiàn)場校準(zhǔn)。根據(jù)具有氣象計(jì)量檢定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)來完成計(jì)量檢定。所有站臺需要來完成現(xiàn)場測試，如若最終得出的測量值誤差高于4%，就要開展檢查調(diào)試工作，如若情節(jié)嚴(yán)重，還要第一時(shí)間進(jìn)行替換工作[3]。

（三）全面更換性能老化與損壞的傳感器部件

儀器檢修維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)定期實(shí)施針對傳感器裝置的全面檢測工作，及時(shí)更換老化與損壞的傳感器元件，保持傳感器裝置設(shè)備的良好敏銳性。

結(jié)束語：在地面氣象觀測中，降水測量是其重要的組成內(nèi)容之一，發(fā)揮著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用，稱重式降水傳感器能夠?qū)庀笈_站固態(tài)降水人工觀測引發(fā)的弊端（觀測頻次低下、時(shí)效性差等）進(jìn)行有效解決，為此，相關(guān)人員要全面掌握和了解稱重式降水傳感器與雨量筒降水量誤差，通過做好日常常規(guī)維護(hù)、加強(qiáng)傳感器的劑量校準(zhǔn)，有效避免誤差發(fā)生、全面更換性能老化與損壞的傳感器部件，從而為開展天氣預(yù)報(bào)工作、氣象防災(zāi)減災(zāi)工作、科學(xué)研究工作等，提供重要數(shù)據(jù)資料，進(jìn)而造福于民、造福于社會。

參考文獻(xiàn)：

[1]繆明榕，王輝，吳銳濤，等. 稱重式降水傳感器與翻斗雨量傳感器測雨性能對比分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2020，36（14）：142-147.

[2]張朝明. 常用幾種降水傳感器的工作原理分析比較[J]. 科學(xué)與信息化，2020（22）：81-82.

[3]宋燦，周毓荃，吳志會. 雨滴譜垂直演變特征的微雨雷達(dá)觀測研究[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2019，30（4）：479-490.