2015—2016年燈塔站稱重式降水傳感器與雙翻斗雨量傳感器觀測對比分析

于文化　白志娜　楊丹寧

摘要 本文對2016年5月1日至10月31日稱重式降水傳感器和雙翻斗式雨量傳感器的觀測數據進行對比。結果表明，翻斗式降水傳感器測得降水量偏高；雙翻斗式雨量傳感器滯后性小、維護率高，但使用時間短；稱重式雨量傳感器維護率低，一年四季均可用，但滯后性強。

關鍵詞 稱重式降水傳感器；雙翻斗雨量傳感器；觀測對比；燈塔站；2015—2016年

中圖分類號 P415.12 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）15-0227-02

燈塔地區主要氣象災害有暴雨、暴雪、短時強降水、大風等。強降水常常產生城市內澇，且與泥石流、洪澇等災害密切相關，同時也給交通帶來嚴峻考驗。降水引發的泥石流、洪澇等對社會經濟發展及人民生活造成越來越嚴重的影響。此外，大雪也給人們出行帶來了不便。因此，應準確觀測固態、液態降水，以期為提前做好預警、服務工作提供保障。

自有觀測記錄以來，測量降水的儀器有翻斗雨量計、雨量器、雙閥容柵式雨量傳感器、虹吸式雨量計。目前，氣象觀測站使用的測量降水的儀器為稱重式雨量傳感器和雙翻斗式雨量傳感器。

燈塔國家氣象觀測站自2015年1月1日起進行新舊站址對比觀測，2016年1月1日正式運行新型自動站。新型自動站每年5月1日至次年10月31日期間啟用雙翻斗式雨量傳感器（以下簡稱“翻斗式”），上傳降水數據以翻斗式為準，稱重式降水傳感器（以下簡稱“稱重式”）作為備份；11月1日至次年4月30日以稱重式為準上傳數據。

稱重式推廣以后，使冬季降水觀測由人工觀測向自動化轉變。為對比分析稱重式和翻斗式的性能，本文利用2016年5月1日至10月31日期間稱重式和翻斗式降水資料進行對比分析。

1 儀器測量原理

1.1 稱重式降水傳感器

稱重式降水傳感器由天津華云天儀公司生產，由載荷元件、數據處理單元、降水發生探測器和外圍組件組成（圖1）。稱重式降水傳感器具有較高的運行可靠性，能進行高質量的觀測，能達到當前先進的固體降水自動化觀測水平，更好地為冬季降水量測量和服務提供資料。稱重式降水傳感器的核心元件是載荷元件，通過對重量變化的快速響應測量降水。載荷元件基于電阻應變技術：在外力的作用下敏感梁產生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應變片產生變形，電阻應變片變形后，其阻值發生變化，再經過測量電路把電阻變化轉換為電信號，從而測得重量。中央處理器、時鐘電路、數據存儲、接口、控制電路等部分組成了處理單元。處理單元具有數據存儲功能，存儲不少于30 d的數據[1]。

1.2 雙翻斗式雨量傳感器

承雨器（口徑為20 cm）、上翻斗、計量翻斗、匯集漏斗、計數翻斗和干簧管等是翻斗式雨量傳感器的主要組成部分（圖2）[2]。

承雨器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當雨水積到一定量時，上翻斗翻轉，水進入匯集漏斗。降水從匯集漏斗的節流管注入計量翻斗時，就把不同強度的自然降水調節為較均勻的降水強度。當計量翻斗承受的降水量為0.1 mm時，計量翻斗把降水倒入計數翻斗，使計數翻斗翻轉1次。計數翻斗翻轉時，磁鋼掃描1次干簧管。干簧管因磁化而瞬間閉合1次。降水量每次達到0.1 mm時，就送出去1個開關信號，采集器就自動采集存儲0.1 mm降水量[2]。

2 數據來源及對比分析

本文數據源于燈塔國家氣象觀測站2016年5月1日至10月31日期間主站的90 d翻斗式和稱重式降水數據。從降水量看，翻斗式大于稱重式的天數為69 d，占77%；翻斗式小于稱重式的天數為11 d，占12%；兩者數據相同的天數為10 d，占11%。由此可知，絕大多數翻斗式雨量傳感器測得數據量偏大。

從圖3可以看出，各月降水總量翻斗式均大于稱重式，7月和9月差別最大。從圖4可以看出，多數天數的降水量翻斗式大于稱重式，但整體的一致性較高，只有個別天數降水總量很小，但數據差別較大。

3 儀器優缺點及維護

3.1 雙翻斗式雨量傳感器

其優點是滯后性小；缺點是冬季不能使用；高維護，容易被蟲子、雜物等堵塞，導致降水滯后或者降水量偏少；不同雨強誤差不同。每年啟用翻斗前進行清洗、校準；如遇泥沙、塵土、樹葉、昆蟲等雜物，應根據使用情況拆下清洗[3]。

3.2 稱重式降水傳感器

其優點是低維護、容量大、全年均可使用、誤差穩定、與雨強無關；缺點是測量降雪時滯后嚴重，有時雪停后2～3 h有滯后降水。每年入冬前維護1次，夏季和秋季多雨季可能會維護2～3次。當降水達到一定量，就排空收集容器的液體，加入適量的抑制蒸發油，冬季需加防凍液。

4 結語

對比分析結果表明，一是稱重式降水傳感器承水口上部具有防風圈設計，此設計可以減小由于大風影響造成的誤差，而雙翻斗式雨量傳感器在大風天氣時的誤差將會大于稱重式降水傳感器。二是降水強度不同，對翻斗式雨量傳感器的影響大于稱重式降水傳感器。三是多數情況，雙翻斗式雨量傳感器測量降水數值偏大。四是稱重式降水傳感器具有低維護、容量大、誤差小等優點，且能夠全年測量固態、液態降水，所以稱重式降水傳感器在業務中實用性更強[4-5]。

綜上所述，由于稱重式降水傳感器與雙翻斗式雨量傳感器對比觀測只有1年，數據量少，所得結論可能不夠準確，在以后的觀測中應繼續總結經驗。

5 參考文獻

[1] DSC3稱重式降水傳感器用戶手冊[Z].天津：天津華云天儀特種氣象探測技術有限公司，2005.

[2] 宗曼曄，王曉輝.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003：55-56.

[3] SL3-1翻斗式雨量傳感器使用說明書[Z].上海：中國上海氣象儀器廠有限公司，2010.

[4] 張子曰，戴高菊.稱重式降水傳感器分析與評估[J].北京農業，2015（35）：152-153.

[5] 關磊，邱繼玲，尚新梅，等.自動氣象站降水傳感器原理及故障分析[J].北京農業，2015（12）：161.endprint