DSG5 型降水現象儀2020年現場核查結果分析
——以內蒙古自治區為例

王 馳 ，張晨陽 ，賀明碩 ，柴 貞

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

2020年4月起，中國地面氣象觀測實現全面自動化。其中，降水天氣現象自動化觀測是地面自動化觀測的重要內容之一[1]。 2019年，為保證全國降水現象儀觀測數據質量，華云升達（北京）氣象科技有限責任公司組織了雨滴譜式降水現象儀模擬降水裝置產品培訓班，各省、區、市選派人員參加。 截止到2020年，內蒙古自治區現有的119 個國家級自動氣象觀測站已全部安裝降水現象儀，為保證全區降水現象儀觀測數據質量，內蒙古自治區大氣探測技術保障中心根據 《雨滴譜式降水現象儀現場核查方法（試行版）》的要求，于2020年對內蒙古自治區52 個國家級自動氣象觀測站的DSG5 型降水現象儀進行了現場核查。 基于此，文章初步對內蒙古自治區的52 臺降水現象儀的核查結果進行了統計分析，確保了這部分降水現象儀的觀測數據質量。

1 設備介紹

1.1 DSG5 型降水現象儀

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

1.2 JSMN-1 型雨滴譜式降水現象儀模擬降水裝置

JSMN-1 型雨滴譜式降水現象儀模擬降水裝置，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象儀進行性能檢測[3]。 按照《降水現象計量業務管理暫行規定》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象計量檢測實驗室進行檢測和校準。

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（北京）氣象科技有限責任公司組織開發的與測試裝置相配套的專用軟件，以下簡稱測試軟件。當正確連接測試裝置后，工作人員只需在測試軟件上設置設備類型、 通信串口號、測試方式，就可進行現場核查。 測試的過程中，測試程序自動對2m/s、7m/s、12m/s 三個速度級進行測試，測試的實時狀態會在測試軟件界面右側的編輯欄和界面底部的狀態欄實時顯示。 測試軟件提供的查詢方式分3 種：序列號（即設備編號，格式：區站號（QZ）+ID）、設備類型（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據）。 工作人員選擇相應的查詢方式，歷史記錄就會按相應的方式進行排序（注：序號--5 位表示當前設備的測試次數[3]）。 測試結束后，工作人員可以在界面左側的“查詢”中查看已經完成的歷史測試結果，并通過“打印”查看已經保存的PDF 格式報告。

2 現場核查

2.1 現場核查的流程

1）確認降水現象儀表面完好、鏡頭干凈，標牌和標記清晰、完整，機械結構完整、無變形；2）固定測試裝置于降水現象儀上，調節測試裝置高度，確保降水現象儀的激光束處在測試裝置透光孔的中心位置，即激光束處在標尺塞的有效區域內，并連接好電源線和通信線[4]；3）拔下標尺塞，打開測試軟件，單擊“開始測試”按鈕，進行測試，并將現場核查結果填寫在降水現象儀現場核查記錄表上。

2.2 現場核查出現的問題

現場核查降水現象儀時，工作人員發現了以下幾個問題：

1）現場核查之前，工作人員要在地面綜合觀測業務軟件（ISOS）主菜單欄“設備管理”下的“設備標定”中選擇“降水現象儀”，填寫開始時間、結束時間、操作人，初步填寫操作內容，然后點擊“標定”[5]，開始現場核查。 此操作防止測試裝置產生的模擬數據上傳。

2）內蒙古日照強烈，安裝測試裝置時，光照影響工作人員準確將激光束與透光孔對準。 為此工作人員自行配置了黑布，用于遮擋光照。 當測試裝置安裝在降水現象儀上后，將黑布蒙在它們上面，工作人員調整測試裝置待激光束處在標尺塞的有效區域內后，將黑布取下，繼續后面操作步驟。

3）電腦采集模擬的降水現象數據，偶爾會顯示未采集到穩定數據，這是由于測試裝置高度或水平沒有調整好，進一步分析可能有兩種原因。 ①測試裝置中亞克力轉盤快速轉動，導致用于固定測試裝置的螺絲在測試過程中出現松動，使得激光束偏離已調整好的位置，最終使測試結果異常。 因此，現場核查時工作人員應該注意測試裝置的抖動情況。 ②對某些臺站現場核查時，若將廠家配的防護套墊掛接在降水現象儀上，會使激光束無法處在標尺塞的有效區域內。 因此，工作人員應根據現場實際情況決定是否使用掛接防護套。

2.3 現場核查結果的判定原則

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

表1 降水現象代碼

3 核查結果統計

2020年現場核查了10 個盟市的52 臺DSG5 型降水現象儀，數量分布如表2 所示。

表2 2020年核查降水現象儀分布

52 臺降水現象儀模擬降水現象類型次數統計如表3所示，從表3 中可以發現：在52 次現場核查中，只出現過未知類型的降水（00）、雨（01）、雪（04）、雨夾雪（06）和冰雹（08） 五類降水現象，共計出現 （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41次，占比 79%，雨（01）出現 10 次，占比 19%，雪（04）出現 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 27 次，占比 52%，冰雹（08）出現 22 次，占比 42%，雨夾雪（06）出現 2 次，占比 4%，雨（01）出現 1次，占比2%；在12m/s 的粒子速度下，52 個站中冰雹（08）出現 48 次，占比 92%，雪（04）出現 2 次，占比 4%，未知類型的降水（00）出現 1 次，占比 2%，雨（01）出現 1 次，占比2%。 總之，使用測試裝置進行降水現象模擬時，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）出現概率大，在7m/s 速度下未知類型的降水（00）出現概率大，在 12m/s 速度下冰雹（08）出現概率大，以基于目前的測試次數，可以將以上現象作為特殊規律應用于現場核查。

表3 52 臺儀器模擬降水現象類型次數統計

4 結論

本文匯總了內蒙古52 臺降水現象儀的現場核查結果，并對輸出結果進行了統計，發現以未知類型的降水（00）、未知類型的降水（00）和冰雹（08）為組合的降水現象類型出現概率大。 此項統計可以為以后降水現象儀的現場核查提供參考，幫助工作人員發現排除降水現象儀故障。由于每個省只配備2 臺測試裝置及內蒙古地域因素的限制，2020年內蒙古自治區大氣探測技術保障中心僅核查了52 臺降水現象儀。 經核查，結果全部合格，確保了這部分降水現象儀的觀測數據質量。2021年，內蒙古自治區大氣探測技術保障中心將繼續完成全區剩余67 臺降水現象儀的現場核查工作，確保內蒙古降水現象儀的觀測數據質量穩定可靠。