DSG4型降水天氣現象儀現場核查實踐

摘 要：當前，吉林省大部分國家級地面氣象觀測站已全部安裝DSG4型降水天氣現象儀，顯著地提高了吉林省地面氣象觀測的觀測效率。在地區臺站，DSG4型降水天氣現象儀需要定期進行維護和現場核查，因此，準確、高效、穩定的現場核查方式是重要一環。首先，簡介了DSG4型降水天氣現象儀和PCL32雨滴譜校準儀的工作原理；其次，介紹了DSG4型降水天氣現象儀的現場核查方式，并提供了核查結果和進一步說明。通過對全省DSG4型降水天氣現象儀儀器的檢定，驗證了數據的準確性和可靠性，為降水現象的觀測提供了重要的技術支持。

關鍵詞：PCL32雨滴譜校準儀；DSG4型降水天氣現象儀；現場核查；滴譜模擬器；計量檢定

中圖分類號：P414 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

氣象觀測是氣象業務的重中之重，也是氣象業務的基礎，氣象觀測技術是氣象行業實現現代化的顯著標志。在我國氣象行業中，現代氣象觀測設備已經在各地區投入使用，其門類、技術的迭代更新越來越頻繁。在未引進降水現象觀測儀器前，氣象臺站工作人員一般采用人工觀測的方式觀測天氣現象，此種方法觀測的天氣現象少且精細化不足[1]。為進一步提高觀測效率、響應國家實現氣象觀測自動化的政策、減輕地方臺站工作人員的工作強度，氣象臺站陸續引進降水天氣現象儀觀測天氣現象，通過自動化的方式處理降水要素觀測數據[2]。

降水觀測儀器的準確性和可靠性對獲取準確的降水數據至關重要。在吉林省，DSG4型降水天氣現象儀的建設已趨于尾聲，全省共有50余個國家級氣象臺站安裝了DSG4型降水天氣現象儀，并投入業務運行。近幾年的運行情況表明，該型號降水現象儀運行相對穩定。但受觀測數據老化、觀測人員在安裝調試過程中對周圍環境的影響、光學透鏡劃傷等外在因素影響，DSG4型降水天氣現象儀觀測的數據具有不準確性。因此，定期對DSG4降水天氣現象儀進行現場核查是測量其準確性、確保觀測可靠的重要方式。

旨在利用Huatron（華創風云）公司開發的PCL32雨滴譜校準儀，對DSG4型降水天氣現象儀進行現場核查，旨在驗證儀器的可靠性和準確性，并為降水現象的觀測提供技術支持。

1 工作原理

1.1 DSG4型降水天氣現象儀的工作原理

降水現象主要是指液態或固態的水汽凝結物或兩者混合物降落至地面，并產生降水量的天氣現象[3-4]。其中，包括多種形態，如毛毛雨、雨、雪、雨夾雪、冰雹等。DSG4型降水天氣現象儀主要由傳感器、數據轉換器、采集板、綜合集成硬件控制器等組成[5]。DSG4型降水天氣現象儀的工作流程如圖1所示。

圖1 DSG4型降水天氣現象儀的工作流程

其中，傳感器為Parsivel2雨滴譜光學傳感器，包括激光發射、接收、控制處理、溫控等裝置。通過激光遙測技術實時記錄降水過程，根據粒子的下降速度和粒子大小分析降水現象，并給出測量結果[6]。數據轉換的過程由數字轉換器UT204E完成，將RS-485信號轉換為RS-232信號[7]。DSG4型降水天氣現象儀的硬件結構模擬如圖2所示。

1.2 PCL32雨滴譜校準儀的工作原理

PCL32雨滴譜校準儀由北京華創維想科技開發有限責任公司研發，其可作為傳感器檢測儀、DSG4型降水現象儀的標校和便攜式DSG4使用[8]。PCL32雨滴譜校準儀主要由滴譜模擬器和采集控制處理單元組成，滴譜模擬器和采集控制處理單元結構如圖3所示。

在此次降水天氣現象儀現場核查采用的是DSG4型降水天氣現象儀的標校功能。由滴譜模擬器模擬降水現象，內置材料為石英玻璃的透明圓盤，通過在透明圓盤上放置不同粒徑大小的不透光遮擋物，利用電機帶動透明圓盤旋轉，穿過被校準的降水天氣現象儀的射線檢測區[9]。通過對比被測降水天氣現象儀采集的數據，判定該降水天氣現象儀是否達到合格標準。滴譜模擬器內部裝有調速器，模擬降水現象的強度大小；不透光遮擋物中心處轉盤的線速度即該模擬粒子下落的末速度[10]，其工作流程圖如圖4所示。

2 現場核查與結果分析

2.1 現場核查環境和內容

為避免影響地區臺站降水現象的觀測，現場核查降水天氣現象儀的條件為無雨天氣，氣溫在5～30 ℃之間，能見度≥10 km，相對濕度≤80% RH。在現場核查前，應確保DSG4型降水天氣現象儀處于正常工作狀態，型號、編號清晰可見，外觀無明顯損傷，供電控制單元和數據采集單元連接正常，線纜連接可靠；滴譜模擬器外觀無損傷，相關線路連接可靠[11-12]。

將模擬器放置在降水天氣現象儀進行檢測時，滴譜模擬器應放置在激光發射、接收線路間，發射、接收線路應準確穿過石英玻璃的透明圓盤并處在中心位置；滴譜模擬器應固定牢靠且擺放適中，以便后續準確測量。

2.2 現場核查結果與分析

2023年10月，吉林省氣象探測保障中心組織工作人員，對吉林省內55個國家級臺站的DSG4型降水天氣現象儀進行現場核查工作。選用PCL32雨滴譜校準儀進行核查，其中，滴譜模擬器中對降水天氣現象儀的測試內容有粒子直徑測試、粒子速度測試、降水現象測試；試驗選取的粒子直徑為4.3 mm、9.5 mm、21 mm，粒子速度為2 m/s、7 m/s、12 m/s。每個粒子速度測試點分別進行粒子直徑通道誤差計算、粒子速度通道誤差計算和降水現象輸出偏差判別，粒子直徑輸出通道（本次）為滴譜模擬器測得的模擬數據，粒子直徑輸出通道（第一次）為降水天氣現象儀測得的真實數據。通過對兩組不同數據的偏差進行判別，驗證該降水天氣現象儀測量結果的準確性。

以舒蘭市國家級氣象站中的DSG4型降水天氣現象儀（區站號：54076）測得的數據為例。圖5為實測的降水天氣現象儀現場核查記錄。

在圖5中，該降水天氣現象儀僅在粒子速度為2 m/s的粒子直徑測試結果出現了偏差，其余測試內容均符合現場核查判定。由于粒子直徑通道誤差的偏差結果小，故仍處于核查結果合格范圍。在粒子速度為2 m/s時，粒子直徑輸出通道（第一次）和粒子直徑輸出通道（本次）結果對比如圖6所示。

通過圖5和圖6可以得出：在粒子速度為2 m/s時，粒子直徑為9.5 mm、21 mm，在進行粒子直徑測試時出現偏差，偏差均為1 mm，粒子速度測試和降水現象測試與滴譜模擬器的結果一致；粒子速度為7 m/s和12 m/s時，3種不同粒子直徑進行的3種對比試驗實測數據和模擬數據的結果一致；經綜合判定，該地區臺站DSG4型降水天氣現象儀核查結果為合格。

3 結束語

利用PCL32雨滴譜校準儀對DSG4型降水天氣現象儀進行了現場核查工作。在工作原理中，分別介紹了雨滴譜校準儀和降水天氣現象儀的工作原理；介紹了現場核查的環境條件和安裝注意事項，并以其中1個地區臺站的降水天氣現象儀核查結果為例，檢測了其設備數據與核查模擬數據的一致性。

在降水天氣現象儀核查中，所利用的現場核查方式取得了較好的應用效果。但在現場核查中仍存在一些問題，如在日常降水天氣現象儀使用中，應時常清理激光發射、接收鏡面、蜘蛛網、灰塵等；人工擺放滴譜模擬器時要嚴格按要求擺放，否則易產生誤差。因此，在進行降水天氣現象儀現場核查工作時，要嚴格遵守相關現場核查規定，盡可能減少人為因素帶來的影響。

參考文獻

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