王玉紅

摘要 介紹了稱重式雨量計和翻斗式雨量計的組成構(gòu)造及探測降水的原理，分析不同雨量傳感器產(chǎn)生誤差的原因，并闡述了不同雨量計掛接的方法，以期為降水的準(zhǔn)確觀測提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 稱重式雨量計；翻斗式雨量計；構(gòu)造；觀測原理；掛接

中圖分類號 P414.9+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 1007-5739（2017）03-0210-01

氣象臺站對降水的觀測經(jīng)歷了人工測量到虹吸式雨量傳感器測量直到現(xiàn)在使用翻斗式雨量傳感器和稱重式雨量傳感器來探測降水量，數(shù)次的儀器變革更新實現(xiàn)了降水量觀測的連續(xù)化和精準(zhǔn)度，還減輕了臺站人員的工作量。目前，各臺站普遍使用翻斗式雨量傳感器測量液態(tài)降水，用稱重式雨量傳感器來測量固態(tài)降水，翻斗式雨量計翻斗不能承接固態(tài)降水，稱重式雨量傳感器可以監(jiān)控冬季固態(tài)和固液混合性降水以及春夏強(qiáng)對流冰雹所產(chǎn)生的降水量[1-3]；夏季用翻斗式雨量計來測量降水量，當(dāng)翻斗式雨量計發(fā)生桶口有異物堵塞或翻斗不靈活以及雨勢較強(qiáng)翻斗來不及翻轉(zhuǎn)等情況時易造成數(shù)據(jù)失真或缺失，而稱重式雨量計可以彌補(bǔ)這些，用翻斗式雨量計與稱重式雨量計同時掛接便可避免夏季降水的缺測。本文講述稱重雨量計和翻斗式雨量計同步掛接方法和數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)置方法。

1 2種雨量計構(gòu)造及探測降水原理

1.1 翻斗式雨量計的組成

翻斗式雨量計主要由承水器、上翻斗、計量翻斗和計數(shù)翻斗組成。感應(yīng)器用二芯電纜與采集器連接，輸出干簧管信號。雨水降落時，先收集在承水器經(jīng)過上翻斗和進(jìn)水閥，進(jìn)入計量翻斗使不同強(qiáng)度的自然降水轉(zhuǎn)換成比較均勻的降水強(qiáng)度，以減少降水強(qiáng)度不同而造成的降水誤差，當(dāng)計量翻斗承受的降水量達(dá)到0.1 mm時，計量翻斗會把該降水傾倒到計數(shù)翻斗內(nèi)，計數(shù)翻斗會翻轉(zhuǎn)1次，當(dāng)計數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)時與它相連接的磁鋼對干簧管做一次掃描，干簧管會因磁化而瞬間閉合1次，這樣每當(dāng)降水量累計至0.1 mm時干簧管就從電纜向計算機(jī)發(fā)送1個信號，計算機(jī)收到信號進(jìn)行計數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而獲得累計的降水量數(shù)值以及降水時數(shù)和降水強(qiáng)度值，實現(xiàn)降水量的持續(xù)觀測。

1.2 稱重式雨量計的組成

稱重式雨量計是由承水器、集水桶、傳感器、支架和擋風(fēng)圈組成，使用電子稱重原理，由一個大容量的高穩(wěn)定載荷元件以及內(nèi)桶構(gòu)成，載荷元件通過感應(yīng)重量的變化來測量固體降水。當(dāng)有固態(tài)降水時，先匯集到集水桶，集水桶中的防凍液會融化固態(tài)降水成液態(tài)，位于集水桶下方的支撐盤上有3個獨立的弦振傳感器，在連續(xù)觀測中通過探測2次測量間隔間的重量變化給出一個頻率為0～5 V的方波信號，稱重單元通過溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波等技術(shù)由電纜發(fā)送到采集器進(jìn)行測量計算得到降水量。

2 不同雨量傳感器誤差原因

理想情況下，翻斗翻動是很靈活的，但實際上由于轉(zhuǎn)軸的摩擦加上漏斗沾水或泥沙、昆蟲等都會影響翻斗的翻轉(zhuǎn)；大雨時由于翻斗的慣性使得翻斗來不及翻轉(zhuǎn)將一部分雨量流失，也使測量的降水量有很大的誤差，甚至記錄失真；雖然翻斗的分辨率很高（0.1 mm），翻轉(zhuǎn)一次誤差很小，但一次降水過程中因翻轉(zhuǎn)次數(shù)多而累積起來的誤差也很大；此外，傳感器上的部件受外界干擾而產(chǎn)生無降水也有信號的現(xiàn)象，或筒口有異物堵塞時產(chǎn)生有降水而無信號的現(xiàn)象都是翻斗式雨量計存在的問題。稱重式雨量計較翻斗式雨量計有一定的優(yōu)勢，能承接固態(tài)降水和混合降水；抗干擾能力也較翻斗式雨量計強(qiáng)，翻斗式雨量計重量輕、離地近，容易被振動而產(chǎn)生野值，稱重式只需要防止電磁干擾；但稱重式降水器在發(fā)生降水時降水器口緣及內(nèi)壁容易黏附引起滯后，通常固態(tài)降水越強(qiáng)會使誤差越大；另外，稱重式雨量計外部無網(wǎng)膜隔離，內(nèi)部也無過濾網(wǎng)，會使得掉落的雜物也計入降水量而產(chǎn)生偏差或野值，且其口緣較高不容易被發(fā)現(xiàn)和清理[4]。將兩者同時使用可以互相補(bǔ)償，減少測量誤差和缺失。

3 掛接前接線方法

將配發(fā)的信號線提前穿入地溝線管中，在做線路連接前，為不影響正點數(shù)據(jù)采集而重新開啟采集器務(wù)必要關(guān)掉采集箱中的交直流電源。

稱重式雨量計端接線方法：將原RS232口的接線拔下，將新線按從右到左紅黃白順序接入傳感器插孔（綠色線為空，黑色線接地）。

采集箱端接線方法：將原GPS口的接線拔下，將新線按從左到右紅黃白色的順序接入采集器插孔（綠色線為空，黑色接地）。

4 程序更新及掛接參數(shù)設(shè)置

拔下采集器的CF卡（拔前務(wù)必斷開電源），用讀卡器將CF卡（拔前斷開電源）連接電腦，提前備份源程序（為出現(xiàn)問題時恢復(fù)采集用），將升級程序（文件名為tyjt1000）復(fù)制到CF并將CF卡插回采集器后接通電源。

打開新型自動站采集軟件（SMO）在菜單欄點選設(shè)備管理—維護(hù)終端依次輸入以下命令：

返回“T”，說明設(shè)置成功。設(shè)置完成后，重啟采集器使設(shè)置生效。打開新型自動站采集軟件（SMO）菜單欄選參數(shù)設(shè)置—觀測項目掛接設(shè)置—勾選稱重降水傳感器，然后保存設(shè)置。打開新型自動站業(yè)務(wù)軟件（MOI）菜單欄的臺站參數(shù)設(shè)置，把翻斗式雨量和稱重式降水都設(shè)為自動。在業(yè)務(wù)運(yùn)行時在參數(shù)設(shè)置—基本參數(shù)、觀測項目下選擇需要的數(shù)據(jù)源并保存。

5 掛接后測試

用量杯量取3 mm左右干凈水緩慢倒入稱重傳感器內(nèi)，等約5 min后，傳感器檢測到有降水會有降水量輸出。打開新型自動站采集軟件（SMO）—實時觀測—新型自動站—常規(guī)要素每日逐分鐘數(shù)據(jù)表。當(dāng)分鐘降水量、小時累計降水量顯示數(shù)據(jù)與人工加入的降水量相等時說明設(shè)置成功。

6 結(jié)語

掛接完成后要對日分鐘數(shù)據(jù)和正點數(shù)據(jù)密切監(jiān)視，確保不出現(xiàn)缺測記錄。稱重式雨量計和翻斗式雨量計同時掛接使用，提高了降水觀測的精確度，保證數(shù)據(jù)連續(xù)不缺失，使氣象預(yù)報數(shù)據(jù)更精細(xì)、更準(zhǔn)確。

7 參考文獻(xiàn)

[1] 胡玉峰.自動氣象站原理與測量方法[M].北京：氣象出版社，2004.

[2] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003.

[3] 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(shù)有限公司，2014.

[4] 劉軍，趙青義，魏運(yùn)芳，等.雨量傳感器檢定/校準(zhǔn)裝置對比與探討[J].氣象水文海洋儀器，2014（1）：23-25.