SL3型雨量传感器降水误差之原因分析

摘 要：通过对雨量器和sl3型雨量传感器测量的降水量进行对比分析，发现SL3型雨量传感器测量降水误差产生的规律，并分析了产生误差的原因，为自动站对降水资料的累计和使用提供依据。

关键词：SL3型雨量传感器、降水误差、原因分析

中图分类号：P415.12 文献标识码：A

引言

现在全国大部分台站均使用了自动站观测，观测雨量的仪器一般为翻斗式（分单翻斗和双翻斗）雨量传感器，同时也使用雨量器人工观测降水量。在日常工作中发现SL3型雨量传感器测量的雨量与雨量器相比存在着一定的误差，并且这种误差与雨量和雨强存在着很大的关系，通过对比找出了其中的规律。

1 误差对比分析

选用了2012年东营站降水比较集中6～8月的降水量进行对比。

1.1日降水量的对比分析

从表1可以看出，雨量传感器测量的日降水量一般要大于雨量器测量的降水量，且误差发生率为84.6%（误差发生率=差值≠0.0的次数/总次数）。发现日降水在30mm以上时，误差发生率为100%，误差达到1mm以上的概率为60%；而日降水量在6mm以下时误差较小，选取其中最大差值为0.4mm。由此可见，一般情况下日降水量越大，差值发生率越大，其差值越大。同时也与降水性质存在着一定的关系，如果为小的连续性降水，即使日降水累积量较大，其差值也是较小的，如7月2～3日为连续性小雨，即使日累计量很大，但差值还是很小的。

1.2 时段降水量的对比分析

因为雨量器只在固定的时间进行观测，所以只能用时段降水量与雨量传感器在该时段内的雨量进行对比分析。从2012年6～8月的降水时段内随机抽取了时段雨量≤6mm和>6mm的降水资料进行分析。

1.2.1 时段雨量≤6mm的降水量的对比分析

从时段降水量≤6mm的降水量的对比可以看出，时段降水量≤6mm时，误差较小，误差发生率为60%，其中最大差值为0.4mm。

1.2.2 时段雨量>6mm的降水量的对比分析

通过时段降水量>6mm的降水量的对比可以看出，时段降水量>6mm时，误差较大，且误差发生率为100%，其中最大差值超过1.0mm。

通过对时段降水量分析，从一定层次上可以看出，雨量传感器产生的误差大小与雨强存在着很大关系，雨强越大，其误差发生率越大，与雨量器观测的降水量差值越大。笔者通过对比雨量传感器采集的分钟雨量与虹吸雨量计的雨量迹线作比较时，也得出了同样的结论。

2 误差原因分析

检查了雨量传感器的安装问题，用标尺和水平仪对仪器进行了检查，器口呈正圆形，水平也没问题；我们日常清洁仪器时，严格按《地面气象观测规范》规定操作，翻斗只用清水清洗，排除了翻斗内壁沾附油污的可能性。

排除了仪器故障，找出其观测差值原因，只能从仪器结构和测雨原理入手。SL3型雨量传感器内部结构主要是有翻斗（中部贴有一块小磁钢）和干簧管组成，它的计量方式为翻斗式，当翻斗翻动时，磁钢对干簧管扫描，使干簧接点因磁化而瞬间闭合1次，送出1个脉冲信号，相当于0.1mm降水。而翻斗翻动主要依靠翻斗承接雨水的重量和雨水给其作用的动量。SL3型雨量传感器的口径为20cm，0.1mm的雨量的重量为0.01cm×3.14cm×10cm=3.14g，也就是说，当雨量在漏斗内重量达到3.14g时一侧翻斗就会翻倒，而用另一侧的翻斗继续承接降水。通过以上对雨量传感器原理分析，可以推断其观测误差主要来自以下几个方面。

2.1 动量作用造成计数不准确

将传感器的外皮取下，通过模仿降水（每分钟连续不间断注水1mm）的形式将水注入承水器，这时可发现，注入的水将以柱状形式通过过滤漏斗流出，当以少量形式注水时，下流的水则为滴状。也就是，当雨强较大时，雨水则以柱状形式通过过滤漏斗注入翻斗，这是雨水给翻斗施加的动量要远大于滴状形式，同时雨量的增加又较快，在翻斗承接的雨量快要达到3.14g时，因动量作用，翻斗提前翻倒，造成计数增加。而雨强较小时，施加给漏斗的动量较小，其测量误差也较小。

2.2 雨水残留导致测量不准确

由于水是翻斗的浸润液体，具有一定的表面张力，因此翻斗在倒水时总会有小部分雨水残留在翻斗表面。当雨强较小时，翻斗倾斜时间长，滴水时间长，容易使翻斗内壁残留的部分水滴滴干净，而当雨强较大时，翻斗动作快，几乎没有静态滴水时间，部分由于表面张力而浸润在翻斗表面上的水来不及滴净又被下一次计量作为初值而累积计数，使测量值明显增大。

2.3 观测时间不一致

观测时间不一致也是造成时段差值的一个重要原因，雨量器的人工观测时间为正点前45～60min，但传感器则是以00：00分为分隔点，这种差值体现在人工观测时有降水，降水强度越大，时间距正点越远，其时段差值越大，但对降水总量是没有影响的。

3 结语

从以上分析中可以看出，SL3型雨量传感器的测量误差，随着降水量的增加而增大，随雨强的增大而增大。因仪器设计和测雨原理方面所造成的误差是不能避免的，但在工作中必须严格按《规范》要求对仪器进行定期检查和维护，以避免人为误差的出现。按《规范》规定，当降水量大于10mm时，翻斗式雨量计的误差必须保持在±4%之间，所以该仪器相对用于人工观测的雨量器来说，其精度还是差了点。这就要求在日常工作中必须随时对此2种仪器进行对比，当发现误差超范围时，必须对基点进行调整。

参考文献

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[2] 岳和平，李君芳.学校远程教育系统中防雷工程发现的问题及解决方法[J].黑龙江气象，2010（01）.

作者简介：王宗海（1973-），男，山东垦利人，高级工程师，主要从事地面测报工作。