称重式降水传感器与雨量筒降水量误差分析

摘 要：称重式降水传感器的测量原理是通过对质量变化的快速响应来测量降水量的，本文根据辽源市气象站3个月称重式降水传感器自动观测降水量与人工雨量筒降水量进行对比分析，得出降水量≤4.0mm时，自动观测降水量相对偏大，差值百分比最大达60%的分析结果，并分析了出现误差及产生异常降水的原因，从而为加深了解引起差异原因并找出缩小误差的方法，提高观测工作的质量，使观测全自动化更好的进行。

关键词：称重式降水传感器；测量原理；雨量筒降水量

中图分类号：P426.61+3 文献标识码：A

1 称重式降水传感器的测量原理、仪器组成及技术性能

1.1 测量原理

称重式降水传感器是一种可以长期在野外使用并自动测量降雨、降雪及混合性降水的设备，它既可以作为自动观测仪单独使用，也可以作为单独的传感器接在传统的自动气象站上。

称重式降水传感器是通过传感器对质量变化的快速响应来测量降水量的，主要技术有2种：基于电阻应变技术；振弦技术。辽源市气象站目前使用的是中国华云技术工程中心研制的DSC2称重式降水传感器，它的测量原理是基于载荷测量技术，其传感器利用内部的振动金属线被测量重物（降水）拉紧的程度来称重，称得的重量由输出的频率量来表示。

1.2 仪器组成

称重式降水传感器主要由承水口、外壳、内筒、载荷元件及处理单元、底座组件、防风圈等部件组成。DSC2称重式降水传感器的硬件可分成称重单元、处理单元和组件。DSC2称重式降水传感器由硬件和处理软件组成，硬件包括称重传感器、处理单元、安装基座和防风圈等构成。它具有自动监测系统，无内部加热，内部无可移动部分，可以根据需要设置间隔时间进行实时观测，可以自动计算出降水强度，并可达到每分钟测量数次的观测密度。

称重单元，主要由载荷元件和信号变换电路组成，载荷元件是核心，DSC2传感器测量技术采用的是振弦技术，即以弦丝为弹性部件，对应其重量与振动频率的关系，根据相应的测量电路得到重量。信号变换电路转换载荷元件测得的信号，进行温度修正，得到重量数据。

处理单元，由中央处理器、数据存储器、时钟电路、控制电路、接口等部分构成对称重单元的信号采样及数据运算处理，得出分钟和累计降水量，并进行质量控制、记录存储，实现数据通信和传输，存储数据量不少于3个月并具备掉电保存功能。

组件包括带雨/雪入口的保护罩和集雨/雪容器（集水桶）及悬挂架。

1.3 技术性能

称重式降水传感器测量的可以是液态降水、固态降水和混合性降水，测量范围为0～400mm，分辨力为0.1mm，当降水量≤10.0mm时，最大测量误差为±0.4mm，当降水量>10.0mm时，最大测量误差为±4%。

2 称重式降水传感器与人工雨量筒降水量对比分析

根据辽源市气象站2013年1～3月的观测所得自动及人工降水量进行的对比分析可以看出，在降水量≤4.0mm时，自动观测降水量相对偏大，差值百分比最大达60%；而当降水量>4.0mm时，自动观测降水量与人工观测降水量比较接近且人工观测值偏大，最大差值百分比为-5%。结合称重降水传感器的测量精度进行分析可得在降水量≤10.0mm时，最大测量误差为0.5mm，且仅有1次，其他多为0.3mm，而当降水量>10.0mm时，最大测量误差为-3%。

3 称重式降水传感器异常降水分析

由上文可知，称重式降水传感器的测量原理是对质量变化的快速响应来测量降水量的，因此存在其他原因导致无降水现象时出现异常降水量数据，如因露、雾、霜及蜘蛛、爬虫、灰尘等杂物。

通过对辽源市气象站1～3月的异常降水数据分析表明：异常降水量随温度的降低而增加，随湿度的增大而增加，且天气晴朗和微风时较多云时偏多：异常降水量多出现在早晨8：00～10：00及19：00～20：00时段内，且9：00出现频次最多，出现时降水量相对较大。

4 称重式降水传感器的常规维护检查

4.1 常规维护

加强对称重式降水传感器的常规维护及检查，可以有效的减少称重自动降水量的误差及出现异常降水的概率。因此，观测员要严格按照《降水观测规范-称重式降水传感器（试行）》执行，加强日常巡视及日、周、月及年维护，及时对防雷接地情况及其他防雷安全情况进行检查，遇有沙尘天气及时加盖，遇有降水量较大可能超过量程时及时排水等，并注意经常检查防冻液和蒸发抑制油，发现过少时，应结合本地气温、降水量的大小有针对性调整和添加，具体可根据华云技术开发公司整理的混合液配比表进行配制。同时，维护时要注意先断开电源，拔下称重降水传感器数据线，并在维护后再接上。

4.2 特殊情况维护检查

在降水过程中，称重式降水传感器出现异常数据，是有沙尘、树叶等杂物伴随降水落入时，记录按正常降水记录处理；出现液态降水溢出、固态降水堆至口沿以上或降水过程中取水，则该时段小时及分钟降水数据均按缺测处理。

4.3 称重式降水传感器的计量校准

称重式降水传感器校准分为现场校准和计量检定。其中现场测试由所在台站完成，若出现测试误差大于4%时，则需进行检查调试，且必要时及时进行更换。计量检定由具有气象计量检定资质的机构完成。

5 结束语

降水观测是地面气象观测种类之一，称重式降水传感器克服了目前气象台站固态降水人工观测造成的时效性差、观测频次低等弊端，从而实现了固态、液态和混合性降水的自动化观测，在为气象防灾减灾、天气预报、气候分析和科学研究等方面提供了重要的基础资料。本文仅是针对称重式降水传感器观测工作中一些的观察感想，供大家交流。