DSC1型称重式降水传感器观测数据对比分析

马清山 王凯 陈珊珊 孙文婷

摘要：本文运用了南京市溧水国家一般站2014年8月7日～2015年1月31日期间雨量分钟、小时以及日数据资料，分析了DSC1型称重式降水传感器与SL3-1翻斗雨量计和人工雨量器日降水的误差以及DSC1型称重式降水传感器与人工雨量器在固态降水过程中3小时降水加密观测数据对比，探讨了DSC1型称重式降水传感器在液态和固态降水过程中测量性能、出现的问题以及注意事项。结果表明：液态降水过程中，DSC1型称重降水传感器捕获降水的时间普遍晚于SL3-1型翻斗雨量计。称重降水传感器与翻斗雨量计相比，降水测量误差88%以上都符合降水观测规范要求。当降水量≤10mm时，DSC1型称重降水传感器测量降水大多偏低;当降水量≥10mm时，DSC1型称重降水传感器测量降水大多偏高。固态降水过程中，在人工不干预的情况下，DSC1型称重降水传感器与人工雨量器相比总降水量略偏大。

关键词：DSC1型称重式降水传感器;对比分析

降水是指从天空降落到地面地上的液态或固态降水（经融化后）的水[1]。 降水观测作为地面气象观测的主要项目之一，它为气象防灾减灾、天气预报、 气候分析和科学研究提供了重要的基础资料。传统的降水观测仪器主要有雨量器、翻斗式雨量计、虹吸式雨量计和双阀容栅式雨量传感器等。如今，液态降水实时自动化观测技术日益成熟，然而大多数的固态降水仍需通过人工测量获取，时效性差，自动化程度低。称重式降水传感器的出现实现了固态、液态和混合型降水的自动化观测，有利于提高固态降水观测的时效性和准确性，减轻了观测人员的工作量。作为一种新型降水观测设备，称重式降水传感器还需要在实际应用中去检验，不断地分析对比、归纳总结，为进一步提高仪器性能做好保障。

1 結构和原理

1.1 结构

DSC1型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。

1.2 原理

降水落入内桶时，载荷元件受压发生形变，内部电阻桥的阻值发生变化;电子单元连续采样并其进行一定温度补偿后得到质量数据，信号处理单元采样质量数据通过运算分析，得到分钟降水量和累计降水量等数值，信号处理单元同时还进行数据质量控制、数据存储和传输等。

1.3 参数

从表1、表2对比来看，DSC1型称重式降水传感器各个参数都是符合要求的，但是最大测量误差还需要在实际观测中检验。

2 液态降水过程分析

2.1 降水开始时间

根据多次降水过程分析，DSC1型称重降水传感器降水开始捕获降水的时间普遍晚于SL3-1型翻斗雨量计，且降水峰值出现时间普遍晚于SL3-1型翻斗雨量计。

图1是2014年8月24日一次阵性降水过程中称重与翻斗分钟雨量的测量数据，可以清楚的看出DSC1型称重降水传感器降水开始时间比SL3-1型翻斗雨量计晚了6分钟左右，峰值出现的时间延迟了6～7分钟左右。这里测得的降水开始时间是指降水开始后降水量达到0.1mm的时间。

2.2 日降水量

通过对2014年8月7日到2015年1月27日期间DSC1型称重降水传感器、SL3-1型翻斗雨量计和人工雨量器共52天的日液态降水数据进行对比分析，发现DSC1 型称重降水传感器与SL3-1型翻斗雨量计相比，有29次负误差，13次正误差，10 次零误差;DSC1型称重降水传感器与人工雨量器相比，有20次负误差，21次正误差，11次零误差。

日降水量≤10mm共有39次，其中DSC1型与SL3-1型相比日降水量绝对误差≤± 0.4mm有36次，有22次负误差，5次正误差，9次零误差;绝对误差>± 0.4mm有3次，都是负误差，最大绝对误差为-3.1mm。其中负误差占64%，正误差占13%，零误差占23%。而DSC1型与人工雨量器相比日降水量绝对误差≤± 0.4mm有38 次，有18次负误差，9次正误差，11次零误差;绝对误差>± 0.4mm有1次，为正误差，最大绝对误差为0.5mm。其中负误差占46%，正误差占26%，零误差占28%。

日降水量≥10mm共有13次，其中DSC1型与SL3-1型相比日降水量相对误差≤ ±4%有10次，有3次负误差，5次正误差，2次零误差;相对误差> ± 4%有3次， 1次负误差，2次正误差，最大相对误差为28%。其中负误差占31%，正误差占54%，零误差占15%。而DSC1型与人工雨量器相比日降水量相对误差≤ ±4%有12 次，有2次负误差，10次正误差;相对误差> ±4%有1次，为正误差，最大相对误差为14%。其中负误差占15%，正误差占85%，零误差占0%。

3 固态降水过程分析

选取27日20时～30日02时的一次降雪过程，将期间DSC1型称重降水传感器 3小时降水量与人工加密观测降水量进行对比分析。降雪过程中，称重传感器承水口内壁的迎风面会有降雪凝结吸附，在承水口边缘也会有降雪堆积，夜间低温环境下尤为明显，影响固态降水落入内筒，导致夜间降水普遍偏低，测量时效性变差。白天气温升高，承水口内壁和边缘的积雪融化落入内筒，导致白天降水测量偏高。如图2所示，28日白天11时～17时、29日白天8时～17时称重降水明显高于人工降水;而28日23时～29日08时夜间称重测量降水明显低于人工降水。另外由于边缘的积雪大部分是承水口之外的降水，导致总体的降水量偏高。

4 总结与讨论

通过以上的分析得出一下结论：

DSC1型称重降水传感器与SL3-1型翻斗雨量计相比，捕获降水时间有延迟。 降水量少，降水强度小时，两者捕获降水的时间不确定。降水量多，降水强度大时，DSC1型称重降水传感器捕获降水时间普遍晚于SL3-1型翻斗雨量计4-6分钟左右，且降水过程中峰值出现的时间也有4-6分钟左右的延迟。误差分析表明，除了由于观测时间和方法的不同造成的误差之外，DSC1型称重降水传感器测量误差普遍满足降水观测规范的要求。

固态降水过程中，在人工不干预的情况下，DSC1型称重降水传感器与人工雨量器相比，总降水量偏大，DSC1型称重夜里测量偏低，白天测量偏高。这需要观测人员在降雪强度较大时，能够及时刮掉承水口边缘的积雪并将内壁上凝结的积雪刮入盛水桶内，尤其在温度较低时及时做好维护。

参考文献

[1]中国气象局，地面气象观测规范，北京：气象出版社，2003：54.

[2]中国气象局观测司，气测函1192附件降水观测规范-称重降水传感器，2011，8.