DSG4型降水天气现象仪现场核查实践

摘 要：当前，吉林省大部分国家级地面气象观测站已全部安装DSG4型降水天气现象仪，显著地提高了吉林省地面气象观测的观测效率。在地区台站，DSG4型降水天气现象仪需要定期进行维护和现场核查，因此，准确、高效、稳定的现场核查方式是重要一环。首先，简介了DSG4型降水天气现象仪和PCL32雨滴谱校准仪的工作原理；其次，介绍了DSG4型降水天气现象仪的现场核查方式，并提供了核查结果和进一步说明。通过对全省DSG4型降水天气现象仪仪器的检定，验证了数据的准确性和可靠性，为降水现象的观测提供了重要的技术支持。

关键词：PCL32雨滴谱校准仪；DSG4型降水天气现象仪；现场核查；滴谱模拟器；计量检定

中图分类号：P414 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–0-03

气象观测是气象业务的重中之重，也是气象业务的基础，气象观测技术是气象行业实现现代化的显著标志。在我国气象行业中，现代气象观测设备已经在各地区投入使用，其门类、技术的迭代更新越来越频繁。在未引进降水现象观测仪器前，气象台站工作人员一般采用人工观测的方式观测天气现象，此种方法观测的天气现象少且精细化不足[1]。为进一步提高观测效率、响应国家实现气象观测自动化的政策、减轻地方台站工作人员的工作强度，气象台站陆续引进降水天气现象仪观测天气现象，通过自动化的方式处理降水要素观测数据[2]。

降水观测仪器的准确性和可靠性对获取准确的降水数据至关重要。在吉林省，DSG4型降水天气现象仪的建设已趋于尾声，全省共有50余个国家级气象台站安装了DSG4型降水天气现象仪，并投入业务运行。近几年的运行情况表明，该型号降水现象仪运行相对稳定。但受观测数据老化、观测人员在安装调试过程中对周围环境的影响、光学透镜划伤等外在因素影响，DSG4型降水天气现象仪观测的数据具有不准确性。因此，定期对DSG4降水天气现象仪进行现场核查是测量其准确性、确保观测可靠的重要方式。

旨在利用Huatron（华创风云）公司开发的PCL32雨滴谱校准仪，对DSG4型降水天气现象仪进行现场核查，旨在验证仪器的可靠性和准确性，并为降水现象的观测提供技术支持。

1 工作原理

1.1 DSG4型降水天气现象仪的工作原理

降水现象主要是指液态或固态的水汽凝结物或两者混合物降落至地面，并产生降水量的天气现象[3-4]。其中，包括多种形态，如毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹等。DSG4型降水天气现象仪主要由传感器、数据转换器、采集板、综合集成硬件控制器等组成[5]。DSG4型降水天气现象仪的工作流程如图1所示。

图1 DSG4型降水天气现象仪的工作流程

其中，传感器为Parsivel2雨滴谱光学传感器，包括激光发射、接收、控制处理、温控等装置。通过激光遥测技术实时记录降水过程，根据粒子的下降速度和粒子大小分析降水现象，并给出测量结果[6]。数据转换的过程由数字转换器UT204E完成，将RS-485信号转换为RS-232信号[7]。DSG4型降水天气现象仪的硬件结构模拟如图2所示。

1.2 PCL32雨滴谱校准仪的工作原理

PCL32雨滴谱校准仪由北京华创维想科技开发有限责任公司研发，其可作为传感器检测仪、DSG4型降水现象仪的标校和便携式DSG4使用[8]。PCL32雨滴谱校准仪主要由滴谱模拟器和采集控制处理单元组成，滴谱模拟器和采集控制处理单元结构如图3所示。

在此次降水天气现象仪现场核查采用的是DSG4型降水天气现象仪的标校功能。由滴谱模拟器模拟降水现象，内置材料为石英玻璃的透明圆盘，通过在透明圆盘上放置不同粒径大小的不透光遮挡物，利用电机带动透明圆盘旋转，穿过被校准的降水天气现象仪的射线检测区[9]。通过对比被测降水天气现象仪采集的数据，判定该降水天气现象仪是否达到合格标准。滴谱模拟器内部装有调速器，模拟降水现象的强度大小；不透光遮挡物中心处转盘的线速度即该模拟粒子下落的末速度[10]，其工作流程图如图4所示。

2 现场核查与结果分析

2.1 现场核查环境和内容

为避免影响地区台站降水现象的观测，现场核查降水天气现象仪的条件为无雨天气，气温在5～30 ℃之间，能见度≥10 km，相对湿度≤80% RH。在现场核查前，应确保DSG4型降水天气现象仪处于正常工作状态，型号、编号清晰可见，外观无明显损伤，供电控制单元和数据采集单元连接正常，线缆连接可靠；滴谱模拟器外观无损伤，相关线路连接可靠[11-12]。

将模拟器放置在降水天气现象仪进行检测时，滴谱模拟器应放置在激光发射、接收线路间，发射、接收线路应准确穿过石英玻璃的透明圆盘并处在中心位置；滴谱模拟器应固定牢靠且摆放适中，以便后续准确测量。

2.2 现场核查结果与分析

2023年10月，吉林省气象探测保障中心组织工作人员，对吉林省内55个国家级台站的DSG4型降水天气现象仪进行现场核查工作。选用PCL32雨滴谱校准仪进行核查，其中，滴谱模拟器中对降水天气现象仪的测试内容有粒子直径测试、粒子速度测试、降水现象测试；试验选取的粒子直径为4.3 mm、9.5 mm、21 mm，粒子速度为2 m/s、7 m/s、12 m/s。每个粒子速度测试点分别进行粒子直径通道误差计算、粒子速度通道误差计算和降水现象输出偏差判别，粒子直径输出通道（本次）为滴谱模拟器测得的模拟数据，粒子直径输出通道（第一次）为降水天气现象仪测得的真实数据。通过对两组不同数据的偏差进行判别，验证该降水天气现象仪测量结果的准确性。

以舒兰市国家级气象站中的DSG4型降水天气现象仪（区站号：54076）测得的数据为例。图5为实测的降水天气现象仪现场核查记录。

在图5中，该降水天气现象仪仅在粒子速度为2 m/s的粒子直径测试结果出现了偏差，其余测试内容均符合现场核查判定。由于粒子直径通道误差的偏差结果小，故仍处于核查结果合格范围。在粒子速度为2 m/s时，粒子直径输出通道（第一次）和粒子直径输出通道（本次）结果对比如图6所示。

通过图5和图6可以得出：在粒子速度为2 m/s时，粒子直径为9.5 mm、21 mm，在进行粒子直径测试时出现偏差，偏差均为1 mm，粒子速度测试和降水现象测试与滴谱模拟器的结果一致；粒子速度为7 m/s和12 m/s时，3种不同粒子直径进行的3种对比试验实测数据和模拟数据的结果一致；经综合判定，该地区台站DSG4型降水天气现象仪核查结果为合格。

3 结束语

利用PCL32雨滴谱校准仪对DSG4型降水天气现象仪进行了现场核查工作。在工作原理中，分别介绍了雨滴谱校准仪和降水天气现象仪的工作原理；介绍了现场核查的环境条件和安装注意事项，并以其中1个地区台站的降水天气现象仪核查结果为例，检测了其设备数据与核查模拟数据的一致性。

在降水天气现象仪核查中，所利用的现场核查方式取得了较好的应用效果。但在现场核查中仍存在一些问题，如在日常降水天气现象仪使用中，应时常清理激光发射、接收镜面、蜘蛛网、灰尘等；人工摆放滴谱模拟器时要严格按要求摆放，否则易产生误差。因此，在进行降水天气现象仪现场核查工作时，要严格遵守相关现场核查规定，尽可能减少人为因素带来的影响。

参考文献

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