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收稿日期:2018-1-1第一作者简介:高月(1993-),女,黑龙江省富裕县人,黑龙江大学,本科生,助理工程师.高月1,周锋2(1.方正县气象局,黑龙江哈尔滨150800;2.齐齐哈尔市气象局,黑龙江齐齐哈尔161000)降水现象仪测试方法及注意事项1引言随着气象站自动化的程度逐渐加快,一些自动传感设备也在陆续投入业务使用,而且有着很高的测算精度,如固态降水、降水现象仪。
DSG5型降水现象仪可以实现对包括毛毛雨、雨(阵雨)、雪(阵雪)、雨夹雪(阵性雨夹雪)、冰雹等天气现象的自动观测与识别。
目前全省85个国家级台站安装了降水现象仪,为做好降水现象仪的测试工作,保证设备在气象观测中发挥作用,本文对降水现象仪的测试方法及需要注意的事项进行仔细分析和判断,查找造成存在问题的根源,给出相应的处理意见及建议,希望对后期降水现象仪维修维护及使用工作有所帮助。
2降水现象仪原理DSG5型降水现象仪的是一个能够发射水平光束的激光传感器,当激光束里没有降水粒子降落穿过时,接收器的输出电压最大。
降水粒子穿过水平光束时以其相应的直径遮挡部分光束,因而降低了输出电压,从而可以确定降水粒子的直径大小,降水粒子的下降速度是根据电子信号持续的时间推导出来的。
电子信号的持续时间为降水粒子开始进入光束到完全离开光束所经历的时间,可以推导出以下参数:降水滴谱、降水类型、降水动能、降水强度、雷达反射率等[1]。
设备的安装按照气象观测规范的要求,依据《地面气象观测场规范化建设图册》进行布置。
传感器及基础需要按照正南正北的方位进行摆放,接收端在南面,发射端在北面进行安装,粘贴有激光警告标识为发射端,这样可以避免太阳光的干扰。
如果没有完全排除这些因素的影响,就有可能检测到虚假的雨雾粒子。
3降水现象仪接线降水现象仪的输出提供RS232和RS485接口,RS232接口可以通过PC 机串口线进行访问,按照一端收接一端发的原理,访问时RX 与TX 需要反向连接,信号的输出采用RS485接口方式,可以通过串口服务器的方式进行接收,接收时需要对串口服务器进行正确的接口设置,选择相对应的接口,接收降水现象仪传输的实时数据信息。
降水观测规范——称重式降水传感器（试行）中国气象局综合观测司2011年9月前言《降水观测规范--称重式降水传感器》分为5章，包括：总则、结构与原理、安装与调试、观测与记录、维护与校准等。
编写组依据《气象仪器和观测方法指南》、《地面气象观测规范》、《称重式降水传感器功能规格需求书》等相关技术文件，在总结称重式降水传感器试验考核和京津冀地区固态降水试点观测工作经验基础上编写的本规范。
本规范主要适用于在地面气象观测场内以称重式降水传感器为观测仪器的降水观测业务，是对现行《地面气象观测规范》（2003年）的必要补充。
本规范由中国气象局综合观测司组织编写，关彦华、王柏林、李昌兴、赵志强、冯冬霞、陈伟、刘文忠、陈靖、朱建华、赵宏毅、刘光河、李志国、阳艳红等同志参加了编写工作。
中国气象局综合观测司二〇一一年九月目录前言 (II)第1章总则 (4)1.1 目的和适用范围 (4)1.2 仪器布设 (4)1.3 时制和日界 (5)1.4 传感器要求 (5)第2章结构与原理 (5)2.1结构 (5)2.1.1承水口 (6)2.1.2外壳 (6)2.1.3内筒 (6)2.1.4载荷元件与处理单元 (6)2.1.5底座组件 (7)2.1.6防风圈 (7)2.2原理 (7)2.3技术性能 (8)第3章安装与调试 (8)3.1安装高度 (8)3.2线路连接 (9)3.3避雷装置 (9)3.4混凝土基础 (9)3.5调试 (9)第4章观测与记录 (10)4.1观测 (10)4.2记录 (11)第5章维护与校准 (11)5.1维护 (11)5.1.1日常维护 (11)5.1.2维护要求 (12)5.2 校准 (12)第1章总则降水观测是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。
称重式降水传感器实现了固态、液态和混合性降水的自动化观测，能够克服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，有利于提高固态降水观测的准确性和效率，减轻观测人员的工作量。
降水天气现象仪1.降水天气现象仪是一种用于测量、记录和监测降水天气现象的仪器。
它通过测量降水量、降水强度、降水类型等参数，提供了重要的气象信息，对于天气预报、水资源管理、土地利用规划等方面具有重要意义。
降水天气现象仪被广泛应用于气象台站、农业气象观测点、水文监测站等地，以及科学研究、工程建设等领域。
下面将介绍降水天气现象仪的工作原理、主要参数以及应用场景。
2. 工作原理降水天气现象仪主要通过感应、记录和计算的方式来测量降水天气现象。
其工作原理如下：1.降水感应：降水天气现象仪通常采用雨滴感应器或振动感应器来感知降水的存在。
当有降水发生时，感应器能够感知到降水滴落或引起的震动，从而触发记录和计算的过程。
2.记录数据：降水天气现象仪配备有数据记录器或存储设备，能够实时记录降水天气现象的相关数据。
这些数据包括降水量、降水强度、降水类型等参数。
3.计算参数：降水天气现象仪根据记录的数据，结合预设的算法和模型，进行参数计算。
例如，根据降水量和降水时间可以计算降水强度，根据降水的颗粒大小和形态可以判断降水类型等。
3. 主要参数降水天气现象仪的主要参数包括以下几个方面：1.降水量：指在一定时间内地面单位面积上降水的总量，通常以毫米为单位进行表示。
2.降水强度：指单位时间内地面单位面积上降水的强度，通常以毫米/小时进行表示。
3.降水类型：根据降水的颗粒大小、形态以及温度等特征，将降水分为雨、雪、雨夹雪、冰雹等类型。
4.降水时间：指在一个确定时间段内降水的时间长度，常以分钟为单位进行表示。
5.降水频率：指在一定时间内地面上降水发生的次数。
这些参数能够提供详细的降水天气情况，对于进行气象分析和天气预报具有重要作用。
4. 应用场景降水天气现象仪在以下领域得到广泛应用：1.气象预报：降水天气现象仪能够提供实时的降水数据，为气象预报和天气预警提供重要依据。
气象部门可以根据仪器测得的降水量、降水强度等数据，精确预测降水的时空分布，提供准确的天气预报信息。
中华人民共和国水利水电行业标准SL21－90降水量观测规范1991－02－21发布1991－07－01实施中华人民共和国水利部发布主编单位：水利部水文司批准部门：水利部目次第一章总则第二章观测场地第一节场地查勘第二节场地设置第三节场地保护第四节雨量站考证簿的编制第三章仪器及安装第一节基本技术要求第二节仪器的主要组成和适用范围第三节仪器安装第四节检查和维护第四章雨量器观测降水量第一节观测时段第二节液态降水量观测第三节固态降水量观测第四节特殊观测第五节观测注意事项第五章日记型自记雨量计观测降水量第一节虹吸式自记雨量计观测降水量第二节翻斗式自记雨量计观测降水量第六章长期自记雨量计观测降水量第一节自记周期的选择第二节观测方法第七章降水量资料整理第一节一般规定第二节雨量器观测记载资料的整理第三节日记型自记雨量计记录资料的整理第四节长期自记雨量计记录资料的整理附录一雨量站考证簿编制说明附录二F－86型防风雨量器的安装附录三雨量站观测记载簿填制说明附录四降水量观测误差第一章总则第1.0.1条为统一基本雨量站的降水量观测技术，提高降水量观测资料质量，特制定本规范。
第1.0.2条本规范适用于基本雨量站的降水量观测，包括单独设立的基本雨量站和水文站、水位站、水面蒸发站及地下水位站等兼作基本雨量站的降水量观测。
各类水文自动测报或遥测系统中作为基本雨量站的降水量观测，亦应执行本规范。
第1.0.3条雨量站的任务是在选定的观测场使用雨量器或自记雨量计进行降水量观测。
其观测项目、记录精度、观测段次、是否观测降水起止时间、资料整理等均应按照《测站任务书》执行，一般情况下，雨量站不得自行改变。
第1.0.4条降水量观测项目，一般包括测记降雨、降雪、降雹的水量。
单纯的雾、露、霜可不测记。
必要时，部分站还应测记雪深、冰雹直径、降水强度、初霜和终霜日期等特殊观测项目。
降水物符号：降水物符号记于降水量数值的右侧，单纯降雨和无人驻守雨量站不注记降水物符号。
降水量观测方法降水量观测包括测量记录降雨、降雪、降雹的水量，根据需要也可测记雪深、冰雹直径、初霜和终霜日期及雾、露、霜现象。
常规降水量的观测，在观测场地、雨量站考证、观测仪器与安装、观测记录等方面均应严格按照有关降水量观测的规范开展工作。
第一节观测场地要求降水量观测场地的查勘内容包括：地名和交通、通信条件等；附近雨量站分布情况；自然地理特征和水体分布情况；当地降水和气温等气候特征；雷电情况；场地周围障碍物情况。
查勘后场地环境应满足观测资料具有可靠性、代表性和一致性的要求。
降水量观测场地环境与设置，必须满足以下要求。
（1）降水量观测应设置地面观测场。
当地面观测场环境不符合要求时，可设置杆式观测场。
特殊情况下，专用雨量站可设置房顶观测场。
（2）除本站需备份观测外，观测场不宜设置3套及以上同类型的观测设备。
（3）地面观测场环境与设置应符合下列要求。
1）观测场应避开强风区，其周围应空旷、平坦，不受突变地形、树木和建筑物的影响。
2）观测场不能完全避开建筑物、树木等障碍物的影响时，雨量器（计）至障碍物边缘的距离应大于障碍物顶部与承雨器口高差的2倍。
3）在山区，观测场不宜设在陡坡上、峡谷内和风口处，应选择相对平坦的位置，使承雨器口至山顶的仰角不大于30°。
4）场内仪器之间、仪器与栏栅之间的间距不小于2m。
仅设一台雨量器（计）时为4m×4m，设置雨量器和自记雨量计各一台时为4m×6m。
5）场内地面应平整，保持均匀草层，草高不宜超过20cm。
设置的小路和门应便于观测，路宽不大于0.5m。
6）观测场四周应设置不高于1.2m的防护栏栅，栏栅条的疏密不应影响降水量观测精度，多雪地区应考虑在近地面不致形成雪堆。
7）有积水的观测场，应在其周围开挖排水沟，防止场地内积水。
8）观测场应设立警示标志，划定保护范围。
承雨器口至障碍物顶部高差的2倍距离为保护范围，不应有建筑物，不应栽种树木和高秆作物。
9）水面蒸发站的降水量观测场地设置应符合《水面蒸发观测规范》（SL 630—2013）的要求。
附件1降水现象仪观测规范（试行）中国气象局综合观测司2017年5月降水现象仪观测规范分为六章，包括：总则、结构与原理、安装与调试、设备校准、日常工作、数据文件等。
编写组依据《气象仪器和观测方法指南》（第七版）、《地面气象观测规范》（2003年）、《降水现象仪功能规格需求书（试行版）》、《地面气象观测场规范化图册》等相关技术文件，在总结降水现象观测自动化试点工作经验基础上编写完成。
本规范主要适用于以雨滴谱测量原理的观测设备开展降水现象的自动观测业务，今后随着观测业务的发展，可在此基础上修订。
本规范由中国气象局综合观测司组织编写，主要编写人员有：张鑫、李颖冲、李斐斐、伍永学、宋树礼、郭义涛、邵楠、雷勇。
中国气象局综合观测司二〇一七年五月前言 (I)目录 (II)第1章总则 (4)1.1 目的和适用范围 (4)1.2观测场地 (4)1.3仪器布设 (4)1.4 时制和日界 (5)1.5 传感器要求 (5)第2章结构与原理 (5)2.1结构 (5)2.1.1降水现象传感器 (6)2.1.2数据采集单元 (6)2.1.3供电控制单元 (6)2.1.4附件 (6)2.2 原理 (6)2.3 技术性能 (7)第3章安装与调试 (7)3.1安装高度与方向 (7)3.2线路连接 (7)3.3 安装基础 (7)3.4 防雷要求 (8)3.5 调试与维护 (8)3.5.1调试 (8)3.5.2维护 (9)第4章设备校准 (11)4.1校准设备 (11)4.2校准环境条件 (12)4.3校准点 (12)4.4校准流程 (12)4.4.1外观检查 (12)4.4.2降水粒子直径和下降速度校准 (12)4.5校准周期 (13)第5章日常工作 (13)第6章数据文件 (14)6.1分钟降水现象数据文件 (14)6.1.1文件名 (14)6.1.2文件形成 (14)6.1.3文件内容 (15)6.2分钟降水现象状态信息文件 (16)6.2.1文件名 (16)6.2.2文件形成 (17)6.2.3文件内容 (17)6.3雨滴谱数据文件 (19)6.3.1文件名 (19)6.3.2文件形成 (19)6.3.3文件内容 (20)第1章总则天气现象观测是地面气象观测的主要项目之一，降水现象是天气现象的重要组成部分，利用雨滴谱测量原理的光学观测设备开展降水现象观测和雨滴图谱观测，能够有效提高降水现象观测自动化程度，减轻观测人员工作量，为气象预报和服务提供更多有价值的气象信息。
1.1 目的和适用范围制定降水现象仪观测规范，有利于推进我国天气现象自动化观测进程，丰富降水现象观测方法，满足气象业务、气象服务和科学研究的需求。
本规范适用于雨滴谱测量原理的光学观测设备开展降水现象和雨滴图谱的自动观测业务。
本规范是《地面气象观测规范》（2003版）的必要补充，在观测工作中应严格遵守。
1.2观测场地降水现象仪应安装在对周围天气状况最具代表性的地点，不受干扰光学测量的遮挡物和反射表面的影响，远离大型建筑物，远离产生热量及妨碍降雨的设施，避免闪烁光源、树阴、污染源的影响。
1.3仪器布设安装在台站地面观测场内的降水现象仪，应符合《地面气象观测规范》（2003版）关于观测场仪器布局的原则，可参考《地面气象观测场规范化建设图册》中的要求，布设在观测场西北角，具体位置参考图1。
图1 降水现象仪布设位置示意图1.4 时制和日界观测时制为北京时，以20时为日界。
1.5 传感器要求应具有国务院气象主管机构颁发的气象专用技术装备使用许可证。
第2章结构与原理2.1结构降水现象仪主要由传感器、数据采集单元、供电控制单元、附件等部分组成。
降水现象仪外观示意如图2。
图2 降水现象仪外观示意图 2.1.1降水现象传感器传感器包括激光发射和接收装置、控制处理装置、温控装置等。
2.1.2数据采集单元数据采集单元负责处理采样的降水粒子大小、速度、数量等信息，对采样样本进行数据质量控制、数据运算处理，输出降水现象类型、雨滴图谱、仪器工作状态等信息。
2.1.3供电控制单元降水现象仪采用直流 12V 供电，应配蓄电池。
供电控制单元将交流电源或辅助电源（太阳能、风能等）进行转换，并为蓄电池充电。
2.1.4附件降水现象仪附件包括：安装座、立柱、基础预埋件等。
2.2 原理不同降水现象的降水粒子，因其物理特性的差异，在直径和下落末速度的分布上有各自对应关系。
雨滴谱测量原理的降水现象仪根据降水粒子对激光信号的衰减影响程度，检测降水粒子的直径和下落末速度，确定降水粒子的图谱分布，输出降水现象类型。
2.3 技术性能降水现象识别类型为：毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹。
降水现象类型识别准确率：降水强度大于0.1mm/h的降水现象类型，识别准确率不小于90%。
第3章安装与调试3.1安装高度与方向立柱牢固安装在混凝土基础上。
采样区域中心距地高度200cm（±10cm）。
传感器南北向安装，接收端在南侧，发射端在北侧，支架（横臂）应水平。
3.2线路连接电力线和信号线布设应符合《地面气象观测场规范化建设图册》的要求。
信号线采用RS-485/RS-232方式与综合集成硬件控制器连接。
3.3 安装基础基础预埋件用混凝土浇筑，其地脚螺栓顶部高出混凝土表面约35mm。
基础大小为400mm（长）×400mm（宽）×600mm（深），埋入地下550mm，高出地面50mm，外露面平整光洁。
基础中央预埋入Φ50mm的PVC 穿线管（管内预留铁丝），从水泥基础的底部通向地沟。
基础剖面见图3。
图3 降水现象仪基础剖面图3.4 防雷要求接地端子用16mm2的接地线就近接入观测场地网，接地电阻应≤4Ω。
3.5 调试与维护3.5.1调试降水现象仪安装完成后，使用台站地面综合观测业务软件（ISOS）或串口工具联调测试。
通信参数：波特率9600、奇偶校验位N、数据位8、停止位1。
在发射端和接收端之间连续喷水，依次发送指令readdata和readmdata，检查命令返回内容是否正常，返回内容的格式见3.5.2节。
3.5.2维护1.终端命令终端命令用于设备和终端软件之间进行通信，其中：readdata：实时读取观测和设备数据命令，输出降水现象观测要素和设备状态要素；readmdata：实时读取雨滴图谱数据命令，输出雨滴图谱要素。
2.数据帧格式实时观测要素、状态要素、图谱要素采用帧格式输出，如表3-1。
表3-1降水现象仪数据帧格式例：在通信终端输入readdata命令，返回值如下：BG,858361,00,YWDP,100,20170527000300,001,0001,01,ANA,03,0,z,0,3312,ED表示58361站2017年5月27日00时03分（北京时）的观测要素数据，降水现象类型为毛毛雨。
3.观测要素和图谱要素编码降水现象仪实时观测数据包括降水现象数据和雨滴图谱数据，其中观测要素和图谱要素编码，如表3-2。
表3-2降水现象仪观测要素和图谱要素编码说明：降水现象要素采用枚举型输出现象类型，用独立的要素编码表示。
4.状态要素编码实时状态要素包括设备自检、电源类状态、工作温度类状态、加热部件工作状态、窗口污染类工作状态等内容，如表3-3。
电压值、电流值、温度值保留小数1位，扩大10倍存入，高位不足补0。
设备状态码见表3-3。
表3-3降水现象仪状态要素编码第4章设备校准4.1校准设备校准设备采用转盘式降水粒子模拟器。
转盘式降水粒子模拟器：在匀速转动的透明转盘上粘贴不同尺寸的圆形不透光遮挡物，采用步进电机驱动转盘匀速转动，穿过被测降水现象仪的激光检测区。
利用不同尺寸的遮挡物模拟不同尺寸的降水粒子，不透光遮挡物中心处转盘的线速度即为该模拟粒子下落的末速度。
4.2校准环境条件气温：10℃～30℃；相对湿度：≤80%。
4.3校准点根据降水现象仪技术指标选择校准点，一般选择上限点、中间点、下限点共3个。
根据所处的地理位置、气象要素极限值选择相应的校准点。
一般在出厂测试时，选择降水粒子直径的校准点为2mm、5mm、10mm、15mm，降水粒子速度的校准点为1.0m/s、1.5 m/s、2.0m/s、5.0 m/s。
4.4校准流程4.4.1外观检查采用目测法检查设备外观，包括以下内容：1.型号、出厂编号、制造商等标志应清晰可辨；2.金属件无锈蚀和其他机械损伤；3.传感器连接线、通信线、电源线接插件连接可靠。
4.4.2降水粒子直径和下降速度校准采用降水粒子模拟器模拟特定大小的粒子下落，对降水现象仪的降水粒子直径和降水粒子下落速度的准确性进行校准。
对选取的不同降水粒子直径进行测试（一般为出厂测试校准点），每个测试点均在同一线速度下进行试验，测试时间为1min。
读取降水现象仪检测的粒子平均直径，根据降水粒子直径分级规则查得对应的粒子直径级别，与相应的测试点粒子直径级别相比，最大允许误差±1级；对选取的不同降水粒子速度进行测试（一般为出厂测试校准点），每个测试点均采用同一直径模拟粒子进行试验，试验时间为1min。
读取降水现象仪检测的粒子平均速度，根据降水粒子下落速度分级规则查得对应的粒子下落速度级别，与相应的测试点粒子速度级别相比，最大允许误差±1级。
4.5校准周期首次使用1个半月后应现场校准一次。
每年应现场校准一次。
第5章日常工作在业务运行中，应做好日常巡视、维护工作。
1.发现数据错误或异常应及时处理，查明原因，开展维护或维修工作。
2.每日日出后和日落前巡视，发现降水现象仪（尤其是采样区）有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝、树叶等影响数据采集的杂物，应及时清理（可在基座、支架管内放置硫磺，预防蜘蛛）。
3.每月检查供电设施，保证供电安全。
定期更换蓄电池。
4.每年春季对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻。
5.一般每三个月清洁激光发射和接收装置，用柔软不起毛的棉布或脱脂棉沾无水乙醇擦试窗口玻璃，注意不要划伤玻璃表面，如果窗口加热功能良好，其表面将很快变干；勿用其他物品清洁。
可根据设备附近环境的情况，延长或缩短维护的时间间隔（遇沙尘、降雪等影响观测时，应及时清洁）。
6.定期检查、维护的情况应记入值班日志中。
对降水现象仪自动观测数据有影响的还要记入备注栏。
7.无人化值守台站按相关业务规定执行。
第6章数据文件降水现象仪输出的数据文件包括：分钟降水现象数据文件、分钟降水现象状态信息文件和雨滴谱数据文件。
6.1分钟降水现象数据文件6.1.1文件名IIiii_weather_value_YYYYMMDD.txt，其中，IIiii为区站号；weather表示降水现象观测设备；value表示观测要素文件；YYYY为年份，MM为月份，DD为日期，月和日期不足两位时，前面补“0”，txt 为固定编码，表示此文件为ASCII格式。
