虹吸式雨量计(自动气象探测发展史(二))

虹吸式雨量计
前情回顾:
上一篇,简单对我国自动气象探测发展历史进行第一阶段的回顾,主要是自动气象站的发展。非常感谢一位专家的建议,他指出,“60年代初期国内就成功研制电子管式自动气象站。由于种种原因并未业务化”,特此对上一篇进行补充(可以点击这里回顾)。不过,由于时间有限,没有搜到更详细的资料,如果您有相关资料,欢迎随时在公众号里回复信息。本期将对降水自动观测技术发展进行回顾。
降水观测的主要方式降水是影响各行各业和日常生活的主要天气现象之一,例如每年的汛期、冬季的降雪、还有人们最熟悉梅雨季、台风季,以及由于降水造成的次生灾害,例如山洪、城市内涝、地质灾害等,都是我们最常见到,几乎每年、每月、甚至每周都会经历的天气现象和自然灾害,而造成这些的主要因素就是降水。所以,我们对降水的关注比起其他天气,更多!
对于降水的自动观测也经历了技术上的几次变革,降水观测的主要技术有:雨量器(人工读数)
1、承水器、漏斗、储水桶、储水瓶、量杯组成2、完全人工、必须在降水后进行、无法自动化雨量计1、虹吸式雨量计2、翻斗式遥测雨量计3、称重式雨量计雨量传感器1、双阀容栅式雨量传感器2、激光降水粒子谱仪
利用雨量器进行人工降雨量读数雨量器由雨量筒与量杯组成。雨量筒用来承接降水物,它包括承水器、贮水瓶和外筒。承水器有两种:一种是带漏斗的承雨器,另一种是不带漏斗的承雪器。
气象观测场的雨量器
我国采用直径为20 cm正圆形承水器。外筒内放贮水瓶,以收集降水量,当降水量较大超过贮水瓶的容量时,外筒同时用来承接降水。当降雪时,改用承雪器,不放贮水瓶,直接用外筒承接降雪。量杯为一特制的有刻度的专用量杯,其口径和刻度与雨量筒口径成一定比例关系,量杯有100分度,每1分度等于雨量筒内水深0.1 mm。这就是最传统的降雨量观测,经常有人会问到,降水量XX毫米,是怎么测量出来的?上面就用最“气象”的方式回答了这个问题。如果有机会到气象观测场,就能看到这样的雨量器,外观有点像一个炮筒。

可自动记录连续降水的虹吸式雨量计虹吸式雨量计是用来连续记录液体降水的自记仪器,它由承水器(通常口径为20 cm)、浮子室、自记钟和虹吸管等组成。气象观测场的虹吸式雨量计有降水时,雨水从承水器经漏斗进入水管引入浮子室。浮子室是一个圆形容器,内装浮子,最重要的是,浮子上固定有直杆与自记笔连接。浮子室外连虹吸管。降水使浮子上升,带动自记笔在钟筒自记纸上划出记录曲线。
上海风云气象仪器有限公司的SJ1虹吸式雨量计

翻斗雨量传感器是雨量自动站的核心翻斗式雨量计分为双翻斗式和单翻斗式,一般说翻斗式雨量传感器默认值双翻斗式。双翻斗式雨量计由感应器与计录器组成,感应器安装在室外,采集降水进行计量。记录器安装在室内,二者用导线连接,用来遥测并连续采集液态降水量。感应器主要由承水器、汇集漏斗、上翻斗(匀强翻斗)、中翻斗(计量翻斗)、下翻斗(计数翻斗)和干簧管等组成。上海气象仪器厂有限公司SC1翻斗式雨量传感感应器工作原理:承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗,当雨水累积到一定量时,由于雨水本身重力作用使上翻斗翻转,雨水进入汇集漏斗。雨水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时,把不同强度的自然降水,调节为比较均匀的降水强度,以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1mm (也有的为0.5mm或1mm翻斗)时,计量翻斗把雨水倾倒到计数翻斗,使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时,与它相关的磁钢对干簧管扫描一次,干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样,降水量每达到0.1mm时,就送出去一个开关信号,通过二芯电缆传输到记录器,进行记录、计数。江苏省无线电科学研究有限公司SL3-1雨量传感器

称重式降水量传感器解决固体降水观测难题
称重式降水量传感器使用高精度的电子称重原理,它由一个大容量的高稳定载荷元件和内桶组成,载荷元件是传感器的核心,通过对重量变化的快速响应测量固体降水。相对于翻斗式雨量计和虹吸式雨量计而言,只有称重式降水量传感器适用于全天候降水的测量。

华云升达(北京)气象科技有限责任公司称重式降水量观测站
根据载荷元件测量原理来分,目前称重式降水测量技术主要有两种:1、基于电阻应变技术:敏感梁在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,进而得到重量;2、振弦技术,以弦丝为弹性部件,根据其重量与振动频率的对应关系,通过相应的测量电路得到重量。翻斗式更接近人工观测
称重式对降雪观测更好
有研究表明:(1)称重式降水传感器与翻斗式降水传感器,存在数据差异,降雨量级不同,差异不同,与地理位置也有一定关系(如南北方差异)。(2)称重式降水传感器对降水开始有量时存在着严重的滞后性,降水日数少于翻斗降水传感器。说明对称重式对小雨的把握不够灵敏。(3)设备维护很重要,设备是否运行正常,是影响数据质量的根本。设备建设后,运维不到位,监测到的数据就不能表征真实天气。(4)称重式降水传感器与翻斗式降水传感器都能满足气象业务要求。但是,非气象行业的用户如何选择降水传感器,要考虑地域、建设条件、供电、关注的天气、数据精度等个要素。

未完待续……
下期将分享:激光降水粒子仪(激光雨滴谱仪)、双阀容栅式雨量传感器、车载降水传感器……

若了解自动气象观测设备厂家,可以回顾往期文章。

参考:1、中国气象远程教育网2、夏俊荣,现代大气探测学3、华云升达(北京)气象科技有限责任公司4、上海气象仪器厂有限公司5、长春气象仪器研究所有限公司6、江苏省无线电科学研究所有限公司7、上海风云气象仪器有限公司8、张红英,沈元德,武向娟等,《三种雨量观测仪观测降水的差异对比分析》9、梁燕军,黄斌明,《称重式降水传感器测雨性能分析》10、梁如意,毛飞,金龙,《称重式和双翻斗降水传感器观测数据对比分析》11、张俊茹,兰飞飞,《称重式降水传感器与雨量器实测降水量对比分析》
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