1、I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II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、
2、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二一一年九月III目 录前 言 .I第 1 章 总则 .31.1 目的和适用范围 31.2 仪器布设 31.3 时制和日界 41.4 传感器要求 4第 2 章 结构与原理 .42.1 结构 .42.1.1 承水口 52.1.2 外壳 52.1.3 内筒 52.1.4 载荷元件与处理单元 52.1.5 底座组件 62.1.6 防风圈 62.2 原理 .62.3 技术性能 .7第 3 章 安装与调试 .73.1 安装高度 .73.2 线路连接 .83.3 避雷装置 .83.4 混凝土基础 .83.5 调试 .8第
3、 4 章 观测与记录 .94.1 观测 .94.2 记录 .10第 5 章 维护与校准 .105.1 维护 .105.1.1 日常维护 105.1.2 维护要求 115.2 校准 11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。1.1 目的和适用范围制定称重式降水传感器观测规范，有利于推进我国固态降水观测的自动化进程，提升地面气象观
4、测能力，满足气象业务和服务需求。本规范适用于使用称重式降水传感器的冬季固态降水观测业务，观测工作中必须严格遵守。1.2 仪器布设称重式降水传感器应布设在地面气象观测场内，安装位置应符合地面气象观测规范中观测场仪器布局的原则，布设位置参见图 1。若受观测场布局限制，可根据实际情况适当调整。5人 工 观 测 风自 动 站 风和 采 集 器温 湿 传 感 器人 工 观 测 温湿 度 表人 工 观 测 温湿 度 自 记备 份 百 叶 箱人 工 观 测 雨量 筒雨 量 传 感 器称 重 降 水 观测 仪南 北 桩 南 北 桩蒸 发 专 用 雨量 筒小 型 蒸 发大 型 蒸 发草 面 温 度日 照地 温
5、场NSEW金 属 套管 或 带屏 蔽 的P V C 管金 属 套管 或 带屏 蔽 的P V C 管闪 电 定 位 仪酸 雨 采 集 桶中 心 标 志深 层 地 温 、冻 土电 线 积 冰 架南 北东 西图 1 称重式降水传感器布设位置参考图1.3 时制和日界观测时制为北京时，以 20 时为日界。1.4 传感器要求应具有国务院气象主管机构颁发的使用许可证。第 2 章 结构与原理2.1 结构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。6 2 0 0780 1 5 0 3 0 0承水口罩壳底盘基座地脚螺栓圆周 1 2 0 分布固定和调平螺栓圆周 1 2
6、0 分布200 4 0 0密封圈180外壳固定螺钉圆周 1 2 0 分布4 0 4 5 图 2 称 重 式 降 水 传 感 器 外 观 示 意 图2.1.1 承水口承水口形状为内径 200mm 的正圆，口缘呈内直外斜刀刃形，采用铜、铝合金或不锈钢材料制作，以防雨滴溅失和桶口变形，保证承水口采样面积。2.1.2 外壳外壳的外形设计呈“凸” 字型，具有上部窄下部 宽的特点，可起到防风和减少蒸发的作用。传感器外壳和基座颜色均为白色。2.1.3 内筒内筒用于收集降水，盛装防冻液和抑制蒸发油。为方便清空容器内液体，必须配有辅助排水装置。2.1.4 载荷元件与处理单元载荷元件用于测量重量变化，处理单元对载
7、荷元件的信号进行采样，并对采样值进行数据运算处理，计算出分钟降水量和7累计降水量，并实现质量控制、记录存储、数据通信和传输等功能。2.1.5 底座组件底座组件包括底盘、基座和法兰盘等，可以通过选择不同高度的基座改变承水口距离地面的高度。2.1.6 防风圈防风圈采用金属材质，表面喷涂防腐蚀、防氧化材料白色涂层，外观及结构见图 3。a、叶片正 视和侧视图 b、防风圈俯视图图 3 防 风 圈 结 构 示 意 图2.2 原理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测量降水量，基本结构见图 4。称重测量技术主要有两种，一种是基于电阻应变技术：敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电
8、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，进而得到降水的质量；另一种是振弦技术：以弦8丝为弹性部件，根据其所受拉力与振动频率的对应关系，通过相应的测量电路得到降水的质量。脉冲RS232/485、外围组件（收集容器、外壳、底 盘、基座、防风圈等）称重单元处理单元载荷元件信号 变换电 路终端图 4 称 重 式 降 水 传 感 器 原 理 结 构 框 图2.3 技术性能测量性能要求见表 1。表 1 测量性能要求测量要素 测量范围 分辨力 最大测量误差 输出 供电液态 、固态和混合性降水0400mm 0.1mm 0.4mm，10mm时；
9、4%，10mm 时脉冲输出和 RS-232/485直流12V第 3 章 安装与调试3.1 安装高度称重式降水传感器安装在观测场内混凝土基础上。承水口保持水平，根据冬季地面积雪情况，承水口距地面高度一般选择 1203cm ，在北方积雪较厚的个别地区可以选择 1503cm。9防风圈应高于承水口约 2cm。防风圈开口应朝北。3.2 线路连接称重式降水传感器的电源线和数据线应接到自动气象站采集器相应的电源和降水接线端子。为了防雷、防鼠、防水和安装、维修方便，电源线、数据线应穿入带屏蔽层的线槽内，线槽应安置在电缆沟内。3.3 避雷装置称重式降水传感器基座的接地线就近接入观测场地网，接地电阻应4 。3.4
10、 混凝土基础混凝土基础大小为 100cm（长）100cm（宽）30cm（深），高度与地面齐平，制作时应将固定传感器支架的地脚螺栓预埋件一同浇筑。3.5 调试3.5.1 现场测试设备安装完成后，应使用雨量标准器对传感器进行现场测试，测试方法如下：选择晴朗的天气进行现场测试。先将数据线拔下，将其与雨量校准器的数据线相接，并将雨量校准器清零；采用雨量校准专用量杯量取 10mm 水量，缓慢倒入内筒，模拟雨强为 24mm/min。每次 现场测试重复进行 3 次，10并分别进行误差计算。3.5.2 添加防冻液和抑制蒸发油防冻液添加量参考防冻液配比表（见表 2）。抑制蒸发油应采用航空液压油，加入量应能完全覆
11、盖液面。表 2 防冻液添加量配比表（内筒为 400mm 降水量的容积）历年平均最低气温 乙烯乙二醇添加量 (L) 甲醇添加量(L) 0C（或以上） 0.0 0.0-5C 0.7 0.9-10C 1.1 1.7-15C 1.6 2.2-20C 1.8 2.7-25C 2.1 3.1-30C 2.4 3.5-35C（或以下） 2.6 3.8备注：甲醇是易燃、有毒、刺激性气味的危险品，乙烯乙二醇和航空液压油亦为化学制剂，必须严格按其安全注意事项，规范使用和保存。第 4 章 观测与记录4.1 观测1各省（区、市）气象局观测业务主管机构，应根据本省降雪出现的平均时间和分布情况，统一要求提前启用称重式降水
12、传感器，同时停止翻斗雨量传感器。2启用前，应进行安装调试、现场测试（方法见 3.2 和 3.5），11测试结果应在当日观测记录备注栏中备注。测试合格后，应按照 3.5.2 要求添加相应的防冻液和抑制蒸发油。3在称重式降水传感器停用期间，应将内筒清空，清洁后加盖。4.2 记录称重式降水传感器接入现行自动气象站时使用脉冲输出，观测数据的数据格式和记录处理方法同翻斗雨量传感器。降水过程中，伴随有沙尘、树叶等杂物时，按正常降水记录处理；液态降水溢出或固态降水堆至口沿以上,或降水过程中取水，则该时段降水按缺测处理。无降水时，沙尘、树叶等杂物或偶然跳变造成的降水数据，应及时删除。第 5 章 维护与计量5.
13、1 维护5.1.1 日常维护值班人员应严格按照地面气象观测规范要求，按时巡视、检查和维护设备、场地及电源供电情况等。1每日检查内筒内液面高度和供电情况。2每日定时进行仪器小清洁，口沿以外的积雪、沙尘等杂物应及时清除，如遇有盛水口沿被积雪覆盖，应及时将口沿积雪12扫入桶内，口沿以外的积雪及时清除。3每周检查承水口水平、高度情况。4每次较大降水过程后及时检查，防止溢出。5降水过程中注意分析判断降水量数据的准确性，如有疑问，应及时进行现场测试。6每月检查防雷接地情况。7预计将有沙尘天气但无降水，应及时将桶口加盖；沙尘天气结束后及时取盖。8、降水过程中，因降水量较大可能超过量程时，应在降水间歇期及时排水。5.1.2 维护要求1当内筒内的液体较多或杂物过多时，应清空，然后添加相应的防冻液和蒸发抑制油（要求同 4.1）。2当内筒内的防冻液和蒸发抑制油过少时，应适量添加。3维护之前应先断开称重式传感器电源，拔下的数据线。维护完毕后，再接上电源线和数据线。4每年春季应对称重式降水传感器进行防雷安全检查。5.2 计量称重式降水传感器校准分为现场校准和计量检定。现场测试由台站完成，若测试误差大于 4%时，需检查调试，必要时更换。计量检定由具有气象计量检定资质的机构完成。
