DSG5 型降水现象仪2020年现场核查结果分析——以内蒙古自治区为例

王 驰 ，张晨阳 ，贺明硕 ，柴 贞

（1.内蒙古自治区大气探测技术保障中心，内蒙古 呼和浩特 010051；2.新巴尔虎右旗气象局，内蒙古 呼伦贝尔 021300；3.霍林郭勒市气象局，内蒙古 通辽 029200）

2020年4月起，中国地面气象观测实现全面自动化。其中，降水天气现象自动化观测是地面自动化观测的重要内容之一[1]。 2019年，为保证全国降水现象仪观测数据质量，华云升达（北京）气象科技有限责任公司组织了雨滴谱式降水现象仪模拟降水装置产品培训班，各省、区、市选派人员参加。 截止到2020年，内蒙古自治区现有的119 个国家级自动气象观测站已全部安装降水现象仪，为保证全区降水现象仪观测数据质量，内蒙古自治区大气探测技术保障中心根据 《雨滴谱式降水现象仪现场核查方法（试行版）》的要求，于2020年对内蒙古自治区52 个国家级自动气象观测站的DSG5 型降水现象仪进行了现场核查。 基于此，文章初步对内蒙古自治区的52 台降水现象仪的核查结果进行了统计分析，确保了这部分降水现象仪的观测数据质量。

1 设备介绍

1.1 DSG5 型降水现象仪

DSG5 型降水现象仪是一种采用现代激光技术的光学测量系统，以下简称降水现象仪。 它可以测量实现对包括毛毛雨、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。 数据获取和存储是通过一个快速的数字化信号处理器完成，并按照预先设定的格式输出[2]。

1.2 JSMN-1 型雨滴谱式降水现象仪模拟降水装置

JSMN-1 型雨滴谱式降水现象仪模拟降水装置，以下简称测试装置。 测试装置具有模拟降水粒子不同粒径和速度的功能，可以对不同型号的降水现象仪进行性能检测[3]。 按照《降水现象计量业务管理暂行规定》要求，以2年为周期，测试装置需要集中送至国家气象计量站降水现象计量检测实验室进行检测和校准。

1.3 JSMN-1 型模拟降水装置测试软件

JSMN-1 型模拟降水装置测试软件是由华云升达（北京）气象科技有限责任公司组织开发的与测试装置相配套的专用软件，以下简称测试软件。当正确连接测试装置后，工作人员只需在测试软件上设置设备类型、 通信串口号、测试方式，就可进行现场核查。 测试的过程中，测试程序自动对2m/s、7m/s、12m/s 三个速度级进行测试，测试的实时状态会在测试软件界面右侧的编辑栏和界面底部的状态栏实时显示。 测试软件提供的查询方式分3 种：序列号（即设备编号，格式：区站号（QZ）+ID）、设备类型（0：华云；1：OTT；2：Thies）和日期（格式：年-月-日，同一天只保留最后一次测试的数据）。 工作人员选择相应的查询方式，历史记录就会按相应的方式进行排序（注：序号--5 位表示当前设备的测试次数[3]）。 测试结束后，工作人员可以在界面左侧的“查询”中查看已经完成的历史测试结果，并通过“打印”查看已经保存的PDF 格式报告。

2 现场核查

2.1 现场核查的流程

1）确认降水现象仪表面完好、镜头干净，标牌和标记清晰、完整，机械结构完整、无变形；2）固定测试装置于降水现象仪上，调节测试装置高度，确保降水现象仪的激光束处在测试装置透光孔的中心位置，即激光束处在标尺塞的有效区域内，并连接好电源线和通信线[4]；3）拔下标尺塞，打开测试软件，单击“开始测试”按钮，进行测试，并将现场核查结果填写在降水现象仪现场核查记录表上。

2.2 现场核查出现的问题

现场核查降水现象仪时，工作人员发现了以下几个问题：

1）现场核查之前，工作人员要在地面综合观测业务软件（ISOS）主菜单栏“设备管理”下的“设备标定”中选择“降水现象仪”，填写开始时间、结束时间、操作人，初步填写操作内容，然后点击“标定”[5]，开始现场核查。 此操作防止测试装置产生的模拟数据上传。

2）内蒙古日照强烈，安装测试装置时，光照影响工作人员准确将激光束与透光孔对准。 为此工作人员自行配置了黑布，用于遮挡光照。 当测试装置安装在降水现象仪上后，将黑布蒙在它们上面，工作人员调整测试装置待激光束处在标尺塞的有效区域内后，将黑布取下，继续后面操作步骤。

3）电脑采集模拟的降水现象数据，偶尔会显示未采集到稳定数据，这是由于测试装置高度或水平没有调整好，进一步分析可能有两种原因。 ①测试装置中亚克力转盘快速转动，导致用于固定测试装置的螺丝在测试过程中出现松动，使得激光束偏离已调整好的位置，最终使测试结果异常。 因此，现场核查时工作人员应该注意测试装置的抖动情况。 ②对某些台站现场核查时，若将厂家配的防护套垫挂接在降水现象仪上，会使激光束无法处在标尺塞的有效区域内。 因此，工作人员应根据现场实际情况决定是否使用挂接防护套。

2.3 现场核查结果的判定原则

被核查降水现象仪的输出结果应遵照以下判定原则： 若被核查降水现象仪的本次降水现象输出结果与第一次现场核查的输出结果一致，判定此降水现象仪合格，否则判定不合格[6]。 需要注意的是厂家默认第一次现场核查结果是准确的，但这无法排除降水现象仪或测试装置已经存在未知故障，仍然将输出结果判定为正确的情况。核查结果的降水现象代码解释如表1 所示。

表1 降水现象代码

3 核查结果统计

2020年现场核查了10 个盟市的52 台DSG5 型降水现象仪，数量分布如表2 所示。

表2 2020年核查降水现象仪分布

52 台降水现象仪模拟降水现象类型次数统计如表3所示，从表3 中可以发现：在52 次现场核查中，只出现过未知类型的降水（00）、雨（01）、雪（04）、雨夹雪（06）和冰雹（08） 五类降水现象，共计出现 （00,00,08）、（00,08,08）、（01,08,08）、 （01,00,08）、 （00,06,04）、 （04,06,04）、（00,01,08）、（01,00,00）和（01,08,01）九种降水现象组合情况，在52 次核查中各组合依次占比为42%、32%、8%、8%、2%、2%、2%、2%和2%。 基于目前的测试次数判断这是由于粒子直径和粒子速度分别只选取3 种造成的。

4.3mm、9.5mm 和 21mm 三种不同粒子直径，在 2m/s的粒子速度下，52 个站中未知类型的降水 （00） 出现41次，占比 79%，雨（01）出现 10 次，占比 19%，雪（04）出现 1次，占比2%；在7m/s 的粒子速度下，52 个站中未知类型的降水（00）出现 27 次，占比 52%，冰雹（08）出现 22 次，占比 42%，雨夹雪（06）出现 2 次，占比 4%，雨（01）出现 1次，占比2%；在12m/s 的粒子速度下，52 个站中冰雹（08）出现 48 次，占比 92%，雪（04）出现 2 次，占比 4%，未知类型的降水（00）出现 1 次，占比 2%，雨（01）出现 1 次，占比2%。 总之，使用测试装置进行降水现象模拟时，4.3mm、9.5mm 和21mm 三种不同直径粒子在2m/s 速度下未知类型的降水（00）出现概率大，在7m/s 速度下未知类型的降水（00）出现概率大，在 12m/s 速度下冰雹（08）出现概率大，以基于目前的测试次数，可以将以上现象作为特殊规律应用于现场核查。

表3 52 台仪器模拟降水现象类型次数统计

4 结论

本文汇总了内蒙古52 台降水现象仪的现场核查结果，并对输出结果进行了统计，发现以未知类型的降水（00）、未知类型的降水（00）和冰雹（08）为组合的降水现象类型出现概率大。 此项统计可以为以后降水现象仪的现场核查提供参考，帮助工作人员发现排除降水现象仪故障。由于每个省只配备2 台测试装置及内蒙古地域因素的限制，2020年内蒙古自治区大气探测技术保障中心仅核查了52 台降水现象仪。 经核查，结果全部合格，确保了这部分降水现象仪的观测数据质量。2021年，内蒙古自治区大气探测技术保障中心将继续完成全区剩余67 台降水现象仪的现场核查工作，确保内蒙古降水现象仪的观测数据质量稳定可靠。