一种雨、雪和沙尘暴测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种大气降水测量装置及测量方法，尤其涉及一种可区分液态降水、固态降水和沙尘暴，提高降水量测量精度的测量装置及测量方法，属于水文、气象测量技术领域。

背景技术：

大气降水测量是地球水循环监测的重要环节，是水资源利用的重要组成部分，也是气候变化、地质灾害、洪水灾害预警和环境评估等多方面的重要影响因素，业内学者寻求多种方法对降水量进行精确计量。

目前国内外现用的称重式雨量计，称重式雨量计测量原理为：称重式雨量计基于荷载测量技术原理设计，通过对储水桶内质量变化的快速响应测量降水量。

目前的称重式雨量计存在问题：

（1）加热耗能，冬天，雨雪量计长期加热保持温度在8℃，耗费大量电能；

（2）仪器桶口面很大，产生蒸发，影响测量精度；

（3）无法区分液态降水、固态降水和沙尘暴，产生错误测量值；

（4）需要添加防冻液和蒸发抑制油，产生误差，并导致环境污染；

（5）称重式雨量计需要人工排水，因此，不能在无人看管的遥测站使用。

故亟需一种新型的雨、雪和沙尘暴测量装置及测量方法来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够区分液态降水和固态降水，判断沙尘暴产生的增重，并且储水桶内的液态降水不受蒸发影响，可提高降水量测量精度的雨、雪和沙尘暴测量装置；

进一步地，本发明提供一种无需人工排水，可应用于无人看管的遥测站的雨、雪和沙尘暴测量装置；

更进一步地，本发明提供一种结构简单，成本低，无污染，对环境友好，节能减排的雨、雪和沙尘暴测量装置；

更进一步地，本发明提供一种可以区分降雨、降雪、雨夹雪和沙尘暴等气象类型的测量方法，该法可显著提高降水量测量精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种雨、雪和沙尘暴测量装置，包括底盘和用于罩住所述底盘的保护外壳；所述保护外壳顶端设置有承接器，所述承接器的出口正对储存桶的进口，所述储存桶底部设置有用于使雨水通过的过滤网，所述过滤网的出水口处设置有翻斗，所述翻斗上设置有磁钢，靠近所述磁钢的支架上设置有干簧管，所述翻斗的出水口正对储水桶的进水口，所述储存桶和储水桶一体连接且位于所述称重传感器上，所述称重传感器和干簧管均与控制器相连，所述控制器还与温湿度传感器和雨雪感应器相连。

所述储存桶的底部为漏斗状，所述漏斗状的最低点为出水口，所述出水口处设置有垂直向上延伸的呈桶型的所述过滤网。

所述储水桶底部连有排水组件的进口，所述排水组件的出口穿出所述保护外壳，所述排水组件与所述控制器相连。

所述翻斗的容量为3.14克。

所述保护外壳与承接器为一体连接并固定在所述底盘上。

所述雨雪感应器与加热烘干装置相连。

排水组件上设置有排水阀，排水阀由电池供电。

温湿度传感器设置于保护外壳内部。

雨雪感应器设置于保护外壳外壁上。

降水时的温湿度变化：降水包括雨、雪和冰雹等，降水的方式与近地面气温和空气上升运动强度有关。近地面的气温较高，云滴呈液态，就是雨，温度低近0℃，呈固态就是雪。强烈对流的天气，空气上升快，长成大冰晶，快速下降，落到地面没融化就是冰雹。发生降水时，空气湿度会显著增大；降雪一般在零度以下产生，在气温较高时，也可能有冰雹，但冰雹很快会融化。

沙尘暴发生时温湿度变化：沙尘暴多发生在干旱的春季，来临前气温通常先上升，沙尘暴到达后气温又迅速下降，气温的变化正好与气压变化相反。由于平流过来的冷空气本来就较为干燥，再加上冷空气流向地面时的下沉绝热增温，使得相对空气更为干燥，所以沙尘暴过境时空气湿度将急剧下降。

一种雨、雪和沙尘暴测量装置的测量方法，包括以下步骤：

一、若称重传感器重量增加，并有翻斗动作，说明当前时段为降雨，降水类型记为降雨；

二、若称重传感器重量增加，并有翻斗动作，温湿度传感器显示气温低于5℃，翻斗计量雨量只有称重传感器计量雨量的50%，说明当前时段为雨夹雪，降水类型记为雨夹雪；

三、若称重传感器重量增加，没有翻斗动作，温湿度传感器显示气温低于0℃，24小时湿度为增大趋势，且大于80%，说明当前时段为降雪，降水类型记为降雪；

四、若称重传感器重量增加，没有翻斗动作，温湿度传感器显示气温低于0℃，24小时湿度没有明显增大趋势，采集雨雪感应器信号进一步确认，如果雨雪感应器为开路，说明当前时段为沙尘暴，降水类型记为沙尘暴；如果雨雪感应器为闭路，说明当前时段为降雪，降水类型记为降雪，并给雨雪感应器加热烘干至开路；

五、若称重传感器重量增加，没有翻斗动作，温湿度传感器显示气温高于0℃，24小时温度为减小趋势，24小时湿度为增大趋势，且大于50%，当前时段降水类型未知，降水类型暂定记为未知；如果12小时内称重传感器重量没有增加而有翻斗动作，则可确认降雪，将刚才未知类型改为降雪；如果12小时内称重传感器重量没有增加也没有翻斗动作，则可确认为沙尘暴，将刚才未知类型改为沙尘暴；

六、若称重传感器重量增加，没有翻斗动作，温湿度传感器显示气温高于0℃，24小时湿度无明显变化趋势，且小于50%，则当前时段增重确认为沙尘暴，类型记为沙尘暴。

本发明的有益效果在于：

（1）称重式：稳定可靠，经久耐用，防雷抗干扰；

（2）智能化：能够分辨降雨、雨夹雪、降雪或沙尘暴；

（3）自供电：低功耗设计，排水自带电池可使用10年以上；

（4）自排水：长期无人值守，当储水桶达到满刻度60%时，开启排水阀门；

（5）通用性：适合小雨到暴雨各种降水强度测量，降水强度测量范围：0.01～8mm/min；可以测量降雨、雨夹雪、降雪，并有效区分降水类型；

（6）无蒸发：没有裸露水面，没有蒸发误差，即储存桶置于储水桶之上，储水桶内的液态降水不受蒸发影响，提高降水量测量精度；

（7）高精度：降水量测量综合精度1%，分辨率高，精度高。

（8）测量方法简单准确：

当翻斗翻转且称重传感器的重量增大，可判断降水量为液态降水量；

当翻斗不翻转且称重传感器的重量增大，可判断降水量为固态降水量；

当翻斗不翻转且称重传感器的重量增大，且湿度偏小，没有显著变化，可判断气象类型是沙尘暴，不计入降水量资料中；

当翻斗不翻转且称重传感器的重量增大，且有温度降低和湿度增大的显著变化，可判断降水量为固态降水量等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本实施例提供一种用于在水文、气象领域的生产和科学试验中收集自然降水量的称重式雨量计。本实施例是参照gb11831-2002《水文测报装置遥测雨量计》、gb/t11832-2002《翻斗式雨量计》的要求而设计的，它包括承接器1、保护外壳2、储存桶3、过滤网4、翻斗5、干簧管6、磁钢7、储水桶8、排水组件9、称重传感器10、控制器11、温湿度传感器12、雨雪感应器13和底盘14。保护外壳2用于罩住所述底盘14；所述保护外壳2顶端设置有用于承接雨、雪、雨夹雪或沙尘暴的承接器1，雨、雪、雨夹雪或沙尘暴由承接器1进入储存桶3，所述储存桶3底部设置有用于仅使雨水通过的过滤网4，如果是液态降水，经过滤网4滤去树叶柴草后流入翻斗5，所述翻斗5上设置有磁钢7，靠近所述磁钢7的支架上设置有干簧管6，翻斗5装满水后翻转，磁钢7扫过干簧管6产生吸合断开脉冲信号，控制器11收到脉冲信号，并测量称重传感器10的信号，输出降水量脉冲信号；如果是固态降水，翻斗5无动作，控制器11每5分钟采集1次称重传感器10的信号，如果增加的重量超过3.14g（0.1mm降水量），则存储降水量过程，并输出降水量脉冲信号；如果是沙尘暴也会造成与固态降水类似的现象，控制器11需要采集温湿度传感器12的信息分析气象因素变化过程，在仅凭气象因素变化过程不能确诊的情况下，采集雨雪感应器13的信息进一步确认。控制器11每次采集称重传感器10的信号，如果重量超过最大设定值，控制器11控制排水组件9开阀排出储水桶8内的雨水，保证装置连续监测降水量。

所述储存桶3的底部为漏斗状，所述漏斗状的最低点为出水口，所述出水口处设置有垂直向上延伸的呈桶型的所述过滤网4。

所述储水桶8底部连有排水组件9的进口，所述排水组件9的出口穿出所述保护外壳2，所述排水组件9与所述控制器11相连。

所述翻斗5的容量为3.14克，相当于0.1mm降水量。翻斗5作为开关使用，每翻转1次，控制器11立即采集称重传感器10的数值，保证降水测量的实时性。

所述保护外壳2与承接器1为一体连接并固定在所述底盘14上。

所述雨雪感应器13与加热烘干装置相连。

控制器11按照设定的时间间隔采集称重传感器10的信号，测量和记录降水过程，其区分降雨、降雪和沙尘暴的方法如下：

一种雨、雪和沙尘暴测量装置的测量方法，包括以下步骤：

一、若称重传感器10重量增加，并有翻斗5动作，说明当前时段为降雨，降水类型记为降雨；

二、若称重传感器10重量增加，并有翻斗5动作，温湿度传感器12显示气温低于5℃，翻斗5计量雨量只有称重传感器10计量雨量的50%，说明当前时段为雨夹雪，降水类型记为雨夹雪；

三、若称重传感器10重量增加，没有翻斗5动作，温湿度传感器12显示气温低于0℃，24小时湿度为增大趋势，且大于80%，说明当前时段为降雪，降水类型记为降雪；

四、若称重传感器10重量增加，没有翻斗5动作，温湿度传感器12显示气温低于0℃，24小时湿度没有明显增大趋势，采集雨雪感应器13信号进一步确认，如果雨雪感应器13为开路，说明当前时段为沙尘暴，降水类型记为沙尘暴；如果雨雪感应器13为闭路，说明当前时段为降雪，降水类型记为降雪，并给雨雪感应器13加热烘干至开路；

五、若称重传感器10重量增加，没有翻斗5动作，温湿度传感器12显示气温高于0℃，24小时温度为减小趋势，24小时湿度为增大趋势，且大于50%，当前时段降水类型未知，降水类型暂定记为未知；如果12小时内称重传感器10重量没有增加而有翻斗5动作，则可确认降雪，将刚才未知类型改为降雪；如果12小时内称重传感器10重量没有增加也没有翻斗5动作，则可确认为沙尘暴，将刚才未知类型改为沙尘暴；

六、若称重传感器10重量增加，没有翻斗5动作，温湿度传感器12显示气温高于0℃，24小时湿度无明显变化趋势，且小于50%，则当前时段增重确认为沙尘暴，类型记为沙尘暴。

该测量方法经过控制器11数据处理后输出高精度的降水量，可以区分降雨、雨夹雪、降雪或沙尘暴，测量精度不受降水强度大小的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。