降水观测仪器

降水观测仪器是气象、水文中精确测量降雨必不可少的工具。根据工作原理和结构组成，常见的降水观测仪器主要有以下几种类型：

 1.翻斗式雨量计

翻斗式雨量计的工作原理  

翻斗式雨量计通过倾斜的漏斗收集雨水。当积累到预设的量（例如 0.2 或 0.5 毫米）时，桶会翻转并倾倒水，从而触发传感器记录降雨事件。桶的每次翻转代表特定的降水量，累计翻转次数即为总降水量。

翻斗式雨量计的优点

- 精度高：能实时、精准记录降水量，不受灰尘、阴影等外界因素的影响。

- 防护性：坚固的设计，适合长期户外使用，特别是在恶劣的天气条件下，性能稳定。

-维护简单：结构简单，清洗及更换零件方便，降低了使用成本及维护难度。

翻斗式雨量计的缺点

- 体积大：与其他类型的雨量计相比，翻斗式雨量计体积较大，需要更多的安装空间。

翻斗 式雨量计的应用场景

- 气象站、农业灌溉、水文监测、防洪预警。

 2. 光学雨量计

光学雨量计工作原理  

光学雨量计利用光学原理测量降雨量。传感器包含光源和接收器，通过测量光的衰减来确定降雨量。当雨滴落在传感器上时，它会阻挡部分光线，导致光强度发生变化，系统根据这种变化计算降水量。

光学雨量计的优势

- 尺寸紧凑：易于安装在空间有限的应用中。

- 无需机械运动：减少机械磨损和故障的可能性。

光学雨量计的缺点

- 易受环境干扰：累积的灰尘、树叶摆动等外界因素都会影响光路，导致测量误差。

- 准确度差：对微小雨滴（例如毛毛雨）的检测能力有限，并且容易出现误报。

光学雨量计应用场景

- 在室内或受控环境中进行降水监测，例如实验室、温室等。

 3.压电式雨量计

压电雨量计工作原理  

压电式雨量计利用压电效应来测量降雨量。当雨滴落在传感器表面时，压力会发生改变，压电材料会产生电荷输出，通过测量该电荷可确定降水量。

压电雨量计的优点

- 响应速度快：能够快速捕捉雨滴，适合高精度、快速响应的应用场景。

- 抗干扰能力强：不易受风雪等外界因素影响，适应能力更强。

压电雨量计的缺点

- 难以监测小雨强度：检测微小雨滴（例如，毛雨、阳光雨）的能力有限。

- 容易误判：沙尘天气下，风沙打在传感器表面会产生类似雨滴的压力变化，导致误判为降雨。

- 精度有限：测量数据受雨滴大小、形状和速度等因素的影响，降低了测量的精度。

应用场景

- 高精度气象监测、科研领域、城市排水系统监测等。

压电雨量计 为何会把沙尘误认为是降雨？

压电式雨量计的工作原理是基于压电陶瓷的压电效应。当沙尘天气中的风沙等碎屑撞击传感器表面时，会产生类似雨滴碰撞的压力变化，传感器就会误判为雨滴撞击，从而误判有雨。这种误判在野外长期监测中尤其常见，尤其是在风沙较大的地区。

 翻斗式雨量计的优点和选择指南

尽管体积庞大，翻斗式雨量计在其他方面却具有无可比拟的优势，特别是在精确度和可靠性方面。它测量高效、灵敏、防护性好，最重要的是准确！它实时准确地记录降水量，不受灰尘和阴影的影响。结合精心设计的翻斗结构和精确的计数系统，即使在恶劣的天气条件下也能保持高精度的测量。翻斗式雨量计通过将每分钟测量的降雨量除以承雨口的横截面积来计算每平方米的降雨量，因此承雨口是计算每平方米降雨量的关键参数。以下是选择翻斗式雨量计时的关键考虑因素：

 1. 雨量计的设计

影响翻斗式雨量计测量精度的一个重要因素就是承雨口，根据国家标准GB/T 21978.2-2014规定，承雨口的设计应满足以下要求：

- 承雨口内径尺寸：200mm，此尺寸可有效收集不同类型的降水（小雨、中雨、大雨、暴雨等），又可避免因口径较小而造成雨水溅出或溢出，保证测量结果的准确性。

- 刀片角度：40°~45°。当刀片角度在此范围内时，可以准确划分所接收的雨水，明确定义雨滴落下的位置，避免产生模糊区域。刀片还有助于最大限度地减少外界因素（例如风、异物）对雨水收集的干扰。

 附言：当雨水落下并接触到边缘时，会根据边缘的形状和设计均匀有序地流入斗内，避免雨水在斗口处不受控制地溅出或扩散，确保每个斗接受到的雨水量相同，为准确测量降雨量提供依据。如果没有边缘，雨水可能会随机流入斗内，导致每个斗收集到的雨水量存在很大差异。同时，切边也有助于最大程度地减少外界因素（如风、异物等）对雨水收集的干扰，也可以防止较大的异物直接进入翻斗内，影响翻斗的正常翻动和测量的准确性。 

-内壁材质及深度：雨水承口应采用不易变形的材料，内壁光滑，深度不小于100mm，以防止雨水受冲击力从雨水承口溅出，影响测量的准确性。

 2. 确保准确性

按照国家标准，翻斗式雨量计的精度分为三个等级，具体如下：

选型应根据实际需要选择合适的准确度等级，特别是对于气象科研等领域，建议选择准确度较高的I级设备。

 3.翻斗式雨量计分辨率的选择

翻斗式雨量计的分辨率分为0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm四种规格，不同的分辨率针对不同的应用场景：

- 0.1mm：适用于气象科学研究，能够捕捉到降雨中极其细微的变化，有助于深入研究天气系统的演变和气候模型的完善。

- 0.2mm/0.5mm：适用于城市防洪监测、农业灌溉指导等日常应用场景，能够满足对降雨大致量级和趋势的需求。

- 1.0mm：适用于对精度要求较低的场景，例如大面积水文监测。

 4.降雨强度测量范围

翻斗式雨量计在0.01mm/min至4.0mm/min的降雨强度范围内应保持较高的测量精度，超出此范围，可能会出现翻斗转动过快或过慢、雨水溅出、残水等问题，影响测量的准确性。

压电式雨量计在0.01mm/min～8.0mm/min的降雨强度范围内保持较高的测量精度。因此，在选择时，重要的是确认设备能在此范围内正常工作，并指定允许通过的最大降雨强度。

 5.翻斗式雨量计内部结构设计

- 单翻斗式雨量计：设计简单，由漏斗和翻斗组成，适用于一般应用场景，易于安装和维护。

- 双翻斗式雨量计：采用两个翻斗，上一个为过渡翻斗，下一个为计量翻斗，可将不同强度的自然降水连续均匀地注入计量翻斗中，提高降水检测的精度，适用于对测量精度要求较高的场合。

 6、翻斗式雨量计工作环境条件

翻斗式雨量计在下列环境条件下应正常工作：

- 温度：0℃~55℃。

- 相对湿度：不大于95%（40℃凝露）

高温、低温、高湿环境均有可能影响雨量计机械部件及电子元件的性能，导致精度下降或发生故障，因此在选型时应确保设备能在预期的使用环境中稳定运行。

 结论

降水观测仪器的选型应根据具体的应用场景和需求综合考虑。翻斗式雨量计以其较高的精度、可靠性和广泛的适用性，成为降水观测的首选，特别是在气象、水文和农业等领域。选型时应重点考虑承雨口的设计、精度等级、分辨力、雨强测量范围、内部结构设计和工作环境条件，确保设备能满足实际需要，提供可靠的测量数据。