降水天气现象系统

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降水天气现象系统

使用说明书

一、前言

天气现象是指发生在地面和地面以上的大气或与大气相关的物理过程。它包括降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其它现象等,这些现象都是在一定的天气条件下产生的,是各要素变化的综合结果,与人们生产生活密切相关,是气象地面观测的基本内容之一。

目前,除常规气象要素(温度、湿度、风速、风向、气压、雨量等)实现了仪器自动观测外,《地面气象观测规范》(2003年)规定的34种天气现象(分为降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其他现象)的观测还主要以人工观测为主,存在着主观性强,观测频次低等弊端。实现天气现象自动观测,将改变我国目前地面观测人工观测和仪器观测并行的局面,明显提高地面观测质量,为预报服务提供更多有价值的气象信息和观测产品,是实现气象观测自动化的重要任务。

根据《天气现象种类的调整说明》定义的31种天气现象分别为:

降水现象(9种):雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、冰

雹、冰粒

地面凝结现象(5种):露、霜、雨凇、雾凇、结冰

视程障碍现象(9种):雾、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙、

浮尘

雷电现象(2种):雷电、极光

其他现象(6种):大风、飑、龙卷、尘卷风、冰针、积雪

本套设备的观测类型为降水天气现象。

二、探测原理

降水天气现象系统通过雨感器结合能见度、温度、湿度、气压、风、冲击式测雨的数据综合判定降水的类型。

本套设备的传感器是由HY-35P和WXT520组成。HY-35P的主体结构是前散式能见度仪,其上加装了雨感器,构成见图2.1。WXT520是一台小型气象自动站,他的探测项目是:温度、湿度、气压、风向、风速、降水,需要说明的是其测风采用的是二维超声,测量降水采用的是冲击传感器,对冰雹的测量很敏感。

安装WXT520的主要目的是提供气象的基础数据和测量冰雹。降水的测量主

要依赖雨感器。下面介绍HY-35P的雨感器的工作原理,其安装位置见图2.1 。

图2.1 HY-35P整体结构图

雨感器的工作原理是通过两组密集的电梳对其表面物质的介电系数的改变使其内部相应震荡电路的频率发生改变,测量电路的输出频率达到测量表面含水量,进而测量降水。探测表面经过细致的设计和加工,内含加热电路,并且表层具有亲水特性;定时的加热可以恢复探测的灵敏度和电路的复位,可以灵敏的测量表面吸附水汽的量、降水的测量,降雪到其表面融化后也被测量。下面是雨感器的结构示意图2.2,为了增加对空间的敏感性其有两个探测面,交角90°,呈现不同方向的两个“下坡”,有降水时可以自然流过探测表面。

图2.2 雨感器原理图

HY-V35P前向散射式能见度仪由发射器、接收器、电源/控制器和机架等部

分组成。探测原理见图2.3和2.4.

发射器装置由红外线LED、控制和触发电路、红外线强度传感器(光二极管)和反向散射信号强度传感器(光二极管)组成。变送器装置以2kHz的频率使红外线LED产生脉冲波。光二极管监控发射光强度,测量的变送器强度用于自动使红外线LED的强度保持为预设值。“LEDI”反馈电压由CPU监控,以获取有关红外线LED的老化情况和可能的缺陷的信息。反馈回路对红外线LED的温度和老化效应进行补偿。另一方面,主动补偿会略微加速红外线LED老化。因此,初始LED电流设置为一个值,这可确保装置运行几年而无需维护。额外的光二极管测量从镜头、其他对象或污染物向后散射的光,此信号也由CPU监控。

温度传感器是固定到横臂上的Pt100热敏电阻。使用高精度A/D转换器,每分钟测量一次温度。

光接收器由PIN光二极管、前置放大器、电压到频率转换器、反向散射测量光源LED以及一些控制和定时电子器件组成。接收PIN光二极管检测从采样空气柱内悬浮颗粒散射且被镜头聚焦(特定方向的散射光)的光脉冲。信号电压由与变送器同步的相敏锁定放大器进行过滤和检测。高达30kcd/m2的环境光照水平不会影响光二极管的检测,也不会使前置放大器饱和。

发射器通过红外发光管,产生红外光通过镜头在大气中形成接近平行的光柱。接收器将采样区内大气的特定方向的前向散射光汇集到光电传感器的接收面上,并将其转换为与大气能见度成反比关系的电信号。此信号经处理后送至控制器的数据采集板.经CPU取样和计算得到采样区内大气的特定方向的前向散射光的强度值,由此估算出总的散射量(与仪器的结构决定的采样角度有关),从而得到透过量,由此计算得到大气能见度的值。

图2.3前向散射式能见度仪探测原理图

图2.4 光学测量示意图

三.设备构成【含:浇筑水泥地基的要求】实物的照片如下图3.1所示。

图3.1 设备实物照片

降水天气现象系统安装时有以下几部分:

●浇筑水泥地基(含预埋螺栓),中心可以有走线孔,直径不小于20mm即

可。图纸见本文最后的附件1,需要指出的是对于可能有台风波及的地区地基的深度由原设计的400mm增加到600mm。

●立杆

●采集器机箱

●上部的HY-35P能加度传感器

●上部的WXT520小型自动气象站。

四.设备安装步骤

设备的安装时应按照以下步骤完成:

●按照附件1图纸的要求建造地基。

●开箱取出立杆,竖起立杆到预埋螺栓上,紧固地脚螺钉。

●安装HY-35P能见度传感器。

●安装WXT520感器。

●安装采集器机箱。

●连接HY-35P到机箱的电缆。

●连接WXT520到机箱的电缆。

●铺设与外部连接的电缆,有两根电缆,一是数据的输出电缆,一是~220V

供电电缆。

●连接机箱到外部的信号输出电缆,为3芯带屏蔽的信号缆

●连接外部输入到机箱的~200V 供电电缆。

●连接内部插头,开始测试设备。

五.设备使用维护注意事项

●WXT520安装

安装时注意机体上的方向箭头指向北的方向,保证输出风向数据的准确。

●HY-35P选择位置

为能见度传感器HY-V35P找到一个合适的位置对于获得有代表性的环境测量值很重要。该位置应代表一般关注区域。

对HY-V35P的位置的主要要求如下:

HY-V35P所在位置的测量值应代表周围的天气情况。

-HY-V35P的理想位置是距所有大型建筑以及其他产生热量和挡住降水水滴的建筑物至少100m处。避免树的阴影,因为树可能会导致小气候变化。

所在位置应没有会干扰光学测量的障碍物和反射面,并且没有

明显的污染源。

- 建议在变送器和接收器装置的视线中不要有障碍物(请参见图 5.1)。如果变送器光束从障碍物反射回接收器装置,则传感器将指示MOR值太小,这是因为无法将反射的信号与实际散射信号区分开来。可以通过旋转传感器横臂检测到反射光。任何反射光都随横臂方向变化而变化,并且能见度读数也会相应变化。

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