横向雨量器的设计及由风引起的降水测量误差订正

横向雨量器的设计及由风引起的降水测量误差订正

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1、第tu卷u期应用气象学报∂²¯qtuo²quusst年x月±×∞≠ƒ°°∞∞×∞≠¤¼usstΞ横向雨量器的设计及由风引起的降水测量误差订正黎明琴任芝花邹耀芳k中国气象科学研究院o北京tsss{tl提要该文提出了横向雨量器的设计原理∀经vs个站z年uq{万多次的坑式雨量器!台站雨量器和横向雨量器的对比观测o证实降水量测量的绝对差值与横向降水量呈一元幂函数关系o相关系数达sq

2、

3、∀在现行的台站观测业务中o只要增加横向雨量器的并行观测o就可对台站雨量器测量的降水量k包括雪量l实施订正∀订正后的精度接近于坑式雨量器的测量精度∀订正方法简便易行o

4、可应用于业务观测∀关键词}横向雨量器降水量订正引言t{世纪中叶o人们发现雨量器安装高度不同测得的值不一样o后来认识到o这是由于自然风场受高出于地面的雨量器的干扰而变形所造成的o这一误差称之为风场变形误差∀一般认为o由于风场变形o普通雨量器对雨和雪的收集率分别偏少uh∗tsh和tsh≈t ∗xsh∀为了消除这一误差o最初人们把注意力集中在研制各种各样的防风圈上o但最终未能把问题解决∀之后找到了坑式雨量器o它能收集到最大的降水量o但由于坑内积水不易排出和观测不便o加之解决不了测雪中的吹雪问题o因此坑式雨量器未能应用于台站业务o而只能用它来作为

5、对比标准∀后来人们又把注意力投放在降水资料的订正上∀国际气象组织和国际水文科学协会从t

6、xx年开始先后组织过多次雨量器的国际对比o以便找到降水资料的订正方法∀在订正方法的研究上o经过各国的共同努力o虽然取得了可喜的进展o但由于引起风场变形误差的作用机制复杂o至今未能开发出适合于业务订正的方法∀在雪量测量上o目前的测雪仪器均不理想∀本文从分析风场变形误差的物理机制出发o得出风场变形误差与横向降水量相关o并设计出了用来测量横向降水量的横向雨量器∀经全国不同地理气候的vs个站z年对比观测o证实了降水量测量的绝对差值与横向降水量相关o且相关系数很

7、高∀t横向降水量和横向雨量器的设计从大气中降落到地面的各种液态或固态的水粒子在其降落的过程中具有矢量的特Ξ本项目得到中国气象局资助o并于t

8、{{年开始实施∀t

9、

10、

11、2ts2us收到ousss2su2tv收到修改稿∀u期黎明琴等}横向雨量器的设计及由风引起的降水测量误差订正t{

12、征o用矢量的方向表示水粒子的降落方向o矢量的长度ΟΡ表示水粒子的水量k如图tl∀我们称矢量的水平分量ΟΡu在降水方向上的投影大小ΟΑ为横向降水量o用式表达为}uΟΑΟΡu#¶¬±ΑΟΡ#¶¬±Αktl式中Α为水粒子的降水角度∀同样o我们称垂直分量ΟΡt在降水方向上的

13、投影大小ΟΒ为纵向降水量o用式表达为uΟΒΟΡt#¦²¶ΑΟΡ#¦²¶Αkul由式ktl和式kul可得ΟΡΟΑnΟΒkvl式kvl表明o水粒子的降水量为横向降水量与图t水粒子的矢量图纵向降水量之和∀实际降水中o降水是由形状!大小各异的水粒子组成o降水角度各不相同o并随时间变化而变化o因此具有普遍意义的公式应为νννΕΟΡι=ΕΟΑι+ΕΟΒιkwlι=tι=tι=tννν式中ΕΟΡι为降水量,ΕΟΑι为横向降水量,ΕΟΒι为纵向降水量∀从式kwl可以看ι=tι=tι=t出o降水量为横向降水量与纵向降水量之和∀我们称一个能够测量横向降水量的

14、仪器为横向雨量器∀横向雨量器所收集到的水量应为ννuΕΟΑι=ΕΟΡ鶬±Αι(x)ι=tι=t由于水粒子的大小!形状各异,加上自然界的风向和风速随时都在发生变化,因此各水粒子的降落方向和降落角度不但不同时刻不会一样,即令同一时刻也不会一样,这就要求雨量器能同时接收来自全方位(sβ∗vysβ)和不同降水角度(sβ∗

15、sβ)的水粒子∀如果能设计出一种仪器,这种仪器收集降水面积随着横向降水量占整个降水量的比例的变化而变化,对每一特定的降水角度Α,且能满足νu仪器的接水面积该降水角度的横向降水量ΕΟΡιΑ¶¬±ΑιtuΘν¶¬±Αkyl普通雨

16、量器的器口面积该降水角度的降水量ΕΟΡιΑιt进而在降水角度sβ∗

17、sβ的范围内o上式也能成立o那这种仪器就是我们所要设计的横向雨量器∀要能够设计出一个完全满足方程kyl的仪器是非常困难的o但我们却可以近似地做到o这只要在普通雨量器收集口的上方的某一高度上安上一个一定尺寸大小的圆形遮雨板k如图ulo就能达到我们的设计目的∀图u中的Ρ为普通雨量器的器口半径,ΚtΡ为遮雨板的半径,Κt为遮雨板的尺寸系数,ΚuΡ为遮雨板离普通雨量器器口的高度,Κu为遮雨板的安装高度系数∀通过计算图u投影圆中Ρ圆非黑影部分的面积与Ρ圆面积的比值o我们可以得到下应

18、用气象学报tu卷t

19、s图u横向雨量器k¤l及其投影计算图k¥l列方程uνtpΚtνutΠnΨ(Ψpu)(ΨpuΚt)(ΨpuΚu#·ªΑ)(z)t{suΠ其中ΨtnΚtnΚu·ªΑuuutpΚ

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