激光雨滴谱仪在降雨量和降雨强度测量中的应用

摘要

激光雨滴谱仪是一款监测降雨量、降雨强度等方面的专业仪器，主要应用于交通控制、气象监测、科学研究、机场观测系统、水文地理学等应用领域。激光雨滴谱仪可以监测区分下落中的毛毛雨、大雨、冰雹、雪花、雪球以及各种介于雪花和冰雹之间的降水。

本研究中，激光雨滴谱仪测量的降雨量与集水式雨量筒比较，降雨强度与Pluvio (OTT)称重雨量计比较。

简介

随着极端降雨事件的发生越来越频繁，对于降雨强度的监测变得越来越重要。许多情况下，并非是由于巨大的降雨总量破坏自然或建筑物，而是由于短时间内强大的降雨强度。所以对于降雨强度的监测对于精确计算沟渠或河道的排水系统显得至关重要。

激光雨滴谱仪目前应用于德国气象局的监测网络中。除此之外该仪器还可以提供雨滴的大小以及降雨强度等数据。这对所有即时监测的应用中将具有重大意义，因为其光学原理的测量保证了输出的数据没有任何时间上的延迟，并且因为其非接触式的测量避免了许多接触式测量（如雨量计）的不足，如蒸发作用或雨量计管壁的持水作用。由于其低至0.001mm/h的监测限，激光雨滴谱仪在降雨强度较低时比普通集水式雨量筒测量更精确。

本研究的目的是量化激光雨滴谱仪在野外监测降雨强度和降雨总量方面的精度。

试验设置

本试验在德国中部的Wasserkuppe气象监测站内进行，试验地点海拔950m。试验点有一个24小时人工测量的气象站，和全球气候中心（GPCC）的一个参比试验点。后面是德国全球气候研究计划（WCRP）和全球气候监测系统（GCOS）

试验地的另一部分根据需要安装了很多传感器，所有的数据同时记录。所有记录的数据用于比较。

激光雨滴谱仪

激光雨滴谱仪应用激光原理，测量雨滴从激光发射窗口下落时的大小和垂直速度，测定对象最小直径达到 0.16mm，测量区域46 cm²。

图1：激光雨滴谱仪：正方形的盒子包含了激光二极管及所有电子元件，接收器安装在其对面。在图的左下角有一个Pluvio公司的称重式雨量计作为降雨强度才参比。

参比雨量计

图2：Wasserkuppe试验站。（1）处安装一个WMO（世界气象组织）推荐的Hellmann雨量计作为降雨总量的参比。（3）处安装一个标准雨量筒，旁边（2）处一个DFIR红外探测器，3个激光雨滴谱仪和参比称重雨量计安装在20m外的（4）处。

试验结果与结论

应用激光雨滴谱仪测量的降雨量的数据较参比雨量计的数据大，这是由于激光雨滴谱仪的分辨率比普通集水式雨量筒低，能记录强度较低的降雨所致。

激光雨滴谱仪测量降雨强度的时间响应非常理想，这在需要即时数据时显得非常实用。

激光雨滴谱仪具有非常低的分辨率（0.001mm/h），即使在非常低的降雨强度下也能记录降雨过程，而传统的集水式雨量筒不能实现。因此激光雨滴谱仪能补充在低降雨强度下传统雨量筒的不足。