地面测量方法

降雨是最常见的降水形式。通过仪器设备，可以测量得到地面降水量。雨量计是普遍使用的典型仪器，它能够测量连续降雨总的体积：而专门的雨滴测量仪则可以测量所在研究区的雨滴个数和大小；为了测量大范围的降水，人们还发明了时空分辨率很高的地基气象雷达。下面简要地介绍雨量计、雨滴谱仅和地基雷达。

1.雨量计

雨量计是实地测量降雨或降雪的传统仪器，其类型繁多，全世界多达40余种。这些雨量计在容器开口道的大小或距地面的高度等方面，存在着设计上的差异。WMO采用的是英国设计，并推荐其作为国际标准，这种雨量计的开口直径为127mm，高1m。而美国使用的标准雨量计开口直径为203mm，高800mm。

雨量计一般包括承雨器、漏斗、储水器和外壳等部分，常见的雨量计可分为虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计3类。其中，虹吸式雨量计的特点在于利用虹吸原理，将经漏斗汇入浮子室内的雨水排入储水瓶。浮子室内装的浮子带动自记笔，记录雨量，测量范围为0～10mm，测量误差0.05mm，降水强度测量范围为0～0.4mm/min。翻斗式丽量计的特点在于雨水在承水器汇集，通过滴嘴及下端引流管注入其中一个翻斗；当该翻斗翻倒后，另一半翻斗接纳汇感元件测量储水器的重量变化，雨量分辨喜为心品量计的特点在于采用高精度压力传学为001mm，精度为0.1mm，降水强度测量范围为0.1-30.0mm/min。

目前使用的各种雨量计普遍低估了实际降水量，平均偏低9%。造成这种现象的主要原因在于：雨量计与大气之间存在着相互作用，在雨量计开口处存在着空气湍流，它通过影响开口处的水分蒸发而降低测量的精准度。雨量计内壁的湿润状况和内部蒸发，仪器内外的水分泼酒和风吹雪等因素都会造成测量误差。

要利用雨量计来准确地反映降水的时间和空间分布特征，需建立足够密集的雨量计观测网络。单个雨量计的设置取决于多种因素，主要包括数据的可获取性、仪器维护的难易程度和所在观测地区的地形条件。雨量计网络的设置也取决于多种条件，网络内雨量计的总数和位置分布等都会影响观测的精准度。其中，最小网络密度取决于观测目的、观测区域的地理特征、降水观测频度要求以及经济条件等因素。Rodda（1969）总结了网络设计中存在的问题及其解决方案，提出了3个不同等级的网络。一级网络为国家级，主要用于水资源评估、风暴监测和国家数据库建设；二级网络为区域或流域级，按流域或区域区分，是一级网络的补充形式，主要为地区性规划等提供更详尽的信息；三级网络为地方级，主要为满足地方性水资源管理等服务。各个等级的网络设计，并不需要相同。实际上，一个完整的雨量计网络应包含来自这三级网络的各个部分。目前许多国家都拥有自己的雨量计观测网络。WMO通过全球通信网络系统（GTS），将来自全球各雨量计的降水信息向外发布，构成世界上最大的雨量计网络。

2.雨滴谱仪

雨滴谱，又称雨滴尺度分布，是单位体积内各种大小雨滴的数量随其有效直径的分布。雨滴谱的谱型反映了降水的物理特征，对于认识云内降水形成机制、云内辐射传输过程、提高微波反演降水精度等具有重要意义。为认识雨滴的分布规律，人们先后发明了很多技术手段来观测雨滴谱。早期的雨滴谱测量方法包括滤纸色斑法、面粉团法、快速摄影法等，这些测量方法过程繁琐，普遍存在精及二作量大、实时性差等问题。随着光电技术的发展，人们设计出多种雨滴谐仪，实现南滴谱的自动化测量。Clardy 和Tolber（1961）第一次提出利用光电管来测量雨滴的木小和速度、根据雨滴谱仪工作原理的不同，可以将雨滴谐仪分为光学雨滴谱仪、冲击型雨滴谱仪和声学雨滴谱仪等。

请渠华雨滴语仪是基于最光投术的新一代检子测症器，它主要由发射机、接收机以及具有控制、运算和存储功能的电路部分组成。其基本测量原理是由发射机发射光来，由接收机负责接收当激光光果经过发射机与接收机之间的采样区域时，由干此时降密雨高的版射、吸收、最射、新射等作用，激光光来会发生变化，在接收机转化为电信最数据处理系统根据激光信号的这种变化，推算出降水粒子的种类、大小和速率等特征参量，也可以据此施确地推算出降水强度和降水量。从测量能力来看，所直接测量的粒径范围为025-25mm，粒子速率范围为01-20m/s，降水强度范围为001～99.99mm/hr，降水动能范围为0-99.999Nm2/ hr 3，降水量范围为0.01-99999.99mm，雷达反射率范围为-9.999-99.999dBZ。光学雨滴谱仪可采用不同的波长来测量雨滴，例如紫外线、可见光、红外波段等。就目前来看，光学雨滴谱仪是所有雨滴谱仪中最为敏感、最为精确、最为可靠的测量仪器。冲击型雨滴谱仪主要由传感器、数据处理器和电缆等组成。其基本测量原理是当传感器暴露在而中时，雨滴降落冲击到它的敏感表面时，会产生电脉冲，脉冲振幅和降重置经之间存在着固定的关系。数据处理器根据脉冲信号将雨滴分为多个粒危等级，从而品录商演的大小，进而得到降雨强度曲线和降雨量。冲击型雨滴谱仪普遍存在着雨滴采样偏小的问题，也不能区别粒径大于5mm的雨滴，不宜用于观测大雨滴。Kinell（1976）特出，根据雨滴冲击力来测量雨滴大小，受雨滴大小、降落速度和雨滴形状等因素的影响。对以未速度降落的雨滴和以明显较低速度降落的雨滴来说，计算得到的降雨量易于出现高估或低估。加上大气运动会影响雨滴速度和雨滴形状，从而导致观测值存在较大误差。

声学雨滴谱仪最初设计用于测量海洋降雨。它采用一定面积的水体作为采样区间，当雨滴击打水面时，产生声音但历时非常短。不同大小的雨滴产生不同大小的声音，根据声场变化从而测量雨滴谱。声学雨滴谱仪的最大障碍是滞留空气导致阻尼运动，较小雨滴产生的声场极易被风抑制；同时这种雨滴谱仪在采样时存在重叠误差，可能会高估降水量。目前市场上还没有标准的声学雨滴谱仪。

虽然雨滴谱仪能够精准地测量雨滴的大小和速度等特征参量以及降水强度和降水量等指标，但是这类仪器价格昂贵，维护成本高，目前还多用于科学研究，在实践中尚未像雨量筒那样得到广泛的普及，因此也尚未形成全球性观测网络。

3.地基天气雷达

单个雨量计或雨滴谱仪只能测量某个地点的降水量或降水粒子谱信息，而地基天气雷达则可测量一定空间体积内瞬时雨滴的大小分布。天气雷达的空间分辨率一般为1~2km，体扫描时间为10min。虽然天气雷达观测也属于单点定位观测，但它可以提供较高频率的降水分布数据，且空间覆盖范围广达数百平方千米，这种特性使其在空间降水观测方面具有极其强大的吸引力。利用多个天气雷达进行联合观测，可获得比雨量计观测网络更为精细的降水时空分布信息。