《欧洲计量创新和研究计划(EMPIR)项目开发了非捕获式降水量计量器具的校准方法》

  • 来源专题:计量基标准与精密测量
  • 编译者: 张宇
  • 发布时间:2024-09-14
  • 该项目的工作确保了那些无法使用既定方法校准的降水量计量器具的可追溯性。

    大气降水,最常见的形式是雨或雪,对日常生活有着深远的影响,从交通和生产力到娱乐和个人安全。它还被世界气象组织(WMO)定义为基本气候变量,因此其测量和特征描述对于研究气候变化的影响至关重要。

    用于测量降水的最常见仪器是捕获型计量器具,它们通过物理方式收集降水以确定体积(例如,翻斗式雨量计)或质量(例如,称重式雨量计)。然而,由于直接暴露在自然环境中,这些仪器会受到恶劣环境条件的影响(例如极低的温度或大风),因此需要经常维护。此外,这些器具可能会由于雨滴粘附在仪器的收集漏斗上而低估了实际降水量。

    非捕获型计量器具(如光学雨滴谱仪)它们不是直接收集降水,而是通过“感应”降水,因此受这些问题的影响较小,并且除了降水强度之外,还能提供额外的信息,如雨滴大小、分布和能见度。由于它们不需要与环境直接接触,因此也非常适合在偏远地区或自动气象站使用。

    然而,由于非捕获型计量器具不收集降水,因此无法使用参考流速或流量和时间的可追溯标准品进行校准。相反,需要用已知的液滴大小、频率和下落速度来重现降雨事件的特征。这意味着非捕获型计量器具一直没有可用的可追溯校准技术。

    EMPIR项目基于非捕获型计量器具测量液态/固态大气降水的校准和准确性(18NRM03,INCIPIT)开发了用于非捕获式降水量计量器具的可追溯校准方法,专门用于可以纳入 CEN 和 ISO 标准的形式来实施。这里面包括对 CEN/TC 318/WG 12(降雨强度)和 ISO/TC 113(水文测量)的估算。

    该项目开发了三种雨滴发生器,用于非捕获型计量器具的校准。

    第一种由丹麦指定机构 DTI 开发,能够生成直径从 0.2 毫米(使用平头针)到 7 毫米(使用特制喷嘴)的液滴。第二种由热那亚大学

    (UNIGE) 开发,使用高精度注射泵产生直径在4.5 mm 到 20 mm 之间的液滴,然后使用高分辨率相机进行测量。第三个由比利时国家计量研究所 (SMD) 设计,使用蠕动泵和不同的喷嘴几何形状来产生直径在 2.2 mm 到 4.9 mm 之间的液滴。

    DTI 的雨滴发生器已成功用于实验室和现场测试的校准测量,而 UNIGE的雨滴发生器现在在 UNIGE 雨量计实验室运行,主要用于研究和提高用户对气象测量中可追溯性重要性的认识。SMD的雨滴发生器用于实验室内测试。

    该项目在瑞士 Payerne 和意大利 Vigna di Valle 的两个 WMO 认可的现场测试点进行了实验室和现场的测量活动。在瑞士,DTI 和 UNIGE 雨滴发生器被用来验证一台激光测距仪。该装置还使用了 INRiM 开发的专用结构,允许液滴从 10 米处垂直落下,穿过仪器的感应区域而不受风力偏转。在意大利,UNIGE 发生器被用于验证一台光散射测距仪。

    这是第一次进行这种现场和实验室验证。

    该项目为 CEN 技术报告 CEN/TR 17993:2023“非捕获式降雨测量仪器的校准和准确性”和欧洲标准 CEN/prEN 18097:2024 草案“水文测量 - 降水强度测量 - 非捕获型雨量计的计量要求和测试方法”都做出了贡献。

    该项目已经发表了多篇论文,包括发表在《气象应用》期刊上的“非捕获型降水测量仪器的校准:综述”和发表在《传感器》期刊上的“非捕获型降水量计的校准不确定性”。

    项目协调员 Andrea

    Merlone (INRiM) 在谈到该项目的工作时说:

    “非捕获和非接触式仪器在环境测量中的应用越来越普遍,计量学界也迅速响应并为这些新兴技术建立了可追溯性服务。INCIPIT 是一个规范性项目,起源于更广泛的MeteoMet项目‘家族’中,参与其中的各个国家计量机构和指定的研究所以独特的方式直接参与了气候、农业和水文保护等基本测量领域:降水。该项目在技术开发和测试的仪器校准等最佳实践方面的成果,立即以发布新标准和指南的形式直接传达给了用户社区。该项目成果还吸引了制造商的兴趣,他们的使命是通过更好地了解自己的测量能力来提供不断完善的系统。

    这个EMPIR项目由欧盟的地平线2020研究和创新计划以及EMPIR参与国共同资助。

  • 原文来源:https://www.euramet.org/publications-media-centre/news/news/empir-project-develops-calibration-methods-for-non-catching-precipitation-gauges
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