CN112858608B - 一种雾凇强度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种雾凇强度测定方法属于水文气象监测领域，尤其是一种利用重力原理测定雾凇强度的方法。包括：一种雾凇强度和气象因子测定装置，以及采用这种装置进行测量的方法；所述的装置包括：固定锚索，风速仪，测量终端，标准雾凇悬挂枝条；采用以上装置的测定方法，包括测量系统校正，安装位置选择，安装枝条选择和修剪，本发明具有以下效果：1、提供了一种新型的雾凇测量装置和方法，可以对雾凇的形成过程进行长时间序列，高采样时频率的观测；2、雾凇捕获组件的标准化，可减少由于附着材料、形状等差异带来的测定误差，不仅可计算单位重量雾凇强度，可获取单位面积雾凇强度数据。
Description
技术领域：
本发明一种雾凇强度测定方法属于水文气象监测领域，尤其是一种利用重力原理测定雾凇强度的方法。
背景技术：
雾凇俗称树挂，有粒状雾凇和晶状雾凇。粒状雾凇是过冷却雾滴碰到冷的地面物体后迅速冻结成粒状的小冰块，结构较为紧密，粒状雾凇往往在风速大，气温为-2到-7℃时出现。雾凇在小兴安岭、黄山等地已经成为一种重要的旅游资源，然而雾凇的形成受到各种自然和人为因素的影响，如水文气象条件、水温、冰情，以及水电站建设和运行情况等。为更好地掌握雾凇形成规律，雾凇强度及影响因素的监测必不可少。然而，关于雾凇强度的测定，目前尚无成熟可直接应用的方法。
目前，关于雾凇的研究主要包括：雾凇形成气候条件及预报(吴有训、王进宝、王克勤等，黄山光明顶雪、雨凇和雾凇的气候特征研究，气象科学，1999；CN201710996151；CN201510112877)，雾凇对土壤水分(尹本丰、张元明、陶冶，白梭梭(Haloxylonpersicum)灌丛下雾凇的散布格局及其对土壤含水量的影响，中国沙漠，2015)、水文过程(郑新军、李嵩、吴林峰等，古尔班通古特沙漠灌丛雾凇的生态水文学效应，冰川冻土，2012)的影响、人造雾凇方法(CN201810200167、CN201810204545、CN201510159926、CN201520235391、CN201520508074)、电线防雾凇装置(CN201520970033)，而关于雾凇强度的监测尚无报道。相似研究有利用输电线路覆冰情况分析输电线路覆冰强度的研究(郭昊、刘沛清、屈秋林等，输电线雾凇覆冰的工程估算方法，高电压技术，2011；覆兴良、孙才新，三峡地区导线覆冰的特性及雾凇覆冰模型，重庆大学学报，1998)。
目前雾凇强度观测措施尚无报道，而输电线路雾凇影响度观测存在以下缺陷：
1、输电线结构和材料相对简单，而测定方法基于雾凇或者冰体厚度或重量测定，准确性有待改进，不适合用于雾凇强度观测。
2、只能进行单点、单个时段监测，如需开展大范围、高频监测则需要的人力、物力较大，因而在分析雾凇强度变化规律和雾凇形成影响因素分析研究中的应用受到限制。
发明内容
为了方便在水文气象观测中准确获取多个位置的雾凇情况，为雾凇的监测和观赏提供实时数据。本发明提供了一种雾凇强度及气象因子测定方法，包括一种雾凇强度和气象因子测定装置，以及采用这种装置进行测量的方法。
具体而言，上述的测定装置包括：固定锚索，风速仪，测量终端，标准雾凇悬挂枝条；
所述的固定锚索上部悬挂在待测位置，下端通过锁扣式挂钩挂接风速仪，风速仪下端设置挂钩挂接测量终端，测量终端下方设置锁扣式挂钩挂接标准雾凇悬挂枝条；
所述的测量终端外观为直角三棱锥形状：包括一个直角三棱锥框架和四个外表面；
其中三个外表面为三个直角三角形，三个直角三角型的直角顶点共用为直角三棱锥的顶点，组成测量终端的顶盖，一个等边三角型组成测量终端的底盖；
所述的三个直角三角型构成的顶盖为两层结构，外层为太阳能电池板，内层为保温层；
所述的顶盖的每一个面都通过螺丝固定在直角三棱锥框架上；
所述的底盖为单层结构，设置为保温层；
所述的三棱锥框架顶端固定一个用来连接风速仪下端的挂钩；
所述的底盖中心设有一个小孔，小孔伸出一个挂接标准雾凇悬挂枝条的挂钩；上述的挂钩上端连接在重力传感器上，上述的重力传感器实时采集标准雾凇悬挂枝条的重力；
所述的底盖与顶盖相互扣合，底盖用螺丝固定在三棱锥框架上；
所述的三棱锥框架内固定一个平台支架；
所述的平台支架上面承载MCU处理器、通讯模块、蓄电池；
所述的平台支架下面固定重力传感器，重力传感器下面连接挂钩；
所述的标准雾凇悬挂枝条是指：在一个测量系统中采用完全相同的枝杈形状和相同的材质，主枝数为1，1级分枝数不少于4二级分枝数不少于8；1级分枝朝向相反的4个方向。
以上各装置由蓄电池统一供电。风速和重力数据回传到MCU处理器，经通讯模块回传到测量中心站。
采用以上装置，本发明提供一种雾凇强度测定方法，一次布设可实时、动态监测雾凇强度，为雾凇形成机制及影响因素研究提供基本技术手段和方法。
具体而言本发明包括以下步骤：
1、测量系统校正
11，基本重力较正：将装置悬挂在试验室的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇12小时，每小时将标
准雾凇悬挂枝条取出进行称重，校正重力传感器数值；
22，风速校正：将装置悬挂在试验实的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇6小时，每小时采用不同风速对整个装置进行吹动，完成风速重力校正表。
表1风速重力校正表
2、确定装置安装位置：在选择装置安装位置时，需要在雾凇形成时观察雾凇空间分布情况，根据研究需要可以选择不同地点设置强度观测设施，选定设置地点后需要根据安装要求选择可承重向阳枝条安装装置；
3、选定安装枝条后，需要将选定枝条及周围枝条修剪，具体原则为：需使重量和风速重力感应及传输系统安装后垂直地面，日间装置太阳能板可充分接受阳光照射，保证系统供电正常，安装完成后装置周围30cm范围内无枝叶，避免大风天气时枝叶剐蹭装置产生损坏；
4、根据实际需要，在需要测定雾凇强度的地点，设置3-5个点，安装雾凇强度和气象因子测定装置。
本发明的有益效果如下：
1、提供了一种新型的雾凇测量装置和方法，可以对雾凇的形成过程进行长时间序列，高采样时频率的观测；
2、雾凇捕获组件的标准化，可减少由于附着材料、形状等差异带来的测定误差，不仅可计算单位重量雾凇强度，更重要的是可获取单位面积雾凇强度数据。
3、重量和风速重力感应及传输系统将雾凇且强渡观测过程自动化，仅需要做部分数据校正工作，便可获取长时间序列雾凇观测数据，将此数据与连续观测气象、水文数据相匹配后可为雾凇影响因素研究提供良好数据基础。
附图说明
图1为本发明一种雾凇强度和气象因子测定装置示意图；
图2为本发明一种雾凇强度和气象因子测定装置框架结构示意图；
图3为本发明一种雾凇强度和气象因子测定装置框架结构及其外壳炸开示意图；
图4为本发明一种雾凇强度和气象因子测定装置内部装置布置示意图。
具体实施方式
实施例1
一种雾凇强度和气象因子测定装置。
具体而言，上述的测定装置包括：固定锚索1，风速仪2，测量终端3，标准雾凇悬挂枝条4；
所述的固定锚索1上部悬挂在待测位置，下端通过锁扣式挂钩挂接风速仪2，风速仪2下端设置挂钩挂接测量终端3，测量终端3下方设置锁扣式挂钩挂接标准雾凇悬挂枝条4；
所述的测量终端3外观为直角三棱锥形状：包括一个直角三棱锥框架33和四个外表面；
其中三个外表面为三个直角三角形，三个直角三角型的直角顶点共用为直角三棱锥的顶点，组成测量终端的顶盖，一个等边三角型组成测量终端的底盖；
所述的三个直角三角型构成的顶盖为两层结构，外层为太阳能电池板31，内层为保温层32；
所述的顶盖的每一个面都通过螺丝固定在直角三棱锥框架33上；
所述的底盖34为单层结构，设置为保温层；
所述的三棱锥框架33顶端固定一个用来连接风速仪2下端的挂钩；
所述的底盖34中心设有一个小孔，小孔伸出一个挂接标准雾凇悬挂枝条4的挂钩；上述的挂钩上端连接在重力传感器39上，上述的重力传感器39实时采集标准雾凇悬挂枝条4的重力；
所述的底盖34与顶盖相互扣合，底盖34用螺丝固定在三棱锥框架33上；
所述的三棱锥框架33内固定一个平台支架37；
所述的平台支架37上面承载MCU处理器38、通讯模块36、蓄电池35；
所述的平台支架37下面固定重力传感器39，重力传感器39下面连接挂钩；
所述的标准雾凇悬挂枝条4是指：在一个测量系统中采用完全相同的枝杈形状和相同的材质，主枝数为1，1级分枝数不少于4二级分枝数不少于8；1级分枝朝向相反的4个方向。
以上各装置由蓄电池35统一供电；风速和重力数据回传到MCU处理器38，经通讯模块36回传到测量中心站。
采用以上装置，本发明提供一种雾凇强度测定方法，一次布设可实时、动态监测雾凇强度，为雾凇形成机制及影响因素研究提供基本技术手段和方法。
实施例2
吉林雾凇主要出现在丰满坝下到雾凇岛约70m范围的沿线区域，丰满大坝的修建可能对雾凇产生影响。在70km范围内，在雾凇形成地带的核心区，坝下35km处设置样地进行监测系统布设。
采用实施例1装置，本发明提供一种雾凇强度测定方法，一次布设可实时、动态监测雾凇强度，为雾凇形成机制及影响因素研究提供基本技术手段和方法。
具体而言本发明包括以下步骤：
1、测量系统校正
11，基本重力较正：将装置悬挂在试验室的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇12小时，每小时将标
准雾凇悬挂枝条取出进行称重，校正重力传感器数值；
22，风速校正：将装置悬挂在试验实的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇6小时，每小时采用不同风
速对整个装置进行吹动，完成以下测量表：
表2风速重力校正表
2、确定装置安装位置：在选择装置安装位置时，需要在雾凇形成时观察雾凇空间分布情况，根据研究需要可以选择不同地点设置强度观测设施，选定设置地点后需要根据安装要求选择可承重向阳枝条安装装置；沿河流垂直方向，按照离河远近选择合适树木设置三个监测点，三个监测点离河流的距离分别约为0m、100m、200m；
3、选定安装枝条后，需要将选定枝条及周围枝条修剪，具体原则为：需使重量和风速重力感应及传输系统安装后垂直地面，日间装置太阳能板可充分接受阳光照射，保证系统供电正常，安装完成后装置周围30cm范围内无枝叶，避免大风天气时枝叶剐蹭装置产生损坏；根据树形、枝条方向，选择悬挂枝条，并将枝条修建，清除周围枝叶；
4、将雾凇强度测定装置悬挂在树枝上，并确保装置处于水平状态，在装置下部安装标准雾凇悬挂枝条4；
5、接通电路，远程设置MCU发送信号时间间隔，开始记录；
6、测量结果根据表2对应关系插值获得最接近的无风雾凇重量，并分析前后重量连续性，判定雾凇脱落情况。
Claims (4)
1.一种雾凇强度及气象因子测定方法，其特征在于：包括：一种雾凇强度和气象因子测定装置，以及采用这种装置进行测量的方法；
所述的测定装置包括：固定锚索，风速仪，测量终端，标准雾凇悬挂枝条；
所述的固定锚索上部悬挂在待测位置，下端通过锁扣式挂钩挂接风速仪，风速仪下端设置挂钩挂接测量终端，测量终端下方设置锁扣式挂钩挂接标准雾凇悬挂枝条。
2.根据权利要求1所述的一种雾凇强度及气象因子测定方法，其特征在于：所述的一种雾凇强度和气象因子测定装置的测量终端外观为直角三棱锥形状：包括一个直角三棱锥框架和四个外表面；
其中三个外表面为三个直角三角形，三个直角三角型的直角顶点共用为直角三棱锥的顶点，组成测量终端的顶盖，一个等边三角型组成测量终端的底盖；
所述的三个直角三角型构成的顶盖为两层结构，外层为太阳能电池板，内层为保温层；
所述的顶盖的每一个面都通过螺丝固定在直角三棱锥框架上；
所述的底盖为单层结构，设置为保温层；
所述的三棱锥框架顶端固定一个用来连接风速仪下端的挂钩；
所述的底盖中心设有一个小孔，小孔伸出一个挂接标准雾凇悬挂枝条的挂钩；上述的挂钩上端连接在重力传感器上，上述的重力传感器实时采集标准雾凇悬挂枝条的重力；
所述的底盖与顶盖相互扣合，底盖用螺丝固定在三棱锥框架上；
所述的三棱锥框架内固定一个平台支架；
所述的平台支架上面承载MCU处理器、通讯模块、蓄电池；
所述的平台支架下面固定重力传感器，重力传感器下面连接挂钩。
3.根据权利要求1所述的一种雾凇强度及气象因子测定方法，其特征在于：所述的一种雾凇强度和气象因子测定装置中所述的标准雾凇悬挂枝条是指：在一个测量系统中采用完全相同的枝杈形状和相同的材质，主枝数为1，1级分枝数不少于4二级分枝数不少于8；1级分枝朝向相反的4个方向。
4.根据权利要求1所述的一种雾凇强度及气象因子测定方法，其特征在于：所述的采用这种装置进行测量的方法包括以下步骤：
a.测量系统校正
a1，基本重力较正：将装置悬挂在试验室的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇12小时，每小时将标准雾凇悬挂枝条取出进行称重，校正重力传感器数值；
a2，风速校正：将装置悬挂在试验室 的雾凇模拟仓中，连续生成雾凇6小时，每小时采用不同风速对整个装置进行吹动，完成测量表；
b.确定装置安装位置：在选择装置安装位置时，需要在雾凇形成时观察雾凇空间分布情况，根据研究需要可以选择不同地点设置强度观测设施，选定设置地点后需要根据安装要求选择可承重向阳枝条安装装置；
c.安装枝条选择和修剪，需要将选定枝条及周围枝条修剪，具体原则为：需使重量和风速重力感应及传输系统安装后垂直地面，日间装置太阳能电池可充分接受阳光照射，保证系统供电正常，安装完成后装置周围30cm范围内无枝叶，避免大风天气时枝叶剐蹭装置产生损坏；
d.根据实际需要，在需要测定雾凇强度的地点，设置3-5个点，安装雾凇强度和气象因子测定装置。
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