水面降雨强度测量装置制造方法及图纸

水面降雨强度测量装置，涉及一种水面降雨强度的测量。提供一种基于ＤＳＰ数字采集系统，具有较高抗干扰性、低自噪声、高可靠性、高带宽、数据海量存储等优点的水面降雨强度测量装置。设有密封仓、密封仓浮子、水听器、水听器浮子和电路。采用分频段利用水下雨声谱的形状，结合最小二乘法和非线性方法反演水面降雨强度；根据雨声谱在频段１５～３０ｋＨｚ的对数线性变化规律，将降雨类型分成无雨、小雨、大雨；采用Ｓ型增长模型研究小雨过程的雨声谱规律，量化小雨过程的降雨强度；采用对数线性模型，研究大雨过程的雨声谱规律，利用雨声谱的低频段２～１０ｋＨｚ和对数模型中的参量值量化大雨过程的降雨强度。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水面降雨强度的测量，尤其是涉及一种基于雨声谱的水面降雨强度测量装置。
技术介绍
降雨是重要的气候因子，海面上的降雨在地区和全球热收支及水收支中起着主要 作用。气候学家希望获取海面上的降雨强度，以了解每次降雨所释放的潜热。在海洋科研 调查中，一般需要相应的气象辅助信息，然而，因没有适合于海上的降雨强度测量仪器，使 得历次的海洋调查中往往缺少降雨强度这一重要气象要素。此外，雨水降落至海面上会在 水中产生声音，成为影响海洋环境背景噪声级的一个重要噪声干扰源，因此海洋学家为了 评估和改善海上的声纳性能，收集海面降雨强度并了解海面降雨强度对水下声谱的影响， 也是十分必要的。水面上的降雨强度，特别在开阔海面上的降雨强度难于测量。首先，在陆地上通 常使用的雨量计不再有效。其次，船载常规雨量计受海水飞沫、平台稳定性、船舶诱导风 的影响，精确的雨量测量数据很少。第三，卫星遥感(如TRMM遥感器)是获得全球海上 降雨强度统计的较有效方法，它虽能够提供大尺度的空间覆盖，但由于降雨具有很强的时 空不连续性，因此卫星遥感方法缺乏在时间分辨率上能连续观测的海面上降雨强度数据 (Pumphery, H. C. ,Crum,L. A.,and Bjorno，L Underwater sound produced by individual drop impacts and rainfall，J·Acoust· Soc· Am，1989，85，1518-1526)。雨水降落至水面上会在水中产生声音，不同的水面降雨强度会在水中产生截然不 同的声谱，籍此可以在水面下采用“听声音”的方式来测量水面降雨强度。在无指向性水听 器接收的海洋噪声中，水面上不同降雨强度产生的水下雨声谱具有独特的谱形状，因此可 以通过收集、测量水中的雨声谱，检查每种降雨类型的信号频率和时间特征，发展基于声谱 特征的经验算法，进而用声学方法计算得到水面降雨强度。国外的研究表明水面上的降雨会极大增加水中的环境噪声谱(R. J.尤立克.水 声原理，哈尔滨大学出版社，1990)。下暴雨时，在谱的5 IOkHz频段，谱级几乎增加 了 30dB ；在二级海况条件下，即使是平稳的降雨，在19. 5kHz的频率上，噪声级也提高了 IOdB,达到 了六级海况下的值。1955 年 Heindsman 等(Heindsman，Τ. Ε.，R. H. Smith, and A.D.Arneson. Effect of rain upon underwater noise levels, J. Acoust. Soc. Am., 1955,27,378)对降雨噪声进行了实际测量，在1 IOkHz频段，暴雨的噪声谱近于“白噪 声”，而在IOkHz处，暴雨下的噪声级超过无雨时18分贝。因此，从 20 世纪 50 年代起，许多科学家(1、Pumphery, H. C.，Crum, L. A.，and Bjorno，L Underwater sound produced by individual drop impacts and rainfall， J.Acoust.Soc. Am，1989，85，1518—1526 ；2、Franz, G.，1959 :Splashes as sources of sound in liquids. J. Acoust. Soc. Am.，31，1080—1096 ；3、Medwin，H.，Nysturen，J. A， Jacobus，P. W.，Snyder, D.Ε.，and Ostwald，L. H.，Theanatomy of underwater rainnoise，J. Acoust. Soc. Am，1992，92，1613-1623 ;4、Nystuen J Α.，McGlothin C C. and Cook M S. The underwater sound generated by heavy rainfal1. J. Acoust. Soc. Am.， 1993, 73 (6), 3 169-3177)开展了自空气中降落至水面的雨滴所产生的声谱的理论和实验 研究，从微观上逐步揭示了水面上降雨产生水中雨声谱的机理。一般说来，水面降雨产生水 中声音至少存在三种机理首先是雨滴落至水面形成初始撞击并在水中产生声音；其次， 雨滴在撞击水面后在水中产生气泡，气泡的振荡和破裂产生声音，这种过程声音比较大，且 通常发生在毛毛雨天气的小雨滴中，导致14kHz附近存在谱峰现象；第三，较大的雨滴在撞 击水面之后产生飞溅，飞 溅导致雨滴的二次撞击并在水中产生声音。在实际观测降雨的实验中，许多学者记录了不同降雨强度下的水中声谱级随频率 变化的典型曲线。尽管这些雨声谱来自于不同的测量区域(有的来自内湖、有的来自近岸 浅海和有的来自深海区域)，但均有可区别于其他地球物理噪声源的雨声谱特征。一般在降 雨期间产生两种典型类型的声谱一是毛毛雨或小雨，其雨声频谱曲线的频带13 25kHz 中存在一个较宽的谱峰；二是中雨和暴雨，这种过程产生的声音很大，频率更低，其频谱曲 线呈负斜率趋势。此外，这两种类型的降雨产生的声谱无论是在低频段(2 IOkHz)还是 在高频段(15 30kHz)，均明显高于风关噪声谱(Nystuen J A. Listening to Raindrops from Underwater :AnAcoustic Disdrometer. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2001,18(10) :1640_1657)。因此，可以利用雨声谱特征反演水面降雨强度。利用雨声谱信号来检测和量化降雨强度的思想在20世纪八、九十年代就已经形 成。文献(Nystuen J A. ,McGlothin C C. and Cook M S. The underwater sound generated by heavyrainfall . J. Acoust. Soc. Am. , 1993, 73 (6) :3169_3177)给出了基于水下声谱 量化估计水面降雨率的经验算法IogltlR= (SPL5.5kHz_51.9)/10. 6(1)式(1)中，R为降雨率，单位为mm/h，SPL5.5kHz是指在5.5kHz处的雨声谱级，单位为 dB rel μ Pa2/Hz，该经验算法只适用于降雨率大于10mm/h的情况。1996年，Nysuten基于迈阿密附近浅盐湖的实验观测结果(Nystuen J A,Proni J R, Black PG, Wilkerson J C. A Comparison of Automatic Rain Gauges. Journal of Atmospheric and OceanicTechnology, 1996,13 (1) :62_73)，提出了 以下修正的经验式Iog10R= (SPL5kHz-50)/17(2)式⑵与式(1)不同的是，式⑵所采用的频点声谱由原来的5. 5kHz改为5kHz 处的声谱级。2000年，Nystuen又根据南海S本文档来自技高网...

【技术保护点】
水面降雨强度测量装置，其特征在于设有密封仓、密封仓浮子、水听器、水听器浮子和电路部分，密封仓浮子通过浮子储架与密封仓连接，水听器浮子通过绳索与密封仓连接，水听器设于绳索上，电路部分设于密封仓内，电路部分设有模拟电路、数字电路和电源，模拟电路设有放大电路、滤波电路和光藕隔离电路，数字电路设有Ａ／Ｄ转换电路和ＤＳＰ数字处理器，放大电路输入端与水听器信号输出端连接，放大电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接光藕隔离电路输入端，光藕隔离电路输出端接数字电路的Ａ／Ｄ转换电路输入端，Ａ／Ｄ转换电路输出端接ＤＳＰ数字处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贞文，杨燕明，
申请(专利权)人：国家海洋局第三海洋研究所，
类型：实用新型
国别省市：92[中国|厦门]