0 引言

气象三要素观测是地震前兆观测的辅助测项（周振安，2006），借助于气温、气压、降雨量的相关分析，可排除外界环境变化对地球物理观测数据的影响，其中有效测定降水量，可在地震前兆数据分析时，剔除载荷、含水层渗透、地电阻率减小等因素对数据造成的影响，使数据能更加真实地反映地下介质的微观变化，从而提取准确的地震前异常信息（全建军等，2015）。

我国地震系统现运行气象监测仪器500余套，分布在各地震台站、台点，在用雨量计均无融雪功能。然而北方地区冬季气温低，降雪天气时雨量计不能记录当时的降水量，只有温度升高到冰点以上积雪融化才能记录，造成雪后多天均有降水记录的假象，且由于长时间蒸发，所记录的降水量与实际有较大偏差。

在气象系统，针对雨量计的融雪功能改造也在进行，如：阮士松（2012）采用了双舱结构设计，解决了融雪型雨雪计智能化和尾水结冰问题，但其为成品设计，不适合现有非加热雨量计的改造；冯超（2016）对雨量计加热部分进行了改造，解决了恒温加热问题，但未实现降雪量的智能识别。目前，市场上的不冻液和电加热式雨量桶均可实现固态降水的有效记录，且均有成品出售，使用方便，但价格相对昂贵。地震系统的雨量计大多为翻斗式和虹吸式，均无融雪功能。2018年，青光地震台团队设计了一种雨量计加热装置，在北方寒冷季节，可实现固态降水的自动识别和随降随融，记录真实降水量。

1 加热装置设计及实现

针对观测区的固态降水，提出雨量计加热装置，其设计思想是，基于台站现有非加热雨量计，实现固态降水（降雪）的自动识别和控温加热，且不因温度过高产生蒸发，也不会造成融雪后的二次结冰，亦不会对仪器自身部件造成损伤，力求记录到准确降水量。

1.1 装置设计

雨量计加热装置主控部分采用可编程开发板，利用C语言编程，通过安装在雨量计筒外和筒内的热敏原件，实现对温度的识别，采用可加热的雨雪传感器识别降雪，将多个单独加热片粘贴于雨量计筒内不同位置，以求达到最佳应用效果。该装置工作原理见图 1。

1.2 工作流程

雨量计加热装置为全自动化设置，有大气固态降水时，雨量计筒内加热片自动加热，将降落在雨量计漏斗内的固态水融化，在温控范围内最大限度地减小降水蒸发，且保持雨量计筒内不结冰。当降水过程停止后，通过延时加热，蒸发雨量计内部残存水分，以免仪器部件冰冻损坏。加热装置工作流程见图 2，具体如下：①环境温度＞4 ℃，控制器处于待机状态；环境温度≤4 ℃，装置准备启动（给雨雪感应器加电）；②雨雪感应器感应到降水后，雨量计内加热板工作；③雨量桶内加热温度控制在10 ℃—40 ℃范围内；④固态降水停止后，加热片延时加热1小时，以烘干雨量计内尾水，避免结冰。

1.3 性能指标及特点

雨量计加热装置满足“GB/T 21978.6—2008降水量观测仪器（第6部分）：融雪型雨雪量计”规定的性能指标，适合高寒地区工作环境。性能指标如下：整机功率：≤40 W；工作电压：12 V直流；加热片最高温度：＜100 ℃；工作环境温度：-40 ℃—80 ℃。加热装置实物见图 3。

加热装置具有以下特性：①本装置可以安装在有人或无人值守台站，通过简单安装即可实现对大多数雨量计的智能融雪功能改造；②供电要求低，接入12 V直流电源即可工作，功耗低，加装雨量计保温层，可减少加热板数量以降低功耗。

2 装置安装

加热装置安装示意图见4，具体安装流程如下：①雨量计接入12 V直流电源，外加保温棉，将加热片用导热胶粘贴于雨量计内壁适当位置，在雨量计底部1/3处为宜，以保证筒内温度处于较高水平，在环境温度较低的地区可在漏斗位置粘贴加热板，可加快融雪速度；②感温探头安装固定在筒内上部，环境温度探头可置于雨量计保温层外部；③雨量感应器正面朝上放置在雨量桶基座旁边，距离大于30 cm；④控制主机盒可置于室内或经防水处理置于雨量计旁边。

3 测试效果

本装置成型后，于2019年2月在青光地震台进行了测试。在无降雪天气条件下，加热片处于常闭状态，测试连续5天的环境温度，与雨量计内部温度进行对比，结果见图 5，图中虚线为室外环境温度，实线为雨量计内部温度，可见环境温度在5 ℃— -10 ℃时，雨量计内部温度为26 ℃—40 ℃，同步最大温差约50 ℃，同步性较好，满足预期要求。

4 结束语

雨量计加热装置可根据环境温度自动识别是否有固态降水，从而实现智能消融。经实验测试，该装置已达到预期效果，可安装在有人或无人值守测点，实现对北方地区现有雨量计的改造升级，并实现冬季固态降水的准确测量。该装置设计简单，成本低廉，安装简便，可实现全自动管理，值得在高寒地区进行推广。