能見度自動觀測和人工目測的對比分析

周 林，鞏在武

（南京信息工程大學，江蘇南京 210044）

能見度是氣象觀測的重要要素，用來描述大氣可見度，能見度的好壞在一定程度上衡量著空氣質量和生態(tài)環(huán)境，它的準確觀測對于氣象、交通、民航和農業(yè)生產均有著重要的意義。隨著霧、霾等氣象災害越來越受到重視，能見度要素依靠人工目測進行觀測，已不能滿足氣象業(yè)務、服務和科學研究的需要，近兩年在中國氣象局大力推進氣象觀測自動化大背景下，截止2014年底，陜西省已在40個國家級地面氣象站安裝了自動能見度儀，能見度自動觀測覆蓋率為40%。筆者對人工和自動能見度觀測方法、觀測數據的差異及影響因素進行了分析，提出了自動能見度儀器安裝維護和資料應用方面的建議。

1 資料與方法

1.1 能見度的定義 能見度作為氣象觀測要素用氣象光學視程(MOR)表示，氣象光學視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度［1］。《地面氣象觀測規(guī)范》能見度指視力正常(對比閾值為0.05)的人，在當時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認的目標物(黑色、大小適度)的最大距離。

1.2 前向散射能見度儀的測量原理 大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，在一般情況下，吸收因子可以忽略，而經由水滴反射、折射或衍射產生的散射現象是影響能見度的主要因素。故測量散射系數的儀器可用于估計氣象光學視程(MOR)。前向散射能見度儀的發(fā)射器與接收器在成一定角度和一定距離的兩處。接收器不能接收到發(fā)射器直接發(fā)射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過測量散射光強度，可以得出散射系數，從而估算出消光系數。根據柯西米德定律計算氣象光學視程(MOR)，即MOR=-ln(ε)/σ，式中，MOR為氣象光學視程，ε為對比閾值，σ為消光系數。當 ε =0.05 時，MOR=2.996/σ。

1.3 資料來源 采用榆林站2014年5月1～20日08:00、11:00、14:00、17:00、20:00 時共 100 個時次、100 組自動和人工目測能見度數據進行比較分析，自動能見度觀測儀器為前向散射能見度儀。

2 自動與人工目測數據分析

2.1 差值序列分析 由圖1可見，2種觀測數據的趨勢相同，差值絕對值的平均為5.9，最大差值為17.4，最小差值為0.2;在低能見度時，自動能見度低于人工目測值，在高能見度時，自動能見度值高于人工目測值;自動能見度觀測到的最高值高于人工目測值，最低值低于人工目測值。

2.2 各能見度區(qū)間差值分析 將自動能見度值劃分為5個區(qū)間［2］，分析在每個區(qū)間內自動值和人工值的平均差值，即自動觀測值與人工目測值差值絕對值的平均。經分析，能見度0 ～10.0、10.1 ～15.0、15.1 ～20.0、20.1 ～30.0、＞30.0 km的平均差值分別為3.6、6.6、4.9、3.6、8.1 km，可見能見度在30 km以上時二者差值最大，0～10.0 和20.1～30.0 km 區(qū)間差值較小。

3 數據差異原因分析

3.1 采樣范圍、頻率不同 自動能見度儀采樣區(qū)中心高度定為2.8 m，而人工目測高度為1.5 m左右。自動能見度儀的采樣范圍為一小段范圍內的大氣樣品，采樣頻率為4次/min，每分鐘輸出一個數據，為1 min內采樣數據的算術平均值。為了消除采樣范圍較小、數據波動大的問題，采用了滑動平均的算法，正點能見度采用10 min滑動平均值。人工目測采樣范圍為觀測點四周360°可視范圍，為觀測場四周可視空間的平均狀況。

3.2 人為因素 人工目測能見度時，受光照條件、背景顏色、目標物大小、顏色、人眼的視力條件以及觀測人員的心理因素影響很大，且對“能見”的概念沒有量化指標，主觀性極強，不同的人觀測的結果會不同。

3.3 環(huán)境和儀器因素 自動能見度儀受外界影響很大，在采樣區(qū)內稍有干擾，觀測數據就可能發(fā)生很大變化，如灰塵、煙塵、落葉、飛鳥等均會對觀測數據造成很大影響。另外觀測值還受儀器本身狀態(tài)影響，采樣區(qū)體積狹小，當大氣中氣溶膠分布不均時，誤差較大。

4 能見度與霧、霾天氣現象的判別

能見度是霧、霾等天氣現象的主要判別依據。由于使用了自動能見度儀，2種現象的判別與人工判別有所不同。能見度實現自動觀測的臺站，霾和霧由地面氣象觀測業(yè)務軟件自動判別，判別依據有能見度、風速、濕度3個要素;而未實現能見度自動觀測的臺站以人工識別，除以上3個要素外，還有顏色、氣味等感官判斷，故二者方法不同，結果不同。

5 小結

自動觀測能見度數據較人工目測的能見度更加客觀，有明顯的優(yōu)勢，極大地提高了觀測工作效率，同時觀測數據更具有一致性和科學性，避免了人為的觀測誤差。

為獲得更準確的觀測資料，在自動能見度儀建設時選址要符合規(guī)范，盡量避開典型的局地環(huán)境狀況，安裝、維護、標校要嚴格進行，如有沙塵、霧、降水等現象出現后，要及時進行清理，確保儀器感應靈敏。

在資料使用方面，建議自動觀測與人工目測資料區(qū)別使用，不能簡單進行比較。霧、霾的判斷標準應進一步完善，如增加PM2.5等要素加以識別。

［1］中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范［M］.北京:氣象出版社，2003:149-152.

［2］楊玉霞，胡雪紅.PWD20能見度儀及與目測能見度對比分析［J］.蘭州大學學報:自然科學版，2009(6):61-63.