前向散射能見度儀應用情況分析

柴德美++劉瑞蓮++高飛++李振

摘要 主要介紹了能見度儀的性能與工作原理，分析了在人工與自動2種不同觀測方式下所得到的能見度觀測數(shù)據(jù)的差異及原因，以期為合理引用自動能見度儀數(shù)據(jù)提供參考。

關鍵詞 前向散射能見度儀；能見度；自動觀測；人工觀測；對比分析

中圖分類號 P415.3+3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0227-02

能見度是指當色溫為2 700 K的白熾燈所發(fā)出的平行光束，其傳播時被空氣削弱到初始值的5%的距離[1]。常用氣象光學視程表示，可以通過人工和自動2種方式進行觀測，人工觀測能見度主要是在白天，主要是指有效水平能見度，自動觀測能見度是利用能見度觀測儀測定的一定基線范圍內的能見度。

1 前向散射能見度儀的結構及工作原理

1.1 儀器結構

前向散射能見度儀由硬件和軟件組成。其既可作為獨立設備與微機終端連接組成能見度自動觀測系統(tǒng)，也可以作為能見度分采集系統(tǒng)掛接在其他采集系統(tǒng)上。作為獨立設備的前向散射能見度儀至少應包含以下3個部分：采集器、傳感器和支架。為保證設備良好運行還應包括供電電源、電源防雷器和蓄電池等，且可選配無線通信模塊。

1.2 工作原理

前向散射能見度儀主要是利用光在大氣中傳播會發(fā)生衰減和各種散射吸收，其中空氣中的水滴是造成散射的主要因素，是空氣影響能見度的最主要因素[2]。因此，可以通過測量散射系數(shù)的儀器來測量氣象光學視程（MOR）。通過測量散射光強度，可以得出散射系數(shù)，從而估算出消光系數(shù)。根據(jù)柯西米德定律計算氣象光學視程：

2 前向散射能見度儀選址及安裝注意事項

2.1 選址要求

前向散射能見度儀應安裝在對周圍天氣狀況最具代表性的地點，應不受干擾光學測量的遮擋物和反射表面的影響，要遠離大型建筑物，遠離產生熱量及妨礙降雨的設施，避免閃爍光源、樹蔭、污染源的影響[4]。

2.2 環(huán)境選擇

要選擇具代表性的環(huán)境，理想的站址是至少100 m半徑范圍內無遮擋（大樓、會散熱的建筑或會遮擋降水的物體等），同時也要避開樹蔭，因為它會使小氣候發(fā)生改變。

3 能見度、天氣現(xiàn)象的人工與自動觀測數(shù)據(jù)對比分析

3.1 資料的選取及統(tǒng)計特征

為了統(tǒng)計對比結果，本文以2009年9月26日至10月26日1個月的自動觀測與人工站的同期觀測資料為基礎對人工與自動觀測的能見度數(shù)據(jù)進行對比分析。

3.2 能見度對比分析

由于2種不同的觀測方法與時間上的不一致，自動觀測與人工站在能見度數(shù)據(jù)上差異較大。從表1可以看出，人工能見度普遍大于自動觀測能見度，人工能見度與自動觀測能見度早晚相差較大，中午相差較??；人工能見度平均為自動觀測能見度的4倍；最小為1.5倍，最大為16.0倍；在能見度0～10.0 km以內，人工與自動能見度相差較大，一般為2.5～10.0倍，甚至更大；在能見度10.0～20.0 km段中，人工與自動能見度相差較小，人工觀測能見度一般是自動觀測能見度的1.5～2.5倍；以對比觀測1個月的數(shù)據(jù)為例，自動觀測能見度≤1.0 km的天氣有9 d，≤10.0 km的天氣為全月每天，人工觀測能見度≤1.0 km的天氣只有1 d，≤10.0 km的天氣有15 d。

3.3 差值原因分析

3.3.1 儀器原理差異。自動觀測能見度是由大氣中懸浮的微小顆粒物（煙霧、灰塵、濃霧、雨、雪）散射光線強弱所決定的，通過測量這種消光系數(shù)，再經過標準公式的轉化就能得到人肉眼所需的能見度數(shù)值。而在人工觀測中，人工觀測能見度一般指有效水平能見度，因為是一種主觀的觀察方式，常會帶來種種誤差，自動觀測可以避免人工觀測中的主觀誤差。

3.3.2 時空差異。人工觀測能見度時由于要通過人工直接觀察，需要時間較長，在此期間氣象要素可能發(fā)生很大的變化，而利用儀器自動觀測是瞬間完成的，因此這種時空上的差異會導致2種觀測結果存在差異。

3.3.3 樣本差異。人工觀測是點讀數(shù)，就是說觀測員在觀測能見度時只觀測1次四周視野中1/2以上的范圍目標物的最大水平距離。而自動能見度觀測采樣頻率1 min算術平均值。再在1 min算術平均值中滑動計算出10 min算術平均值，測量結果必然會有差異。

4 結語

自動觀測能見度在獲取了中小尺度波動，經過處理后，多個樣本值的平均值就能有效地平滑或去除奇異值，因此能更準確地獲取有意義的要素值，但自動觀測能見度受小環(huán)境的影響較大，人工觀測能見度更大程度上受觀測員主觀影響，二者差異較大。

5 參考文獻

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：17.

[2] 張雪峰，王玉萍.前向散射能見度儀的使用和維護[J].自然科學（文摘版），2015（10）：239.

[3] 張毅，劉小容，鐘運新，等.前向散射能見度儀的工作原理及維護維修[J].氣象水文海洋儀器，2015，32（1）：118-120.

[4] 前向散射能見度儀觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2011：2-5.