柴德美++劉瑞蓮++高飛++李振

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

關(guān)鍵詞 前向散射能見(jiàn)度儀；能見(jiàn)度；自動(dòng)觀測(cè)；人工觀測(cè)；對(duì)比分析

中圖分類(lèi)號(hào) P415.3+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）01-0227-02

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

1 前向散射能見(jiàn)度儀的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

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

1.2 工作原理

前向散射能見(jiàn)度儀主要是利用光在大氣中傳播會(huì)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(jiàn)度的最主要因素[2]。因此，可以通過(guò)測(cè)量散射系數(shù)的儀器來(lái)測(cè)量氣象光學(xué)視程（MOR）。通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)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(jì)算氣象光學(xué)視程：

2 前向散射能見(jiàn)度儀選址及安裝注意事項(xiàng)

2.1 選址要求

前向散射能見(jiàn)度儀應(yīng)安裝在對(duì)周?chē)鞖鉅顩r最具代表性的地點(diǎn)，應(yīng)不受干擾光學(xué)測(cè)量的遮擋物和反射表面的影響，要遠(yuǎn)離大型建筑物，遠(yuǎn)離產(chǎn)生熱量及妨礙降雨的設(shè)施，避免閃爍光源、樹(shù)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(nèi)無(wú)遮擋（大樓、會(huì)散熱的建筑或會(huì)遮擋降水的物體等），同時(shí)也要避開(kāi)樹(shù)蔭，因?yàn)樗鼤?huì)使小氣候發(fā)生改變。

3 能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象的人工與自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

3.1 資料的選取及統(tǒng)計(jì)特征

為了統(tǒng)計(jì)對(duì)比結(jié)果，本文以2009年9月26日至10月26日1個(gè)月的自動(dòng)觀測(cè)與人工站的同期觀測(cè)資料為基礎(chǔ)對(duì)人工與自動(dòng)觀測(cè)的能見(jiàn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2 能見(jiàn)度對(duì)比分析

由于2種不同的觀測(cè)方法與時(shí)間上的不一致，自動(dòng)觀測(cè)與人工站在能見(jiàn)度數(shù)據(jù)上差異較大。從表1可以看出，人工能見(jiàn)度普遍大于自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度，人工能見(jiàn)度與自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度早晚相差較大，中午相差較??；人工能見(jiàn)度平均為自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度的4倍；最小為1.5倍，最大為16.0倍；在能見(jiàn)度0～10.0 km以?xún)?nèi)，人工與自動(dòng)能見(jiàn)度相差較大，一般為2.5～10.0倍，甚至更大；在能見(jiàn)度10.0～20.0 km段中，人工與自動(dòng)能見(jiàn)度相差較小，人工觀測(cè)能見(jiàn)度一般是自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度的1.5～2.5倍；以對(duì)比觀測(cè)1個(gè)月的數(shù)據(jù)為例，自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)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(cè)能見(jiàn)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(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)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(qiáng)弱所決定的，通過(guò)測(cè)量這種消光系數(shù)，再經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)公式的轉(zhuǎn)化就能得到人肉眼所需的能見(jiàn)度數(shù)值。而在人工觀測(cè)中，人工觀測(cè)能見(jiàn)度一般指有效水平能見(jiàn)度，因?yàn)槭且环N主觀的觀察方式，常會(huì)帶來(lái)種種誤差，自動(dòng)觀測(cè)可以避免人工觀測(cè)中的主觀誤差。

3.3.2 時(shí)空差異。人工觀測(cè)能見(jiàn)度時(shí)由于要通過(guò)人工直接觀察，需要時(shí)間較長(zhǎng)，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(dòng)觀測(cè)是瞬間完成的，因此這種時(shí)空上的差異會(huì)導(dǎo)致2種觀測(cè)結(jié)果存在差異。

3.3.3 樣本差異。人工觀測(cè)是點(diǎn)讀數(shù)，就是說(shuō)觀測(cè)員在觀測(cè)能見(jiàn)度時(shí)只觀測(cè)1次四周視野中1/2以上的范圍目標(biāo)物的最大水平距離。而自動(dòng)能見(jiàn)度觀測(cè)采樣頻率1 min算術(shù)平均值。再在1 min算術(shù)平均值中滑動(dòng)計(jì)算出10 min算術(shù)平均值，測(cè)量結(jié)果必然會(huì)有差異。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度在獲取了中小尺度波動(dòng)，經(jīng)過(guò)處理后，多個(gè)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(zhǔn)確地獲取有意義的要素值，但自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度受小環(huán)境的影響較大，人工觀測(cè)能見(jiàn)度更大程度上受觀測(cè)員主觀影響，二者差異較大。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)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(jiàn)度儀的使用和維護(hù)[J].自然科學(xué)（文摘版），2015（10）：239.

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

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