自动观测能见度与人工观测能见度对比分析

赵静+孟小绒+赵荣

摘要对2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00临潼气象观测站能见度仪观测资料与人工观测资料进行对比分析。结果表明，在VV＜1.0 km时，差值最小为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大，特别是在VV＞10.0 km时，差值分析与相关系数分析表明，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这可能是由于目标物的限制，人工观测能见度在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

关键词能见度；自动观测；人工观测；对比分析

中图分类号P412.17文献标识码A文章编号 1007-5739（2014）11-0257-02

为做好大雾监测服务，陕西省气象局于2011年5月在临潼增设了能见度仪，使临潼能见度自动观测纳入了业务运行。为了解能见度自动观测和人工观测的差别，做好业务转型，本站进行了对比观测。取2011年10月至2012年10月观测资料进行对比，分析2种不同观测方式下所得到的能见度数据的差异及原因，为合理使用自动能见度数据提供参考。

1资料来源与研究方法

1.1人工观测能见度与自动观测能见度工作原理

大气能见度（Visibility）是反映大气透明度的一个指标，一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大水平距离。人工观测能见度，一般指有效水平能见度，有效水平能见度是指四周视野中1/2以上的范围能看到和辨认的目标物的最大水平距离[1-2]。《地面气象观测规范》规定：能见度观测必须选择在视野开阔、能看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点。观测四周事先测定的各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从而判定能见距离。如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，参考下述几点酌情判定：①目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上；②目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的2.5~5.0倍；③目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过2.5倍。

能见度仪通过测量以35°角散射的红外光强度来评判大气光学视程（MOR），有效利用红外发光管发出的光能。接收器将采样区内特定角度的散射光聚到光电传感器上，采用和红外发光管匹配的窄带滤光片，降低自然光的干扰，对信号特性仔细分析后，散射量的测量被转换成能见度[3-5]。

能见度仪观测的能见度基于以下3个假设：①假定大气是均质的，即大气是均匀分布的；②假定大气消光系数R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零；③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数，在一般情况下，选择适当的角度，散射信号近似正比于散射系数。

1.2研究资料与方法

以2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00自动观测与人工观测的同期资料为基础对数据进行对比分析。将能见度观测数据（VV）分为＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km 5个等级，统计对比期的能见度并进行了相关分析。分析对比差值为自动站观测值减去人工仪器观测值，数据处理以自动观测数据为基本进行处理。

2人工观测能见度与自动观测能见度数据对比分析

将数据分为5个等级，即＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km。通过对比分析发现：VV＜1.0 km时，自动观测与人工观测的记录比较接近，自动观测的能见度比人工观测的能见度值偏低；1.0 km＜VV＜10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度随着能见度的增大差值增大；VV＞10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值又变得偏小（图1）。

2.1差值分析

从表1可看出，在能见度小于10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值成正比；在能见度大于10.0 km时，自动站能见度和人工能见度差值反而减小。

2.2相关分析

从自动观测能见度和人工观测能见度相关分析来看（表2），能见度大于10.0 km时相关性最好，其次为能见度 小于1.0 km时，能见度在1.0~10.0 km之间，相关性相当。8：00、14：00、20：00 3个时次自动观测能见度与人工观测能见度相关系数分别为0.75、0.81、0.85。由此可见，定时观测的3个时次相关性较好，人工站观测资料经过订正可用自动站数据代替。

2.3标准差分析

自动观测能见度和人工观测能见度标准差分别为0.033 177、0.092 86。自动观测数据的离散度较低，精密度及精确度高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

2.4数据差异原因分析

一是人工站比自动观测值偏大。人工观测能见度有很多不确定因素。观测员因感觉上的差异，导致与器测产生较大差别。二是能见度较好时，自动观测能见度与人工观测能见度的记录偏差较小。本站最大能见度目标物是骊山，但城市建设现有目标物有很多已经看不到，本站也根据有关规定进行了能见度目标物的重新测定，但因多方面因素，目前最大能见度目标物为骊山（8.5 km），随着能见度的增大，人工对能见度的倍数扩大普遍保守。三是人工观测能见度和自动观测能见度观测方法的差异造成。

3结论与讨论

在VV＜1.0 km时，自动站与人工站差值为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大。在VV＞10.0 km时，无论是差值分析还是相关系数分析，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这与理论和其他研究人员的分析结论存在差异，这可能是由于目标物的限制，人工观测在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测[6]。总结观测中存在问题：一是由于城市建设造成人工能见度观测记录的差异；二是由于地理地域问题的限制，对人工观测能见度记录造成很大影响；三是能见度传感器的维护和校准有待加强以保证观测数据的有效性。

4参考文献

[1] 朱补全，梅士龙.能见度自动仪与人工观测资料对比分析[J].浙江气象，2010，31（2）：25-28.

[2] 宋立新，王银钢.人工观测和器测能见度资料的对比分析[J].科技资讯，2008，164（23）：236-237.

[3] 李振杰，买买提明艾力，何清，等.塔克拉玛干沙漠腹地两种能见度仪测量结果的对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2010，4（2）：40-44.

[4] 李浩，孙学金.前向散射能见度仪测量误差的理论分析[J].红外与激光工程，2009，38（6）：1094-1098.

[5] 杨玉霞，胡雪红.PWD20能见度仪及与目测能见度对比分析[J].兰州大学学报：自然科学版，2009，45（S1）：61-63.

[6] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

摘要对2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00临潼气象观测站能见度仪观测资料与人工观测资料进行对比分析。结果表明，在VV＜1.0 km时，差值最小为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大，特别是在VV＞10.0 km时，差值分析与相关系数分析表明，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这可能是由于目标物的限制，人工观测能见度在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

关键词能见度；自动观测；人工观测；对比分析

中图分类号P412.17文献标识码A文章编号 1007-5739（2014）11-0257-02

为做好大雾监测服务，陕西省气象局于2011年5月在临潼增设了能见度仪，使临潼能见度自动观测纳入了业务运行。为了解能见度自动观测和人工观测的差别，做好业务转型，本站进行了对比观测。取2011年10月至2012年10月观测资料进行对比，分析2种不同观测方式下所得到的能见度数据的差异及原因，为合理使用自动能见度数据提供参考。

1资料来源与研究方法

1.1人工观测能见度与自动观测能见度工作原理

大气能见度（Visibility）是反映大气透明度的一个指标，一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大水平距离。人工观测能见度，一般指有效水平能见度，有效水平能见度是指四周视野中1/2以上的范围能看到和辨认的目标物的最大水平距离[1-2]。《地面气象观测规范》规定：能见度观测必须选择在视野开阔、能看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点。观测四周事先测定的各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从而判定能见距离。如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，参考下述几点酌情判定：①目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上；②目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的2.5~5.0倍；③目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过2.5倍。

能见度仪通过测量以35°角散射的红外光强度来评判大气光学视程（MOR），有效利用红外发光管发出的光能。接收器将采样区内特定角度的散射光聚到光电传感器上，采用和红外发光管匹配的窄带滤光片，降低自然光的干扰，对信号特性仔细分析后，散射量的测量被转换成能见度[3-5]。

能见度仪观测的能见度基于以下3个假设：①假定大气是均质的，即大气是均匀分布的；②假定大气消光系数R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零；③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数，在一般情况下，选择适当的角度，散射信号近似正比于散射系数。

1.2研究资料与方法

以2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00自动观测与人工观测的同期资料为基础对数据进行对比分析。将能见度观测数据（VV）分为＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km 5个等级，统计对比期的能见度并进行了相关分析。分析对比差值为自动站观测值减去人工仪器观测值，数据处理以自动观测数据为基本进行处理。

2人工观测能见度与自动观测能见度数据对比分析

将数据分为5个等级，即＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km。通过对比分析发现：VV＜1.0 km时，自动观测与人工观测的记录比较接近，自动观测的能见度比人工观测的能见度值偏低；1.0 km＜VV＜10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度随着能见度的增大差值增大；VV＞10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值又变得偏小（图1）。

2.1差值分析

从表1可看出，在能见度小于10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值成正比；在能见度大于10.0 km时，自动站能见度和人工能见度差值反而减小。

2.2相关分析

从自动观测能见度和人工观测能见度相关分析来看（表2），能见度大于10.0 km时相关性最好，其次为能见度 小于1.0 km时，能见度在1.0~10.0 km之间，相关性相当。8：00、14：00、20：00 3个时次自动观测能见度与人工观测能见度相关系数分别为0.75、0.81、0.85。由此可见，定时观测的3个时次相关性较好，人工站观测资料经过订正可用自动站数据代替。

2.3标准差分析

自动观测能见度和人工观测能见度标准差分别为0.033 177、0.092 86。自动观测数据的离散度较低，精密度及精确度高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

2.4数据差异原因分析

一是人工站比自动观测值偏大。人工观测能见度有很多不确定因素。观测员因感觉上的差异，导致与器测产生较大差别。二是能见度较好时，自动观测能见度与人工观测能见度的记录偏差较小。本站最大能见度目标物是骊山，但城市建设现有目标物有很多已经看不到，本站也根据有关规定进行了能见度目标物的重新测定，但因多方面因素，目前最大能见度目标物为骊山（8.5 km），随着能见度的增大，人工对能见度的倍数扩大普遍保守。三是人工观测能见度和自动观测能见度观测方法的差异造成。

3结论与讨论

在VV＜1.0 km时，自动站与人工站差值为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大。在VV＞10.0 km时，无论是差值分析还是相关系数分析，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这与理论和其他研究人员的分析结论存在差异，这可能是由于目标物的限制，人工观测在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测[6]。总结观测中存在问题：一是由于城市建设造成人工能见度观测记录的差异；二是由于地理地域问题的限制，对人工观测能见度记录造成很大影响；三是能见度传感器的维护和校准有待加强以保证观测数据的有效性。

4参考文献

[1] 朱补全，梅士龙.能见度自动仪与人工观测资料对比分析[J].浙江气象，2010，31（2）：25-28.

[2] 宋立新，王银钢.人工观测和器测能见度资料的对比分析[J].科技资讯，2008，164（23）：236-237.

[3] 李振杰，买买提明艾力，何清，等.塔克拉玛干沙漠腹地两种能见度仪测量结果的对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2010，4（2）：40-44.

[4] 李浩，孙学金.前向散射能见度仪测量误差的理论分析[J].红外与激光工程，2009，38（6）：1094-1098.

[5] 杨玉霞，胡雪红.PWD20能见度仪及与目测能见度对比分析[J].兰州大学学报：自然科学版，2009，45（S1）：61-63.

[6] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

摘要对2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00临潼气象观测站能见度仪观测资料与人工观测资料进行对比分析。结果表明，在VV＜1.0 km时，差值最小为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大，特别是在VV＞10.0 km时，差值分析与相关系数分析表明，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这可能是由于目标物的限制，人工观测能见度在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

关键词能见度；自动观测；人工观测；对比分析

中图分类号P412.17文献标识码A文章编号 1007-5739（2014）11-0257-02

为做好大雾监测服务，陕西省气象局于2011年5月在临潼增设了能见度仪，使临潼能见度自动观测纳入了业务运行。为了解能见度自动观测和人工观测的差别，做好业务转型，本站进行了对比观测。取2011年10月至2012年10月观测资料进行对比，分析2种不同观测方式下所得到的能见度数据的差异及原因，为合理使用自动能见度数据提供参考。

1资料来源与研究方法

1.1人工观测能见度与自动观测能见度工作原理

大气能见度（Visibility）是反映大气透明度的一个指标，一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大水平距离。人工观测能见度，一般指有效水平能见度，有效水平能见度是指四周视野中1/2以上的范围能看到和辨认的目标物的最大水平距离[1-2]。《地面气象观测规范》规定：能见度观测必须选择在视野开阔、能看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点。观测四周事先测定的各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从而判定能见距离。如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，参考下述几点酌情判定：①目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上；②目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的2.5~5.0倍；③目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过2.5倍。

能见度仪通过测量以35°角散射的红外光强度来评判大气光学视程（MOR），有效利用红外发光管发出的光能。接收器将采样区内特定角度的散射光聚到光电传感器上，采用和红外发光管匹配的窄带滤光片，降低自然光的干扰，对信号特性仔细分析后，散射量的测量被转换成能见度[3-5]。

能见度仪观测的能见度基于以下3个假设：①假定大气是均质的，即大气是均匀分布的；②假定大气消光系数R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零；③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数，在一般情况下，选择适当的角度，散射信号近似正比于散射系数。

1.2研究资料与方法

以2011年10月至2012年10月8：00、14：00、20：00自动观测与人工观测的同期资料为基础对数据进行对比分析。将能见度观测数据（VV）分为＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km 5个等级，统计对比期的能见度并进行了相关分析。分析对比差值为自动站观测值减去人工仪器观测值，数据处理以自动观测数据为基本进行处理。

2人工观测能见度与自动观测能见度数据对比分析

将数据分为5个等级，即＜1.0、1.0~2.0、2.0~5.0、5.0~10.0、＞10.0 km。通过对比分析发现：VV＜1.0 km时，自动观测与人工观测的记录比较接近，自动观测的能见度比人工观测的能见度值偏低；1.0 km＜VV＜10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度随着能见度的增大差值增大；VV＞10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值又变得偏小（图1）。

2.1差值分析

从表1可看出，在能见度小于10.0 km时，自动观测能见度与人工观测能见度差值成正比；在能见度大于10.0 km时，自动站能见度和人工能见度差值反而减小。

2.2相关分析

从自动观测能见度和人工观测能见度相关分析来看（表2），能见度大于10.0 km时相关性最好，其次为能见度 小于1.0 km时，能见度在1.0~10.0 km之间，相关性相当。8：00、14：00、20：00 3个时次自动观测能见度与人工观测能见度相关系数分别为0.75、0.81、0.85。由此可见，定时观测的3个时次相关性较好，人工站观测资料经过订正可用自动站数据代替。

2.3标准差分析

自动观测能见度和人工观测能见度标准差分别为0.033 177、0.092 86。自动观测数据的离散度较低，精密度及精确度高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测。

2.4数据差异原因分析

一是人工站比自动观测值偏大。人工观测能见度有很多不确定因素。观测员因感觉上的差异，导致与器测产生较大差别。二是能见度较好时，自动观测能见度与人工观测能见度的记录偏差较小。本站最大能见度目标物是骊山，但城市建设现有目标物有很多已经看不到，本站也根据有关规定进行了能见度目标物的重新测定，但因多方面因素，目前最大能见度目标物为骊山（8.5 km），随着能见度的增大，人工对能见度的倍数扩大普遍保守。三是人工观测能见度和自动观测能见度观测方法的差异造成。

3结论与讨论

在VV＜1.0 km时，自动站与人工站差值为1.7 km，相关系数为0.53；在1.0 km＜VV＜5.0 km时，相关系数为0.40；在VV＞5.0 km时，随着能见度的增大相关系数又逐渐变大。在VV＞10.0 km时，无论是差值分析还是相关系数分析，自动观测能见度和人工观测能见度吻合率较高，这与理论和其他研究人员的分析结论存在差异，这可能是由于目标物的限制，人工观测在能见度较好判别时，扩大倍数有些保守，有待进一步研究分析。通过比较2种数据的各项统计指标发现，能见度仪数据序列离散度较低，精密度及精确度都要高于人工观测值，通过订正后有望取代人工观测[6]。总结观测中存在问题：一是由于城市建设造成人工能见度观测记录的差异；二是由于地理地域问题的限制，对人工观测能见度记录造成很大影响；三是能见度传感器的维护和校准有待加强以保证观测数据的有效性。

4参考文献

[1] 朱补全，梅士龙.能见度自动仪与人工观测资料对比分析[J].浙江气象，2010，31（2）：25-28.

[2] 宋立新，王银钢.人工观测和器测能见度资料的对比分析[J].科技资讯，2008，164（23）：236-237.

[3] 李振杰，买买提明艾力，何清，等.塔克拉玛干沙漠腹地两种能见度仪测量结果的对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2010，4（2）：40-44.

[4] 李浩，孙学金.前向散射能见度仪测量误差的理论分析[J].红外与激光工程，2009，38（6）：1094-1098.

[5] 杨玉霞，胡雪红.PWD20能见度仪及与目测能见度对比分析[J].兰州大学学报：自然科学版，2009，45（S1）：61-63.

[6] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.