能见度自动观测和人工目测的对比分析

周林　巩在武

摘要 通过对能见度人工目测和自动观测方法、观测数据和影响因素的分析，认为自动能见度仪观测到的数据更为客观，更具科学性，避免了人为误差，提高了工作效率。为获得准确的观测数据，应对自动观测仪器按照规范及时进行维护。

关键词 能见度；自动观测；人工目测；对比分析

中图分类号 S165 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）11-182-01

能见度是气象观测的重要要素，用来描述大气可见度，能见度的好坏在一定程度上衡量着空气质量和生态环境，它的准确观测对于气象、交通、民航和农业生产均有着重要的意义。随着雾、霾等气象灾害越来越受到重视，能见度要素依靠人工目测进行观测，已不能满足气象业务、服务和科学研究的需要，近两年在中国气象局大力推进气象观测自动化大背景下，截止2014年底，陕西省已在40个国家级地面气象站安装了自动能见度仪，能见度自动观测覆盖率为40%。笔者对人工和自动能见度观测方法、观测数据的差异及影响因素进行了分析，提出了自动能见度仪器安装维护和资料应用方面的建议。

1 资料与方法

1.1 能见度的定义

能见度作为气象观测要素用气象光学视程（MOR）表示，气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700 K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度[1]。

《地面气象观测规范》能见度指视力正常（对比阈值为0.05）的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大距离。

1.2 前向散射能见度仪的测量原理

大气中光的衰减是由散射和吸收引起的，在一般情况下，吸收因子可以忽略，而经由水滴反射、折射或衍射产生的散射现象是影响能见度的主要因素。故测量散射系数的仪器可用于估计气象光学视程（MOR）。

前向散射能见度仪的发射器与接收器在成一定角度和一定距离的两处。接收器不能接收到发射器直接发射和后向散射的光，而只能接收大气的前向散射光。通过测量散射光强度，可以得出散射系数，从而估算出消光系数。根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR），即

MOR=-ln（ε）/σ，

式中，MOR为气象光学视程，ε为对比阈值，σ为消光系数。

当ε=0.05 时，MOR=2.996/σ。

1.3 资料来源

采用榆林站2014年5月1～20日08：00、11：00、14：00、17：00、20：00时共100个时次、100组自动和人工目测能见度数据进行比较分析，自动能见度观测仪器为前向散射能见度仪。

2 自动与人工目测数据分析

2.1 差值序列分析

由图1可见，2种观测数据的趋势相同，差值绝对值的平均为5.9，最大差值为17.4，最小差值为0.2；在低能见度时，自动能见度低于人工目测值，在高能见度时，自动能见度值高于人工目测值；自动能见度观测到的最高值高于人工目测值，最低值低于人工目测值。

2.2 各能见度区间差值分析

将自动能见度值划分为5个区间[2]，分析在每个区间内自动值和人工值的平均差值，即自动观测值与人工目测值差值绝对值的平均。经分析，能见度0～10.0、10.1～15.0、15.1～20.0、20.1～30.0、>30.0 km的平均差值分别为3.6、6.6、4.9、3.6、8.1 km，可见

能见度在30 km以上时二者差值最大，0～10.0和20.1～30.0 km区间差值较小。

3 数据差异原因分析

3.1 采样范围、频率不同

自动能见度仪采样区中心高度定为2.8 m，而人工目测高度为1.5 m左右。自动能见度仪的采样范围为一小段范围内的大气样品，采样频率为4次/min，每分钟输出一个数据，为1 min内采样数据的算术平均值。为了消除采样范围较小、数据波动大的问题，采用了滑动平均的算法，正点能见度采用10 min滑动平均值。人工目测采样范围为观测点四周360°可视范围，为观测场四周可视空间的平均状况。

3.2 人为因素

人工目测能见度时，受光照条件、背景颜色、目标物大小、颜色、人眼的视力条件以及观测人员的心理因素影响很大，且对“能见”的概念没有量化指标，主观性极强，不同的人观测的结果会不同。

3.3 环境和仪器因素

自动能见度仪受外界影响很大，在采样区内稍有干扰，观测数据就可能发生很大变化，如灰尘、烟尘、落叶、飞鸟等均会对观测数据造成很大影响。另外观测值还受仪器本身状态影响，采样区体积狭小，当大气中气溶胶分布不均时，误差较大。

4 能见度与雾、霾天气现象的判别

能见度是雾、霾等天气现象的主要判别依据。由于使用了自动能见度仪，2种现象的判别与人工判别有所不同。能见度实现自动观测的台站，霾和雾由地面气象观测业务软件自动判别，判别依据有能见度、风速、湿度3个要素；而未实现能见度自动观测的台站以人工识别，除以上3个要素外，还有颜色、气味等感官判断，故二者方法不同，结果不同。

5 小结

自动观测能见度数据较人工目测的能见度更加客观，有明显的优势，极大地提高了观测工作效率，同时观测数据更具有一致性和科学性，避免了人为的观测误差。

为获得更准确的观测资料，在自动能见度仪建设时选址要符合规范，尽量避开典型的局地环境状况，安装、维护、标校要严格进行，如有沙尘、雾、降水等现象出现后，要及时进行清理，确保仪器感应灵敏。

在资料使用方面，建议自动观测与人工目测资料区别使用，不能简单进行比较。雾、霾的判断标准应进一步完善，如增加PM2.5等要素加以识别。

参考文献

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：149-152.

[2] 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（6）：61-63.

责任编辑 宋平 责任校对 李岩