前向散射能见度仪应用情况分析

柴德美++刘瑞莲++高飞++李振

摘要 主要介绍了能见度仪的性能与工作原理，分析了在人工与自动2种不同观测方式下所得到的能见度观测数据的差异及原因，以期为合理引用自动能见度仪数据提供参考。

关键词 前向散射能见度仪；能见度；自动观测；人工观测；对比分析

中图分类号 P415.3+3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）01-0227-02

能见度是指当色温为2 700 K的白炽灯所发出的平行光束，其传播时被空气削弱到初始值的5%的距离[1]。常用气象光学视程表示，可以通过人工和自动2种方式进行观测，人工观测能见度主要是在白天，主要是指有效水平能见度，自动观测能见度是利用能见度观测仪测定的一定基线范围内的能见度。

1 前向散射能見度仪的结构及工作原理

1.1 仪器结构

前向散射能见度仪由硬件和软件组成。其既可作为独立设备与微机终端连接组成能见度自动观测系统，也可以作为能见度分采集系统挂接在其他采集系统上。作为独立设备的前向散射能见度仪至少应包含以下3个部分：采集器、传感器和支架。为保证设备良好运行还应包括供电电源、电源防雷器和蓄电池等，且可选配无线通信模块。

1.2 工作原理

前向散射能见度仪主要是利用光在大气中传播会发生衰减和各种散射吸收，其中空气中的水滴是造成散射的主要因素，是空气影响能见度的最主要因素[2]。因此，可以通过测量散射系数的仪器来测量气象光学视程（MOR）。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：

2 前向散射能见度仪选址及安装注意事项

2.1 选址要求

前向散射能见度仪应安装在对周围天气状况最具代表性的地点，应不受干扰光学测量的遮挡物和反射表面的影响，要远离大型建筑物，远离产生热量及妨碍降雨的设施，避免闪烁光源、树荫、污染源的影响[4]。

2.2 环境选择

要选择具代表性的环境，理想的站址是至少100 m半径范围内无遮挡（大楼、会散热的建筑或会遮挡降水的物体等），同时也要避开树荫，因为它会使小气候发生改变。

3 能见度、天气现象的人工与自动观测数据对比分析

3.1 资料的选取及统计特征

为了统计对比结果，本文以2009年9月26日至10月26日1个月的自动观测与人工站的同期观测资料为基础对人工与自动观测的能见度数据进行对比分析。

3.2 能见度对比分析

由于2种不同的观测方法与时间上的不一致，自动观测与人工站在能见度数据上差异较大。从表1可以看出，人工能见度普遍大于自动观测能见度，人工能见度与自动观测能见度早晚相差较大，中午相差较小；人工能见度平均为自动观测能见度的4倍；最小为1.5倍，最大为16.0倍；在能见度0～10.0 km以内，人工与自动能见度相差较大，一般为2.5～10.0倍，甚至更大；在能见度10.0～20.0 km段中，人工与自动能见度相差较小，人工观测能见度一般是自动观测能见度的1.5～2.5倍；以对比观测1个月的数据为例，自动观测能见度≤1.0 km的天气有9 d，≤10.0 km的天气为全月每天，人工观测能见度≤1.0 km的天气只有1 d，≤10.0 km的天气有15 d。

3.3 差值原因分析

3.3.1 仪器原理差异。自动观测能见度是由大气中悬浮的微小颗粒物（烟雾、灰尘、浓雾、雨、雪）散射光线强弱所决定的，通过测量这种消光系数，再经过标准公式的转化就能得到人肉眼所需的能见度数值。而在人工观测中，人工观测能见度一般指有效水平能见度，因为是一种主观的观察方式，常会带来种种误差，自动观测可以避免人工观测中的主观误差。

3.3.2 时空差异。人工观测能见度时由于要通过人工直接观察，需要时间较长，在此期间气象要素可能发生很大的变化，而利用仪器自动观测是瞬间完成的，因此这种时空上的差异会导致2种观测结果存在差异。

3.3.3 样本差异。人工观测是点读数，就是说观测员在观测能见度时只观测1次四周视野中1/2以上的范围目标物的最大水平距离。而自动能见度观测采样频率1 min算术平均值。再在1 min算术平均值中滑动计算出10 min算术平均值，测量结果必然会有差异。

4 结语

自动观测能见度在获取了中小尺度波动，经过处理后，多个样本值的平均值就能有效地平滑或去除奇异值，因此能更准确地获取有意义的要素值，但自动观测能见度受小环境的影响较大，人工观测能见度更大程度上受观测员主观影响，二者差异较大。

5 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，2003：17.

[2] 张雪峰，王玉萍.前向散射能见度仪的使用和维护[J].自然科学（文摘版），2015（10）：239.

[3] 张毅，刘小容，钟运新，等.前向散射能见度仪的工作原理及维护维修[J].气象水文海洋仪器，2015，32（1）：118-120.

[4] 前向散射能见度仪观测规范[M].北京：气象出版社，2011：2-5.