论文部分内容阅读
[摘 要]能见度自动观测是自动化观测的一部分，取代人工观测已是大发展、大趋势，自动化能见度观测仪具有连续性、稳定性等特点，减少了人力劳动。本文主要对观测数据的同步性、一致性、误差等方面进行了对比分析，对向前散射能见度仪在不同的能见度状况下表现出不同的特性及产生误差的原因进行对比。
[关键词]能见度 人工 观测 对比
中图分类号：P412.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0259-01
1 引言
气象能见度反映了大气浑浊度，在进入信息时代的今天，我国自动气象站建站以来，均以人工目测为主，而目前在航空、航海、陆上交通、电力供应和环境监测里，需要能见度的精确监测资料，但气象能见度的目测法难以满足这些需要。由于目测法的“能见”与“不能见”界限不太明确，只能凭人眼和主观差别，且由于视力、光源特性、个人习惯等影响，必然在主观上造成较大误差，很难观测出客观准确的值。现在正值全国气象部门综合业务改革时期，长海县气象局作为试点台站，建成了新型自动气象站并于2014年正式投入使用，实现了全部气象要素的自动化观测，新增加了能见度、深层地温、草温和蒸发的自动观测，采用的是从芬兰维萨拉引进的前向散射能见度仪。
2 能见度仪的结构及工作原理
2.1 仪器结构
既可以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三部分：传感器、采集器和支架。其中，传感器部分包括接收器、发射器和和控制处理器等；采集器包括接口单元、中央处理单元、存储单元等；支架部分包括立柱和底座。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。
2.2 工作原理
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，从而估算出消光系數。
根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR）
从而可以得出气象光学视程。
3 数据分析
3.1 定时观测能见度的平均值分析
从某日变化趋势来看，3个时次的平均能见度与能见度日变化趋势是相似的，对3个定时数据进行统计计算平均值，见表1
此表分别对比分析08时、14时、20时定时观测值，人工观测值偏大，20时平均差值最小0.783km，二者观测值最接近；14时平均差值最大2.358km，因为14时是一天中光照条件最好的时刻，人的视线也最好，目测估计值就最大。20时天黑且无目标灯，只能根据天黑前能见度实况和变化趋势，结合20时气象要素变化情况估测能见度值，目测估计值受环境、人的主观差别影响误差非常大。
3.2 大雾天气对比分析
长海县历年大雾平均日数57天，主要集中在6-7月份，占全年总数的47.7%。大雾是影响交通的重要气象灾害之一，是公路上造成车辆毁损、人员伤亡、交通瘫痪的主要“杀手”。每出现大雾天气，海航、空航都会因能见度较低而停航，不但造成旅客滞留，也造成了一定的经济损失。2014年6-7月份共出现大雾20次，因为夜间不守班，选择了早晨和白天的12次大雾过程的定时观测时段同步观测资料进行对比。在有大雾天气的情况下，自动观测值与人工观测值相比较，人工观测值偏小。这是因为空气混浊，特别是有雾、霾、烟、风沙及降水时，人工目测能见度就差。在大气透明度不变的条件下，如果目标物同背景的亮度对比较大，则能见距离较远；相反，则能见距离较近。军队中广泛采用的迷彩色装备和服装，就是应用了目标物同背景的亮度对比越小能见度越低这一原理，以便自己尽可能不被敌人发现。
4 人工观测和自动观测产生差异的原因
造成这些数据差异的原因是多方面的，最明显的一点是原理的不同。能见度仪属于散射原理，通过一个小空气块内测量大气对入射光的散射情况确定散射系数，不考虑大及及其中杂质的吸收作用，能见度仪观测的是一个点，局部性较强。而人工观测属于透射原理，人工观测的是一个面，范围较广，因此，在能见度好的天气下，两者的差值更大，并且器测容易受天气现象的影响。
能见度自动观测仪有较高的分辨率和精确度，观测的数据可靠性高。人工目测估计值受主观判断、视力、光照条件和目标物仰角的大小等影响误差较大。
能见度自动观测仪取值采用10分钟滑动平均值，人工观测在正点前45-60分，由于观测时间上不同步，能见度值会有不同程度的变化。
能见度自动观测仪采样空间小，以点代面，当大气均匀时代表性好，反之较差。人工目测的样本是测站四周视野。
大多数观测员能见度的差别离不开前辈们“方传身教”的模式。待特殊能见度天气再现时，由于没有前车之鉴，就无法突破这种心理障碍，而影响正确记录。
参考文献
[1] 中国气象局，地面气象观测规范，北京：气象出版社，2003.
[2] 中国气象局观测司，前向散放能见度信史观测规范，北京，2011.
[3] 张霭琛，现代气象观测，北京：北京大学出版社，2000.
[关键词]能见度 人工 观测 对比
中图分类号：P412.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0259-01
1 引言
气象能见度反映了大气浑浊度，在进入信息时代的今天，我国自动气象站建站以来，均以人工目测为主，而目前在航空、航海、陆上交通、电力供应和环境监测里，需要能见度的精确监测资料，但气象能见度的目测法难以满足这些需要。由于目测法的“能见”与“不能见”界限不太明确，只能凭人眼和主观差别，且由于视力、光源特性、个人习惯等影响，必然在主观上造成较大误差，很难观测出客观准确的值。现在正值全国气象部门综合业务改革时期，长海县气象局作为试点台站，建成了新型自动气象站并于2014年正式投入使用，实现了全部气象要素的自动化观测，新增加了能见度、深层地温、草温和蒸发的自动观测，采用的是从芬兰维萨拉引进的前向散射能见度仪。
2 能见度仪的结构及工作原理
2.1 仪器结构
既可以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三部分：传感器、采集器和支架。其中，传感器部分包括接收器、发射器和和控制处理器等；采集器包括接口单元、中央处理单元、存储单元等；支架部分包括立柱和底座。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。
2.2 工作原理
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，从而估算出消光系數。
根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR）
从而可以得出气象光学视程。
3 数据分析
3.1 定时观测能见度的平均值分析
从某日变化趋势来看，3个时次的平均能见度与能见度日变化趋势是相似的，对3个定时数据进行统计计算平均值，见表1
此表分别对比分析08时、14时、20时定时观测值，人工观测值偏大，20时平均差值最小0.783km，二者观测值最接近；14时平均差值最大2.358km，因为14时是一天中光照条件最好的时刻，人的视线也最好，目测估计值就最大。20时天黑且无目标灯，只能根据天黑前能见度实况和变化趋势，结合20时气象要素变化情况估测能见度值，目测估计值受环境、人的主观差别影响误差非常大。
3.2 大雾天气对比分析
长海县历年大雾平均日数57天，主要集中在6-7月份，占全年总数的47.7%。大雾是影响交通的重要气象灾害之一，是公路上造成车辆毁损、人员伤亡、交通瘫痪的主要“杀手”。每出现大雾天气，海航、空航都会因能见度较低而停航，不但造成旅客滞留，也造成了一定的经济损失。2014年6-7月份共出现大雾20次，因为夜间不守班，选择了早晨和白天的12次大雾过程的定时观测时段同步观测资料进行对比。在有大雾天气的情况下，自动观测值与人工观测值相比较，人工观测值偏小。这是因为空气混浊，特别是有雾、霾、烟、风沙及降水时，人工目测能见度就差。在大气透明度不变的条件下，如果目标物同背景的亮度对比较大，则能见距离较远；相反，则能见距离较近。军队中广泛采用的迷彩色装备和服装，就是应用了目标物同背景的亮度对比越小能见度越低这一原理，以便自己尽可能不被敌人发现。
4 人工观测和自动观测产生差异的原因
造成这些数据差异的原因是多方面的，最明显的一点是原理的不同。能见度仪属于散射原理，通过一个小空气块内测量大气对入射光的散射情况确定散射系数，不考虑大及及其中杂质的吸收作用，能见度仪观测的是一个点，局部性较强。而人工观测属于透射原理，人工观测的是一个面，范围较广，因此，在能见度好的天气下，两者的差值更大，并且器测容易受天气现象的影响。
能见度自动观测仪有较高的分辨率和精确度，观测的数据可靠性高。人工目测估计值受主观判断、视力、光照条件和目标物仰角的大小等影响误差较大。
能见度自动观测仪取值采用10分钟滑动平均值，人工观测在正点前45-60分，由于观测时间上不同步，能见度值会有不同程度的变化。
能见度自动观测仪采样空间小，以点代面，当大气均匀时代表性好，反之较差。人工目测的样本是测站四周视野。
大多数观测员能见度的差别离不开前辈们“方传身教”的模式。待特殊能见度天气再现时，由于没有前车之鉴，就无法突破这种心理障碍，而影响正确记录。
参考文献
[1] 中国气象局，地面气象观测规范，北京：气象出版社，2003.
[2] 中国气象局观测司，前向散放能见度信史观测规范，北京，2011.
[3] 张霭琛，现代气象观测，北京：北京大学出版社，2000.