H__前向散射能見度儀應(yīng)用分析交流材料

1、貴陽市氣象局貴陽市氣象局前向散射能見度儀應(yīng)用分析交流材料貴陽市氣象局 摘要1）與人工觀測(cè)相比，前向散射能見度儀觀測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實(shí)值；而人工觀測(cè)則通常存在較大的主觀誤差；2）在局部小氣候事件發(fā)生期間，人工觀測(cè)可產(chǎn)生較大主觀誤差，而前向散射能見度儀的觀測(cè)則幾乎未受其影響，顯示了更好的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；3）前向散射能見度儀自身的清潔度等環(huán)境因素對(duì)觀測(cè)值起到了至關(guān)重要的影響，在儀器使用過程中應(yīng)引起足夠重視。能見度測(cè)量過程中出現(xiàn)器測(cè)數(shù)據(jù)與人工觀測(cè)數(shù)據(jù)差異明顯，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高等問題，給業(yè)務(wù)人員增加了繁重的工作任務(wù)。貴陽市氣象局選取貴陽國家基準(zhǔn)氣候站為研究區(qū)，系統(tǒng)開展了為期近兩年的大

2、氣能見度“儀器觀測(cè)”與“人工觀測(cè)”的對(duì)比研究，結(jié)果表明：貴陽市氣象局過渡頁一、主要研究內(nèi)容貴陽市氣象局一、主要研究內(nèi)容1、材料及方法本研究采用的前向散射能見度儀型 號(hào)：DNQ1/V35生產(chǎn)廠家：華云升達(dá)氣象科技有限責(zé)任公司設(shè)備測(cè)量性能見表1本研究使用12套儀器設(shè)備放置于貴陽國家基準(zhǔn)氣候站、白云國家一般氣象站和息烽國家基本氣象站（主要是和其他型號(hào)的能見度儀作對(duì)比觀測(cè)用）。2、實(shí)施地點(diǎn)貴陽國家基準(zhǔn)氣候站、白云國家基本氣象站、烏當(dāng)國家基本氣象站。貴陽市氣象局 前向散射能見度儀測(cè)量性能要求 測(cè)量要素：大氣能見度 測(cè)量范圍：10m30km 最大允許誤差： 10%（1.5km）；20%（1.5km）一、主

3、要研究內(nèi)容貴陽市氣象局2.環(huán)境反射面試驗(yàn)在DNQ1/V35型前向散射能見度儀4米范圍內(nèi)放置一個(gè)百葉箱作為反射表面，首先調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)射端的角度，使其朝向草面開始連續(xù)觀測(cè)，直至信號(hào)穩(wěn)定。然后繼續(xù)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)射端的角度，使其朝向百葉箱，開始進(jìn)行正常觀測(cè)至信號(hào)穩(wěn)定。為確保觀測(cè)結(jié)果的客觀性，重復(fù)上述操作一次，全程記錄能見度儀的觀測(cè)結(jié)果以待分析。一、主要研究內(nèi)容廠家技術(shù)人員現(xiàn)場調(diào)試圖片貴陽市氣象局3.儀器清潔度試驗(yàn)為科學(xué)評(píng)估前向散射能見度儀自身清潔度對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，在儀器設(shè)備安裝后的一年時(shí)間內(nèi)不對(duì)設(shè)備自身（主要是信號(hào)發(fā)射端、信號(hào)接收端的光學(xué)鏡頭）進(jìn)行清潔處理。打開能見度儀，連續(xù)觀測(cè)10分鐘后關(guān)閉。然后對(duì)發(fā)射

4、端和接收端的鏡頭進(jìn)行清潔，重新開機(jī)觀測(cè)一段時(shí)間。為了保證觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，同步采用另一臺(tái)同型號(hào)已清潔的能見度儀開展對(duì)比觀測(cè)。一、主要研究內(nèi)容貴陽市氣象局過渡頁二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局二、采取的主要研究方法、措施1、制作能見度目標(biāo)物分布圖一是選定目標(biāo)物并測(cè)量：選定觀測(cè)場周邊的目標(biāo)物，測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)物所在的方位。二是制作表格：目標(biāo)物的距離、方位測(cè)定后，制作能見度目標(biāo)物登記表。三是繪制能見度目標(biāo)物分布圖：一般是先在紙上畫九個(gè)同心圓。圓心代表觀測(cè)點(diǎn)，自近而遠(yuǎn)地每圈分別代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0km的距離。然后把所有的目

5、標(biāo)物（以其簡略圖形或編號(hào)）按其所在方位、距離，分別標(biāo)在相應(yīng)的位置上。貴陽市氣象局能見度目標(biāo)物貴陽站測(cè)繪選定目標(biāo)物并測(cè)量二、采取的主要研究方法、措施打沙坡東山棲霞寺花果園寫字樓群最高樓雞冠巖貴陽國際機(jī)場雷達(dá)站貴陽市氣象局制作能見度目標(biāo)物登記表二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局繪制能見度目標(biāo)物分布圖貴陽國基準(zhǔn)氣候站能見度目標(biāo)物分布圖二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局2、安裝兩臺(tái)同一型號(hào)的前向散射能見度儀開展同步的對(duì)比觀測(cè)研究。3、進(jìn)行能見度對(duì)比觀測(cè)，詳細(xì)記錄至少兩位以上觀測(cè)員在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)所觀測(cè)到的大氣能見度目測(cè)和器測(cè)值。4、對(duì)于小氣候影響的能見度波動(dòng)，要進(jìn)行加密觀測(cè)。正常情況下

6、對(duì)比觀測(cè)時(shí)間間隔為每小時(shí)一次，加密觀測(cè)根據(jù)測(cè)值波動(dòng)幅度確定加密觀測(cè)時(shí)間間隔，當(dāng)測(cè)值波動(dòng)幅度大時(shí)一般5到10分鐘進(jìn)行一次對(duì)比觀測(cè)。5、認(rèn)真觀察并詳細(xì)記錄每次能見度目標(biāo)物細(xì)微變化過程，為了能詳細(xì)記錄能見度目標(biāo)物顏色和較小細(xì)微的變化，記錄可采用圖表、文字、攝像等方式相結(jié)合，同時(shí)每天進(jìn)行日觀測(cè)結(jié)果分析匯總。二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局通過對(duì)環(huán)境因素與前向散射能見度儀觀測(cè)精度的相互關(guān)系的試驗(yàn)觀測(cè)與對(duì)比觀測(cè)研究，得到以下結(jié)論： （1）人為的反射面（百葉箱、雨量筒、不銹鋼圍欄等）干擾了儀器的光路測(cè)量，導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差（12%）。在前向散射能見度儀的安裝過程中應(yīng)該充分評(píng)估周圍環(huán)境反射面對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)

7、精度的影響，以免造成監(jiān)測(cè)工作中人為的數(shù)據(jù)偏差。 （2）對(duì)比觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，清潔的儀器觀測(cè)值與參照設(shè)備的對(duì)比觀測(cè)值接近，而未清潔處理前的觀測(cè)值與真值存在很大偏差（70%）。及時(shí)清潔儀器可有效減小監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的失真，進(jìn)而提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。通過開展為期近兩年的大氣能見度“儀器觀測(cè)”與“人工觀測(cè)”的對(duì)比研究，得出如下主要結(jié)論： （1）與人工觀測(cè)相比，前向散射能見度儀觀測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實(shí)值；而人工觀測(cè)則通常存在較大的主觀誤差； （2）在局部小氣候事件發(fā)生期間，人工觀測(cè)可產(chǎn)生較大主觀誤差，而前向散射能見度儀的觀測(cè)則幾乎未受其影響，顯示了更好的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。二、采取的主要研究方法、措施貴

8、陽市氣象局過渡頁三、研究結(jié)果分析貴陽市氣象局1.周邊有無反射面的能見度對(duì)比分析 以百葉箱為反射面，當(dāng)能見度儀信號(hào)發(fā)射端朝向地面時(shí)，大氣能見度的觀測(cè)值從8251 m迅速升高至9140 m，之后趨于穩(wěn)定（915410 m，n=5）。調(diào)整能見度儀信號(hào)發(fā)射端，使其朝向百葉箱，大氣能見度的觀測(cè)值從9163 m開始迅速降低，至8220 m后逐漸穩(wěn)定（819926 m， n=5）。調(diào)整能見度儀信號(hào)發(fā)射端，使其再次朝向地面，其大氣能見度的觀測(cè)值又迅速升高并逐漸穩(wěn)定（894611 m，n=5）（圖1）。能見度儀周邊存在反射面，其觀測(cè)值與正常觀測(cè)真值存在偏差，差值約為956 m，偏差約為12%。圖1周邊發(fā)射表面對(duì)

9、能見度測(cè)定結(jié)果的影響：A時(shí)段與C時(shí)段，信號(hào)發(fā)射端朝向地面；B時(shí)段，信號(hào)發(fā)射端朝向百葉箱。三、研究結(jié)果分析圖1:周邊發(fā)射表面對(duì)能見度測(cè)定結(jié)果的影響貴陽市氣象局2.儀器清潔等因素對(duì)能見度觀測(cè)的影響能見度儀觀測(cè)設(shè)備自身的清潔度往往對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，然而，在實(shí)踐過程中這一因素往往被人們忽視。為科學(xué)評(píng)估前向散射能見度儀自身清潔度對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，我們于2015年5月27日在白云國家一般氣象站、烏當(dāng)國家一般氣象站開展了儀器清洗前、后的對(duì)比觀測(cè)研究，為了保證觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，同步采用另一臺(tái)同型號(hào)的清潔的能見度儀開展對(duì)比觀測(cè)（表2）。三、研究結(jié)果分析表2：白云氣象站、烏當(dāng)氣象站儀器清洗前的對(duì)比觀測(cè)白

10、云氣象站、烏當(dāng)氣象站儀器清洗后的對(duì)比觀測(cè)貴陽市氣象局由表2可知，在用能見度儀清潔前、后的能見度觀測(cè)值存在很大差異，清潔后與對(duì)比設(shè)備的大氣能見度觀測(cè)值則非常吻合。以白云站對(duì)比觀測(cè)為例，在用能見度儀清潔之前，其大氣能見度觀測(cè)值為17011792m（n=21），而對(duì)比設(shè)備的大氣能見度觀測(cè)值為6655480m（n=21），兩者之差高達(dá)10356m。在用能見度儀清潔之后，其大氣能見度觀測(cè)值為6800193m（n=19），而對(duì)比設(shè)備的大氣能見度觀測(cè)值為6307174m（n=19），兩者之差僅為493m。烏當(dāng)站的對(duì)比觀測(cè)結(jié)果與之類似。由此可見，能見度儀自身的清潔度對(duì)設(shè)備觀測(cè)值起到了至關(guān)重要的影響，在能見度儀

11、使用過程中應(yīng)引起足夠重視。三、研究結(jié)果分析白云局清洗當(dāng)日能見度J文件分鐘數(shù)據(jù)。在用能見度儀從16時(shí)16分開始清洗，16時(shí)36清洗結(jié)束，清洗前后數(shù)據(jù)差異較大。貴陽市氣象局3.觀測(cè)員主觀誤差分析能見度的人工目測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的心理物理現(xiàn)象，其估計(jì)值依賴于個(gè)人的視覺和對(duì)“可見”的理解水平。實(shí)際工作中，在氣象臺(tái)站周圍各方向選擇距離不同的若干黑色目標(biāo)物作為能見度觀測(cè)目標(biāo)物，測(cè)出距離和方位，繪制出能見度目標(biāo)物分布圖，作為觀測(cè)時(shí)的參考。由于測(cè)站周圍各方向、各距離能見度目標(biāo)物數(shù)量有限，不能滿足實(shí)際工作的需求，因此，地面氣象觀測(cè)規(guī)范規(guī)定，觀測(cè)方向有目標(biāo)物時(shí)，若某一距離的目標(biāo)物剛好能見，則該目標(biāo)物的距離即為該方向的能

12、見度；若在該方向上能清晰地看到某一距離上的目標(biāo)物，但無更遠(yuǎn)或看不到更遠(yuǎn)的目標(biāo)物輪廓，則可根據(jù)其顏色和較細(xì)小部分的清晰程度，參考下列經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判定：三、研究結(jié)果分析貴陽市氣象局1、當(dāng)目標(biāo)物的顏色和較細(xì)小部分（例如遠(yuǎn)處房屋的窗框、村莊中的單個(gè)樹木等）都能清楚分辨時(shí)，能見度通常可定為該目標(biāo)物距離的5倍以上；2、當(dāng)目標(biāo)物的顏色和較細(xì)小部分隱約可辨時(shí)，能見度通?？啥樵撃繕?biāo)物距離的2.55倍； 3、當(dāng)目標(biāo)物的顏色和較細(xì)小部分很難分辨時(shí)，能見度通?？啥樵撃繕?biāo)物的距離，但不應(yīng)該超過 2.5倍。由于觀測(cè)員對(duì)目標(biāo)物“能見”和“不能見”界限不太明晰，選取的經(jīng)驗(yàn)值也不一樣，因此，就算是同一時(shí)間，同一地點(diǎn)，不同的觀測(cè)

13、員觀測(cè)到的能見度值相差也是很大的。少則一兩公里，多則五公里以上。三、研究結(jié)果分析貴陽市氣象局為了檢驗(yàn)觀測(cè)員的大氣能見度觀測(cè)的主觀誤差，我們于2015年1月9日至5月26日（分時(shí)段），在貴陽國家基準(zhǔn)氣候站觀測(cè)場，對(duì)大氣能見度的人工觀測(cè)與儀器觀測(cè)進(jìn)行了詳細(xì)地對(duì)比研究，共計(jì)獲得對(duì)比觀測(cè)記錄85組，如圖1所示。在對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)過程中，詳細(xì)記錄了兩位觀測(cè)員在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)所觀測(cè)到的大氣能見度值，與此同時(shí)，采用兩臺(tái)同一型號(hào)的前向散射能見度儀開展了同步的對(duì)比觀測(cè)研究。三、研究結(jié)果分析貴陽市氣象局如圖2所示，不同觀測(cè)員能見度觀測(cè)數(shù)值之間存在均值1.4km的差別，最大值超過3.0km，不同能見度儀的能見度觀測(cè)

14、數(shù)值則幾乎無差別（差別均值0.3km）；兩位觀測(cè)員能見度觀測(cè)值的平均值明顯高于客觀值（最遠(yuǎn)能見目標(biāo)物距離），平均高出3.9km，最大高出9.5km，而兩臺(tái)能見度儀的能見度觀測(cè)數(shù)值的平均值與客觀值（最遠(yuǎn)能見目標(biāo)物距離）非常接近（兩者差別0.4km）。能見度客觀值也就是最遠(yuǎn)目標(biāo)物距離。例如：小石城在貴陽基準(zhǔn)站西北偏北面，目標(biāo)物距離是3.3公里，后面鹿沖關(guān)森林公園內(nèi)環(huán)翠閣目標(biāo)物距離是5.0公里，在平時(shí)觀測(cè)中會(huì)經(jīng)常遇到這樣的情況，小石城這三個(gè)字的顏色隱約可辨，如果以此為目標(biāo)參照物，這時(shí)人工目測(cè)能見度可定為該目標(biāo)物距離的2.55倍：假設(shè)選擇稍小的經(jīng)驗(yàn)倍數(shù)3，那么人工觀測(cè)能見度應(yīng)為9.9一般記為10.0公

15、里，而此時(shí)同方向目標(biāo)物（鹿沖關(guān)森林公園內(nèi)環(huán)翠閣）距離為5.0公里很難分辨，環(huán)翠閣距離5.0公里應(yīng)為相對(duì)客觀的能見度值也是當(dāng)時(shí)的最遠(yuǎn)目標(biāo)物距離，此時(shí)器測(cè)值一般在4500米左右。由此可見，與人工觀測(cè)相比，能見度儀觀測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實(shí)值，而人工觀測(cè)則通常存在較大的主觀誤差。三、研究結(jié)果分析圖2 大氣能見度的能見度儀觀測(cè)值與人工觀測(cè)值的對(duì)比（觀測(cè)數(shù)據(jù)按照“最遠(yuǎn)能見目標(biāo)物距離”由小到大排列）貴陽市氣象局4.局部霧帶對(duì)能見度觀測(cè)的影響分析局部霧形成的原因較多，通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，局部霧帶影響臺(tái)站目測(cè)能見度的原因主要有兩種。一是大范圍降水之后，由于近地面水汽比較充沛，在微風(fēng)、氣流比較穩(wěn)

16、定的情況下，山地容易形成局部霧帶，霧的持續(xù)時(shí)間長短不一，一般少則10分鐘左右消散，多則一小時(shí)左右。二是城市中大量排放的煙塵懸浮物和汽車尾氣等污染物在低氣壓、風(fēng)小的條件下，不易擴(kuò)散，與低層空氣中的水汽相結(jié)合，比較容易形成霧和霾的混合霧。這種霧持續(xù)時(shí)間往往較長，少則一小時(shí)左右，多則數(shù)小時(shí)。如果在此期間進(jìn)行人工能見度觀測(cè)，由于霧分布不均勻，觀測(cè)員目標(biāo)物選取不同等原因，容易造成數(shù)據(jù)誤差。三、研究結(jié)果分析貴陽市氣象局為了量化局部霧帶對(duì)大氣能見度觀測(cè)的影響程度，我們于2015年3月19日至5月13日（分時(shí)段），在貴陽國家基準(zhǔn)氣候站觀測(cè)場，開展詳細(xì)地對(duì)比研究，共計(jì)獲得對(duì)比觀測(cè)記錄16組，如圖3所示。對(duì)比觀測(cè)

17、分為：1）兩位觀測(cè)員的大氣能見度對(duì)比觀測(cè)；2）兩臺(tái)同一型號(hào)的前向散射能見度儀的對(duì)比觀測(cè)；3）東、西兩個(gè)方向最遠(yuǎn)目標(biāo)物距離。同期，對(duì)大氣顆粒物濃度（PM1.0，PM2.5，PM10）、濕度，風(fēng)速，風(fēng)向等氣象參數(shù)進(jìn)行了觀測(cè)（見表1）。三、研究結(jié)果分析圖3局部霧帶時(shí)期的大氣能見度對(duì)比觀測(cè)及大氣顆粒物濃度（對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)共16組,按照“能見度儀觀測(cè)的能見度”由小到大排列）貴陽市氣象局如圖3所示，局部霧帶出現(xiàn)的時(shí)期，東、西兩個(gè)方向最遠(yuǎn)目標(biāo)物距離觀測(cè)值之間相差2.012.0km，均值高達(dá)5.9km。因此，與沒有局部霧帶出現(xiàn)的時(shí)期相比，兩位觀測(cè)員能見度觀測(cè)數(shù)值之間存在的差別也更大，均值2.5km，最大值超過7

18、.0km。然而，能見度儀的觀測(cè)則幾乎未受局部霧帶出現(xiàn)的影響，兩臺(tái)能見度儀的觀測(cè)結(jié)果非常接近。結(jié)合氣象數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，大氣顆粒物濃度與大氣能見度呈現(xiàn)較好的反相關(guān)關(guān)系。在較高大氣顆粒物濃度的背景下，如第1-第3組觀測(cè)，由于目標(biāo)物辨識(shí)度降低，人工觀測(cè)通常是在可辨目標(biāo)物距離基礎(chǔ)上憑借經(jīng)驗(yàn)乘以某一系數(shù)，因此，人工觀測(cè)能見度值往往高于儀器觀測(cè)結(jié)果，主觀誤差往往也更大。由此可見，能見度儀觀測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定，而人工觀測(cè)則容易受到局部霧帶等小氣候事件的影響而產(chǎn)生較大的主觀誤差。三、研究結(jié)果分析 局部霧帶觀測(cè)的具體時(shí)刻及當(dāng)時(shí)的氣象條件貴陽市氣象局過渡頁四、能見度安裝要求貴陽市氣象局為確保前向散射能見度儀數(shù)據(jù)測(cè)量的代表性、準(zhǔn)確性、比較性。能見度儀應(yīng)安裝在對(duì)周圍天氣狀況最具代表性的地點(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