前向散射能見度儀觀測規(guī)范要點

1、前向散射能見度儀觀測規(guī)范（試行）中國氣象局綜合觀測司2011年9月前向散射能見度儀觀測規(guī)范（試行） 前言前向散射能見度儀觀測規(guī)范分六個章節(jié)，包括：總則、觀測儀器和軟件、傳感器校準、日常工作、數(shù)據(jù)文件、記錄處理等內容。編寫組依據(jù)地面氣象觀測規(guī)范、氣象儀器和觀測方法指南、前向散射能見度儀功能規(guī)格需求書等相關技術文件，在總結能見度觀測自動化試點工作基礎上編寫了本規(guī)范。第1、2、3章主要介紹和規(guī)定能見度觀測自動化的基本情況和要求，第4、5、6章主要規(guī)定能見度觀測自動化后的業(yè)務流程和方法。本規(guī)范適用于國家級地面氣象觀測站的前向散射式能見度儀自動化觀測業(yè)務。本規(guī)范由中國氣象局綜合觀測司組織，中國氣象局氣象

2、探測中心牽頭編寫。第1、2、3章由中國氣象局氣象探測中心、江蘇省氣象局、安徽省氣象局等單位共同編寫；第4、5、6章由江蘇省氣象局組織觀測業(yè)務管理人員、觀測員編寫。中國氣象局氣象探測中心參加編寫人員：張雪芬、雷勇、劉達新、許崇海江蘇省氣象局參加編寫人員：李崇志、王世華、王永平、張聞、趙兵、熊偉、許霞、林偉、張正安徽省氣象局參加編寫人員：方海濤目錄TOC o 1-5 h z、八、-r前言I HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第1章總則-1- HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1目的和范圍-1-1.

3、2觀測場地-1-選址-1-1.2.2儀器布設-1- HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3時制、日界和對時-2-1.4儀器要求-2- HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.4.1總體要求-2-1.4.2測量性能要求-2- HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第2章觀測儀器和軟件-2- HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.1儀器結構及工作原理-2- HYPERLINK l bookmark26 o

4、 Current Document 2.1.1儀器結構-2-2.1.2工作原理-3-2.2硬件-4- HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 傳感器-4- HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2.2.2數(shù)據(jù)采集器-4- HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.2.3系統(tǒng)電源-4- HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.2.4通信接口與通訊模塊-4- HYPERLINK l bookmark38 o Curr

5、ent Document 2.2.5計算機-4-2.3軟件-4- HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.3.1采集軟件-4- HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2.3.2業(yè)務軟件-5- HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.3.3采樣和算法-5-2.4系統(tǒng)安裝-5-2.4.1傳感器的安裝-5-2.4.2電纜的安裝與連接-5-2.4.3電源、計算機等的安裝-5-2.4.4防雷要求-6-2.4.5軟件安裝-6- HYPERLINK l bookmar

6、k50 o Current Document 第3章傳感器校準-6- HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.1傳感器實驗室校準-6-3.1.1實驗室/艙校準-6-3.1.2室外校準-6-3.1.3校準周期-6- HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.2儀器現(xiàn)場校準-6-3.2.1校準板的安裝-6-3.2.2校準方法-7-3.2.3現(xiàn)場校準周期-7- HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第4章日常工作-7- HYPERLINK l bookmark6

7、0 o Current Document 第5章數(shù)據(jù)文件-7- HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 5.1分鐘數(shù)據(jù)文件（V文件）-7- HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.2正點數(shù)據(jù)文件（Z文件）和實時地面氣象要素數(shù)據(jù)文件（ZZ.TXT）-8- HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 5.3月數(shù)據(jù)文件（A文件）-8- HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 5.4實時報文數(shù)據(jù)文件（長Z文件）-8- HYPER

8、LINK l bookmark70 o Current Document 第6章記錄處理-9- HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 6.1能見度的取值-9-前向散射能見度儀觀測規(guī)范（試行）- -第1章總則能見度作為氣象觀測要素的氣象量是大氣透明度，可以客觀地測量，并用氣象光學視程（MOR）表示。氣象光學視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度。目的和范圍制定前向散射能見度儀觀測規(guī)范，有利于推進我國能見度要素觀測的自動化進程，提升能見度觀測的準確度，滿足氣象業(yè)務、公共服務、專業(yè)服務和科學研究的需

9、求。本規(guī)范適用于使用前向散射能見度儀開展的氣象觀測業(yè)務，其他能見度設備的自動觀測可參考本規(guī)范執(zhí)行。觀測場地選址前向散射能見度儀應安裝在對周圍天氣狀況最具代表性的地點，應不受干擾光學測量的遮擋物和反射表面的影響，要遠離大型建筑物，遠離產生熱量及妨礙降雨的設施，避免閃爍光源、樹陰、污染源的影響。儀器布設如下圖所示，能見度儀安裝在觀測場西北角，與風桿東西成行，與百葉箱南北成列。若為三個百葉箱的觀測場，能見度儀距西側圍欄7.5米。能見度儀接收端和發(fā)射端分別在南北方向。L1L1自動站鳳和采集器I1東曲電線積冰架1備份白葉箱H人工觀測溢濕度表1溫濕傳感器D1人工觀測溫濕度自記口人工觀測雨圮筒口口雨就傳感器

10、中心標*虹吸或翻斗柑皇計二寸.:寸.:寸.;寸閃電定位儀南北樁L南北樁QN圖1-1能見度儀設備布置位置參考圖時制、日界和對時能見度自動觀測采用北京時，以北京時20時為日界。前向散射能見度儀具備通過軟件自動對時的功能，每日19時對時一次，誤差超過30秒，19時后調整。儀器要求總體要求（1）應具有國務院氣象主管機構業(yè)務主管部門頒發(fā)的使用許可證，或經國務院氣象主管機構業(yè)務主管部門審批同意用于觀測業(yè)務。（2）滿足本規(guī)范1.4.2要求。（3）操作和維護方便，具有詳細的技術及操作手冊。測量性能要求前向散射能見度儀的測量性能應遵循下表1.1。表1.1前向散射能見度儀測量性能要求測量要素測量范圍最大允許誤差能

11、見度10m30km10%(W1.5km)20%(1.5km)第2章觀測儀器和軟件前向散射能見度儀，由硬件和軟件組成。其硬件可分成傳感器、采集器和外圍設備三部分，其軟件分為采集軟件和業(yè)務軟件兩部分。2.1儀器結構及工作原理2.1.1儀器結構既可以作為獨立設備與微機終端連接組成能見度自動觀測系統(tǒng)，也可以作為能見度分采集系統(tǒng)掛接在其他采集系統(tǒng)上。作為獨立設備的前向散射能見度儀至少應包含以下三部分：傳感器、采集器和支架。其中，傳感器部分包括接收器、發(fā)射器和和控制處理器等；采集器包括接口單元、中央處理單元、存儲單元等；支架部分包括立柱和底座。為保證設備良好運行還應包括供電電源、電源防雷器和蓄電池等；且可

12、選配無線通信模塊。工作原理大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，在一般情況下，吸收因子可以忽略，而經由水滴反射、折射或衍射產生的散射現(xiàn)象是影響能見度的主要因素。故測量散射系數(shù)的儀器可用于估計氣象光學視程（MOR）。前向散射能見度儀的發(fā)射器與接收器在成一定角度和一定距離的兩處。接收器不能接收到發(fā)射器直接發(fā)射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過測量散射光強度，可以得出散射系數(shù)，從而估算出消光系數(shù)。根據(jù)柯西米德定律計算氣象光學視程（MOR）MORInG)式中：MOR氣象光學視程，為對比閾值，a為消光系數(shù)。當=0.05時，有2.996從而可以得出氣象光學視程。2.2硬件傳感器傳感器部分包括發(fā)

13、射器、接收器和控制處理器等。2.2.2數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集部分指數(shù)據(jù)采集箱，內含接口單元、中央處理單元、存儲單元和顯示單元等。數(shù)據(jù)采集箱可以安裝在室內，也可以安裝在室外。系統(tǒng)電源系統(tǒng)所用電源為直流12V。配有蓄電池，并對蓄電池浮充充電，以備市電停電時可由蓄電池供電，也可以配置輔助電源（包括太陽能、風能）對蓄電池充電。在沒有市電的情況下，后備蓄電池應能保證傳感器（在不加熱狀態(tài)下）、采集器及傳輸模塊至少7天正常工作。通信接口與通訊模塊聯(lián)接采集器與計算機、計算機與中心站、采集器與中心站等的通信聯(lián)接設備。通信接口使用RS-232或RS-485。通過外接無線傳輸模塊，可以擴展通信距離。無線傳輸模塊的類型有

14、GPRS、CDMA等。無線傳輸時，可以實現(xiàn)多點傳輸，至少可同時將數(shù)據(jù)發(fā)到2個數(shù)據(jù)中心站。計算機前向散射能見度儀獨立運行時應配備計算機，作為數(shù)據(jù)接收終端，并實現(xiàn)對能見度儀的監(jiān)控、能見度數(shù)據(jù)處理和存儲，計算機應能滿足業(yè)務軟件運行的基本配置要求。2.3軟件采集軟件采集軟件由廠家提供，寫在采集器中。必須遵守本規(guī)范及其它氣象技術標準。能對傳感器按預定的采樣頻率進行掃描和將獲得的電信號轉換成微控制器可讀信號，得到氣象變量測量值序列；對氣象變量測量值進行轉換，使傳感器輸出的電信號轉換成氣象單位量，得到采樣瞬時值。至少具備如下主要功能：（1）接受和響應業(yè)務軟件對參數(shù)的設置和系統(tǒng)時鐘的調整（時鐘也可在采集器上直

15、接調整，但必須保證采集器和計算機時鐘一致）；（2）實時和定時采集傳感器的輸出信號，經計算、處理形成能見度觀測值；（3）存儲和傳輸能見度觀測值；（4）運行狀態(tài)監(jiān)控。業(yè)務軟件軟件根據(jù)地面氣象業(yè)務的需要編制。其功能至少包括：參數(shù)設置、實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、報文生成、數(shù)據(jù)質量控制。采樣和算法（1）采樣每分鐘至少采樣4次。（2）算法a）1分鐘能見度值（也稱為瞬時值），每分鐘輸出一個數(shù)據(jù)。一分鐘內采樣數(shù)據(jù)的算術平均值。yiY二日m式中：Y1分鐘觀測時段內氣象變量的平均值；yi1分鐘觀測時段內第i個氣象變量的采樣瞬時值（樣本），其中，“錯誤”等非“正確”的樣本應丟棄而不用于計算，即令乙=0;N1分鐘觀測時

16、段內的樣本總數(shù)，由“采樣頻率”和“平均值時間區(qū)間”決定；m1分鐘觀測時段內“正確”的樣本數(shù)（mN）。b）10分鐘平均值每分鐘輸出一次10分鐘平均值，是在1分鐘能見度值（瞬時值）基礎上的10分鐘滑動平均。系統(tǒng)安裝傳感器的安裝將預埋件鋼筋混凝土澆鑄地基（長60cmX寬60cmX深40cm,大風區(qū)可適當加大、加深），預埋件與接地體連接，基礎中預留電源、信號管線，基礎表面水平，高出地面3-5cm。接收器和發(fā)射器的支架成南北向，接收器在南測，發(fā)射器在北側，采樣區(qū)中心高度28m（土01m）。避免光學系統(tǒng)朝向強光源，和朝向諸如雪或沙之類的反射表面，高緯度地區(qū)要加遮光罩。242電纜的安裝與連接為了防雷、防鼠、

17、防水和安裝、維修方便，電纜應放入電纜溝內的金屬線槽中。243電源、計算機等的安裝電源與計算機等的安裝位置以便于操作為宜，安裝要求參考相關標準及設備安裝手冊。防雷要求具備防雷擊電磁脈沖的措施，防雷安全要求和設計應符合行業(yè)標準的要求。軟件安裝采集軟件由廠家在設備出廠前安裝在采集器中。業(yè)務軟件安裝方法按照軟件技術操作手冊進行，并按操作手冊要求進行初始化和參數(shù)設置。第3章傳感器校準3.1傳感器實驗室校準利用標準設備或標準設備定標的散射體對傳感器進行校準。實驗室/艙校準在實驗室/艙內用下列方法之一進行低能見度校準。a）利用煙霧發(fā)生器降低實驗室內能見度，改變煙霧濃度使能見度在不同區(qū)間保持穩(wěn)定，調整被校準設

18、備的參數(shù)，使其觀測值與標準設備一致。b）在室內能見度5000m的穩(wěn)定環(huán)境下，將多個代表不同量程的散射體依次安裝在被校準設備的采樣區(qū)，調整被校準設備的參數(shù)，使其觀測值與標準設備一致。室外校準在室外進行設備校準，將標準設備（如經過校準的透射儀）和被校準設備架設在同一環(huán)境下，調整被校準設備的參數(shù)，使其觀測值與標準設備一致。3.1.3校準周期前向散射能見度儀每兩年應校準一次。3.2儀器現(xiàn)場校準在標定周期內使用校準板進行現(xiàn)場校準，現(xiàn)場校準應選擇能見度很好（超過10km）的天氣條件下進行，避免由于大氣狀況不同而導致的校準誤差。避免在雨雪天氣進行校準。3.2.1校準板的安裝將校準板連接到橫臂的卡箍上，擰緊導

19、軌連接桿上的旋鈕；調整校準板的位置，保持校準板中心與采樣區(qū)中心位置基本重合，擰緊卡箍螺釘。圖3-1校準板示意圖校準方法儀器現(xiàn)場校準時，設備至少穩(wěn)定工作10分鐘，輸出穩(wěn)定的觀測值，若輸出值在標準信號值10%以內，說明儀器工作正常，若輸出值在標準信號值10%以外，需修改能見度儀校準參數(shù)，將儀器輸出值校準在標準信號值10%以內；參數(shù)修改完畢，至少穩(wěn)定工作10分鐘，確認輸出值在標準信號值10%以內，方可結束校準工作?，F(xiàn)場校準不能關閉電源，在現(xiàn)場校準期間，業(yè)務傳輸?shù)姆昼姅?shù)據(jù)均按缺測處理?，F(xiàn)場校準工作情況均需記錄到氣簿1備注欄中，注明現(xiàn)場校準起止時間?，F(xiàn)場校準周期第一次使用1個半月后現(xiàn)場校準一次；之后每6

20、個月現(xiàn)場校準一次；每次維修儀器之后都應做現(xiàn)場校準。第4章日常工作前向散射能見度儀投入運行后，應做好日常巡視、維護等工作?，F(xiàn)場維護操作中，觀測員切忌長時間直視發(fā)射端鏡頭，避免損傷眼睛1。守班期間，每個正點前10分鐘應查看能見度自動觀測數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤或異常應及時處理，啟動維護或維修程序。每日日出后和日落前巡視能見度儀，發(fā)現(xiàn)能見度儀（尤其是采樣區(qū)）有蜘蛛網、鳥窩、灰塵、樹枝、樹葉等影響數(shù)據(jù)采集的雜物，應及時清理（可在基座、支架管內放置硫磺，預防蜘蛛）。及時清除太陽能板上的灰塵、積雪等。切忌長時間直視發(fā)射端鏡頭。無線傳輸?shù)哪芤姸葍x器，每月定期檢查無線通訊卡上的費用，提前充值。每月檢查供電設施，保證

21、供電安全。每三個月要對蓄電池進行充放電一次。每年春季對防雷設施進行全面檢查，復測接地電阻。每兩個月對無人值守的能見度站進行現(xiàn)場檢查維護。一般每兩個月定期清潔傳感器透鏡，可根據(jù)設備附近環(huán)境的情況，延長或縮短擦拭鏡頭的時間間隔（遇沙塵、降雪等影響能見度天氣現(xiàn)象時，應及時清潔）。切忌長時間直視發(fā)射端鏡頭。定期檢查、維護的情況應記入值班日志中。對能見度自動觀測數(shù)據(jù)有影響的還要摘入備注欄。檢查時應盡量避免用手電筒等光源照射能見度觀測設備。（注：前向散射能見度儀在運行中，發(fā)射端鏡頭沿鏡筒方向連續(xù)發(fā)射激光光束，長時間連續(xù)直射眼睛會損傷眼睛健康。應盡量避免長時間連續(xù)直視發(fā)射端鏡頭。）第5章數(shù)據(jù)文件5.1分鐘數(shù)

22、據(jù)文件（V文件）無論是單獨設置的能見度觀測站，還是包含能見度的多要素觀測站，都必須有本分鐘數(shù)據(jù)文件。在地面氣象要素分鐘數(shù)據(jù)文件中增加分鐘能見度數(shù)據(jù)文件（VIIiiiMM.YYY）。其中：V為能見度標識符；Iliii為區(qū)站號；MM為月份，高位不足補“0”YYY為年份的后三位。分鐘能見度數(shù)據(jù)文件第一次生成時應進行初始化，初始化的過程是：首先檢測分鐘能見度數(shù)據(jù)文件是否存在，如無當月分鐘能見度數(shù)據(jù)文件，則生成該文件，要素位置一律存相應長度的“-”字符（即減號）。分鐘能見度數(shù)據(jù)文件分為三段，第一段為參數(shù)段，第二段為1分鐘平均數(shù)據(jù)段，第三段為十分鐘平均數(shù)據(jù)段。第一段為參數(shù)行，長度306字節(jié)，內容如下表：表

23、5.1參數(shù)名稱與長度序號參數(shù)字長序號參數(shù)字長1區(qū)站號5字節(jié)7人工定時觀測次數(shù)5字節(jié)2年5字節(jié)8干濕表通風系數(shù)Ai值5字節(jié)3月5字節(jié)9觀測場拔海咼度5字節(jié)4經度5字節(jié)10自動站型號標識5字節(jié)5緯度5字節(jié)11保留內容，用-”填充254字節(jié)6氣壓傳感器拔海咼度5字節(jié)12回車換行2字節(jié)第二段為1分鐘平均能見度數(shù)據(jù)段，每日24條記錄，前日20時01分開始，當日20時00分結束，每條記錄306字節(jié)，記錄的第14個字節(jié)為日時，第5個字節(jié)開始為能見度分鐘數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)5個字節(jié)，高位不足補空格，即59位為第1分鐘的記錄，1014為第2分鐘的記錄，如此類推，300304為第60分鐘的記錄,回車換行結束。第三段為十

24、分鐘平均能見度數(shù)據(jù)段，每日24條記錄，前日20時01分開始，當日20時00分結束，每條記錄306字節(jié)，記錄的第14個字節(jié)為日時，第5個字節(jié)開始為能見度十分鐘數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)5個字節(jié)，高位不足補空格，即59位為第1分鐘的記錄，1014為第2分鐘的記錄，如此類推，300304為第60分鐘的記錄，回車換行結束。記錄缺測時，用相應位長的“/”填充。5.2正點數(shù)據(jù)文件（Z文件）和實時地面氣象要素數(shù)據(jù)文件（ZZ.TXT）包含能見度的多要素觀測站，應有正點數(shù)據(jù)文件和實時地面氣象要素數(shù)據(jù)文件。按照現(xiàn)有規(guī)定執(zhí)行。5.3月數(shù)據(jù)文件（A文件）包含能見度的多要素觀測站，在月數(shù)據(jù)文件中增加方式位B。當方式位X=B時，每天錄入24次定時能見度10分鐘平均值，共24組，分為2個記錄，每個記錄為12組，每組5位數(shù)。5.4實時報文數(shù)據(jù)文件（長Z文件）按照現(xiàn)有規(guī)定執(zhí)行。第6章記錄處理使用前向散射能見度儀進行觀測的臺站，在進行記錄處理與氣象報告的編制時可按照相關業(yè)務規(guī)定，使用自動觀測的能見度值代替人工