前向散射能見度觀測儀與人工觀測的優(yōu)缺點分析

2024年2月21日發(fā)(作者：華中師范大學(xué)研招網(wǎng))

前向散射能見度觀測儀與人工觀測的優(yōu)缺點分析

摘要：大氣能見度作為一項最為常見的氣象學(xué)指標(biāo)，對其進行準(zhǔn)確觀測非常重要。現(xiàn)如今，氣象領(lǐng)域主要使用前向散射能見度觀測儀與人工觀測兩種方式對能見度進行觀測，本文首先從觀測方式、觀測時間、差異原因等角度針對以上兩種觀測方式進行對比分析，后重點總結(jié)了前向散射能見度觀測儀與人工觀測的優(yōu)缺點，僅供參考。

關(guān)鍵詞：前向散射能見度觀測儀；人工觀測；優(yōu)點；缺點

引言

能見度作為有效反映大氣透明度的一項重要指標(biāo)，在氣象領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要是由于能見度作為表征氣團特性的一項重要因素，能夠與天氣學(xué)、氣候?qū)W的需要相符合；另外，能見度最為一項業(yè)務(wù)性參量，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，能見度能夠反映大氣污染程度；在航空航海等領(lǐng)域，能見度更是與安全運輸密切相關(guān)。目前，主要使用兩種方式對能見度進行測量，即能見度儀觀測與人工觀測。傳統(tǒng)的人工觀測方式極易受到物理、主觀等因素的影響，進而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集及其精確性存在著一定的局限性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，前向散度能見度儀作為一種智能化的大氣能見度監(jiān)測設(shè)備，憑借其背景光測量與能見度觀測等功能，表現(xiàn)出測量精確度高、集成度高、輕便、易攜帶等特點，在高速公路、機場、常規(guī)氣象觀測等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，近些年來，大量的實踐結(jié)果顯示，能見度儀觀測與人工觀測數(shù)據(jù)存在著一定的誤差，因此，掌握以上兩種方式的差異及其優(yōu)缺點對于了解能見度觀測數(shù)據(jù)誤差的原因，進而提升觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等具有重要意義。

1前向散射能見度觀測儀與人工觀測對比分析

1.1觀測方式不同

（1）前向散射能見度儀

就前向散射能見度觀測儀而言，是一種融溫度測量、電容降水感應(yīng)與光學(xué)前散射測量等為一體的由微處理器控制的智能傳感器。使用這一儀器對小空氣體積（大約0.1L小采樣值）對33°角紅外光的前向散射強度進行測量，并據(jù)此對氣象光學(xué)范圍能見度進行評估。通常情況下，散射與吸收是導(dǎo)致光出現(xiàn)衰減的主要原因，但是一般不考慮吸收因子。在此基礎(chǔ)上，前向散射能見度儀使用紅外管將一束中心波長為875am的紅外光持續(xù)射入到大氣當(dāng)中，接收器在光電傳感器的接受面上匯聚特定體積大氣的前向散射光，之后再把檢測到的光強度轉(zhuǎn)化為電信號，再將其發(fā)送至計算機進行采樣，使用數(shù)學(xué)模型對大氣能見度值進行演算。

1.

人工觀測

白天能見度指的是在一定天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景當(dāng)中看出并正確辨識出目標(biāo)物的水平距離的最大值。就夜間能見度則指的是假設(shè)總體照明與白天水平相同，大小適宜的黑色目標(biāo)物能夠被看見并正確辨認(rèn)出來的水平距離的最大值，中等強度發(fā)光物體能夠被看見并正確識別的水平距離的最大值。

所謂人工觀測能見度則指的是有效水平能見度。在自動氣象站各個方位、各個距離位置處選擇多個固定的能見度目標(biāo)物，并將其作為能見度觀測的一項參考依據(jù)。能見度觀測時必須在視野開闊位置處進行，并選取能看到全部目標(biāo)物的固定地點進行觀測，并以“不能見”的最近目標(biāo)物與“能見”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物為依據(jù)，對當(dāng)時的能見距離進行判定。

1.2觀測時間不同

使用前向散射能見度觀測儀進行觀測與人工觀測方式的觀測時間存在著明顯差異。就前者而言，是全天24h不間斷觀測，而且每分鐘采樣4次，輸出的數(shù)據(jù)有一分鐘與十分鐘平均值兩種。而就后者而言，受到臺站級別的影響，人工觀測次數(shù)也有所不同。通常情況下， 基本站與基準(zhǔn)站每天觀測4次，分別為08 時、14時、20與02時，而一般氣象站每天僅觀測3次，分別為08時、 14時與20時。地面氣象觀測規(guī)范當(dāng)中規(guī)定，在正點前半個小時左右應(yīng)當(dāng)對觀測場與觀測儀

器設(shè)備進行巡視，45min至60min對能見度進行觀測。夜間在對能見度進行觀測時，氣象觀測工作人員首先應(yīng)當(dāng)在黑暗處停留5~15min，確保眼睛與黑暗環(huán)境適應(yīng)之后再開始觀測。

1.3兩種觀測方式結(jié)果存在差異的原因

1.3.1觀測原理不同

前向散射能見度觀測儀的工作原理是對一小空氣體積對33°角紅外光的前向散射強度進行測量，并據(jù)此對氣象光學(xué)范圍能見度進行評估。而人工觀測方式的工作原理即為在自動氣象站周圍的各個方位、不同距離處選擇多個固定能見度目標(biāo)物，并將其作為能見度觀測的依據(jù)，之后結(jié)合“不能見”的最近目標(biāo)物與“能見”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物對當(dāng)時的能見距離進行判定。

1.3.2觀測范圍不同

相對比而言，人工觀測方式獲取的能見度數(shù)據(jù)資料的主觀性比較強，然而人工觀測注重大氣對視覺的影響，是大范圍平均的結(jié)果。前向散射能見度觀測儀則首先設(shè)定大氣為均勻的，將一小塊氣樣的結(jié)果推廣到更為廣闊的空間當(dāng)中。由于后一種觀測方式假定大氣屬于均質(zhì)，因此，相對比而言，這一觀測方式的誤差比較小。

2兩種觀測方式的優(yōu)缺點分析

2.1前向散射能見度觀測儀的優(yōu)缺點

2.1.1優(yōu)點

通常情況下，大氣渾濁程度使用氣象能見度來表征。而前向散射能見度觀測儀的推廣應(yīng)用正好彌補了該領(lǐng)域存在的不足。與人工觀測方式相比，這一觀測方式的客觀性較強，而且能夠?qū)崟r反映某一區(qū)域某一時刻的能見度狀況。另外，前向散射能見度觀測儀獲取的能見度數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，精確度高等特點。特別是在觀測低能見度天氣現(xiàn)象時，這一觀測方式的客觀性更強，準(zhǔn)確度更高。這一方式在大霧、霾等天氣現(xiàn)象預(yù)警預(yù)測中的作用突出。

2.1.2缺點

由于能見度視程障礙主要為自動判定，目前的綜判直接使用風(fēng)、濕度、能見度等氣象要素獲取結(jié)果，不需要考慮實際的氣象條件。當(dāng)能見度觀測設(shè)備出現(xiàn)問題或數(shù)據(jù)異常時，極易導(dǎo)致能見度觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)記錄不完整、缺測等現(xiàn)象，此時必須及時進行人工補測。另外，由于能見度結(jié)合視程障礙進行自動判別，因此極易出現(xiàn)誤判。例如當(dāng)臺站附近燃燒垃圾或煙霧等導(dǎo)致能見度降低，進而導(dǎo)致誤判天氣現(xiàn)象。此時在定時觀測時，應(yīng)當(dāng)將這一天氣現(xiàn)象刪除，無需對能見度進行處理，而且還要將這一情況詳細(xì)備注在值班日記上。

2.2人工觀測方式的優(yōu)缺點

2.2.1優(yōu)點

人工觀測方式穩(wěn)定性較強，主要是由于觀測的為有效水平能見度。氣象觀測工作人員會結(jié)合自身的工作經(jīng)驗與能見度目標(biāo)物等進行判定，雖然也會出現(xiàn)偏差但是不會發(fā)生由于儀器故障而引起的數(shù)據(jù)缺測等問題，也不會出現(xiàn)錯誤記錄而對目前天氣現(xiàn)象的判定產(chǎn)生一定的影響。

2.2.2缺點

這一觀測方式當(dāng)中“不能見”與“能見”的界線較為模糊，僅僅依靠個人主觀與人眼判別，無法與高標(biāo)準(zhǔn)需求相符合。另外，人工觀測方式與工作人員自身的視力、光源特性等多種因素均存在著密切關(guān)系，主觀上極易造成較大的誤差。除此之外，人工觀測方式較為繁瑣，不及能見度觀測儀方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴德美，劉瑞蓮，高飛等.前向散射能見度儀應(yīng)用情況分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（1）：227-228.

[2]黃春莎，岑瀚，朱小燕等.能見度儀故障現(xiàn)象及維護探討[J].氣象研究與應(yīng)用，2014,35（4）：103-105.

[3]吳世美，吳有恒.人工與自動大氣能見度觀測的對比分析[J].貴州氣象，2016（4）：81-85.

[4]鐘金蓮，周璐，周建坤等.前向散射式能見度儀與人工觀測結(jié)果差異分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（15）：249-250.

[5]陸燕.前向散射能見度觀測儀與人工觀測的優(yōu)缺點[J].山西氣象，2017（4）：47-48.

作者簡介：趙紅云（1967年12月—）女，漢族，河南省臨潁縣人，本科，工程師，從事綜合氣象觀測，技術(shù)裝備保障工作。