H__前向散射能見度儀應用分析交流材料

1、貴陽市氣象局貴陽市氣象局前向散射能見度儀應用分析交流材料貴陽市氣象局 摘要1）與人工觀測相比，前向散射能見度儀觀測結果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實值；而人工觀測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，人工觀測可產(chǎn)生較大主觀誤差，而前向散射能見度儀的觀測則幾乎未受其影響，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)境因素對觀測值起到了至關重要的影響，在儀器使用過程中應引起足夠重視。能見度測量過程中出現(xiàn)器測數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)差異明顯，數(shù)據(jù)準確度不高等問題，給業(yè)務人員增加了繁重的工作任務。貴陽市氣象局選取貴陽國家基準氣候站為研究區(qū)，系統(tǒng)開展了為期近兩年的大

2、氣能見度“儀器觀測”與“人工觀測”的對比研究，結果表明：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：DNQ1/V35生產(chǎn)廠家：華云升達氣象科技有限責任公司設備測量性能見表1本研究使用12套儀器設備放置于貴陽國家基準氣候站、白云國家一般氣象站和息烽國家基本氣象站（主要是和其他型號的能見度儀作對比觀測用）。2、實施地點貴陽國家基準氣候站、白云國家基本氣象站、烏當國家基本氣象站。貴陽市氣象局 前向散射能見度儀測量性能要求 測量要素：大氣能見度 測量范圍：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)境反射面試驗在DNQ1/V35型前向散射能見度儀4米范圍內(nèi)放置一個百葉箱作為反射表面，首先調(diào)節(jié)信號發(fā)射端的角度，使其朝向草面開始連續(xù)觀測，直至信號穩(wěn)定。然后繼續(xù)調(diào)節(jié)信號發(fā)射端的角度，使其朝向百葉箱，開始進行正常觀測至信號穩(wěn)定。為確保觀測結果的客觀性，重復上述操作一次，全程記錄能見度儀的觀測結果以待分析。一、主要研究內(nèi)容廠家技術人員現(xiàn)場調(diào)試圖片貴陽市氣象局3.儀器清潔度試驗為科學評估前向散射能見度儀自身清潔度對觀測結果的影響，在儀器設備安裝后的一年時間內(nèi)不對設備自身（主要是信號發(fā)射端、信號接收端的光學鏡頭）進行清潔處理。打開能見度儀，連續(xù)觀測10分鐘后關閉。然后對發(fā)射

4、端和接收端的鏡頭進行清潔，重新開機觀測一段時間。為了保證觀測結果準確性，同步采用另一臺同型號已清潔的能見度儀開展對比觀測。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、制作能見度目標物分布圖一是選定目標物并測量：選定觀測場周邊的目標物，測量觀測點與目標物的距離和目標物所在的方位。二是制作表格：目標物的距離、方位測定后，制作能見度目標物登記表。三是繪制能見度目標物分布圖：一般是先在紙上畫九個同心圓。圓心代表觀測點，自近而遠地每圈分別代表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、標物（以其簡略圖形或編號）按其所在方位、距離，分別標在相應的位置上。貴陽市氣象局能見度目標物貴陽站測繪選定目標物并測量二、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場雷達站貴陽市氣象局制作能見度目標物登記表二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局繪制能見度目標物分布圖貴陽國基準氣候站能見度目標物分布圖二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局2、安裝兩臺同一型號的前向散射能見度儀開展同步的對比觀測研究。3、進行能見度對比觀測，詳細記錄至少兩位以上觀測員在同一時間、同一地點所觀測到的大氣能見度目測和器測值。4、對于小氣候影響的能見度波動，要進行加密觀測。正常情況下

6、對比觀測時間間隔為每小時一次，加密觀測根據(jù)測值波動幅度確定加密觀測時間間隔，當測值波動幅度大時一般5到10分鐘進行一次對比觀測。5、認真觀察并詳細記錄每次能見度目標物細微變化過程，為了能詳細記錄能見度目標物顏色和較小細微的變化，記錄可采用圖表、文字、攝像等方式相結合，同時每天進行日觀測結果分析匯總。二、采取的主要研究方法、措施貴陽市氣象局通過對環(huán)境因素與前向散射能見度儀觀測精度的相互關系的試驗觀測與對比觀測研究，得到以下結論： （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量，導致較大的測量誤差（12%）。在前向散射能見度儀的安裝過程中應該充分評估周圍環(huán)境反射面對設備監(jiān)測

7、精度的影響，以免造成監(jiān)測工作中人為的數(shù)據(jù)偏差。 （2）對比觀測發(fā)現(xiàn)，清潔的儀器觀測值與參照設備的對比觀測值接近，而未清潔處理前的觀測值與真值存在很大偏差（70%）。及時清潔儀器可有效減小監(jiān)測數(shù)據(jù)的失真，進而提高觀測數(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”與“人工觀測”的對比研究，得出如下主要結論： （1）與人工觀測相比，前向散射能見度儀觀測結果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實值；而人工觀測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，人工觀測可產(chǎn)生較大主觀誤差，而前向散射能見度儀的觀測則幾乎未受其影響，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、研究結果分析貴陽市氣象局1.周邊有無反射面的能見度對比分析 以百葉箱為反射面，當能見度儀信號發(fā)射端朝向地面時，大氣能見度的觀測值從8251 m迅速升高至9140 m，之后趨于穩(wěn)定（915410 m，n=5）。調(diào)整能見度儀信號發(fā)射端，使其朝向百葉箱，大氣能見度的觀測值從9163 m開始迅速降低，至8220 m后逐漸穩(wěn)定（819926 m， n=5）。調(diào)整能見度儀信號發(fā)射端，使其再次朝向地面，其大氣能見度的觀測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，其觀測值與正常觀測真值存在偏差，差值約為956 m，偏差約為12%。圖1周邊發(fā)射表面對

9、能見度測定結果的影響：A時段與C時段，信號發(fā)射端朝向地面；B時段，信號發(fā)射端朝向百葉箱。三、研究結果分析圖1:周邊發(fā)射表面對能見度測定結果的影響貴陽市氣象局2.儀器清潔等因素對能見度觀測的影響能見度儀觀測設備自身的清潔度往往對觀測結果產(chǎn)生至關重要的影響，然而，在實踐過程中這一因素往往被人們忽視。為科學評估前向散射能見度儀自身清潔度對觀測結果的影響，我們于2015年5月27日在白云國家一般氣象站、烏當國家一般氣象站開展了儀器清洗前、后的對比觀測研究，為了保證觀測結果準確性，同步采用另一臺同型號的清潔的能見度儀開展對比觀測（表2）。三、研究結果分析表2：白云氣象站、烏當氣象站儀器清洗前的對比觀測白

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

11、使用過程中應引起足夠重視。三、研究結果分析白云局清洗當日能見度J文件分鐘數(shù)據(jù)。在用能見度儀從16時16分開始清洗，16時36清洗結束，清洗前后數(shù)據(jù)差異較大。貴陽市氣象局3.觀測員主觀誤差分析能見度的人工目測是一個復雜的心理物理現(xiàn)象，其估計值依賴于個人的視覺和對“可見”的理解水平。實際工作中，在氣象臺站周圍各方向選擇距離不同的若干黑色目標物作為能見度觀測目標物，測出距離和方位，繪制出能見度目標物分布圖，作為觀測時的參考。由于測站周圍各方向、各距離能見度目標物數(shù)量有限，不能滿足實際工作的需求，因此，地面氣象觀測規(guī)范規(guī)定，觀測方向有目標物時，若某一距離的目標物剛好能見，則該目標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物，但無更遠或看不到更遠的目標物輪廓，則可根據(jù)其顏色和較細小部分的清晰程度，參考下列經(jīng)驗進行判定：三、研究結果分析貴陽市氣象局1、當目標物的顏色和較細小部分（例如遠處房屋的窗框、村莊中的單個樹木等）都能清楚分辨時，能見度通?？啥樵撃繕宋锞嚯x的5倍以上；2、當目標物的顏色和較細小部分隱約可辨時，能見度通常可定為該目標物距離的2.55倍； 3、當目標物的顏色和較細小部分很難分辨時，能見度通?？啥樵撃繕宋锏木嚯x，但不應該超過 2.5倍。由于觀測員對目標物“能見”和“不能見”界限不太明晰，選取的經(jīng)驗值也不一樣，因此，就算是同一時間，同一地點，不同的觀測

13、員觀測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、研究結果分析貴陽市氣象局為了檢驗觀測員的大氣能見度觀測的主觀誤差，我們于2015年1月9日至5月26日（分時段），在貴陽國家基準氣候站觀測場，對大氣能見度的人工觀測與儀器觀測進行了詳細地對比研究，共計獲得對比觀測記錄85組，如圖1所示。在對比觀測試驗過程中，詳細記錄了兩位觀測員在同一時間、同一地點所觀測到的大氣能見度值，與此同時，采用兩臺同一型號的前向散射能見度儀開展了同步的對比觀測研究。三、研究結果分析貴陽市氣象局如圖2所示，不同觀測員能見度觀測數(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

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

15、里，而此時同方向目標物（鹿沖關森林公園內(nèi)環(huán)翠閣）距離為5.0公里很難分辨，環(huán)翠閣距離5.0公里應為相對客觀的能見度值也是當時的最遠目標物距離，此時器測值一般在4500米左右。由此可見，與人工觀測相比，能見度儀觀測結果更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也更加接近大氣能見度的真實值，而人工觀測則通常存在較大的主觀誤差。三、研究結果分析圖2 大氣能見度的能見度儀觀測值與人工觀測值的對比（觀測數(shù)據(jù)按照“最遠能見目標物距離”由小到大排列）貴陽市氣象局4.局部霧帶對能見度觀測的影響分析局部霧形成的原因較多，通過觀測發(fā)現(xiàn)，局部霧帶影響臺站目測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、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)時間長短不一，一般少則10分鐘左右消散，多則一小時左右。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、風小的條件下，不易擴散，與低層空氣中的水汽相結合，比較容易形成霧和霾的混合霧。這種霧持續(xù)時間往往較長，少則一小時左右，多則數(shù)小時。如果在此期間進行人工能見度觀測，由于霧分布不均勻，觀測員目標物選取不同等原因，容易造成數(shù)據(jù)誤差。三、研究結果分析貴陽市氣象局為了量化局部霧帶對大氣能見度觀測的影響程度，我們于2015年3月19日至5月13日（分時段），在貴陽國家基準氣候站觀測場，開展詳細地對比研究，共計獲得對比觀測記錄16組，如圖3所示。對比觀測

17、分為：1）兩位觀測員的大氣能見度對比觀測；2）兩臺同一型號的前向散射能見度儀的對比觀測；3）東、西兩個方向最遠目標物距離。同期，對大氣顆粒物濃度（PM1.0，PM2.5，PM10）、濕度，風速，風向等氣象參數(shù)進行了觀測（見表1）。三、研究結果分析圖3局部霧帶時期的大氣能見度對比觀測及大氣顆粒物濃度（對比觀測數(shù)據(jù)共16組,按照“能見度儀觀測的能見度”由小到大排列）貴陽市氣象局如圖3所示，局部霧帶出現(xiàn)的時期，東、西兩個方向最遠目標物距離觀測值之間相差2.012.0km，均值高達5.9km。因此，與沒有局部霧帶出現(xiàn)的時期相比，兩位觀測員能見度觀測數(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，能見度儀的觀測則幾乎未受局部霧帶出現(xiàn)的影響，兩臺能見度儀的觀測結果非常接近。結合氣象數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，大氣顆粒物濃度與大氣能見度呈現(xiàn)較好的反相關關系。在較高大氣顆粒物濃度的背景下，如第1-第3組觀測，由于目標物辨識度降低，人工觀測通常是在可辨目標物距離基礎上憑借經(jīng)驗乘以某一系數(shù)，因此，人工觀測能見度值往往高于儀器觀測結果，主觀誤差往往也更大。由此可見，能見度儀觀測結果更加穩(wěn)定，而人工觀測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、研究結果分析 局部霧帶觀測的具體時刻及當時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)測量的代表性、準確性、比較性。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(chǎn)生熱量及妨礙降雨的設施，避免閃爍