能見(jiàn)度計(jì)算及LT31大氣透射儀應(yīng)用

1、能見(jiàn)度計(jì)算及LT31大氣透射儀應(yīng)用張英華1（民航云南空管分局氣象設(shè)備室，昆明市，云南省650200）摘要低能見(jiàn)度為影響航空器起降的主要?dú)庀笠蛩刂?，尤其是在大霧天氣的時(shí)候，觀測(cè)員更加依賴(lài)于能見(jiàn) 度儀的測(cè)量數(shù)據(jù)。為此本文詳細(xì)介紹了氣象能見(jiàn)度定義、計(jì)算方法及LT31大氣透射儀在實(shí)際應(yīng)用中遇到的 問(wèn)題及排除方法。關(guān)鍵詞：能見(jiàn)度計(jì)算LT31應(yīng)用Visibility calculation and LT31 Transmissometer applicationZhang yinghuai（Branch of Yunnan Air traffic management,CAAC,Kunming 6502

2、00）Abstract:Low visibility is one of the important meteorological factors that affect aircraft take-off and landing, the observer are more dependent on visibility measurement instrument in the heavy fog weather conditions.This paper presents the Visibility calculation and LT31 Transmissometer encoun

3、ter malfunctions and troubleshooting in practical applications.Key word: visibility caculation ； LT31 application1引言能見(jiàn)度對(duì)軍事、航空、航海以及人類(lèi)生存環(huán)境等方面都有直接影響。對(duì)于航空氣象來(lái)說(shuō) 尤其重要。昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)在運(yùn)行兩年多時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)多次出現(xiàn)大霧天氣，導(dǎo)致航班無(wú)法起降。 在大霧天氣出現(xiàn)時(shí)，能見(jiàn)度儀提供的能見(jiàn)度數(shù)值是不是與實(shí)際相符，此時(shí)對(duì)LT31大氣透射儀 提供的能見(jiàn)度數(shù)據(jù)將更加依賴(lài)。做好LT31大氣透射儀的日常維護(hù)和故障處理就更加重要。為 此，本文詳細(xì)介紹了氣象能見(jiàn)度計(jì)算方

4、法及昆明機(jī)場(chǎng)LT31大氣投射儀在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn) 題及排除方法。2能見(jiàn)度定義及計(jì)算能見(jiàn)度定義：白天，正常人的視力在地平線附近的天空背景下，能看到合適的黑色目標(biāo)物 的最大水平距離。在夜晚，無(wú)光的背景下，能夠看到和辨認(rèn)出光強(qiáng)為1000cd的燈光的最遠(yuǎn) 距離。影響能見(jiàn)度的三個(gè)因素：目標(biāo)物與背景之間的亮度對(duì)比以及視覺(jué)對(duì)比感閾（視覺(jué)對(duì)比感 閾平均約為0.02，視力好的可小至0.005）和大氣透明度。對(duì)于航空來(lái)說(shuō)，為了安全起見(jiàn)，多采用稍高一些的視覺(jué)對(duì)比感閾值。世界氣象組織（WMO） 和國(guó)際民航組織（ICAO）都采用0.05作為閾值1這時(shí)實(shí)際上也是氣象光學(xué)視程。氣象光學(xué)視程：色溫為2700K的白熾燈發(fā)出的

5、平行光輻射通量，經(jīng)過(guò)大氣削弱，衰減至初始作者信息：張英華男，1980年生，碩士，工程師。研究方向：氣象儀器及應(yīng)用Email: HYPERLINK mailto:21743044 21743044值的5%所通過(guò)的路徑長(zhǎng)度。白天能見(jiàn)度計(jì)算公式：L = ln 8 / (1);若視覺(jué)對(duì)比感閾取0.05則：L = 3/ (2)；若視覺(jué)對(duì)比感閾取0.02則：L = 3-912/ (3)。L：能見(jiàn)度數(shù)值； :視覺(jué)對(duì)比感閾O :消光系數(shù)Ie -E =夜晚能見(jiàn)度計(jì)算公式：R 2 (4)E :觀察者處的照度閾值；R :夜間能見(jiàn)距離；O :消光系數(shù)；I ：目標(biāo)燈光強(qiáng)度表1 :照度視閾E與背景光亮度的關(guān)系2狀況照度閾

6、值(Lux)背景亮度(cd/m2)黑夜8 x 10-74 - 50黃昏/清晨8 x 10-551 - 999正常白天8 x 10-41000 - 12000明亮白天8 x 10-3大于12000E - = 0求解(4)式中的R，需要求解 R2這個(gè)非線性方程，該方程肯定有解，所得解日 就是夜晚能見(jiàn)度的數(shù)值，因此可以采用牛頓迭代法計(jì)算，其迭代關(guān)系式為:xn+13。f (x ) n f(x )n為使用迭代計(jì)算采用EXCEL表來(lái)實(shí)現(xiàn)4。具體方法為：選擇EXCEL中文件一選項(xiàng)一公式一啟用 迭代計(jì)算一最多迭代次數(shù)(X)： 20；最大誤差：0.001。最后確定即可。MOR計(jì)算公式：MOR = 3/(5)；O

7、 :消光系數(shù)若視覺(jué)對(duì)比感閾取0.05則白天能見(jiàn)度就是MOR值。透光率計(jì)算：T = e-B (6)；O :消光系數(shù)B :基線長(zhǎng)度，這里取30米根據(jù)以上公式計(jì)算50米到2500米對(duì)應(yīng)的數(shù)值如表2。表2：能見(jiàn)度計(jì)算表透光率變 化MOR人觀測(cè)能見(jiàn)度夜晚能見(jiàn)度白天偏差夜晚偏差透光率消光系數(shù)0.165298888500.0665.2176.6415.2126.6424.13%0.406569661000.03130.4314.7630.4214.7614.22%0.5488116361500.02195.6438.8945.6288.898.88%0.6376281522000.015260.8554.1

8、160.8354.114.31%0.7408182213000.01391.2766.3291.2466.322.53%0.7985162194000.0075521.6961.31121.6561.311.65%0.8352702115000.0066521143.72152643.721.17%0.8607079766000.005782.41316.26182.4716.260.67%0.8935973478000.00381043.21638.29243.2838.290.43%0.91393118510000.00313041936.41304936.410.63%0.9277434

9、8612000.00251564.82215.85364.81015.850.46%0.93773703614000.00211825.62480.03425.61080.030.35%0.94530278116000.00192086.42731.36486.41131.360.28%0.95122942518000.00172347.22971.61547.21171.610.23%0.95599748220000.001526083202.166081202.160.86%0.96464029325000.001232603742.737601242.73注：人工觀測(cè)能見(jiàn)度計(jì)算時(shí)視覺(jué)對(duì)比

10、感閾取0.02;LT31基線長(zhǎng)度30米。從表中可以得出以下結(jié)論;人工觀測(cè)能見(jiàn)度（視覺(jué)對(duì)比感閾取0.02）比MOR測(cè)量值偏大0.304倍。低能見(jiàn)度時(shí)，透光率變化大，但能見(jiàn)度數(shù)值變化小，也可以說(shuō)能見(jiàn)度對(duì)透光率的變化不敏感。例如豳OR從50米變到100米，透光率變化了 24.13%。高能見(jiàn)度時(shí)，透光率變化小，但能見(jiàn)度數(shù)值變化大，也可以說(shuō)能見(jiàn)度對(duì)透光率的變化很敏感，例如MOR從2000米變到2500米，MOR變化500米，透光率僅變化了0.86%。也就是說(shuō)，能見(jiàn)度儀在測(cè)量低能見(jiàn)度時(shí)精度高，數(shù)值更加真實(shí)可靠。測(cè)量精度最準(zhǔn)確的能見(jiàn)度數(shù)值為三倍基線距離（若基線為30米，則該數(shù)值為90米）。注：測(cè)量精度最準(zhǔn)確

11、的能見(jiàn)度數(shù)值為三倍基線距離結(jié)論推導(dǎo)如下：T = e -crc = ln T;R（7）得出（8），& = e -cl n ln s = 結(jié)合-cl，得到L-Rlns /=/ln T（9），對(duì) L求導(dǎo)可得到dL = - Rln sdTT In T（10），dL _ dT 將（9）式代入（10）得到L T ln T（11）。T：大氣透光率，R：基線長(zhǎng)度，b：消光系數(shù)，L：能見(jiàn)度，8視覺(jué)對(duì)比感閾lim T ln T = lim（m）= lim- T = 0當(dāng)T T 0T In T 0 因?yàn)?t0T0（1T ）T0當(dāng)T 1T In T 0oT ln T求11的最值在（0，1）區(qū)間內(nèi)（T In T） =

12、In T +1。 。一 1-.In T +1 = 0 n T =dL,.令e。此時(shí)由dl引起的L變化最小，當(dāng) - 5時(shí)，則L=3R處誤差最小。若R=30m（基線長(zhǎng)度），則L=90m。3LT31大氣透射儀應(yīng)用LT31大氣透射儀測(cè)量原理Vaisala透射儀LT31直接測(cè)量光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的大氣透光率。通過(guò)測(cè)量包含 散射和吸收之后的平均消光系數(shù)計(jì)算M0Ro透光率測(cè)量使用單基線系統(tǒng)，基線距離為光發(fā)射 機(jī)保護(hù)窗口平面和光接收機(jī)窗口平面之間的距離（本場(chǎng)安裝的基線距離為30米）。依據(jù)透光 率來(lái)計(jì)算M0R。LT31大氣透射儀人工校準(zhǔn)5當(dāng)LT31測(cè)量數(shù)值與實(shí)際相差較大時(shí)，需要用到監(jiān)控終端進(jìn)行LT31遠(yuǎn)程校

13、準(zhǔn)，下面介紹 遠(yuǎn)程校準(zhǔn)步驟：在maintenance終端，打開(kāi)遠(yuǎn)程維護(hù)軟件（Sensor Terminal），選擇并連接需要 校準(zhǔn)的LT31。Open 1 （open空格1之后回車(chē)）進(jìn)入0 level 1 （輸入后回車(chē)）Password： LT31 （輸入后回車(chē)，注：LT大寫(xiě)）進(jìn)入1calibrate visibility （輸入后回車(chē)，默認(rèn)以PWD前散射儀測(cè)量的能見(jiàn) 度數(shù)值校準(zhǔn)）或者1calibrate visibility 15000 （輸入后回車(chē)，依據(jù)人工觀測(cè)的能見(jiàn)度實(shí) 際數(shù)值校準(zhǔn)）校準(zhǔn)完成后，1level 0（輸入后回車(chē)）0close （輸入后回車(chē)）在Sensor Terminal斷開(kāi)

14、與LT31的連接。注：5和6步只需選擇一種校準(zhǔn)方式校準(zhǔn)即可。3.3 LT31大氣透射儀出現(xiàn)的問(wèn)題及排除方法3.3.1 MOR測(cè)量值回升較慢及排除在日常的維護(hù)和巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)22#站點(diǎn)的LT31在天氣由低能見(jiàn)度變?yōu)楦吣芤?jiàn)度時(shí)，回升較 其他幾個(gè)點(diǎn)要慢一些，譬如當(dāng)下能見(jiàn)度已經(jīng)大于5000米，而22#站點(diǎn)的LT31顯示能見(jiàn)度為800 米。感覺(jué)該站點(diǎn)LT31的校準(zhǔn)門(mén)限偏高進(jìn)而不會(huì)及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。為此，修改了LT31透射儀 的校準(zhǔn)門(mén)限（從10000米修改為4000米），步驟如下：1: 0level 3 （password SESE）2: 3configure AC.PWDMORMIN 40003: 3con

15、figure AC.PWDWMOMAX 10近期觀察22#站點(diǎn)LT31數(shù)據(jù)由低能見(jiàn)度到高能見(jiàn)度回復(fù)的都比較快，設(shè)備恢復(fù)正常。3.3.2 LT31雷擊故障及排除2012年雷雨季節(jié)，西跑道中部的LT31在雷雨后，數(shù)據(jù)全部丟失。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該站點(diǎn) 的LT31接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、CPU主板及供電單元全部被雷擊壞。為此，更換了以上損壞的部件 之后，重新進(jìn)行校直、校準(zhǔn)，設(shè)備恢復(fù)正常。4結(jié)論綜上所述，低能見(jiàn)度為影響航空器起降的主要?dú)庀笠蛩刂?，因此在低能?jiàn)度期間，如何保 證LT31運(yùn)行狀態(tài)良好，提供準(zhǔn)確的測(cè)量值，是一項(xiàng)非常重要的工作及課題。為此，本文詳 細(xì)介紹了能見(jiàn)度計(jì)算方法及LT31應(yīng)用中遇到的問(wèn)題及排除的案例，為同行在遇到類(lèi)似問(wèn)題 時(shí)，可借鑒上述方法。參考文獻(xiàn)中國(guó)民用航空總局空中交通管理局.民用航空氣象