H__前向散射能见度仪应用分析交流材料

1、贵阳市气象局贵阳市气象局前向散射能见度仪应用分析交流材料贵阳市气象局 摘要1）与人工观测相比，前向散射能见度仪观测结果更加稳定，数据也更加接近大气能见度的真实值；而人工观测则通常存在较大的主观误差；2）在局部小气候事件发生期间，人工观测可产生较大主观误差，而前向散射能见度仪的观测则几乎未受其影响，显示了更好的数据稳定性；3）前向散射能见度仪自身的清洁度等环境因素对观测值起到了至关重要的影响，在仪器使用过程中应引起足够重视。能见度测量过程中出现器测数据与人工观测数据差异明显，数据准确度不高等问题，给业务人员增加了繁重的工作任务。贵阳市气象局选取贵阳国家基准气候站为研究区，系统开展了为期近两年的大

2、气能见度“仪器观测”与“人工观测”的对比研究，结果表明：贵阳市气象局过渡页一、主要研究内容贵阳市气象局一、主要研究内容1、材料及方法本研究采用的前向散射能见度仪型 号：DNQ1/V35生产厂家：华云升达气象科技有限责任公司设备测量性能见表1本研究使用12套仪器设备放置于贵阳国家基准气候站、白云国家一般气象站和息烽国家基本气象站（主要是和其他型号的能见度仪作对比观测用）。2、实施地点贵阳国家基准气候站、白云国家基本气象站、乌当国家基本气象站。贵阳市气象局 前向散射能见度仪测量性能要求 测量要素：大气能见度 测量范围：10m30km 最大允许误差： 10%（1.5km）；20%（1.5km）一、主

3、要研究内容贵阳市气象局2.环境反射面试验在DNQ1/V35型前向散射能见度仪4米范围内放置一个百叶箱作为反射表面，首先调节信号发射端的角度，使其朝向草面开始连续观测，直至信号稳定。然后继续调节信号发射端的角度，使其朝向百叶箱，开始进行正常观测至信号稳定。为确保观测结果的客观性，重复上述操作一次，全程记录能见度仪的观测结果以待分析。一、主要研究内容厂家技术人员现场调试图片贵阳市气象局3.仪器清洁度试验为科学评估前向散射能见度仪自身清洁度对观测结果的影响，在仪器设备安装后的一年时间内不对设备自身（主要是信号发射端、信号接收端的光学镜头）进行清洁处理。打开能见度仪，连续观测10分钟后关闭。然后对发射

4、端和接收端的镜头进行清洁，重新开机观测一段时间。为了保证观测结果准确性，同步采用另一台同型号已清洁的能见度仪开展对比观测。一、主要研究内容贵阳市气象局过渡页二、采取的主要研究方法、措施贵阳市气象局二、采取的主要研究方法、措施1、制作能见度目标物分布图一是选定目标物并测量：选定观测场周边的目标物，测量观测点与目标物的距离和目标物所在的方位。二是制作表格：目标物的距离、方位测定后，制作能见度目标物登记表。三是绘制能见度目标物分布图：一般是先在纸上画九个同心圆。圆心代表观测点，自近而远地每圈分别代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0km的距离。然后把所有的目

5、标物（以其简略图形或编号）按其所在方位、距离，分别标在相应的位置上。贵阳市气象局能见度目标物贵阳站测绘选定目标物并测量二、采取的主要研究方法、措施打沙坡东山栖霞寺花果园写字楼群最高楼鸡冠岩贵阳国际机场雷达站贵阳市气象局制作能见度目标物登记表二、采取的主要研究方法、措施贵阳市气象局绘制能见度目标物分布图贵阳国基准气候站能见度目标物分布图二、采取的主要研究方法、措施贵阳市气象局2、安装两台同一型号的前向散射能见度仪开展同步的对比观测研究。3、进行能见度对比观测，详细记录至少两位以上观测员在同一时间、同一地点所观测到的大气能见度目测和器测值。4、对于小气候影响的能见度波动，要进行加密观测。正常情况下

6、对比观测时间间隔为每小时一次，加密观测根据测值波动幅度确定加密观测时间间隔，当测值波动幅度大时一般5到10分钟进行一次对比观测。5、认真观察并详细记录每次能见度目标物细微变化过程，为了能详细记录能见度目标物颜色和较小细微的变化，记录可采用图表、文字、摄像等方式相结合，同时每天进行日观测结果分析汇总。二、采取的主要研究方法、措施贵阳市气象局通过对环境因素与前向散射能见度仪观测精度的相互关系的试验观测与对比观测研究，得到以下结论： （1）人为的反射面（百叶箱、雨量筒、不锈钢围栏等）干扰了仪器的光路测量，导致较大的测量误差（12%）。在前向散射能见度仪的安装过程中应该充分评估周围环境反射面对设备监测

7、精度的影响，以免造成监测工作中人为的数据偏差。 （2）对比观测发现，清洁的仪器观测值与参照设备的对比观测值接近，而未清洁处理前的观测值与真值存在很大偏差（70%）。及时清洁仪器可有效减小监测数据的失真，进而提高观测数据的可靠性。通过开展为期近两年的大气能见度“仪器观测”与“人工观测”的对比研究，得出如下主要结论： （1）与人工观测相比，前向散射能见度仪观测结果更加稳定，数据也更加接近大气能见度的真实值；而人工观测则通常存在较大的主观误差； （2）在局部小气候事件发生期间，人工观测可产生较大主观误差，而前向散射能见度仪的观测则几乎未受其影响，显示了更好的数据稳定性。二、采取的主要研究方法、措施贵

8、阳市气象局过渡页三、研究结果分析贵阳市气象局1.周边有无反射面的能见度对比分析 以百叶箱为反射面，当能见度仪信号发射端朝向地面时，大气能见度的观测值从8251 m迅速升高至9140 m，之后趋于稳定（915410 m，n=5）。调整能见度仪信号发射端，使其朝向百叶箱，大气能见度的观测值从9163 m开始迅速降低，至8220 m后逐渐稳定（819926 m， n=5）。调整能见度仪信号发射端，使其再次朝向地面，其大气能见度的观测值又迅速升高并逐渐稳定（894611 m，n=5）（图1）。能见度仪周边存在反射面，其观测值与正常观测真值存在偏差，差值约为956 m，偏差约为12%。图1周边发射表面对

9、能见度测定结果的影响：A时段与C时段，信号发射端朝向地面；B时段，信号发射端朝向百叶箱。三、研究结果分析图1:周边发射表面对能见度测定结果的影响贵阳市气象局2.仪器清洁等因素对能见度观测的影响能见度仪观测设备自身的清洁度往往对观测结果产生至关重要的影响，然而，在实践过程中这一因素往往被人们忽视。为科学评估前向散射能见度仪自身清洁度对观测结果的影响，我们于2015年5月27日在白云国家一般气象站、乌当国家一般气象站开展了仪器清洗前、后的对比观测研究，为了保证观测结果准确性，同步采用另一台同型号的清洁的能见度仪开展对比观测（表2）。三、研究结果分析表2：白云气象站、乌当气象站仪器清洗前的对比观测白

10、云气象站、乌当气象站仪器清洗后的对比观测贵阳市气象局由表2可知，在用能见度仪清洁前、后的能见度观测值存在很大差异，清洁后与对比设备的大气能见度观测值则非常吻合。以白云站对比观测为例，在用能见度仪清洁之前，其大气能见度观测值为17011792m（n=21），而对比设备的大气能见度观测值为6655480m（n=21），两者之差高达10356m。在用能见度仪清洁之后，其大气能见度观测值为6800193m（n=19），而对比设备的大气能见度观测值为6307174m（n=19），两者之差仅为493m。乌当站的对比观测结果与之类似。由此可见，能见度仪自身的清洁度对设备观测值起到了至关重要的影响，在能见度仪

11、使用过程中应引起足够重视。三、研究结果分析白云局清洗当日能见度J文件分钟数据。在用能见度仪从16时16分开始清洗，16时36清洗结束，清洗前后数据差异较大。贵阳市气象局3.观测员主观误差分析能见度的人工目测是一个复杂的心理物理现象，其估计值依赖于个人的视觉和对“可见”的理解水平。实际工作中，在气象台站周围各方向选择距离不同的若干黑色目标物作为能见度观测目标物，测出距离和方位，绘制出能见度目标物分布图，作为观测时的参考。由于测站周围各方向、各距离能见度目标物数量有限，不能满足实际工作的需求，因此，地面气象观测规范规定，观测方向有目标物时，若某一距离的目标物刚好能见，则该目标物的距离即为该方向的能

12、见度；若在该方向上能清晰地看到某一距离上的目标物，但无更远或看不到更远的目标物轮廓，则可根据其颜色和较细小部分的清晰程度，参考下列经验进行判定：三、研究结果分析贵阳市气象局1、当目标物的颜色和较细小部分（例如远处房屋的窗框、村庄中的单个树木等）都能清楚分辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上；2、当目标物的颜色和较细小部分隐约可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的2.55倍； 3、当目标物的颜色和较细小部分很难分辨时，能见度通常可定为该目标物的距离，但不应该超过 2.5倍。由于观测员对目标物“能见”和“不能见”界限不太明晰，选取的经验值也不一样，因此，就算是同一时间，同一地点，不同的观测

13、员观测到的能见度值相差也是很大的。少则一两公里，多则五公里以上。三、研究结果分析贵阳市气象局为了检验观测员的大气能见度观测的主观误差，我们于2015年1月9日至5月26日（分时段），在贵阳国家基准气候站观测场，对大气能见度的人工观测与仪器观测进行了详细地对比研究，共计获得对比观测记录85组，如图1所示。在对比观测试验过程中，详细记录了两位观测员在同一时间、同一地点所观测到的大气能见度值，与此同时，采用两台同一型号的前向散射能见度仪开展了同步的对比观测研究。三、研究结果分析贵阳市气象局如图2所示，不同观测员能见度观测数值之间存在均值1.4km的差别，最大值超过3.0km，不同能见度仪的能见度观测

14、数值则几乎无差别（差别均值0.3km）；两位观测员能见度观测值的平均值明显高于客观值（最远能见目标物距离），平均高出3.9km，最大高出9.5km，而两台能见度仪的能见度观测数值的平均值与客观值（最远能见目标物距离）非常接近（两者差别0.4km）。能见度客观值也就是最远目标物距离。例如：小石城在贵阳基准站西北偏北面，目标物距离是3.3公里，后面鹿冲关森林公园内环翠阁目标物距离是5.0公里，在平时观测中会经常遇到这样的情况，小石城这三个字的颜色隐约可辨，如果以此为目标参照物，这时人工目测能见度可定为该目标物距离的2.55倍：假设选择稍小的经验倍数3，那么人工观测能见度应为9.9一般记为10.0公

15、里，而此时同方向目标物（鹿冲关森林公园内环翠阁）距离为5.0公里很难分辨，环翠阁距离5.0公里应为相对客观的能见度值也是当时的最远目标物距离，此时器测值一般在4500米左右。由此可见，与人工观测相比，能见度仪观测结果更加稳定，数据也更加接近大气能见度的真实值，而人工观测则通常存在较大的主观误差。三、研究结果分析图2 大气能见度的能见度仪观测值与人工观测值的对比（观测数据按照“最远能见目标物距离”由小到大排列）贵阳市气象局4.局部雾带对能见度观测的影响分析局部雾形成的原因较多，通过观测发现，局部雾带影响台站目测能见度的原因主要有两种。一是大范围降水之后，由于近地面水汽比较充沛，在微风、气流比较稳

16、定的情况下，山地容易形成局部雾带，雾的持续时间长短不一，一般少则10分钟左右消散，多则一小时左右。二是城市中大量排放的烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的条件下，不易扩散，与低层空气中的水汽相结合，比较容易形成雾和霾的混合雾。这种雾持续时间往往较长，少则一小时左右，多则数小时。如果在此期间进行人工能见度观测，由于雾分布不均匀，观测员目标物选取不同等原因，容易造成数据误差。三、研究结果分析贵阳市气象局为了量化局部雾带对大气能见度观测的影响程度，我们于2015年3月19日至5月13日（分时段），在贵阳国家基准气候站观测场，开展详细地对比研究，共计获得对比观测记录16组，如图3所示。对比观测

17、分为：1）两位观测员的大气能见度对比观测；2）两台同一型号的前向散射能见度仪的对比观测；3）东、西两个方向最远目标物距离。同期，对大气颗粒物浓度（PM1.0，PM2.5，PM10）、湿度，风速，风向等气象参数进行了观测（见表1）。三、研究结果分析图3局部雾带时期的大气能见度对比观测及大气颗粒物浓度（对比观测数据共16组,按照“能见度仪观测的能见度”由小到大排列）贵阳市气象局如图3所示，局部雾带出现的时期，东、西两个方向最远目标物距离观测值之间相差2.012.0km，均值高达5.9km。因此，与没有局部雾带出现的时期相比，两位观测员能见度观测数值之间存在的差别也更大，均值2.5km，最大值超过7

18、.0km。然而，能见度仪的观测则几乎未受局部雾带出现的影响，两台能见度仪的观测结果非常接近。结合气象数据对比发现，大气颗粒物浓度与大气能见度呈现较好的反相关关系。在较高大气颗粒物浓度的背景下，如第1-第3组观测，由于目标物辨识度降低，人工观测通常是在可辨目标物距离基础上凭借经验乘以某一系数，因此，人工观测能见度值往往高于仪器观测结果，主观误差往往也更大。由此可见，能见度仪观测结果更加稳定，而人工观测则容易受到局部雾带等小气候事件的影响而产生较大的主观误差。三、研究结果分析 局部雾带观测的具体时刻及当时的气象条件贵阳市气象局过渡页四、能见度安装要求贵阳市气象局为确保前向散射能见度仪数据测量的代表性、准确性、比较性。能见度仪应安装在对周围天气状况最具代表性的地点，应不受干扰光学测量的遮挡物和反射表面的影响，要远离大型建筑物，远离产生热量及妨碍降雨的设施，避免闪烁