前向散射能见度自动观测仪与人工观测能见度的对比分；秦景昌沙广军；摘要；对比XDN01型前向散射能见度仪与人工观测近一年；关键词：能见度前向散射能见度仪人工观测对比分析1；前向散射型能见度仪是目前装备我国机场气象观测台站；1主要技术指标；按照XDN01型前向散射能见度仪（以下简称能见度；对自动仪缺测值和奇异值进行了填充替代，填充值为前；的均数；3分析方法；对比
前向散射能见度自动观测仪与人工观测能见度的对比分析
对比XDN01型前向散射能见度仪与人工观测近一年的观测资料，发现两者之间的偏差（对比差值）存在明显的日变化和季节变化，在不同天气条件下的偏差也不近相同，本文从原理上对这些偏差进行了分析，提出了使用该型能见度仪需要注意的方面。
能见度 前向散射能见度仪 人工观测
对比分析 12 （1. 浙江义乌91867部队4分队
. 凯迈（洛阳）测控有限公司 471009）
前向散射型能见度仪是目前装备我国机场气象观测台站中较为普遍一种仪器。为定量分析该型能见度仪的使用价值，本文选用了本站日至日每天24小时共8269个观测记录，对自动观测和人工观测能见度进行了对比分析，试图得出了几个有用的结论。由于能见度的观测具有非常明显的主观性，视野内各方向能见度又不尽相同，自动观测仪也只是对某一观测点进行采样，因此我们并不认为自动与人工观测值哪个更接近实际，分析的目的只是比较两者的差异点及其原因。
主要技术指标
按照XDN01型前向散射能见度仪（以下简称能见度仪）技术说明书提供的资料，该型能见度仪测量范围为10-10000m，测量精度&500m时为±50m，500m-1500m，±10%，m，±20%，分辨率为10m。工作条件-45-50℃，相对湿度90%以下。 2 数据处理
对自动仪缺测值和奇异值进行了填充替代，填充值为前后2小时
的均数。由于人工观测有大于10000m的记录，而受限于自动观测最大值,为便于比较，对人工观测大于10000m的值用10000m替代。
3 分析方法
对比两序列的差异，主要是分析两序列的平均偏差情况，为此，计算了自动观测与人工观测能见度的平均值、对比差和误差，并分不同天气现象进行了统计。
3.1对比差值
对比差值为自动仪观测值A与人工U的差值(A-U)，对比差值平均值X在500m之内可认为正常。
误差=（自动值-人工值）/人工值*100%，反映了当以人工值为基准时，自动值的偏差情况，10%以内认为正常，大于20%则认为超出仪器指标。
4 分析结果
4.1 日变化的分析
对比差值直接反映了自动观测和人工之间的偏差，分析对比差值的日变化(图1)，可以看出，对比差值通常来说在白天为正值，夜间为负值，也就是说自动仪观测值白天比人工观测值大，夜间比人工观测小，且白天对比差值绝对值总体比夜间小。
如何有如此结果呢？
XDN01型前向散射能见度仪与目前国内外所有的前向散射能见度仪工作原理一样，是通过测量局部大气的散射系数，再通过柯西米德公式（此式于1924年由科西米德(Koschmieder)导出）计算出气象光学视程（“meteorological optic range”，缩写为MOR），即气象能见度。 柯西米德公式如下：
VR = -lnτ/μ
VR―气象光学视程(能见度)[km]；
τ―大气透射比；
μ―大气消光系数[km-1]。
在自然环境下观测目标物，目标物与背景的照度对比，需要大于5%的人眼照度阈值对比，才能分辨出目标物。因此，将5%的阈值对比相应的大气介质厚度定义为气象光学视程，而5%的照度阈值对比与大气透射比相对应。即
MOR = 3/μ
柯西米德公式把人眼照度阈值作为常量，不论白天夜间，不管环境背景亮度，只考虑大气透明程度，属于客观的物理量，能见度自动仪计算出的气象光学视程MOR值，在白天和晚上都是客观统一的，不随环境光线的变化而变化。
而人眼观测能见度，运用的是透射原理，受主观意识和环境光线制约影响极大。不论昼夜，为了看清目标，目标在人眼视网膜上给出的照度必需高于人眼照度阈值。但人眼照度阈值并不是常数（5%），而是受环境亮度制约的变数。环境亮度随时间和天气而变化，早、午、晚不同，晴、阴、雾不同，更不必说白天与夜间的显著不同，况且，随季节更替，白天与夜间并无很确定的分界点。
因此，人工观测的结果必然与前向散射能见度仪有差别。尤其在晚上，人眼看到的是可见的最远灯光距离，其结果受到灯光色温与光强的影响，不再是柯西米德公式定义的气象光学视程MOR的概念了。但另一方面可以肯定，导致能见度变化的核心是大气透明度的变化，因此，两者虽有数值上的差别，但其变化趋势总体上是一致的。
基于以上的分析，XDN01型前向散射能见度仪与人工观测对比的日变化结果反映出早上lnτ=ln0.05 = -2.996≈-3，则有实际业务使用公式：
7、8点与下午16、17点的误差最小，正午时分和零时左右误差最大，其原因有二：一是在白天正午，环境亮度高，人眼照度阈值大，对目标物不敏感，由柯西米德定律关系可知，人工观测能见度将比自动值偏低，而当夜间环境亮度降低，人眼照度阈值也减小，特别是半夜时分，人工观测能见度将偏大。二是夜间人工观测目标是城市灯光，人眼对高光强目标敏感。从图上也可以看出，上半夜（有灯光）对比差值绝对值要比下半夜（无灯光）大一些，这与实际经验是一致的。另外从图上可见， 日出（6-8时）日落（16-18时）期间，对比差值绝对值明显较小，两者较为一致，说明在这段时间内的环境亮度是最适宜的，人眼照度阈值也最接近0.05，此时能见度仪与人工观测对比的参考价值还是比较大的。
4.2 不同天气现象下的情况
对与能见度记录对应的每小时天气现象进行分类，分为无天气现象、轻雾、霾和雨四大类，然后分别统计相对误差，结果如表1所示。 项目
自动观测值
人工观测值
相对误差 无天气现象
-0.048 轻雾
-0.119 霾 .026 雨
-0.189 总体平均值
表1 统计情况
从上表可以得出几个结论：一是自动观测总体平均值与人工观测平均值误差为负差-7.3%，这说明自动观测与人工观测总体偏差不大，非常值得参考；二是在无天气现象、轻雾、霾和降水条件下自动观测值与人工观测值的误差分别为-4.8%、-11.9%、-18.9%，均为负差，而只有在霾条件下为正差2.6%（如图2）。三是相对误差在降水情况下最大，但小于20%的仪器标称精度。
大气中悬浮粒子（气溶胶）的性状种类很多，其散射特性与能见度的反演关系各不相同，因此在高能见度、轻雾、霾尘等天气条件下的误差也不相同。在降水天气条件下，误差最大，反映了降水颗粒对能见度自动测量的影响，这是由于水滴与其他气溶胶的散射系数是不同的，水滴的散射光有很高的正前向直折射成分，严重夸大了前向散射光能量，造成比实际能见度值更低的观测效果。
对比资料显示，各种天气条件下的误差都在仪器观测精度指标之内，也符合部队观测规范的要求，反映出此款仪器能够很好的辅助或代替人工观测，服务于军事任务。 5 结论 5.1前向散射能见度仪所测能见度值与人工观测能见度值有偏差，其原因是两者所显示是不同概念的数值，能见度仪显示的是气象光学视程，人工观测的是人眼透视能见度，使用时不
能将两者对比绝对化。
5.2自动观测与人工观测能见度值的变化趋势一致，但是两者之间的偏差存在明显的日变化，这种变化与环境亮度和目标物亮度相关，是人眼观测时的照度阈值受环境亮度影响的自然反应。实际使用时，白天应对自动观测值负向修正，夜间则应正向修正。
5.2自动观测与人工观测能见度值的误差在不同天气现象条件下是不同的，在降水时误差最大，轻雾、无天气现象次之，霾尘条件下最小，但都符合仪器的技战术指标。
能见度自动观测仪在我站装备有一年时间，运行稳定，观测结果对人工观测有很好的参考价值，尤其是夜晚观测，更是起到了辅助和替代人工观测的作用。但考虑到能见度自动观测仪的采样空间是有限的，而人工观测的空间范围大得多，加上雾的形成、发展和消散也具有很强的局地性，因此要更好的使用好此款产品，还需要针对部队使用的场地、用途作加密、联网监测，特别是在机场港口等大型场所，这样才能对雾的生成和消散做出客观及时的监测和预报，才能为作战或训练指挥提供更好的气象保障。同时，也希望此款产品在降水天气条件下的观测有更好的修正，进一步减小误差。
1 王颖.自动站与人工观测气温的对比分析.应用气象学报,):741-748
2 张霭琛，现代气象观测，北京大学出版社，2000
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（原标题：能见度“35公里+”是什么概念？）
能从新街口看到禄口机场
南京连续几天大风吹出水晶天；今起升温，未来还有两场冷空气
谁说蓝色象征忧郁？“蓝京人”(南京人)的心情和天气一样美美哒。连续两天的西北气流，把清冷的空气源源不断送来南京，刷出了-2.5℃的低温，还有能见度超过35公里的水晶天！未来几天，南京开始升温回暖，天气继续晴好。
能见度“35公里+”超检测仪极限
连续刮了几天偏北大风，到昨天白天，南京的上空已经是一碧如洗，蓝得“不要不要的”。用蔚蓝都不足以形容天蓝的程度，从某些角度仰望，天空呈现出宝石般的莹莹光彩。有这么美好的天气，哪怕风还很大，天还很冷，大家都忙着抬头拍照上传微信——您的朋友圈也蓝屏了吧？
昨天一早，南京的能见度就不同凡响——南京气象部门和交管部门联合监测发现，当日6时全市能见度14—20公里，预计未来12小时能见度为15—30公里。这是什么概念呢？且不说有霾的时候南京能见度只有2—3公里，就是晴好的夏季早晨，能见度有时也只有6—7公里。2月的天有这么好的能见度，不算罕见，但着实少见。
截至昨天下午4点，南京气象部门监测发现，基准观测站测到了当日“35公里+”的最佳能见度！什么叫“35公里+”？因为能见度检测仪的测量上限就是35公里，实际能见度比这个数字还要高！35公里是什么概念？记者在电子地图上用测距工具计算，几乎等于从北面的燕子矶到南部江宁区秣陵镇附近，或从新街口到南京禄口国际机场的直线距离。
能见度是怎么监测出来的
能见度35公里，其实是个理论数值，因为地理特性和人类本身目力所限，实际上看不到那么远，能见度超过30公里后，基本上只是作为空气清澈程度的数字参考。
气象部门的能见度观测，分为人工观测和自动设备观测。人工观测是观测员在一天中的几个特定时刻，利用目测不同距离目标物的清晰程度来判别能见度值。记者就曾在南京江宁的国家基准气象观测站看到一张挂图，图上以观测站为中心，画着不同目标物(工厂烟囱、建筑物、山丘等)的距离，便于观测员估测能见度。自动设备观测是利用光学设备对大气的特定光学特性进行测量，并计算得出能见度值，这种机器叫能见度检测仪。目前除了位于江宁的南京国家级气候观象站，各区还分布着100多个自动气象站，其中有的气象站就带有能见度自动监测功能。据了解，南京地区的能见度监测已经全面实现自动化，监测数据实时上传，并且与交通、环保等部门共享，给市民的生活提供了更多的便利。
连续大风，全托冷空气和阳光的福
南京之所以秒变“蓝京”，全靠连续刮了三天的偏北大风。从正月初六晚些时候开始，冷空气就携北风呼啸而来，轰轰轰地穿城而过，声势骇人。市区楼高路窄，所以还会形成峡管效应，风力可以突然增强到7级甚至更高。然而连续的大风也给城市做了“深度保洁”，驱灰除霾，能见度超高，空气质量也超好。
南京市气象台的工作人员介绍，大风之所以能刮上几天，主要是西北气流送来的北方冷空气，也就是偏北大风，另一方面，阳光出来后的升温不均，可以形成区域间的气压差，高压区域的空气向低压区冲击，也容易形成白天持续大风。据了解，除了南京，这两天江苏全省多地都在经历大风天气，沿海地区还测到了7—8级的大风。
今起升温，未来还有两场冷空气
昨天早晨，南京测到了-2.5℃的当日最低气温，但是午后升温明显。预计今天后天周四，南京都是晴好天气，且升温明显。今天晴到多云，最低-2℃，早晨局部有冰冻，白天午后最高气温可达10℃，从今天开始，最高气温将再度回到10℃以上。明天最低气温0℃，午后最高13℃。预计周四当天最高气温可达16℃甚至更高。
19日晚些时候到20日(即周五晚到周六白天)，又一股冷空气抵达，气温届时还会小幅下降。从中长期预报来看，到月底前，除了19日—20日的冷空气，27日还会遭遇一轮冷空气来袭，气温有起伏，但总体上温度已经进入上升通道，月底前将基本稳定在每日最高10℃以上。记者王晟（来源：新华报业网－南京晨报
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人工目测与仪器测量的能见度数据资料分析
    摘 要:能见度的测量目前还是以人工目测为主,只有少量的地面观测用能见度仪进行观测。本文通过对广东省东莞市-人工目测能见度与安装在不同地点的另两台能见度仪的测量数据进行统计分析,分别从趋势图、观测数据的相关性与一致性和视程障碍对比差值等方面进行分析,从而得出两种观测方法数据相关的有关结果,希望为今后充分合理利用能见度仪的观测资料提供一个参考。0 引言在经济高速发展的今天,由于空气污染程度日益严重,导致城市大气能见度降低,这是当前被广泛关注的问题之一。能见度过低会严重地妨碍城市地面和空中交通,引发意外事故,造成重大经济损失或人员伤亡。因此对雾、霾、轻雾等视程障碍现象的实时监控和及时发布,显得尤为重要。而人工目测能见度属主观判断且对目标物的分布、周围观测环境要求较高,需要视野开阔,无遮蔽物遮挡等。能见度仪的出现弥补了这一领域的空白,它可以避免人工目测的诸多限制。随着能见度仪的使用越来越多,它所受关注和重视的程度也越来越来高,它所测出的数据与人工目测所得的数据相比,存在什么差异,或两者之间有什么联系,是目前正在使用能见度仪的用户和准备使用的用户十分关心的问题,因此有必要对这两种观测方法进行全面的、系统的分析。1 观测原理和资料来源1.1 观测原理人工观测的能见度(也称目测),是指台站四周视野中二分之一以上范围所能见到的目标物的最大水平距离。人工观测能见度白天和夜间的规范是不同的,白天能见度是指视力正常的人,在当时天气条件下,能够从天空背景中看到和辨认的目标物(黑色、大小适度)的最大水平距离,夜间能见度则是指能看到和辨认出发光点目标物的最大水平距离[1]。目前所使用的能见度仪(用能见度仪测量也称器测)属于散射能见度仪,是通过测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器。它的核心部件包括发射机、接收机、控制板和内部连接电缆等。发射机持续发射红外光脉冲,被透镜聚焦后经大气中的颗粒物散射,接收机透镜将散射光收集到光敏二极管上并对其强度进行检测,最后将检测得到的信号发送到cpu上,通过特定的算法转化为气象光学能见度。1.2 资料来源现在台站的能见度观测资料是以人工目测来记录,东莞气象观测站对于能见度的观测,除了常规的人工目测外,还有2台能见度仪,分别于08-04安装在观测场和大气成分舱上(以下简称为旧能见度仪和新能见度仪),二者型号相同,为贝尔福特仪器公司生产的6000型能见度计,是一种前散射测量仪器。它每min生成1个数据,每天形成1个文件。为了便于统计分析,本次选取了&这段期间02:00,08:00,14:00,20:00的定时数据和人工同步的观测记录数据。其中旧能见度仪最大数值被设置为50.0 km,新能见度仪上限数值为出厂设置80.0 km,未作更改。2 数据分析2.1 4个定点时次逐日数据走势及相关性分析从&的02:00,08:00,14:00,20:00这4个时次观测数据对比曲线来看,2台能见度仪与人工观测变化趋势基本一致,见图1~图4。利用excel表中correl公式分别得4个时次的新、旧能见度仪测量值与人工观测值的相关系数,见表1。从中可以看到2个能见度仪的观测数据与人工观测数据的相关系数基本上都在0.7到0.8之间,仪器观测数据与人工观测数据都有很好的相关性。从单个时次来看,2台仪器都在08:00的相关系数最大,14:00的相关系数最小,旧能见度仪相关系数总体来看略大一些。三者之间也存在着一定的差异,其中新能见度仪观测值最大,旧能见度仪数值次之,人工观测数据最小,能见度越好,三者差值越大,能见度越小,三者差值越小。2.2 定点时次能见度的平均值分析从其日变化趋势来看,4个时次的平均能见度与能见度日变化趋势是相似的,对4个定时数据进行统计计算平均值,见表2。由表2可以看出,平均能见度日变化趋势一致,最低能见度和最高能见度出现时间段相近,午夜向凌晨能见度逐渐减低,日出前后能见度较差,一天中能见度最好是在正午前后。2.3 能见度的一致性对比分析由于人工观测与器测属不同的观测方式,下面分析不同的能见度条件下,人工观测数据与仪器观测数据的差异,按人工观测到的能见度的大小把数据分为5类,即能见度1.0 km以下,1.0~10.0 km,10.0~20.0 km,20.0~30.0 km,30.0 km以上,分别统计2台能见度仪的平均对比差值,见表3。由表3可见人工观测能见度在10.0 km以下,即有视程障碍现象时目测与器测差值最小,故对于轻雾、霾等视程障碍现象的观测,2种方式测出的能见度相差不大,观测出的结果是较一致的。其中旧能见度仪的平均对比差值均小于新能见度仪,新、旧能见度仪相比,旧仪器所测数据与人工观测差值更小。新、旧仪器虽是同一型号,但仪器的现场安装和安放的地点以及每台仪器本身的灵敏度和性能不完全一样,故所测出的数据会有差异。2.4 天气现象对能见度的影响分析在人工观测到阵雨、轻雾、霾等天气现象的情况下,分别对2台能见度仪的资料进行对比分析,见表4。由表4可发现,出现降水时,2台能见度仪的对比差值最大,由于观测时间不完全一致,人工目测能见度的时间在正点前15 min内进行,而能见度仪的数据取自正点,降水前后,能见度仪的数据变化明显、起伏较大,与目测值相差就较大,致使整个平均对比差值就大,在同样视程障碍(灰霾、轻雾)的状况下,对比后更突出,新的能见度仪较旧的对比差值要更大些。3 人工观测和器测产生差异的原因造成这些数据差异的原因是多方面的,最明显的一点是原理的不同。能见度仪属于散射原理,通过一个小空气块内测量大气对入射光的散射情况确定散射系数,不考虑大气及其中杂质的吸收作用,能见度仪观测的是一个点,局部性较强。而人工观测属于透射原理,人工观测的是一个面,范围较广,因此,在能见度好的天气下,两者的差值更大,并且器测容易受天气现象的影响。4 结束语通过上述的分析表明,观测的方式不同,测出的数据也有较大的差异,但两种方法测出能见度的趋势是相同的。人工观测与能见度仪的观测有较好的相关性(相关系数达0.7~0.8),其中能见度越低,人工观测和器测的差值越小,故器测能见度和人工目测对雾、霾、轻雾等视程障碍现象的监测得出的结果基本是一致的,但降水对能见度仪的观测影响较大。新、旧2台能见度仪相比较,旧能见度仪观测数据更为接近人工观测。参考文献:[ 1 ]中国气象局.地面气象观测规范[m].北京:气象出版社,2003.[ 2 ]曾书儿,王改利.能见度的观测及其仪器[j].应用气象学报,):207-212.[ 3 ]濮江平,胡宗刚,魏阳春,等.能见度自动观测系统性能对比及分析[j].气象科学,):60-71.[ 4 ]王京丽,程丛兰,徐晓峰.数字摄像法测量能见度仪器系统比对实验[j].气象科技,):353-357.[ 5 ]林晔,王庆安,顾松山,等.大气探测学教程[m].北京:气象出版社,1995.本文作者：尹淑娴,罗 d,莫伟强
收录时间:日 10:24:09 来源:中国计量测控网 作者:点击率
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