人工与自动大气能见度观测的对比分析

大气能见度是最重要的气象学指标之一,其准确观测对气象及相关领域具有重要意义。在实际观测中经常存在器测数据与人工观测数据差异明显的现象,用对比观测期贵阳国家基准气候站的大气能见度仪器观测与人工观测数据分析,结果表明:人工与自动观测数据还是有较好的一致性、相关性。大气无雾、污染环境下,人工观测存在主观差异,能见度观测值偏大,前向散射能见度仪自动观测结果稳定,观测数据接近大气能见度的真实值。在局部雾带、大气受污染环境下,人工观测能见度平均误差低于自动观测数据平均误差。在大气受污染环境下,前向散射能见度仪自动观测的能见度偏小。前向散射能见度仪自身的清洁度等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Belfort M6000型与Belfort M6400型 观测比对与影响因子研究

Belfort M6400型是Belfort仪器公司在M6000型基础上在软件和硬件方面均作出优化和完善后生产的成本更低的、观测更高效的能见度观测仪。本文利用2021年6月11日至7月11日番禺国家气象观测站的Belfort M6000型能见度仪与Belfort M6400型能见度仪观测数据作比对试验,分析两款能见度仪的观测差异特征及气象要素的关系。结果表明,（1）两款能见度仪观测的分钟平均能见度的变化趋势较为一致,二者相关系数为0.92;（2）随能见度等级的增加,差值范围和离散程度均有所增大;（3）两款能见度仪观测值与相对湿度呈负相关关系,与气压呈正相关关系,与其他气象要素的关系不明显;（4）两款能见度仪在雨天时的日平均相关系数（0.93）比晴天（0.82）时要高。     

基于数字摄像能见度仪的北京地区降雨和雾霾天气能见度对比分析

数字摄像能见度仪（Digital Photographic Visibility System,DPVS）仿照人工目测能见度的原理测量大气能见度。本文应用2017年3—8月北京地区DPVS、前向散射仪（PWD22）、大气透射仪（LT31）三种观测仪器在降雨天气和雾霾天气观测数据进行了对比。结果表明：能见度观测数据与相对湿度、颗粒物浓度、降水粒子等要素之间有明显的负相关性;在低能见度天气条件下,三种仪器观测数据变化趋势一致,但存在一定的差异;DPVS在中雨天气、大雨天气、暴雨天气和中度雾霾天气中,观测数据离散性更小,稳定性更好。但DPVS在白天和夜间的交替过渡期观测值不够稳定,这也是今后算法优化的重点方向。     

M6000型能见度仪与人工观测能见度差值分析

利用阳江气象站2013年7月至2014年3月的观测资料,分阶段探讨了M6000型能见度仪与人工观测能见度的差值特征及其造成原因,并探索了提高能见度仪观测质量的方法。结果显示：两者的差值主要集中在-20~30 km之间,且差值的绝对值随着能见度的增大而增大;总体上差值正常的时次占90%,在有天气现象时,自动观测能见度偏小比较明显,能见度小于等于5 km时负误差率最大,平均差值为负值且异常率最高。造成两者存在差值的原因是多方面的,除了人工观测的主观习惯性误差外,两者在概念、测量原理上的不同和仪器的维护不当也是造成差异的原因之一。通过加强能见度仪的日常维护,可以提高自动观测能见度的质量,用自动观测能见度来判断霾天比较接近实际,在雾天通过对自动观测值作适当的正向修正,也能提高两者的一致性,基本能够满足能见度自动化观测的要求。     

前散式和透射式能见度仪的综合观测试验及对比分析北大核心

通过在野外观测基地和能见度计量检测实验室开展的前散式和透射式能见度仪对比观测试验,获取了能见度和其他气象与环境要素的同步观测数据,分析了不同大气环境条件下能见度测量值差异及其产生原因。结果表明:在能见度环境模拟舱内,两种能见度仪的测量值具有较好的一致性,但在自然环境中,两种能见度仪的测量值差异随能见度上升而快速增大。在不同天气现象出现时,前向散射仪与大气透射仪的测量值比值(VIS_(FS)/VIS_(T))规律性变化明显,总体呈现随能见度上升而增大的趋势。无降水时,低湿情况下大气颗粒物吸收作用明显,透射能见度仪测量值远小于前散能见度仪测量值,两者均随PM_(2.5)质量浓度的增加而下降,且其差异也随之减小;高湿情况下大气颗粒物的散射作用在大气消光中占绝对优势,两种能见度仪测量值趋近。     

Model 6000型前向散射能见度仪性能评估及数据订正

介绍了器测能见度测量仪器的分类与测量原理。通过对目前珠江三角洲布网观测的前向散射式能见度仪的原始信号进行分析,探讨影响能见度测量性能的主要因素。结果显示:发射能量与气温呈反相关,在数据处理中可以通过归一化处理去掉其影响;背景噪声的波动具有明显的日变化,主要受光辐射的影响,安装能见度仪时应注意方向和位置,尽量减少背景噪声,提高仪器信噪比。通过能见度仪测值和人工观测值的比较分析表明:两者的变化趋势基本一致;在能见度小于15 km时,量值比较吻合;在能见度大于15 km时,器测值明显大于人工观测值;利用统计方法对器测值作数据订正,能有效减少高能见度的测量误差。利用激光雷达反演能见度,将其反演值与能见度仪测值进行比较,表明两种探测方法具有较高的相关性。     

能见度自动仪与人工观测资料对比分析

根据国家气象中心制定的《对比观测期间监测资料评估技术方法》,对2008年嘉兴气象观测站能见度仪资料与人工观测能见度进行对比分析,结果表明,能见度仪资料与人工观测值在低能见度多发季节(秋、冬、春季)相关较好,而夏季(能见度总体较高)则相反。对能见度进行分级后的比较得出,低能见度(2km)时能见度仪观测效果较好,和人工观测值之间的对比差值及粗差率低、一致率高,具有很好的代替作用,而随着能见度的逐渐升高(2～5 km,5 km),两者之间的差距加大,能见度仪的可替代性降低。最后通过比较两种数据的各项统计指标发现,能见度仪数据序列离散度较低,精密度及精确度都要高于人工观测值,通过订正后未来有望取代人工观测。     

DNQ1与FD12型能见度仪观测比对及影响因子研究

DNQ1型前向散射能见度仪是目前我国气象站应用最多的能见度仪之一,但对其观测能力的评估及与国际上同类能见度仪间的比对研究较少。本文利用2015年1—3月北京上甸子国家大气本底站DNQ1和FD12型能见度仪观测资料开展比对研究,分析两种能见度仪的观测差异特征及与关键气象要素和大气成分的关系。结果表明：两种仪器观测的小时平均能见度的变化趋势较为一致,二者相关系数为0.98。除降雨外,DNQ1与FD12型仪器观测的能见度差值受不同天气状况（包括晴天、沙尘、雾、霾、降雨和降雪）的影响较小,但随能见度等级的增加,差值范围和离散程度均有所增大。能见度差值随相对湿度的增加呈指数递减关系,与气温呈线性正相关关系,与气压、风速和风向关系不明显。两种器测能见度与相对湿度呈明显负相关关系,与其他气象要素的关系不明显。DNQ1能见度相对FD12能见度在每日不同时刻的相对偏差平均低于±10%,满足观测需求;二者在夜间的相关性优于白天,可能与相对湿度和气温的日变化有关。     

2006年夏季塔中一次沙尘暴发生期问近地层气象特征个例分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的两种前向散射能见度仪(CJY-1C和FD12)2009年6月14日-8月5日的探测数据和人工目测数据对各种天气下的能见度变化进行了对比分析.结果表明,FD12和CJY-1C型能见度仪数据有很好的一致性.在能见度较低时,FD12型能见度数据与平均值偏离程度最小,测量更加稳定.FD12型能见度仪数据更接近于目测能见度数据.对于两种能见度仪,两者在扬沙天气的相关性最好,浮尘天气下的相关性较好,沙尘暴天气次之,典型晴天下的相关性最小,可在监测浮尘和扬沙天气时互相替代使用.     

广东省能见度自动观测系统资料评估分析与订正

利用广东省能见度自动观测系统22个站点2011年的人工观测和自动观测的能见度资料,分析了人工观测与自动观测的能见度资料的相关系数、均方根误差等,并对自动观测资料进行了订正。分析结果显示:人工观测与自动观测能见度的分布大致相同,表现为沿海的能见度高于内陆,粤东高于粤西,主要低能见度区域集中在珠江三角洲和粤西的内陆地区;自动观测能见度的准确性主要受到仪器工作原理局限性、气溶胶类型和气象条件的影响。对能见度自动观测资料订正结果显示:订正后,在低能见度时,大部分站点的均方根误差在3km以内;在高能见度时,大部分站点均方根误差在8km以内,平均为6km左右。利用统计方法对器测能见度值作数据订正,能有效减小测量误差,使能见度自动观测系统能基本满足能见度自动化观测需要,特别是低能见度事件的服务需求。     

能见度自动观测系统性能对比及分析

1998年6月至9月间在北京进行了一次透射表能见度仪与前向散射式能见度仪的对比试验。参加试验的能见度自动观测系统有：透射表两套、前向散射能见度仪一套和双光路前向散射能见度仪两套。五套参试仪器分别被安装在南苑机场南北向主跑道的东侧。试验收集数据的起止时间为1998年7月25日09h至8月25日08h，时间间隔为1min。从总体误差分布分析，VAISALA公司的前向散射FD－12表现最好；其次是跑道中段的PRESENTEY公司的PEP9012双光路前向散射仪；而传统上认为测量结果较好的MITRAS透射表在高能见度时表现均不佳。所有参试仪器在能见度低于2000m时表现都不错，能见度4000m以上时，散射仪的测量值明显偏高。因此可以认为能见度在4000m以下时，参试的五套仪器均能满足航空气象保障要求，4000m以上测量结果的离散性较大，不确定性均大，但对飞行安全影响也较小，可以作为参考使用。     

塔克拉玛干沙漠腹地两种能见度仪测量结果的对比分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的两种前向散射能见度仪(CJY-1C和FD12)2009年6月14日—8月5日的探测数据和人工目测数据对各种天气下的能见度变化进行了对比分析。结果表明,FD12和CJY-1C型能见度仪数据有很好的一致性。在能见度较低时,FD12型能见度数据与平均值偏离程度最小,测量更加稳定。FD12型能见度仪数据更接近于目测能见度数据。对于两种能见度仪,两者在扬沙天气的相关性最好,浮尘天气下的相关性较好,沙尘暴天气次之,典型晴天下的相关性最小,可在监测浮尘和扬沙天气时互相替代使用。     

前向散射能见度仪测试模拟环境与试验

能见度是气象、环境和交通观测重要要素,目前不同原理和型号的前向散射能见度仪没有统一的测试环境和定标标准,导致测量结果差别大。为实现前向散射能见度仪统一测试环境,研制了雾环境模拟舱,采用造雾器和净化器组合实现能见度10m到50km模拟。寻找模拟舱内空气均匀度监控方法,消除由空气不均匀带来的误差。测试不同型号的前向散射能见度仪和相同型号能见度仪,结果显示不同型号能见度仪测量值差别大于一倍,同一型号的能见度仪测量值相对误差在±5%内。尝试不同型号能见度仪修正方法,并且验证修正方法可行,修正后的不同型号仪器相对误差在±10%内。     

广州站能见度数据质量评估及其参数化研究

利用广州地面观测站（简称广州站）的两种能见度仪和人工观测的能见度资料,分析两种观测方法之间的一致性和差异性,并对广州站能见度建立参数化模型。研究结果表明,不同的能见度范围和观测时次,两者均有较好的一致性;当能见度为3 km以下及10 km以上时,两者一致率较高;在5次正点观测的器测和目测值一致率均高达90%以上。10~30 km范围内的平均相对误差较低,其余范围均高于20%。在11、14和17时的相对误差低于10%,08和20时的相对误差较高。能见度在1~10 km范围内,随着能见度的增大,器测与目测平均相对误差增大,仪器粗差率增大。另外,基于大气相对湿度、颗粒物数浓度建立广州站能见度参数化模型,能较准确模拟出能见度变化的趋势。实际检验表明,模拟值与实况误差基本小于3 km。因此,该模型可以预报广州站的能见度,为准确判断广州市能见度变化提供一定的参考依据。      

浙江省人工观测与仪器观测能见度对比分析

随着自动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高,利用2011年全省人工观测与仪器观测能见度资料,对全年能见度空间分布做了分析,能见度高值区位于西南山区和东部沿海地区,低值区位于杭州地区、金衢盆地及湖州部分地区。以杭州为例分析两种能见度资料在不同能见度水平和天气现象下的一致性,当能见度小于1 km时,两种能见度资料误差较小,能见度在1~10 km之间,误差有所增加,当能见度在10 km以上时,误差较大,仪器观测能见度只有一定的参考性。在考察天气对能见度的影响时发现,人工观测能见度波动较大,降水的分布不均匀对于能见度测量有较大影响,因此在测量霾天气能见度时应排除降水对能见度的干扰。     

数字摄像法测量能见度仪器系统比对实验

文章介绍了数字摄像法测量能见度仪器系统（DPVS）的基本原理，DPVS通过数字摄像机直接摄取选定目标物的图像，并将该图像直接输入计算机进行分析处理，自动获取能见度值。DPVS能见度仪与常用能见度仪比对实验结果表明DPVS已基本可以应用。     

基于视频监控的能见度测量

针对目前白天气象能见度观测的手段和方法,提出了利用视频监控进行能见度测量的思路,同时设计基于边缘存量的神经网络能见度检测算法并获得了与前向散射能见度仪相近的测量结果,能有效测量气象能见度值,有助于实现利用分布较广的多点监控视频补充前向散射能见度仪的单点测量,从而可得到格点更为精细的能见度测量结果。     

毫米波雷达在港口海雾观测和能见度反演中的应用

利用2014年12月和2015年3月浙江省宁波市北仑海港光明码头毫米波雷达观测数据及分布在毫米波雷达附近的4部前向散射能见度仪观测数据,开展海雾联合观测实验,建立雷达反射率与海雾能见度的关系。结果表明:(1)毫米波雷达可以获取海雾的内部结构、分布范围、云雾强度随距离和高度的变化趋势;(2)当雷达反射率上升时,能见度降低,反之升高。通过毫米波雷达反演的能见度与能见度仪观测值有较好的相关性;(3)订正后的反演算法进一步提高了毫米波雷达反演海雾能见度的准确性。     

能见度人工观测与能见度仪遥测资料的差异

利用番禺区2005年1～12月每天08:00、14:00和20:00时的人工观测资料,对比FD12P前向散射能见度仪测得的能见度(vis)资料,分为vis＜1.0,1.0≤vis≤2.0,2.0＜vis≤5.0,5.0＜vis＜10.0,10.0≤vis≤13.0和vis＞13.0等6种情况,进行相关系数和差值等计算,分析出人工观测和能见度仪测得的能见度资料的差异,并得出FD12P前向散射能见度仪的遥测资料的可用性.     

基于数字摄像技术测量气象能见度--双亮度差方法和试验研究

数字摄像技术在地基、空基定量化大气遥感上的应用是一个方兴未艾的研究领域.作者阐述了基于数字摄像技术,利用地平线附近两个不同距离的目标物和其对应水平天空背景亮度差的比值计算白天气象能见度的方法(简称双亮度差方法)及其标准观测条件,该方法能够消除CCD(电荷耦合器件)数字摄像系统暗电流和背景杂散光的影响,可以增大数字摄像能见度观测系统(DPVS)的测量范围,提高测量精度.2002年在合肥骆岗机场进行了DPVS同V(a)is(a)l(a)前向散射仪、透射仪以及目测的对比试验,大量实测数据表明:DPVS和V(a)is(a)l(a)仪器以及目测的一致性相当好,采用双亮度差方法,即使能见度达到基线长度的200倍,DPVS也能给出可信的测量结果.