前向散射式能见度仪示值对比及标定方法研究

实时、准确的能见度测量数据对指导交通监测预警和空气质量评价具有重要意义。叙述前向散射式能见度仪测量原理,介绍能见度实验室内的检测技术和检测方法。基于安徽省大气探测技术保障中心研制的能见度环境模拟方舱,对3个国产厂家的前向散射式能见度仪进行检测,对比了能见度仪示值的一致程度,分析了影响示值偏差的原因。针对我国目前未建立能见度量传体系现状,提出了标定厂家系统常数以减少测量误差的方法。研究结果表明:同一厂家生产的前向散射式能见度仪测量结果一致性相对较好。能见度小于1.5km时,标准偏差均值最大为131.3m。能见度在1.5~10km时,标准偏差均值最大为457.4m。不同厂家生产的能见度仪示值偏差较大,能见度在1.5~10km时,最大相对误差均值达到-40.9%。重新标定系统常数后,能见度仪示值一致性明显提高。     

以黑体为目标的能见度参考标准试验研究

黑体为目标的能见度测量是从科西米德定律出发,通过工业相机对黑体目标物进行拍摄,建立黑体和背景天空的数学模型,求得能见度。分析表明:当能见度小于30 km,黑体黑度和CCD(change-coupled device)工业相机的面非均匀性对该方法测得的能见度造成的误差约为3.7%。该方法与前向散射能见度仪测量进行对比,能见度变化趋势上具有一致性;但在高能见度时,黑体能见度测量值大于前向散射能见度测量值,低能见度时,黑体测量值小于前向散射能见度测量值。     

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。     

前向散射式能见度仪测试方法研究

针对气象行业前向散射式能见度仪检测标准缺失现状,开展了前向散射式能见度仪室内测试方法研究。文中介绍了前向散射式能见度仪的工作原理,阐述了测量标准设备的组成和技术要求,详细论述了前向散射式能见度仪的测试项目和测试方法,展示了多台前向散射式能见度仪室内实测结果。研究表明:利用试验舱模拟能见度进行测量范围和示值误差测试具有可行性,测量标准器可选择透射仪;响应时间可通过放置散射板或遮光板产生突变信号完成测试。     

前向散射式能见度仪检测不确定度评定方法

根据能见度计量检测实验室(合肥)前向散射式能见度仪检测实例,展示了前向散射式能见度仪检测结果的测量不确定度评定方法。首先,介绍了能见度检测系统组成和技术要求;其次,建立前向散射式能见度仪示值误差测量模型,分析了测量不确定度来源;最后,依据不同的评定方法,对测量不确定度分量进行评定。研究结果表明:前向散射式能见度仪检测结果的不确定度分量主要有被测能见度仪、测量标准器、试验舱引入的标准不确定度。在50m和200m检测点,示值误差的扩展不确定度U(k=2)分别为4.9m和14.3m;在500～10000m检测点,相对扩展不确定度U(k=2)在8.5%～11.0%之间。     

前向散射能见度仪校准技术

基于前向散射能见度仪的工作原理、结构特点及使用环境,分析了前向散射能见度仪的测量误差来源、产生测量误差原因及误差模型,归纳了前向散射能见度仪出厂标定方法、标定参数及标定参数修正方法。为确保能见度观测数据具有准确性,并根据将来量值传递需要,在分析了能见度量值传递参数基础上,提出了前向散射能见度仪的实验室标定条件和方法,梳理了前向散射能见度仪现场光学装置校准、校准板校准及人工校准方法,为今后建立能见度量值传递体系和编写相关校准规范提供参考。     

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。     

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。     

环境因素对前向散射能见度仪测定精度的影响研究

研究了环境反射面以及仪器清洁度对前向散射能见度仪测定精度的影响。结果表明,能见度仪周边存在反射面,其观测值与真值的偏差约为12%;未清洁处理则可能造成观测值与真值偏差达70%。由此可见,排除环境因素及人为因素的干扰,可有效提高向前散射能见度仪的测量精度。研究结果为散射型能见度仪的准确观测提供了实践参考。     

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。     

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。      

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。     

前向散射式能见度仪的常见故障及维修维护

<正>1引言近年来,自动观测能见度仪越来越广泛运用于气象观测站中,其分为透视式和散射式两种。前者是通过大气透射率或者消光系数来确定能见距离。后者是通过测量一定体积空气中由气体分子、气溶胶粒子、雾滴等引起的散射光的强度来确定能见距离。本文根据日常工作中前向散射式能见度仪工作中较常出现的问题,对故障原因、故障处理、日常维护进行了阐述。2故障分析及处理2.1数据偏小     

机场低能见度自动观测设备测量数据对比

基于民航机场的实际应用,对比安装在陕西省西安咸阳国际机场跑道一端的大气透射仪和前向散射仪2013年1月—2014年8月测量的跑道视程数据,结果表明:整体上,当跑道视程R > 400 m时,前向散射仪测量数据大于大气透射仪数据的比例高;当跑道视程R≤400 m时,大气透射仪测量数据大于等于前向散射仪数据的比例更高。当跑道视程R≤600 m时,两种设备测量数据具有很好的相互替代性;当跑道视程R > 1000 m时,两种设备测量数据差距较大。在雾、冻雾、霾和暴雨天气时,两种设备测量数据在时间上具有很好的一致性,且在跑道视程R≤1000 m时,两种设备测量数据具有很好的相互替代性,而在雪、烟和扬沙天气时两种设备测量的数据差距较大。     

琼州海峡大雾的实时立体监测

正2018年末,海口市气象局引进的3部激光雷达能见度监测仪在琼州海峡两岸闪亮登场。它们就像三部激光"望远镜",通过发射一定波长的激光束,"扫描"琼州海峡的主要港池和航道,获取其扫描路径上的大气粒子后向散射信息,完成测量大气能见度的任务。与传统单点能见度仪相比,它有高精度、远距离、大范围、可穿透性的特点。它可以穿雾探测,     

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.     

前向散射能见度仪的常见异常现象处理及日常维护

介绍了目前气象探测业务中广泛应用的前向散射能见度仪的仪器构造和工作原理,通过对山东省30个国家级自动气象站,自正式启用能见度仪以来出现的异常现象进行分析总结,提出了相应的解决方法,并结合工作实际给出了能见度仪的日常维护方法。     

前向散射型能见度仪原理样机的主要性能分析

从对散射强度的测定来估算大气能见度的理论出发,给出了前向散射型能见度仪的测量原理。将能见度仪原理样机的外场实验数据与观测员目测能见度进行分析,基本符合通过测定散射强度,估算大气消光系数,进而确定大气能见度的关系,分析表明该样机设计原理是正确的。同时,从实验数据的统计中发现有时方差较大,动态范围小。经过深入研究认为主要是背景噪声干扰所致,特别在无云晴天,阳光充足时,背景噪声十分显著,严重影响测量结果。对原理样机存在的问题进行了探讨,进而提出了改进意见。     

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。     

安徽省雾、霾、晴空天气的气象条件对比分析

使用2008~2012年逐日地面观测资料,揭示了安徽不同地区雾、霾、晴空天气气象条件的差异,指出不同地区要根据本地特点建立雾、霾预报指标和预报方法。3类天气差异最大的地面气象要素是能见度和相对湿度。根据3种天气前一日和当日能见度和相对湿度分布特征,全省站点可以分为3类:1)从雾、霾到晴空,能见度递增、相对湿度递减,且差异显著,如合肥站;2)雾、霾天的能见度和相对湿度均很接近,但与晴空天差别较大,如阜阳站;3)能见度在雾、霾天无明显差别,但相对湿度在雾、霾天差异显著,如安庆站。地级市测站雾后即霾的可能性较大(大于50%),县城测站雾后即霾的可能性较低(低于25%)。垂直方向,雾时相对湿度随高度下降很快,850 h Pa中位值已降到20%(安庆)和45%(阜阳)以下,霾时相对湿度随高度下降缓慢,850 h Pa中位值仍在60%左右;另外,霾天边界层中上部风切变较小,雾天和晴空天边界层中上部都存在较大的风切变。