双光路能见度测量方法和试验

双光路能见度测量系统是一种基于CCD (Charge-Coupled Device) 数字摄像和光在大气中衰减理论的能见度测量系统,首先设置远、近两个固定距离的特性相同的目标光源和背景装置,然后通过CCD拍摄所设置的目标光源和背景,拍摄的图像由1394数据线和图像采集卡传输到计算机,通过数字图像处理获取目标光源和背景的灰度信息,最终利用相应的算法计算能见度。试验表明:双光路能见度测量系统和透射式能见度仪对比偏差随能见度的升高而升高,而与前向散射式能见度仪对比偏差随能见度的升高有小幅降低,通过白天和夜晚数据对比可知,白天太阳光的影响已基本消除。     

前散式和透射式能见度仪的综合观测试验及对比分析

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。     

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。     

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。     

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。     

大气透射仪与前向散射仪低能见度条件下跑道视程数据对比分析

利用2017年10月26日—2018年3月14日期间,乌鲁木齐机场跑道视程≤600 m时跑道25方向大气透射仪和前向散射仪的跑道视程数据,以及跑道25方向大气透射仪和中间段大气透射仪跑道视程数据进行对比分析,得到以下结论:(1)大气透射仪的跑道视程数据大于等于前向散射仪的跑道视程数据的比例为96%,跑道视程≤400 m时,两种设备相互替代性较好;(2)相比于黑夜,白天情况下前向散射仪的跑道视程数据更接近25方向大气透射仪的跑道视程数据;(3)相比于跑道中间段大气透射仪,跑道25方向前向散射仪跑道视程数据更接近25方向的大气透射仪跑道视程数据。     

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。     

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...     

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。     

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。     

基于全视野数字图像的能见度估算方法

基于全视野数字图像的能见度估算方法是将全视野图像大气透射率与大气能见度通过曲线拟合方法建立联系,得到估算模型进行能见度估算。首先通过历史全视野图像和对应时刻的大气能见度建立样本数据集,再利用暗原色先验理论获取全视野图像大气透射率,通过多项式拟合方法建立离散样本数据集中大气透射率与对应时刻大气能见度的关系,即全视野图像能见度估算模型,最终将所需估算时刻的数字图像输入估算模型进行能见度估算,得到大气能见度数值。结果表明:建立的基于全视野数字图像能见度估算模型在环境光照均匀时大气能见度估算值与能见度实测值有较好的一致性,可作为前向散射仪的补充观测方法,弥补其采样存在的局限性。     

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...     

DNQ3型能见度仪故障分析及校准方法研究

为有效提高国家地面气象观测站能见度仪观测数据准确性和设备运行稳定性,对能见度仪开展日常维护、核查校准、数据质控和故障修复等工作显得尤为重要。该文通过对DNQ3型前向散射能见度仪硬件结构和基本工作原理的介绍,以及对一些典型故障进行分析,总结出能见度仪的检测维修流程,归纳了对应的故障解决措施,凝练出该型能见度仪的核查校准和疑误数据质控方法,为一线业务人员开展能见度仪常规维护、故障排查、运行监控等提供借鉴。     

北京高速公路大气能见度演变特征及其物理分析

根据首都国际机场高速公路专业气象自动监测站网所提供的高时间分辨率资料, 对大气能见度演变特征以及相应的物理因子进行分析。结论如下: (1) 大气能见度具有明显的日变化和逐月变化特征。就日变化而言, 能见度以14时最大, 但最低值出现时段却不一定。对于季节变化, 全年以夏季大气能见度状况最好。 (2) 无论是季节变化还是日变化, 高速公路上的大气能见度与气象要素之间都是复杂的非线性关系, 而不是简单的线性关系。通过对21个月中能见度最低月资料的分析表明, 大气能见度与湿度间呈明显的乘幂分布关系, 其与气温呈U型相关。但在月平均能见度最大月, 能见度则与湿度呈指数关系。 (3) 从物理上来看, 大气能见度与湿度的关系, 主要是通过水汽分子的Rayleigh散射和雾的Mie散射两个方面来表现; 风速则是由于压力阻力卷起大气气溶胶来影响大气能见度的; 而0℃附近温度影响大气能见度则主要是通过Bergeron三相过程。 (4) 200 m以下的低能见度基本上是湿度在100%的情况下发生的, 即都是大雾天气影响的直接结果, 但对200 m以上的低能见度则不同, 200～1000 m其间有一半是雾, 而1～4 km的能见度中不到三分之一是雾, 主要是由灰霾、 沙尘暴等天气现象造成。     

武汉大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度关系的非线性分析及能见度预报

武汉作为中部地区高湿度代表城市,大气污染严重,霾天气多发,但有关该地区大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度(RH)的定量关系尚不明确。利用2014年9月—2015年3月武汉地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度观测数据,研究分析了武汉大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度的关系,并进行能见度非线性预报初探,得到以下结论:武汉霾时数发生比例高,霾的发生和加重是能见度降低的主要原因;能见度降低伴随大量细粒子产生和累积,这是武汉大气能见度恶化的重要诱因。细颗粒物浓度与相对湿度共同影响和制约大气能见度变化,高湿高浓度时能见度显著下降,湿情景下(RH≥40%),能见度恶化主要是由湿度增高诱使细颗粒物粒径吸湿增长导致其散射效率增大造成的。当RH >90%时,能见度随湿度升高成线性递减,相对湿度每升高1%,武汉平均能见度降低0.568 km。而干情景下(RH2.5质量浓度升高。在城市大气细粒子污染背景下,能见度与相对湿度成非线性关系,这主要与PM2.5对能见度的影响及吸湿性颗粒物的散射效率变化有关。PM2.5浓度与能见度成幂函数非线性关系,80%≤RH2.5浓度对能见度的影响敏感阈值是随着湿度升高而减小的,干情景下能见度10 km对应的PM2.5浓度阈值为70 μg/m3,湿情景下该阈值为18—55 μg/m3。当PM2.5质量浓度低于约40 μg/m3时,继续降低PM2.5可显著提高武汉大气能见度。预报试验表明,基于神经网络方法建立大气能见度非线性预报模型是可行的,预报能见度相关系数为0.86,均方根误差为1.9 km,能见度≤10 km的TS评分为0.92。网络模型具有较高预报性能,对霾的判别有较高准确性,为衔接区域环境气象数值预报模式,建立大气能见度精细化动力统计模型提供参考依据。