DT型大气能见度记录仪的研制和精度分析

本文系统地论述了透射式仪器测量能见度的原理,列举了为保证测量精度所采取的各项措施,以及对仪器的性能、标定、精度与误差作了详细的分析。最后提出了研制和使用能见度仪应注意的问题。     

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。     

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。     

北京高速公路大气能见度与气象条件的相关分析

从能见度与气象要素的日变化、逐月变化、季节变化特征以及不同等级能见度与对应气象要素平均值的依赖关系等不同角度,统计分析了北京首都机场和八达岭高速公路大气能见度与地面气象要素的相关性,并进行了高速公路大气能见度与地面气象要素相关性普查。结果表明,北京高速公路大气能见度与相对湿度呈明显负相关,与风速和气压呈正相关,高湿和小风是出现低能见度的主要气象条件。     

降水现象对大气消光系数和能见度的影响

大气中各种粒子对大气消光系数和能见度有不同程度影响,除气溶胶粒子外,降水粒子对能见度影响也不可忽视。为了解降水粒子对能见度的影响,确定能见度变化与降水现象之间的关系,该文在分析降水粒子的大小、速度、形状、谱分布、光学特性等特征的基础上,忽略气溶胶粒子的影响,建立基于实测谱分布的降水与能见度的理论模型,讨论不同类型降雨、降雪对大气消光系数和能见度的影响。同时选取Parsivel降水粒子谱仪在南京地区的降雨和降雪观测记录,利用实测数据来对比验证本文所建立的降水-能见度理论模型。结果表明:能见度随着降水强度的增大呈指数降低;受降水粒子特性和天气条件等多种因素影响,能见度与降水强度之间的关系并不是唯一对应的;降雨和降雪对能见度的影响各不相同,相比而言,降雨对能见度的影响比较容易确定,而降雪对能见度的影响比较复杂,主要因为雪花或冰晶的类型复杂多变,对大气消光系数有不同程度的影响。结合理论分析和实测数据对比验证,降水现象对能见度的影响得到了证实。     

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。     

提高飞机大气温度测量精度的方法研究

随着集成技术的飞速发展，用于飞机人工增雨作业大气温度测量的传感器越来越多，这些传感器具有精度高、性能稳定、可控性和线性好等优点，但前提是必须在稳定的环境中工作，而飞机人工增雨作业工作环境恶劣、动态变化无常、干扰因素多而不定，从而导致非传感器本身的误差因子增多，直接造成温度测量精度下降等结果。本文结合吉林省近年来飞机增雨作业实际经验，就如何改善非传感器误差因子导致的测量精度问题进行了研究，给出了部分解决方案和方法，仅供广大人影工作者参考。     

北京机场高速公路能见度与大气动力和热力因子的诊断及物理分析

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,结合大尺度背景场对大气能见度演变的动力热力条件和各级能见度条件下对应的主要气象要素特征进行分析。结论如下：1）在低频时间尺度,大气能见度的低频变化有如下的规律：850hPa垂直速度与能见度呈现同位相关系,并通过垂直速度影响水汽变化,进而通过水汽的Rayleigh散射与水粒子的Mie散射来影响大气能见度的变化,反映出大尺度动力因子与水汽共同作用影响了大气能见度变化。500-850hPa之间的位温差与能见度的反位相关系,反映出大气稳定度控制了大气边界层的分子扩散和湍流扩散,即通过热力因子影响大气能见度。但要注意,能见度的变化并不是由某一个单因子所决定的,必须综合考虑动力、热力和水汽等多个因子的相互制约。2）造成2005年1月和2006年1月能见度差异的主要原因是垂直速度和水汽的差异,即垂直下沉运动时,水汽易于燥,比湿较小,能见度较高,故2005年1月能见度比2006年1月高。3）能见度的等级分布与大气湿度、温度以及风速有重要的物理联系,尤其是温度在0℃以下,冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压时,有利于雾的形成,从而使得能见度较低。4）200-1000m的低能见度出现频数的日变化呈现以午时为低中心的U型分布,并且1000m以下的低能见度一定对应了低温、高湿和微风,但这只是必要条件,并不是其发生的充分条件,尤其对于200m以下的浓雾。而对大于4000m的较高能见度,其出现频数的日变化呈以午时为高中心的拱形分布。     

云量云状和能见度的观测误差分析及对策

本文运用九个站,六次集体观测资料,对台站当前云和能见度的观测记录误差及其产生原因,进行统计分析,并提出了减少这些误差的一些对策,对提高云和能见度的目测水平有一定的现实意义。     

用混合和扩散云室对大气冰核浓度的观测分析

继1963年用混合云室对春季冰核浓度观测之后，1994～1996年，在同季节、同地点用混合和静力扩散云室又做了同步观测。对取得的资料进行整理分析，得出了凝华核浓度在不同天气背景下占总冰核浓度的百分比，两种云室测值的对应关系；分析了扩散云室的容积效应及冰核浓度随气压、能见度等气象因子的变化。     

相对湿度和PM2.5浓度对大气能见度的影响研究:基于小时资料的多站对比分析

为了全面分析浙江省不同区域能见度变化基本特征及影响机理,基于杭州、宁波、温州3个国家基本气象站2013-2014年逐时能见度观测资料,比较分析了3市能见度变化的基本特征。发现3市不同等级能见度出现频率基本一致,随着能见度等级的提高,出现频率逐渐降低;从能见度的日变化来看,07时（北京时）前后最低,之后缓慢上升,14-15时达到最高,随后逐渐下降;全年有两个能见度较低时段,分别出现在12月-次年2月和5-6月;总体而言,宁波能见度最优,杭州和温州大体相当。功率谱分析结果表明,3市能见度均有显著的日周期,高频波段呈现出多个显著谱峰,低频波段存在若干显著谱峰。进一步开展机理分析,发现相对湿度和PM2.5浓度是调制大气能见度的关键因子,相对湿度增大、PM2.5浓度升高导致能见度降低。在同一相对湿度等级下,初始阶段能见度随PM2.5浓度的升高迅速降低,到达“拐点”之后降低速率趋于缓慢。在同一PM2.5浓度水平下,相对湿度越大,能见度越低,说明水汽对能见度也有重要影响。基于相对湿度和PM2.5浓度两个因子,采用非线性拟合方案构建了大气能见度定量统计模型,总体而言模型拟合效果较好。最后针对研究中存在的不足和未来值得进一步发掘的科学问题进行了讨论。      

NCAR分析资料在大气边界层内误差的初步分析

通过比较1998年南海季风试验(SCSMEX)期间(1998年5月5日～5月25日,6月4日～6月20日)7个站点的探空加密观测资料与NCAR分析资料,分析了在大气边界层内分析资料存在的误差.结果表明:在大气边界层内,NCAR分析资料存在较大的误差.位温和比湿误差随着高度的增加呈现下高上低的特征.比湿的误差要大于位温的误差,7个站点的位温均方差最小值基本都小于1 K,最大均方差也不大于2 K,而比湿均方差最小值基本都大于1.0 g·kg~(-1),部分站点的误差最大值超过2.0 g·kg~(-1).初步说明,下垫面对NCAR分析资料误差的产生有较大影响,内陆地区和海岛地区的分析资料位温的误差比沿海地区大,而比湿数据则相反;在垂直方向上,分析资料的位温误差在0.98～1.33 K之间,比湿误差介于1.39～1.60 g·kg~(-1)之间.     

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。     

大气电场,电流多路同步测量的数据实时采集和滚动显示记录系统

阐述了利用微机对大气电场及麦克斯韦电流密度进行实时多路长时间记录、显示的原理，操作方式及编程。在野外观测的基础获得了电场、电流密度的同步数字化资料，实现了电场、电流密度观测记录的自动化、该系统测量信号以模式所形式实时连续滚动显示在ＶＧＡ显示器上、数字化信号实时存储在计算机硬盘上，记录后的数据可再处理，也可再显示。     

暗筒式日照计安装误差导致的记录迹线偏离分析

由日照记录迹线描述方程,给出标准日照记录迹线,并对日照计安装偏差对日照记录正确性和日照迹线状态改变的影响进行了分析,发现日照计安装偏差造成的记录误差,水平最甚,方位次之,纬度最轻。用日照记录迹线形状来判断日照计安装偏差,纬度不准最易,方位不准次之,水平不准最难。并提出了暗筒式日照计的正确安装方法,确保其水平、方位、纬度误差最小。     

京津冀及周边地区冬季能见度与PM2.5浓度和环境湿度的多元回归分析

2013年至今,中国冬季与雾霾相伴的低能见度事件频发,京津冀及周边地区尤为严重。PM_2.5浓度与环境湿度是导致低能见度的最关键影响因素。为了深入研究PM_2.5浓度与环境湿度对大气能见度的影响,利用2017年1月京津冀及周边地区MICAPS气象数据与PM_2.5观测数据,运用天气学诊断分析方法讨论了不同相对湿度下PM_2.5浓度、环境湿度对冬季能见度变化的相对贡献,按照地理环境与污染程度差异将京津冀及周边地区划分为北京-天津地区与河北-山东地区,建立了PM_2.5浓度与环境湿度（由露点温度、温度代表）对能见度的多元回归方程,并对2015、2016、2018、2019年冬季能见度进行了回算检验。结果显示:相对湿度低于70%、PM_2.5浓度低于75 μg/m3时,北京-天津地区与河北-山东地区能见度多高于10 km,PM_2.5浓度升高是此时能见度迅速降低的主导因素;相对湿度从70%上升至85%和PM_2.5浓度从75 μg/m3升高200 μg/m3的共同作用导致了能见度降低到10 km至5 km;能见度进一步从5 km下降至2 km则更多依赖于相对湿度进一步从85%升高至95%,PM_2.5浓度与此时能见度相关减弱;能见度降低至2 km甚至更低主要是由于水汽近饱和状态下（相对湿度95%以上）的雾滴消光引起,与PM_2.5浓度的变化关系不大。与不分组直接拟合相比,以相对湿度85%为界线,分别拟合能见度能够很大程度优化多元回归模型,相对湿度高于85%时能见度拟合值的均方根误差从9.2和5.2 km下降至0.5和0.7 km,5 km以下拟合能见度的误差大幅度减小。按相对湿度85%将数据分组所得的拟合方程对2015、2016、2018、2019年1月能见度估算结果较好,观测值与拟合值相关系数均高于0.91,为雾-霾数值预报系统提供了新的能见度参数化算法。      

相对湿度和PM2.5浓度对大气能见度的影响研究:基于小时资料的多站对比分析

为了全面分析浙江省不同区域能见度变化基本特征及影响机理,基于杭州、宁波、温州3个国家基本气象站2013-2014年逐时能见度观测资料,比较分析了3市能见度变化的基本特征。发现3市不同等级能见度出现频率基本一致,随着能见度等级的提高,出现频率逐渐降低;从能见度的日变化来看,07时（北京时）前后最低,之后缓慢上升,14-15时达到最高,随后逐渐下降;全年有两个能见度较低时段,分别出现在12月-次年2月和5-6月;总体而言,宁波能见度最优,杭州和温州大体相当。功率谱分析结果表明,3市能见度均有显著的日周期,高频波段呈现出多个显著谱峰,低频波段存在若干显著谱峰。进一步开展机理分析,发现相对湿度和PM_2.5浓度是调制大气能见度的关键因子,相对湿度增大、PM_2.5浓度升高导致能见度降低。在同一相对湿度等级下,初始阶段能见度随PM_2.5浓度的升高迅速降低,到达“拐点”之后降低速率趋于缓慢。在同一PM_2.5浓度水平下,相对湿度越大,能见度越低,说明水汽对能见度也有重要影响。基于相对湿度和PM_2.5浓度两个因子,采用非线性拟合方案构建了大气能见度定量统计模型,总体而言模型拟合效果较好。最后针对研究中存在的不足和未来值得进一步发掘的科学问题进行了讨论。     

DSP-2型数字式标准干湿表的测试及误差分析

1 引言 DSP-2型数字式标准干湿表基于通风干湿表的测湿原理,采用铂电阻测温,是目前业务中的常用仪器.其特点是精度高、体积小、可连续读数.但是,在使用过程中发现,其测量结果稳定性差,与通风干湿表测量值有出入,特别是相对湿度差值明显.针对这一情况,我们从测湿原理出发,找可能的影响因素,并对各因素进行了一系列测试及误差分析,确定误差原因及排除方法,以确保其准确性.