能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀與人工觀(guān)測(cè)資料對(duì)比分析

摘要：利用四川5個(gè)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)站2012年整年數(shù)據(jù)與人工平行觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，當(dāng)能見(jiàn)度小于3km時(shí)，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)與人工觀(guān)測(cè)差異較小，在此能見(jiàn)度范圍下人工觀(guān)測(cè)結(jié)果小于自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果可以代替人工觀(guān)測(cè)結(jié)果。當(dāng)能見(jiàn)度為3-10km時(shí)，由于觀(guān)測(cè)員自身的視力、習(xí)慣以及對(duì)“能見(jiàn)”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見(jiàn)”的最近目標(biāo)物的不明確，導(dǎo)致能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)和人工觀(guān)測(cè)結(jié)果差異偏大至-1.62km，自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果開(kāi)始小于人工觀(guān)測(cè)結(jié)果。當(dāng)能見(jiàn)度大于10km時(shí)，差異加劇。

關(guān)鍵詞：能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀；人工觀(guān)測(cè)；對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào)：P41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

氣象能見(jiàn)度反映了大氣渾濁度。我國(guó)氣象能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè)以目視估計(jì)為主，而目前在航空、航海，交通運(yùn)輸及環(huán)境監(jiān)測(cè)里[1]，需要能見(jiàn)度的精確監(jiān)測(cè)資料，但氣象能見(jiàn)度的目測(cè)法的“能見(jiàn)”與“不能見(jiàn)”界限不太明晰，只能憑人眼和主觀(guān)判別，難以滿(mǎn)足需要。能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，隨著能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀的使用越來(lái)越多，它所受關(guān)注和重 視的程度也越來(lái)越來(lái)高。它所測(cè)出的數(shù)據(jù)與人工目測(cè)所得的數(shù)據(jù)相比，存在什么差異，或兩者之間有什么聯(lián)系[2]，是目前正在使用能見(jiàn)度儀的用戶(hù)和準(zhǔn)備使用的用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題。

根據(jù)2011年中國(guó)氣象局氣象監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警工程項(xiàng)目，四川省建成樂(lè)山、綿陽(yáng)、巴中、紅原、甘孜5個(gè)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)站。本文針對(duì)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀的觀(guān)測(cè)結(jié)果與人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀的可靠性和替代性進(jìn)行分析，同時(shí)使得歷史人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的數(shù)據(jù)更具有客觀(guān)依據(jù)。

2能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)

2.1能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀

能見(jiàn)度儀是一種綜合了光學(xué)前散射測(cè)量、電容降水感應(yīng)和溫度測(cè)量的微處理器控制的智能傳感器。通過(guò)測(cè)量一小空氣體積（約0.1L的小采樣值）對(duì)33°角紅外光的前向散射強(qiáng)度，來(lái)評(píng)估氣象光學(xué)范圍能見(jiàn)度。因大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，一般情況下忽略吸收因子。據(jù)此，能見(jiàn)度儀采用紅外管持續(xù)發(fā)出一束中心波長(zhǎng)為875 am的紅外光射人大氣中，接收器將特定體積大氣的前向散射光匯聚到光電傳感器的接受面上，將PIN一光二極管檢測(cè)到的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為與大氣能見(jiàn)度成反比關(guān)系的電信號(hào)，然后發(fā)送到計(jì)算機(jī)采樣進(jìn)而利用數(shù)學(xué)模型演算出大氣能見(jiàn)度值[2]。

2.2能見(jiàn)度人工觀(guān)測(cè)方式

白天能見(jiàn)度是指視力正常的人，在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中能看到和辨識(shí)的目標(biāo)物的最大水平距離。夜間能見(jiàn)度是指假定總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認(rèn)出的最大水平距離；中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識(shí)別的最大水平距離。

人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度，一般是指有效水平能見(jiàn)度。在氣象站四周不同方向、不同距離上選擇若干固定能見(jiàn)度目標(biāo)物，作為觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的依據(jù)。觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度必須選擇在視野開(kāi)闊，能看到所有目標(biāo)物的固定地點(diǎn)作為能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)“能見(jiàn)”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見(jiàn)”的最近目標(biāo)物，從而判定當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)距離。

2.3能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)時(shí)間

能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀的觀(guān)測(cè)時(shí)間與人工觀(guān)測(cè)的時(shí)間有很大的差異，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀是24小時(shí)連續(xù)觀(guān)測(cè)，每分鐘進(jìn)行4次采樣，輸出數(shù)據(jù)包括一分鐘平均值、十分鐘平均值、三十分鐘平均值、小時(shí)平均值。人工觀(guān)測(cè)按照測(cè)站級(jí)別的區(qū)別觀(guān)測(cè)次數(shù)有差異，2012年4月1日之前基準(zhǔn)站每天24次觀(guān)測(cè)，基本站每天進(jìn)行4次觀(guān)測(cè)；2012年4月1日起基準(zhǔn)站每天進(jìn)行8次觀(guān)測(cè)，基本站每天進(jìn)行4次觀(guān)測(cè)。根據(jù)地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范[3]要求，正點(diǎn)前30分鐘左右巡視觀(guān)測(cè)場(chǎng)和儀器設(shè)備，45至60分觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度。夜間觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度時(shí)，觀(guān)測(cè)員應(yīng)先在黑暗處停留5至15分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后再進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

3資料的選擇與處理

由于無(wú)法挑選能見(jiàn)度自動(dòng)與人工觀(guān)測(cè)完全一致的時(shí)間，能見(jiàn)度在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生明顯的跳躍性變化，因而選擇能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)正點(diǎn)的十分鐘平均值與人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比時(shí)次以人工觀(guān)測(cè)時(shí)次為準(zhǔn)，僅對(duì)有人工觀(guān)測(cè)記錄的能見(jiàn)度進(jìn)行對(duì)比分析。

人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度記錄精度為0.1km，自動(dòng)觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度記錄精度為0.001km，對(duì)比過(guò)程中將鈍化自動(dòng)能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)的結(jié)果，將精度調(diào)整為0.1km。

選擇5個(gè)站對(duì)比觀(guān)測(cè)期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體選取的對(duì)比期如表2所示。

5能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)與人工觀(guān)測(cè)結(jié)果差異原因分析

5.1觀(guān)測(cè)原理差異

能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀是利用測(cè)量一小空氣體積對(duì)33°角紅外光的前向散射強(qiáng)度，來(lái)評(píng)估氣象光學(xué)范圍能見(jiàn)度。人工觀(guān)測(cè)則是在氣象站四周不同方向、不同距離上選擇若干固定能見(jiàn)度目標(biāo)物，作為觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的依據(jù)，根據(jù)“能見(jiàn)”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見(jiàn)”的最近目標(biāo)物，從而判定當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)距離。人工觀(guān)測(cè)與觀(guān)測(cè)員本身的視力、解釋能力、光源特性等有很大的關(guān)系，在主觀(guān)上會(huì)造成較大誤差。相對(duì)于人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀能更客觀(guān)的、實(shí)時(shí)的反應(yīng)當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)度情況。

5.2觀(guān)測(cè)范圍差異

人工觀(guān)測(cè)的能見(jiàn)度資料存在一定的主觀(guān)性，但是人工觀(guān)測(cè)關(guān)注的是整個(gè)大氣對(duì)視覺(jué)的障礙，是大范圍平均的結(jié)果；而能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀假定大氣是均勻的，取一小塊氣樣的結(jié)果推廣到廣闊的空間。前提是假設(shè)大氣為均質(zhì)，因而當(dāng)大氣較均勻時(shí)相對(duì)誤差較小，在大氣非常不均勻時(shí)，誤差則大。

6結(jié)論

通過(guò)上述的分析表明，觀(guān)測(cè)的方式原理不同，但兩種方法測(cè)出能見(jiàn)度的趨勢(shì)是相同的。

1）能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果小于人工觀(guān)測(cè)結(jié)果。樂(lè)山對(duì)比差值均值為-0.34km，差值標(biāo)準(zhǔn)差為2.14，相對(duì)差值均值-0.07。

2）當(dāng)能見(jiàn)度小于3km時(shí)，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)與人工觀(guān)測(cè)差異較小，在此能見(jiàn)度范圍下人工觀(guān)測(cè)結(jié)果小于自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果。差值均值小于0.05km。一致率在<0.5km，0.5～1km，1～3km分段中分別為33.3%，28.7%，16.2%，相關(guān)系數(shù)較好分別為0.54，0.55，0.63，說(shuō)明在此能見(jiàn)度范圍下能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果可以代替人工觀(guān)測(cè)結(jié)果。

3）當(dāng)能見(jiàn)度為3～10km時(shí)，由于觀(guān)測(cè)員自身的視力、習(xí)慣以及對(duì)“能見(jiàn)”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見(jiàn)”的最近目標(biāo)物的不明確，導(dǎo)致能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)和人工觀(guān)測(cè)結(jié)果差異偏大至-1.62km，自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果開(kāi)始小于人工觀(guān)測(cè)結(jié)果。

4）當(dāng)能見(jiàn)度大于10km時(shí)，從紅原和甘孜兩個(gè)站可以看出，人工觀(guān)測(cè)正常天氣狀況下能見(jiàn)度均為50km，將此數(shù)據(jù)與能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析差異必然會(huì)很大，且能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)的目的是為了在低能見(jiàn)度時(shí)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并預(yù)警，因此對(duì)于此類(lèi)的差異可暫時(shí)忽略。

5）通過(guò)能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)與人工觀(guān)測(cè)之間的比較得出，自動(dòng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、精確度均高于人工觀(guān)測(cè)，尤其在低能見(jiàn)度時(shí)具有客觀(guān)、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可望在大霧、灰霾等天氣的預(yù)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮重要作用 。

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