淺議能見(jiàn)度儀和人工觀(guān)測(cè)的對(duì)比

秦興娟

摘要：氣象能見(jiàn)度是對(duì)大氣渾濁度的反映。我國(guó)自動(dòng)氣象站建站以來(lái)，對(duì)于氣象能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè)均以人工目測(cè)為主。但因各種條件所限，人工觀(guān)測(cè)已經(jīng)難以適應(yīng)信息時(shí)代的要求。隨著能見(jiàn)度儀的應(yīng)用，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)取代人工觀(guān)測(cè)已是大發(fā)展、大趨勢(shì)。就能見(jiàn)度儀和人工觀(guān)測(cè)的對(duì)比，本文作了淺議。

關(guān)鍵詞：能見(jiàn)度儀；人工觀(guān)測(cè)；對(duì)比

一、關(guān)于氣象能見(jiàn)度

氣象能見(jiàn)度是對(duì)大氣渾濁度的反映。能見(jiàn)度是指目標(biāo)物的能見(jiàn)距離，即指觀(guān)測(cè)目標(biāo)物時(shí)，能從背景中分辨出目標(biāo)物的較大距離。超出這個(gè)較大距離，就看不清目標(biāo)物的輪廓，分不清形體，稱(chēng)之為“不能見(jiàn)”。而在這個(gè)較大距離之內(nèi)，完全能見(jiàn)，甚至于清晰可見(jiàn)。

我國(guó)自動(dòng)氣象站建站以來(lái)，對(duì)于氣象能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè)均以人工目測(cè)為主。但是在如今的信息時(shí)代，在航空、航海以及陸上交通、電力供應(yīng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)里，關(guān)于能見(jiàn)度的監(jiān)測(cè)資料，需要精確。此外，隨著全球氣候的變化、城市化的快速發(fā)展和人越來(lái)越密集，城市大氣中的空氣污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致城市大氣能見(jiàn)度降低，環(huán)境與氣候的變化也受到越來(lái)越多的關(guān)注。能見(jiàn)度過(guò)低會(huì)嚴(yán)重地妨礙城市地面和空中交通，引發(fā)意外事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。因此對(duì)霧、霾、輕霧等視程障礙現(xiàn)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)發(fā)布顯得尤為重要。

二、關(guān)于人工目測(cè)及其觀(guān)測(cè)原理

人工觀(guān)測(cè)的能見(jiàn)度（也稱(chēng)目測(cè)），是指臺(tái)站四周視野中二分之一以上范圍所能見(jiàn)到的目標(biāo)物的最大水平距離。人工目測(cè)能見(jiàn)度屬主觀(guān)判斷且對(duì)目標(biāo)物的分布、周?chē)^(guān)測(cè)環(huán)境要求較高，需要視野開(kāi)闊，無(wú)遮蔽物遮擋等。由于目測(cè)法的“能見(jiàn)”與“不能見(jiàn)”界限不太明確，人工觀(guān)測(cè)到的氣象能見(jiàn)度顯然難以滿(mǎn)足能見(jiàn)度的精確需要。

人工目測(cè)法由于視力、光源特性、個(gè)人習(xí)慣等影響，且只能憑人眼和主觀(guān)差別，人工目測(cè)估計(jì)值受主觀(guān)判斷、視力、光照條件和目標(biāo)物仰角的大小等影響必然會(huì)在主觀(guān)上造成較大誤差，導(dǎo)致客觀(guān)準(zhǔn)確的值很難觀(guān)測(cè)出。人工觀(guān)測(cè)在正點(diǎn)前45-60分，由于觀(guān)測(cè)時(shí)間上不同步，能見(jiàn)度值會(huì)有不同程度的變化。人工目測(cè)的樣本是測(cè)站四周視野。

大多數(shù)觀(guān)測(cè)員能見(jiàn)度的差別離不開(kāi)前輩們“方傳身教”的模式。待特殊能見(jiàn)度天氣再現(xiàn)時(shí)，由于沒(méi)有前車(chē)之鑒，就無(wú)法突破這種心理障礙，而影響正確記錄。人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度白天和夜間的規(guī)范是不同的。白天能見(jiàn)度是指在當(dāng)時(shí)天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物（包括黑色、大小適度）的最大水平距離。與白天不同，夜間能見(jiàn)度是指能看到和辨認(rèn)出發(fā)光點(diǎn)目標(biāo)物的最大水平距離。

三、關(guān)于能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀

能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀簡(jiǎn)稱(chēng)能見(jiàn)度儀，是一種智能傳感器。能見(jiàn)度儀既可以作為獨(dú)立設(shè)備與微機(jī)終端連接組成能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，也可以作為能見(jiàn)度分采集系統(tǒng)掛接在其他采集系統(tǒng)上。

能見(jiàn)度儀由穩(wěn)定的紅外發(fā)射光源，高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍的紅外散射光接收器，信號(hào)采集與處理器，控制器，加熱器，電源，調(diào)制解調(diào)器，防護(hù)罩，防腐支架，不銹鋼機(jī)箱等部件組成。整個(gè)電路采用大規(guī)?？删幊唐骷①N片工藝，體積小，升級(jí)靈活方便，易于擴(kuò)充。該傳感器綜合了溫度測(cè)量、光學(xué)前散射測(cè)量和電容降水感應(yīng)的微處理器控制。目前所使用的能見(jiàn)度儀屬于散射能見(jiàn)度儀，是通過(guò)測(cè)量散射系數(shù)從而對(duì)氣象光學(xué)視程作出估算的儀器。能見(jiàn)度儀的核心部件包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、控制板和內(nèi)部連接電纜等。其觀(guān)測(cè)原理為：發(fā)射機(jī)持續(xù)發(fā)射紅外光脈沖，被透鏡聚焦后經(jīng)大氣中的顆粒物散射，接收機(jī)透鏡將散射光收集到光敏二極管上并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。最后，將檢測(cè)得到的信號(hào)發(fā)送到cpu上，再通過(guò)特定的算法轉(zhuǎn)化為氣象光學(xué)能見(jiàn)度。

隨著能見(jiàn)度儀的使用越來(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，存一定的差異。

能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀有較高的分辨率和精確度，觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)可靠性高。能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀取值采用10分鐘滑動(dòng)平均值。能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)儀采樣空間小，以點(diǎn)代面，當(dāng)大氣均勻時(shí)代表性好，反之較差。

四、能見(jiàn)度儀和人工觀(guān)測(cè)的對(duì)比

（一）定時(shí)觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的平均值分析。從某日變化趨勢(shì)來(lái)看，3個(gè)時(shí)次的平均能見(jiàn)度與能見(jiàn)度日變化趨勢(shì)是相似的。對(duì)3個(gè)定時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算平均值，分別對(duì)比分析08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)的定時(shí)觀(guān)測(cè)值，可以看出人工觀(guān)測(cè)值偏大。在20時(shí)時(shí)，二者觀(guān)測(cè)值最接近，平均差值最小0.783km。因?yàn)?4時(shí)是一天中光照條件最好的時(shí)刻，14時(shí)平均差值最大2.358km，因?yàn)槿说囊暰€(xiàn)也最好，目測(cè)估計(jì)值就最大。20時(shí)天黑而且無(wú)目標(biāo)燈，只能根據(jù)天黑前能見(jiàn)度實(shí)況和變化趨勢(shì)，因此，結(jié)合20時(shí)氣象要素變化情況估測(cè)能見(jiàn)度值，目測(cè)估計(jì)值受環(huán)境、人的主觀(guān)差別影響誤差非常大。

（二）大霧天氣對(duì)比分析。大霧是影響交通的重要?dú)庀鬄?zāi)害之一。公路上出現(xiàn)大霧會(huì)造成車(chē)輛毀損、人員傷亡、交通癱瘓，可以說(shuō)，大霧是主要“殺手”。每當(dāng)出現(xiàn)大霧天氣，因能見(jiàn)度較低，海航、空航都會(huì)停航，造成旅客滯留的同時(shí)，也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。某縣歷年大霧主要集中在6-7月份，占全年總數(shù)的47.7%，平均日數(shù)57天。2014年6-7月份，該縣共出現(xiàn)大霧20次。因?yàn)橐归g不守班，因此，該對(duì)比選擇了早晨和白天的12次大霧過(guò)程的定時(shí)觀(guān)測(cè)時(shí)段對(duì)同步觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比。

首先，因?yàn)榭諝饣鞚幔貏e是有霧、霾、煙、風(fēng)沙及降水時(shí)，人工目測(cè)能見(jiàn)度就差。在有大霧天氣的情況下，自動(dòng)觀(guān)測(cè)值與人工觀(guān)測(cè)值相比較，人工觀(guān)測(cè)值偏小。其次，在大氣透明度不變的條件下，如果目標(biāo)物同背景的亮度對(duì)比較大，則能見(jiàn)距離較遠(yuǎn)；相反，那么能見(jiàn)距離較近?？傊?，在氣象自動(dòng)化觀(guān)測(cè)中，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)是其中一部分。自動(dòng)化能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)儀具有連續(xù)性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。能見(jiàn)度的測(cè)量目前還是以人工目測(cè)為主，只有少量的地面觀(guān)測(cè)用能見(jiàn)度儀進(jìn)行觀(guān)測(cè)。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測(cè)減少了人力勞動(dòng)，取代人工觀(guān)測(cè)已是大發(fā)展、大趨勢(shì)。

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