周 林，鞏在武

（南京信息工程大學(xué)，江蘇南京 210044）

能見(jiàn)度是氣象觀測(cè)的重要要素，用來(lái)描述大氣可見(jiàn)度，能見(jiàn)度的好壞在一定程度上衡量著空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，它的準(zhǔn)確觀測(cè)對(duì)于氣象、交通、民航和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均有著重要的意義。隨著霧、霾等氣象災(zāi)害越來(lái)越受到重視，能見(jiàn)度要素依靠人工目測(cè)進(jìn)行觀測(cè)，已不能滿足氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)和科學(xué)研究的需要，近兩年在中國(guó)氣象局大力推進(jìn)氣象觀測(cè)自動(dòng)化大背景下，截止2014年底，陜西省已在40個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象站安裝了自動(dòng)能見(jiàn)度儀，能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)覆蓋率為40%。筆者對(duì)人工和自動(dòng)能見(jiàn)度觀測(cè)方法、觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異及影響因素進(jìn)行了分析，提出了自動(dòng)能見(jiàn)度儀器安裝維護(hù)和資料應(yīng)用方面的建議。

1 資料與方法

1.1 能見(jiàn)度的定義 能見(jiàn)度作為氣象觀測(cè)要素用氣象光學(xué)視程(MOR)表示，氣象光學(xué)視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過(guò)的路徑長(zhǎng)度［1］。《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》能見(jiàn)度指視力正常(對(duì)比閾值為0.05)的人，在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適度)的最大距離。

1.2 前向散射能見(jiàn)度儀的測(cè)量原理 大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，在一般情況下，吸收因子可以忽略，而經(jīng)由水滴反射、折射或衍射產(chǎn)生的散射現(xiàn)象是影響能見(jiàn)度的主要因素。故測(cè)量散射系數(shù)的儀器可用于估計(jì)氣象光學(xué)視程(MOR)。前向散射能見(jiàn)度儀的發(fā)射器與接收器在成一定角度和一定距離的兩處。接收器不能接收到發(fā)射器直接發(fā)射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度，可以得出散射系數(shù)，從而估算出消光系數(shù)。根據(jù)柯西米德定律計(jì)算氣象光學(xué)視程(MOR)，即MOR=-ln(ε)/σ，式中，MOR為氣象光學(xué)視程，ε為對(duì)比閾值，σ為消光系數(shù)。當(dāng) ε =0.05 時(shí)，MOR=2.996/σ。

1.3 資料來(lái)源 采用榆林站2014年5月1～20日08:00、11:00、14:00、17:00、20:00 時(shí)共 100 個(gè)時(shí)次、100 組自動(dòng)和人工目測(cè)能見(jiàn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，自動(dòng)能見(jiàn)度觀測(cè)儀器為前向散射能見(jiàn)度儀。

2 自動(dòng)與人工目測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 差值序列分析 由圖1可見(jiàn)，2種觀測(cè)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)相同，差值絕對(duì)值的平均為5.9，最大差值為17.4，最小差值為0.2;在低能見(jiàn)度時(shí)，自動(dòng)能見(jiàn)度低于人工目測(cè)值，在高能見(jiàn)度時(shí)，自動(dòng)能見(jiàn)度值高于人工目測(cè)值;自動(dòng)能見(jiàn)度觀測(cè)到的最高值高于人工目測(cè)值，最低值低于人工目測(cè)值。

2.2 各能見(jiàn)度區(qū)間差值分析 將自動(dòng)能見(jiàn)度值劃分為5個(gè)區(qū)間［2］，分析在每個(gè)區(qū)間內(nèi)自動(dòng)值和人工值的平均差值，即自動(dòng)觀測(cè)值與人工目測(cè)值差值絕對(duì)值的平均。經(jīng)分析，能見(jiàn)度0 ～10.0、10.1 ～15.0、15.1 ～20.0、20.1 ～30.0、＞30.0 km的平均差值分別為3.6、6.6、4.9、3.6、8.1 km，可見(jiàn)能見(jiàn)度在30 km以上時(shí)二者差值最大，0～10.0 和20.1～30.0 km 區(qū)間差值較小。

3 數(shù)據(jù)差異原因分析

3.1 采樣范圍、頻率不同 自動(dòng)能見(jiàn)度儀采樣區(qū)中心高度定為2.8 m，而人工目測(cè)高度為1.5 m左右。自動(dòng)能見(jiàn)度儀的采樣范圍為一小段范圍內(nèi)的大氣樣品，采樣頻率為4次/min，每分鐘輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，為1 min內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。為了消除采樣范圍較小、數(shù)據(jù)波動(dòng)大的問(wèn)題，采用了滑動(dòng)平均的算法，正點(diǎn)能見(jiàn)度采用10 min滑動(dòng)平均值。人工目測(cè)采樣范圍為觀測(cè)點(diǎn)四周360°可視范圍，為觀測(cè)場(chǎng)四周可視空間的平均狀況。

3.2 人為因素 人工目測(cè)能見(jiàn)度時(shí)，受光照條件、背景顏色、目標(biāo)物大小、顏色、人眼的視力條件以及觀測(cè)人員的心理因素影響很大，且對(duì)“能見(jiàn)”的概念沒(méi)有量化指標(biāo)，主觀性極強(qiáng)，不同的人觀測(cè)的結(jié)果會(huì)不同。

3.3 環(huán)境和儀器因素 自動(dòng)能見(jiàn)度儀受外界影響很大，在采樣區(qū)內(nèi)稍有干擾，觀測(cè)數(shù)據(jù)就可能發(fā)生很大變化，如灰塵、煙塵、落葉、飛鳥(niǎo)等均會(huì)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)造成很大影響。另外觀測(cè)值還受儀器本身狀態(tài)影響，采樣區(qū)體積狹小，當(dāng)大氣中氣溶膠分布不均時(shí)，誤差較大。

4 能見(jiàn)度與霧、霾天氣現(xiàn)象的判別

能見(jiàn)度是霧、霾等天氣現(xiàn)象的主要判別依據(jù)。由于使用了自動(dòng)能見(jiàn)度儀，2種現(xiàn)象的判別與人工判別有所不同。能見(jiàn)度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)的臺(tái)站，霾和霧由地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件自動(dòng)判別，判別依據(jù)有能見(jiàn)度、風(fēng)速、濕度3個(gè)要素;而未實(shí)現(xiàn)能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)的臺(tái)站以人工識(shí)別，除以上3個(gè)要素外，還有顏色、氣味等感官判斷，故二者方法不同，結(jié)果不同。

5 小結(jié)

自動(dòng)觀測(cè)能見(jiàn)度數(shù)據(jù)較人工目測(cè)的能見(jiàn)度更加客觀，有明顯的優(yōu)勢(shì)，極大地提高了觀測(cè)工作效率，同時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)更具有一致性和科學(xué)性，避免了人為的觀測(cè)誤差。

為獲得更準(zhǔn)確的觀測(cè)資料，在自動(dòng)能見(jiàn)度儀建設(shè)時(shí)選址要符合規(guī)范，盡量避開(kāi)典型的局地環(huán)境狀況，安裝、維護(hù)、標(biāo)校要嚴(yán)格進(jìn)行，如有沙塵、霧、降水等現(xiàn)象出現(xiàn)后，要及時(shí)進(jìn)行清理，確保儀器感應(yīng)靈敏。

在資料使用方面，建議自動(dòng)觀測(cè)與人工目測(cè)資料區(qū)別使用，不能簡(jiǎn)單進(jìn)行比較。霧、霾的判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)一步完善，如增加PM2.5等要素加以識(shí)別。

［1］中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范［M］.北京:氣象出版社，2003:149-152.

［2］楊玉霞，胡雪紅.PWD20能見(jiàn)度儀及與目測(cè)能見(jiàn)度對(duì)比分析［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009(6):61-63.