韓 微，崔 煒，高 猛，尹佳莉

(1.北京市氣象探測(cè)中心，北京 100176；2.延慶區(qū)氣象局，北京 102100)

0 引言

能見度的高低對(duì)人們交通運(yùn)輸、生產(chǎn)生活產(chǎn)生很大的影響，近些年隨著霧霾天氣的增多，能見度觀測(cè)和預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度越來越受到人們的關(guān)注[1-3]。多年來氣象臺(tái)站對(duì)能見度的觀測(cè)主要通過人工觀測(cè)固定目標(biāo)物輪廓的清晰程度進(jìn)行估算，然而這種觀測(cè)方式受人為主觀的影響較大，觀測(cè)結(jié)果存在一定誤差。近幾年，隨著觀測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展，國家氣象臺(tái)站能見度觀測(cè)已經(jīng)逐漸采用自動(dòng)觀測(cè)儀器測(cè)量替代人工目測(cè)。

目前氣象臺(tái)站的能見度自動(dòng)觀測(cè)儀器主要采用前向散射式能見度儀。前向散射式能見度儀通過測(cè)量微小體積顆粒物的散射消光評(píng)估能見度值，具有價(jià)格便宜、體積小等優(yōu)勢(shì)[4]。一些學(xué)者對(duì)比分析儀器測(cè)量和人工觀測(cè)的能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，前向散射式能見度儀觀測(cè)效果較好，具有很好的代替作用，低能見度時(shí)的相關(guān)性和偏差優(yōu)于高能見度，白天優(yōu)于夜晚[5，6]。但是，有學(xué)者研究指出在雨、霧等低能見度天氣，以及大氣痕量氣體變化等情況下，能見度儀讀數(shù)容易出現(xiàn)誤差[7]。因此，對(duì)能見度觀測(cè)設(shè)備在不同天氣條件下的探測(cè)性能進(jìn)行研究非常重要。

海陀山位于北京西北部，主峰海拔2198 m，為北京第2高峰，冬季氣溫較低，且常伴隨有大風(fēng)和較高相對(duì)濕度[8]。目前海陀山已安裝的地面自動(dòng)氣象站可對(duì)氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水和能見度等要素進(jìn)行觀測(cè)。文章對(duì)比分析2020-03-22—2020-03-27北京市延慶區(qū)延慶站、佛爺頂站和海陀山地區(qū)的能見度數(shù)據(jù)；選取其間1次降雪天氣過程，利用海陀山地區(qū)已有的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析能見度與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量的關(guān)系，討論能見度儀在海陀山地區(qū)的探測(cè)性能，為能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

1 資料與方法

海陀山使用的能見度儀為DNQ1前向散射式能見度儀，該能見度儀運(yùn)行穩(wěn)定，在臺(tái)站自動(dòng)化觀測(cè)中應(yīng)用廣泛，測(cè)量范圍為10 m～35 km。文章利用2020-03-22—2020-03-27海陀山地區(qū)安裝的氣象觀測(cè)站的10 min能見度觀測(cè)資料進(jìn)行分析，該值為1 min能見度數(shù)據(jù)在10 min的滑動(dòng)平均值。同時(shí)，選取北京市延慶區(qū)的延慶站和佛爺頂站的定時(shí)能見度觀測(cè)資料，該值為正點(diǎn)前15 min(46—00分)內(nèi)的最小10 min平均值，以千米為單位，保留1位小數(shù)。將海陀山地區(qū)的10 min能見度值計(jì)算處理成定時(shí)能見度觀測(cè)資料，與延慶站、佛爺頂站能見度的變化特征進(jìn)行對(duì)比分析。此外，針對(duì)3月25—26日的降雪天氣過程，利用海陀山地區(qū)的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、能見度分鐘資料和兩分鐘平均風(fēng)向風(fēng)速、小時(shí)降水量等觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)分析能見度與其他地面氣象要素的關(guān)系。文章中提到的能見度均為水平能見度。

文章中兩個(gè)變量之間的相關(guān)系數(shù)使用的是皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)：

(1)

2 延慶區(qū)代表性氣象站點(diǎn)能見度變化特征

將海陀山22—27日能見度的觀測(cè)資料與同期的延慶站和佛爺頂站定時(shí)能見度觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：海陀山的能見度小于延慶站和佛爺頂站，且波動(dòng)較大(圖1)。22—27日延慶站的平均能見度為23.6 km，佛爺頂站的平均能見度為22.1 km，海陀山的能見度為16.2 km。當(dāng)延慶地區(qū)為晴好天氣時(shí)，延慶站和佛爺頂站能見度均為30 km，但是海陀山地區(qū)的能見度偏低，出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)能見度迅速下降的情況。這主要是因?yàn)楹Ｍ由降貐^(qū)的氣象觀測(cè)站無人值守，探測(cè)環(huán)境不穩(wěn)定，能見度的觀測(cè)會(huì)受人為活動(dòng)影響；而延慶站和佛爺頂站均為有人值守的國家級(jí)氣象觀測(cè)站，臺(tái)站人員定期按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，能見度的觀測(cè)值更為客觀準(zhǔn)確。當(dāng)有降雪天氣過程時(shí)，3個(gè)站的能見度差異較小，海陀山地區(qū)與延慶站能見度的相關(guān)系數(shù)為0.676，與佛爺頂站能見度的相關(guān)系數(shù)為0.822，不同站點(diǎn)的能見度顯著相關(guān)，在低能見度的相關(guān)性和偏差要優(yōu)于高能見度。海陀山能見度與海拔高度相近的佛爺頂站的能見度變化趨勢(shì)一致，這說明該前向散射式能見度儀在海陀山地區(qū)應(yīng)用較好，能夠很好地監(jiān)測(cè)到降雪天氣過程時(shí)能見度的變化特征。

圖1 3月22-27日海陀山能見度(紅線)與(a)延慶站能見度；(b)佛爺頂站能見度的變化特征

3 海陀山地區(qū)能見度與地面氣象要素的關(guān)系

選取2020-03-25—2020-03-26的1次降雪天氣事件，分析海陀山能見度的變化特征，發(fā)現(xiàn)在3月25日22：00降雪發(fā)生前，能見度較差，在5 km左右；23：00冷空氣到來，能見度略有好轉(zhuǎn)，達(dá)到10 km左右，但持續(xù)時(shí)間較短；隨著26日00：00左右降雪發(fā)生，能見度迅速下降到5 km以下；隨著降雪增加，能見度下降到1 km以下；26日05：00降雪逐漸停止，能見度逐漸好轉(zhuǎn)，06：00恢復(fù)至20 km以上。

分析能見度與其他地面氣象要素的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：能見度與氣溫和氣壓的關(guān)系較為復(fù)雜；與風(fēng)速呈一定的正相關(guān)；與相對(duì)濕度呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.866，可以通過99%的顯著性檢驗(yàn)。3月25日夜間至26日凌晨，冷鋒過境，氣溫下降到0 ℃以下，氣壓升高，雖然風(fēng)速迅速增加到5 m/s左右，有利于能見度轉(zhuǎn)好，但是相對(duì)濕度有一個(gè)短暫降低后，增加到80%以上，降雪現(xiàn)象發(fā)生，使得能見度迅速降低到1 km以下。能見度與相對(duì)濕度有顯著的負(fù)相關(guān)，相對(duì)濕度越大，能見度越低；相對(duì)濕度越小，能見度越高[10]。同時(shí)，能見度受降水的影響較大[11]，降雪發(fā)生時(shí)能見度降到1 km以下。

4 結(jié)束語

文章利用2020-03-22-2020-03-27北京延慶海陀山的能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析延慶站和佛爺頂站能見度變化特征，結(jié)論如下：

1)對(duì)比分析海陀山地區(qū)與延慶站和佛爺頂站能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：該能見度儀在海陀山地區(qū)應(yīng)用較好，3個(gè)站點(diǎn)的能見度顯著相關(guān)，低能見度的相關(guān)性和偏差要優(yōu)于高能見度。特別是在有降雪天氣過程時(shí)，海陀山地區(qū)的能見度與海拔高度相近的佛爺頂站的能見度變化趨勢(shì)一致。

2)降雪現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，氣溫下降，氣壓升高，雖然風(fēng)速增加，有利于能見度轉(zhuǎn)好，但是相對(duì)濕度增加到80%以上，能見度較低，隨著降雪出現(xiàn)，能見度迅速降低到1 km以下。能見度與相對(duì)濕度有顯著的負(fù)相關(guān)，相對(duì)濕度越大，能見度越低，且能見度受降水的影響較大，降雪發(fā)生時(shí)能見度可降到1 km以下。

綜上所述，前向散射式能見度儀在該地區(qū)應(yīng)用較好，能夠監(jiān)測(cè)能見度的實(shí)時(shí)變化，特別是降雪天氣過程時(shí)能見度的變化特征。但是由于海陀山地區(qū)觀測(cè)條件有限，能見度觀測(cè)的數(shù)據(jù)樣本偏少，需要收集到更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更詳細(xì)地分析。