能見度自動觀測和人工目測的對比分析

周 林，鞏在武

（南京信息工程大學，江蘇南京 210044）

能見度是氣象觀測的重要要素，用來描述大氣可見度，能見度的好壞在一定程度上衡量著空氣質量和生態環境，它的準確觀測對于氣象、交通、民航和農業生產均有著重要的意義。隨著霧、霾等氣象災害越來越受到重視，能見度要素依靠人工目測進行觀測，已不能滿足氣象業務、服務和科學研究的需要，近兩年在中國氣象局大力推進氣象觀測自動化大背景下，截止2014年底，陜西省已在40個國家級地面氣象站安裝了自動能見度儀，能見度自動觀測覆蓋率為40%。筆者對人工和自動能見度觀測方法、觀測數據的差異及影響因素進行了分析，提出了自動能見度儀器安裝維護和資料應用方面的建議。

1 資料與方法

1.1 能見度的定義 能見度作為氣象觀測要素用氣象光學視程(MOR)表示，氣象光學視程是指白熾燈發出色溫為2700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度［1］。《地面氣象觀測規范》能見度指視力正常(對比閾值為0.05)的人，在當時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認的目標物(黑色、大小適度)的最大距離。

1.2 前向散射能見度儀的測量原理 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，而經由水滴反射、折射或衍射產生的散射現象是影響能見度的主要因素。故測量散射系數的儀器可用于估計氣象光學視程(MOR)。前向散射能見度儀的發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射器直接發射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過測量散射光強度，可以得出散射系數，從而估算出消光系數。根據柯西米德定律計算氣象光學視程(MOR)，即MOR=-ln(ε)/σ，式中，MOR為氣象光學視程，ε為對比閾值，σ為消光系數。當 ε =0.05 時，MOR=2.996/σ。

1.3 資料來源 采用榆林站2014年5月1～20日08:00、11:00、14:00、17:00、20:00 時共 100 個時次、100 組自動和人工目測能見度數據進行比較分析，自動能見度觀測儀器為前向散射能見度儀。

2 自動與人工目測數據分析

2.1 差值序列分析 由圖1可見，2種觀測數據的趨勢相同，差值絕對值的平均為5.9，最大差值為17.4，最小差值為0.2;在低能見度時，自動能見度低于人工目測值，在高能見度時，自動能見度值高于人工目測值;自動能見度觀測到的最高值高于人工目測值，最低值低于人工目測值。

2.2 各能見度區間差值分析 將自動能見度值劃分為5個區間［2］，分析在每個區間內自動值和人工值的平均差值，即自動觀測值與人工目測值差值絕對值的平均。經分析，能見度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，可見能見度在30 km以上時二者差值最大，0～10.0 和20.1～30.0 km 區間差值較小。

3 數據差異原因分析

3.1 采樣范圍、頻率不同 自動能見度儀采樣區中心高度定為2.8 m，而人工目測高度為1.5 m左右。自動能見度儀的采樣范圍為一小段范圍內的大氣樣品，采樣頻率為4次/min，每分鐘輸出一個數據，為1 min內采樣數據的算術平均值。為了消除采樣范圍較小、數據波動大的問題，采用了滑動平均的算法，正點能見度采用10 min滑動平均值。人工目測采樣范圍為觀測點四周360°可視范圍，為觀測場四周可視空間的平均狀況。

3.2 人為因素 人工目測能見度時，受光照條件、背景顏色、目標物大小、顏色、人眼的視力條件以及觀測人員的心理因素影響很大，且對“能見”的概念沒有量化指標，主觀性極強，不同的人觀測的結果會不同。

3.3 環境和儀器因素 自動能見度儀受外界影響很大，在采樣區內稍有干擾，觀測數據就可能發生很大變化，如灰塵、煙塵、落葉、飛鳥等均會對觀測數據造成很大影響。另外觀測值還受儀器本身狀態影響，采樣區體積狹小，當大氣中氣溶膠分布不均時，誤差較大。

4 能見度與霧、霾天氣現象的判別

能見度是霧、霾等天氣現象的主要判別依據。由于使用了自動能見度儀，2種現象的判別與人工判別有所不同。能見度實現自動觀測的臺站，霾和霧由地面氣象觀測業務軟件自動判別，判別依據有能見度、風速、濕度3個要素;而未實現能見度自動觀測的臺站以人工識別，除以上3個要素外，還有顏色、氣味等感官判斷，故二者方法不同，結果不同。

5 小結

自動觀測能見度數據較人工目測的能見度更加客觀，有明顯的優勢，極大地提高了觀測工作效率，同時觀測數據更具有一致性和科學性，避免了人為的觀測誤差。

為獲得更準確的觀測資料，在自動能見度儀建設時選址要符合規范，盡量避開典型的局地環境狀況，安裝、維護、標校要嚴格進行，如有沙塵、霧、降水等現象出現后，要及時進行清理，確保儀器感應靈敏。

在資料使用方面，建議自動觀測與人工目測資料區別使用，不能簡單進行比較。霧、霾的判斷標準應進一步完善，如增加PM2.5等要素加以識別。

［1］中國氣象局.地面氣象觀測規范［M］.北京:氣象出版社，2003:149-152.

［2］楊玉霞，胡雪紅.PWD20能見度儀及與目測能見度對比分析［J］.蘭州大學學報:自然科學版，2009(6):61-63.