能見度自動化觀測和人工觀測資料的對比評估

黃治國 陳怡 吳偉清 韋馨豐

摘 要：通過對比評估吳川氣象觀測站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天氣現象下的08時、14時、20時的能見度（vis）自動觀測資料和人工觀測資料，進行對比差值、差值平均值、相關系數等方法，得到自動觀測能見度和人工觀測能見度的誤差閥值，閥值可以分為vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km等5種情況，為日后能見度自動觀測運行提供參照標準，并探討減小能見度自動觀測誤差的方法，從而進一步提高能見度自動化觀測數據質量。

關鍵詞：地面觀測；能見度；人工觀測；自動化

中圖分類號：P412.17 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0068-02

Abstract： Through the comparison and evaluation of （vis） automatic visibility observation data and artificial observation data of visibility at Wuchuan Meteorological Station from January 1， 2014 to December 31， 2015 under different daily weather phenomena at 08：00， 14：00 and 20：00， By comparing the difference value， the average value of the difference value and the correlation coefficient， the error thresholds of automatic observation visibility and manual observation visibility are obtained. The threshold values can be divided into five cases， such as vis<1.0km，1km ≤ vis<16km，16km ≤ vis<26km，26km ≤ vis<42km，42km ≤ vis<80km. It provides a reference standard for automatic visibility observation in the future， and discusses the methods to reduce the error of automatic visibility observation， so as to further improve the quality of automatic visibility observation data.

Keywords： ground observation； visibility； manual observation； automation

目前，能見度自動化觀測已經成為廣東省各個氣象觀測站取得能見度數據的主流方式。能見度觀測經歷了單一的人工觀測、人工觀測和自動化觀測并行，最后升級到全自動化觀測。自動站資料和人工觀測資料的差異一直是業務人員關注的焦點[1-6]，本文通過對比評估吳川站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天氣現象下的08時、14時、20時的能見度（vis）自動觀測資料和人工觀測資料，得到能見度誤差閥值。由于各個臺站選取的能見度參照物的大小、范圍、數量、目標燈都難以具備一致性，并且不同的觀測員有不同的觀測經驗，酌情判定的倍數不同。再加上測站探測環境的破壞，有限的目標物，只能估計出幾個范圍內的能見度值，當能見度很差時難以觀測出精確的值[7]，因此，對比評估出來的閥值具備一定的局限性，因此在實際工作中只能作為參考。

1 能見度

1.1 定義

人們通常所說的能見度是指能夠在水平和垂直方向看到的最遠的距離，由于沒有條件限制，反映的當時的狀況也比較復雜。氣象上所用的能見度是為了反映近地層大氣的透明狀況，規定了照度、目標物的大小和顏色、背景的顏色等。WMO規定能見度用氣象光學視程表示，指白熾燈發出色溫為2700K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。人工觀測能見度，一般指有效水平能見度，有效水平能見度能見度是指四周視野中二分之一以上的范圍能看到的目標物的最大水平距離[8]。白天能見度是指視力正常（對比感閾為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）的最大水平距離。夜間能見度是指能清楚看到目標燈的發光點。凡是看不清目標物的輪廓，認不清其形體，或者所見目標燈的發光點模糊，燈光散亂，都不能算“能見”。

1.2 能見度儀的工作原理

散射能見度儀是測量散射系數從而估算出氣象光學視程的儀器。它利用光的散射原理，在發送端發出一束紅外光，經過空中空氣分子、氣溶膠粒子、雨霧滴等微粒時發生散射，接收端收到散射光后將光強轉化為電信號，再通過專門算法轉換為氣象光學能見度（MOR）。

散射能見度儀可以分為前向散射型、后向散射型和側向散射型三種類型，本文采用的能見度自動化觀測數據是由前向散射型能見度儀測量得來。它由發送器、接收器與處理器組成。發射器發出近紅外光脈沖，接收器測量的是與發射光束成33°角的散射光束，然后由處理器計算出MOR。

2 資料來源和對比評估

2.1 資料來源

本文采用吳川氣象觀測站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天氣現象下的08時、14時、20時的能見度（vis）自動化觀測資料和人工觀測資料。能見度自動化觀測資料從2014-2015年各個月的A文件中讀取，人工觀測資料從氣簿-1原始觀測記錄中統計制表。

2.2 能見度（vis）自動觀測資料和人工觀測資料對比評估結果

（1）吳川站能見度數據誤差閥值為vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km。其中1km≤vis<16km的相關系數最高，為0.89；42km≤vis<80km的相關系數最低，為0.47。

（2）當vis<1.0km時，誤差均值為0.35km，相關系數為0.73；當1km≤vis<16km時，誤差均值為1.48km，相關系數為0.89；當16km≤vis<26km時，誤差均值為2.54km，相關系數為0.60；當26km≤vis<42km時，誤差均值為4.63km，相關系數為0.63；當42km≤vis<80km時，誤差均值為21.54km，相關系數為0.47。其中誤差值=|自動觀測數據-人工觀測數據|。

（3）造成26km-42km誤差值變大的原因主要有降水天氣影響，降雨時和降雨后，存在人工觀測能見度偏低的情況，主要是因為空氣中相對濕度接近飽和，人眼的視線變得模糊，使得觀測員對水平能見度的判斷明顯偏低[9]。比如2014年8月28日，08時，能見度人工觀測數據為12.0km，自動觀測數據為31082m，天氣現象是8080；2015年9月1日，08時，能見度人工觀測數據為20.0km，自動觀測數據為36747m，天氣現象為2580；2014年6月10日，08時，能見度人工觀測數據為16.0km，自動觀測數據為37758m，天氣現象為0080。在夜間，觀測員對燈光目標物強度、天氣透明度的判斷均存在較大誤差，下雨時更難把握，總體上看人工觀測值偏低[10]。

（4）造成42km≤vis<80km誤差值大的原因可能有：一是能見度儀本身的探測誤差，二是觀測員對于記錄高能見度存在心理障礙，三是探測環境的變化導致參照物無法遠距離識別。

3 探討減小能見度自動觀測誤差的方法

使用以上的自動觀測能見度和人工觀測能見度的誤差閥值評判標準，是建立在能見度儀準確安裝、正常運行的基礎上，做好能見度儀器的日常維護工作也比較重要，可以有效地減小能見度自動觀測誤差，確保能見度數據質量。當透鏡被灰塵過度污染，或在透鏡表面有水、雪、樹葉或其他物體覆蓋等都可能使儀器給出太好的能見度值，所以平時要注意維護發射器和接收器鏡面。注意檢查機蓋組件和光學部件有沒有積塵、凝水、蛛網、冰和雪的污染，如有則要清除，并將機蓋內外表面的灰塵擦去。一般每隔半年對能見度儀進行一次校準、每天維護一次、每六個月進行一次全面地清潔維護，或者根據實際情況增加次數。清潔時，用不起毛的軟布和異丙醇酒精擦拭透鏡。

4 結束語

（1）通過對比評估，得到能見度誤差閥值：vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km。

（2）1km≤vis<16km的相關系數最高，為0.89；42km≤vis<80km的相關系數最低，為0.47。

（3）人工觀測能見度雖然存在主觀性，但人工觀測能見度是四周視野中二分之一以上的范圍能看到的目標物的最大水平距離；當大氣分布均勻時，安裝準確的能見度儀的誤差較小，當大氣分布不均勻時，能見度儀的誤差較大。

（4）隨著能見度觀測自動化，通過做好日常維護工作可以減少儀器誤差。如每天維護一次、每六個月進行一次全面地清潔維護，每隔半年對能見度儀進行一次校準。

參考文獻：

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