雨霧天氣下LT31與FS11P測量數據的對比分析

易鵬

摘 要：從LT31和FS11P兩種能見度的測量儀器的工作原理出發，對比低能見度天氣條件下LT31和FS11P的測量數據，得出在低能見度條件下，LT31的測量值與FS11P的測量值存在一定偏差，這些偏差最終影響到各個機場的設備選擇。

關鍵詞：LT31;FS11P;數據對比;低能見度

中圖分類號：V351.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0217-04

0 引言

隨著民航業的蓬勃發展，自動氣象觀測設備受到的重視程度也不斷提高，現已成為機場運行必備設備之一，它在提高機場運行能力上起到很重要作用，尤其在低能見度情況下，降低機場對能見度要求的標準，使得航班達到起降標準，減少航班延誤和航空公司損失，同時對空中交通管制服務起到積極作用。

隨著各種能見度測量技術的發展，如今已形成透射測量衰減和散射測量接收兩種最受認可的能見度測量方式，而大氣透射儀和前向散射儀正是基于這兩種測量方式所生產的能見度測量儀器。這兩種設備都用于測量消光系數，然后用消光系數計算MOR，在用MOR計算出RVR，RVR是管制人員與飛行員的主要判斷標準，其代表的是航空器駕駛員在跑道中線上觀察起飛方向或著陸方向的最大距離。

民航湖南空管分局現有能見度探測設備包括5套大氣透射儀（LT31）、2套前向散射儀（FD12P和FS11P），其中西跑道南北兩端各安裝1套LT31，中間端安裝1套FD12P;東跑道南北中三端各安裝1套LT31，南端另安裝1套FS11P，備用具體位置可見圖1。東跑道自動觀測設備安裝位置距離跑道端300m，距跑道中線120m（符合民航關于自動氣象觀測系統安裝位置的要求）。由于東跑道36端安裝有LT31和FS11P兩套設備，間隔約10米，可以通過對比測量數據分析兩者在能見度探測方面的差異。

1 工作原理

1.1 大氣透射儀工作原理

大氣透射儀是一種直接對發射機與接收機之間消光系數進行測量的儀器。其基本原理就是對大氣散射和吸收而引起的平均消光系數進行計算，并提供一個估算衰減的可靠辦法。其工作原理見圖2。

通過Koschmieder定律可知：

MOR=MOR為光學能見度，σ為消光系數

1.2 前向散射儀工作原理

前向散射儀是測量單位采樣范圍的散射光強來計算消光系數的儀器，發射機與接收機呈一定角度的水平夾角，發射機發出的紅外光被測量區域內的各種粒子散射或者吸收后，其中一部分散射光被接收機接收。由于能見度越低空氣中粒子越多，導致散射量也會相應增加，所以可以通過大氣散射系數來計算能見度。其工作原理見圖3。

2 大氣透射率和前向散射儀測量數據的對比分析

在民航實際應用中，低能見度天氣對機場的影響非常大，嚴重的會導致機場關閉停航。根據長沙的實際情況，本文選取霧、雨兩種天氣條件，對大氣透射儀和前向散射儀的測量數據進行對比分析，主要分析兩組數據隨環境的變化以及兩者之間的對比，其中取值條件基于以下3個前提：

（1）本次天氣現象大幅度影響能見度，RVR出現低于2000m的情況;

（2）取值范圍為24小時，取值間隔1分鐘，本文圖文中所示時間均為世界時;

（3）所有數據均來自服務器數據存檔文件。

2.1 降霧條件下的數據對比分析

2.1.1? 2018年2月23日大霧天氣情況分析

黃花機場2018年2月23日出現大霧預警，RVR最低200m，大霧導致大量航班延誤，直到1：30分機場才逐步恢復正常運行。圖4為兩種儀器在大霧條件下23日全天的MOR和RVR的變化情況，每條曲線共包含1440個樣本。

從曲線上可以看出0：00～1：30這段時間內，兩臺設備的MOR曲線基本重合，一直在100米左右波動，RVR也一直保持在200米左右;1：30之后能見度迅速回升，在2000米以下的階段，兩條MOR曲線仍然處于重合狀態;但是在MOR超過2000之后，LT31的MOR曲線上升減緩并最終達到10000米的測量門限值。而FS11P的MOR曲線仍然快速上升，最大測量值接近28000米。

在23日21：00左右，黃花機場再次出現大霧，FS11P和LT31的MOR曲線分別由12000米和9000米下降至3500米，之后兩條曲線基本重合并下降至1300米左右，在此期間RVR并未出現波動，維持2100米。

2.1.2? 2018年3月8日大霧天氣情況分析

2018年3月8日，黃花機場再次發生大霧預警，RVR最低250米。圖5為兩種儀器在大霧條件下8日全天的MOR和RVR的變化情況，每條曲線共包含1440個樣本。

從曲線上可以看出，能見度上升階段，兩條MOR曲線在2000米以下時基本重合，超過2000米之后兩條曲線的差值逐漸增加，LT31的MOR曲線上升速率下降，最終到達最大值10000米，而FS11P的MOR曲線繼續上升至接近28000米。

在12：00之后的能見度下降階段，MOR在2000米以上時，FS11P的MOR下降速度大于LT31的MOR下降速度，兩條曲線差值逐漸減小;MOR低于2000之后，兩條曲線再次重合，最終差值降低到50米左右。

在能見度下降階段，當MOR低于1500時，RVR也開始隨著MOR的降低而降低，最小值為150米。

2.2 降雨條件下的數據對比分析

2.2.1 2017年6月30日大雨天氣情況分析

2017年6月30日，黃花機場出現大暴雨，全天降水量達到125.9mm。圖6為30日全天降雨量的變化曲線，以及兩種儀器測量的MOR和RVR隨雨量變化的曲線，整個降雨過程一共1440個樣本，考慮到能見度的變化速度以及降水取平均值，因此降水量使用10分鐘重置值。在降雨量達到峰值12.8mm時，MOR最低為500米，RVR為1200米。