前向散射型能见度仪原理样机的主要性能分析.pdfVIP

维普资讯 第27卷第2期 南 京 气 象 学 院 学 报 VO1．27NO．2 2004年4月 JournalofNanjingInstituteofMeteorology Apr．2004 文章编号：1000—2022(2004)O2—0230—08 前向散射型能见度仪 原理样机的主要性能分析 莫月琴 ， 刘 钧 ， 吕文华 ， 李祥超 ， 王改利 ， 陈钟荣 (1．中国气象科学研究院，北京 100081；2．南京气象学院 电子工程系，江苏南京 210044) 摘 要：从对散射强度的测定来估算大气能见度的理论出发，给出了前向散射型能见 度仪的测量原理。将能见度仪原理样机的外场实验数据与观测员目测能见度进行分 析，基本符合通过测定散射强度，估算大气消光系数，进而确定大气能见度的关系，分 析表明该样机设计原理是正确的。同时，从实验数据的统计中发现有时方差较大，动 态范围小。经过深入研究认为主要是背景噪声干扰所致，特别在无云晴天，阳光充足 时，背景噪声十分显著，严重影响测量结果。对原理样机存在的问题进行了探讨，进而 提 出了改进意见。 关键词：能见度仪；测量原理；背景噪声；性能分析 中图分类号：P422．9 文献标识码：A 能见度是重要的气象要素之一，它对航空、航海、铁路、公路运输、电力、气象等部门的业务 运行有着十分重要的作用。 能见度首先是为了气象 目的而定义的通过人工观测者目测，然后进行定量估计的量，这种 观测方式一直被国内外广泛采用。它的规范性、客观性较差，难以实现自动观测。 早在 20世纪50年代中期国际上就出现了透射型能见度仪，它是基于光的透射率来确定 大气能见距离的。但透射型能见度仪体积大，基线较长，安置复杂，价格昂贵，仅被重要机场所 采用，难以在高速公路和气象观测等部门中普及。60年代又出现了散射型能见度仪，它是根据 粒子对光的散射特性确定能见距离的。这种仪器成本较低，安装方便，弥补了前者的不足，在以 后的发展中又得到了进一步的研究和应用 。 我国在20世纪70年代就开始了器测能见度的探索。吕达仁等 利用红宝石激光雷达在 北京地区测量了水平方向大气平均衰减系数，并与 目测能见度做了比较。之后赵燕曾等 又利 用激光雷达进行了斜视能见度的测量。目前我国也有几个部门在探讨能见度的测量，如北京市 气象局与中国科技大学合作，利用CCD摄像方法来测量能见度，长春气象仪器研究所也研制 过前向散射型能见度仪，它们各有所长，都有不同程度的进展，但还不能适用于机场、高速公 路、气象台站等能见度的日常观测。中国气象科学研究院与南京气象学院合作，研究前向散射 收稿 日期：200307—18；改回日期 基金项 目：国家计委支持资助项 目雾探测器的研制”(ZX9627) 作者简介 ：莫月琴(1962一)，女．河南三门峡人，高工，博士生． 维普资讯 第2期 莫月琴等：前向散射型能见度仪原理样机的主要性能分析 231 型能见度探测仪，于1999年研制了第一台原理样机，同年8月16日--11月30日在中国气象 局大气探测试验基地进行了外场实验。取得了大量数据，为仪器的进一步技术改进、功能完善 提供了重要依据。 l 利用散射强度测量能见度的方法和原理 能见度是一个复杂的心理一物理现象。测量能见度的主要依据是悬浮在大气中的固体、液 体微粒引起的大气消光系数，其估计值依赖于个人的视觉和对可见的理解。同时受光源特征和 透射因子的影响。因此能见度的目测估计值是主观的。 1957年WMO建议用大气透明度对能见度进行客观测量，用气象光学视程(MOR)表示， 并定义为白炽灯在色温2700K时发出的平行光束，光通量在大气中削减至初始值的0．05时 所经过的路径长度 。简言之．即透射比 ’为0．05的大气路径长度。 测量能见度的基本方程是：