基于数字摄像技术测量气象能见度——双亮度差方法和试验研究.pdf

第28 卷 第4 期 大 气 科 学 Vol28 　No 4 2004 年 7 月 Chinese Journal of Atmospheric Sciences July 2004 基于数字摄像技术测量气象能见度 ———双亮度差方法和试验研究 1) 1) 1) 1) 2) 吕伟涛 　陶善昌 　刘亦风 　谭涌波 　王本革 1) ( 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 合肥 230026) 2) ( 中国民航合肥空管中心, 合肥 230051) 摘 　要 　　数字摄像技术在地基、空基定量化大气遥感上的应用是一个方兴未艾的研究领 域。作者阐述了基于数字摄像技术 , 利用地平线附近两个不同距离的目标物和其对应水平 天空背景亮度差的比值计算白天气象能见度的方法 (简称双亮度差方法) 及其标准观测条 ( ) 件 , 该方法能够消除 CCD 电荷耦合器件 数字摄像系统暗电流和背景杂散光的影响 , 可 ( ) 以增大数字摄像能见度观测系统 DPVS 的测量范围 , 提高测量精度。2002 年在合肥骆岗 机场进行了 DPVS 同Visl前向散射仪、透射仪以及目测的对比试验 , 大量实测数据表明 : DPVS 和 Visl仪器以及目测的一致性相当好 , 采用双亮度差方法 , 即使能见度达到基线长 度的 200 倍 , DPVS 也能给出可信的测量结果。 关键词 : 数字摄像 ; 气象能见度 ; 双亮度差 ; 对比试验 文章编号 (2004)　　中图分类号　P412 　　文献标识码 　A 1 　引言 气象能见度是一个在交通 、军事、环境和气候变化研究等一系列领域内倍受重视 的气象要素 , 随着世界科技和经济的高速发展 , 迫切需要实时、精确地测量能见度。 目前, 业务应用观测气象能见度的仪器主要可以分为两类[1 ,2 ] : ( 1) 测量一段空气柱的 ( ) ( ) 消光系数或透过率 如望远光度计、透射仪等 ; 2 测量一个小体积空气对光的散射 , 依据所测量的散射角的不同可分为后向散射仪、前向散射仪和总散射仪 ( 积分浊度 ) 计 。其中 , 散射仪均须假设大气吸收效应可以忽略 , 并假定测量得到的散射光强正比 于消光系数 , 这在一般情况下是可以的 , 但在污染严重、气溶胶富含黑碳或其他吸收 成分时 , 上述假定不成立 , 散射仪都必须进行相应的修正 ; 许多研究人员曾试图找出 气象能见度和后向散射系数之间的关系 , 但结果都不令人满意[2 ] ; 积分浊度计难以避 免采样时粒子的截断误差和对气体加热引起的误差[3 ] , 不经常被用来观测能见度 , 而 是常被用于测量污染物粒子 ; 望远光度计通过计算地平附近一个已知距离目标物和其 附近水平天空背景的视亮度对比的方法直接获得大气消光系数[4 ] ( 以下简称亮度对比 ) 方法 , 适用于白天观测 , 但需要额外的机电装置以实现自动测量 , 难以保证测量的同 时性[5 ] , 一般不用于能见度的常规观测。当