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浅析器测能见度的方法测量能见度是一种非常重要的气象观测，它在交通安全、航空、农业、景观设计和环境管理等领域都有着广泛的应用。
能见度需要通过特定的仪器进行测量，目前主要有以下几种方法。
1.人眼测量法人眼是一种最原始的测量能见度的工具，通过肉眼直接观察目标物体的清晰度来判断能见度。
人眼观察能见度具有简单、直观、经济的优点。
但是，由于人眼视觉系统的差异，不同观察者的主观判断结果会存在很大的差异。
此外，在雾、雪、霾等情况下，人眼可能会产生视觉幻觉，从而低估或高估能见度。
2.摄影测量法摄影测量法是通过摄像机拍摄目标物体，然后根据拍摄图像质量分析目标物体的清晰度和分辨率来判断能见度。
这种方法具有一定的客观性和稳定性。
但是，在光线不足的情况下，摄像机可能会产生图像噪声，降低图片质量，从而影响能见度的判断。
3.光电传感器法光电传感器法是利用光电传感器测量目标物体反射光线的强度来判断能见度。
光电传感器测量能见度的原理基于雾、雪、霾等天气会影响光线的传播，使反射光线的强度减弱。
通过测量反射光线强度的变化来判断能见度。
这种方法具有灵敏度高、快速和准确度高的优点。
4.激光测量法激光测量法是通过激光在空气中的传播来测量能见度。
光线在非均匀介质中的传播会导致光线的散射和吸收，使光线从一束成为一条光带，通过测量光线的宽度和亮度来判断能见度。
激光测量法具有可重复性高、稳定性强、精度高的优点。
总之，不同的测量方法在不同的情况下有着各自的优缺点。
在实际应用中，应根据具体的情况来选择最适合的测量方法，以确保能见度的准确测量。
同时，为了更好地应对突发天气，还需要不断完善和发展新的测量方法和设备。
能见度仪测量原理
能见度仪是一种用于测量大气中能见度的仪器。
它可以通过测量在一定距离范围内可
见的物体数量来确定能见度。
能见度仪的测量原理基于光的衰减和散射。
在大气中，光线会受到空气中的物质（如
水滴、灰尘等）的散射、吸收、反射等影响，从而降低光线传播的效率，使得我们所能观
测到的距离受到限制。
能见度仪通过对光线的衰减情况进行测量来确定能见度。
其基本原理是：发射一定量
的光束通过空气，然后测量光线在空气中的强度。
一般来说，能见度仪中的光源使用红外
线光源，因为这种光线的波长比较长，能够更好地穿透空气，克服散射和吸收的影响。
当光束穿过空气时，其强度会因光线在大气中与空气中的污染物发生相互作用而逐渐
降低。
光束的强度降低越多，说明大气中的污染物、灰尘等越多，能见度就越低。
因此，
能见度仪通过测量光束的强度来计算能见度。
能见度仪一般有两种类型：光电式和人眼式。
光电式能见度仪利用光电传感器来检测
光线的强度。
它会自动读取传感器所接收到的电流值，通过转换电路将其转换为能见度值。
人眼式能见度仪则需要人为观察光线的强度，根据能否看到特定的对象来估计能见度。
总的来说，能见度仪是一种非常重要的气象仪器，能够为各种应用提供准确的能见度
信息。
其测量原理基于光的衰减和散射，通过发射光束并测量其强度，能够确定能见度。
不同类型的能见度仪具有不同的操作方式和精度，因此在选择仪器时需要认真考虑其应用
场景和精度要求。
1. 散射式能见度仪目前基准气候站普遍采用的测定大气能见度的仪器为翻斗式雨量传感器，世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种. 散射式能见度仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统。
1）仪器结构：透射仪测量的是衰减系数, 而散射仪则直接测量来自一个小的采样容积的散射光强.通过散射光强来有效地计算消光系数是建立在以下3 个假设的基础上的: ①假定大气是均质的, 即大气是均匀分布的; ②假定大气消光系数R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射,图1 FD12P 结构图，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零; ③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数. 在一般情况下, 选择适当的角度, 散射信号近似正比于散射系数。
根据散射角度的不同, 散射仪又可分为3 种: 前向散射仪、后向散射仪和总散射仪.2）测降水量原理：承水口收集的雨水，经过上筒（漏斗）过滤网，注入计量翻斗—翻斗是用工程塑料注射成型的用中间隔板分成两个等容积的三角斗室。
它是一个机械双稳态结构，当一斗室接水时，另一斗室处于等待状态。
当所接水容积达到预定值（6.28、15.7、31.4ml）时，由于重力作用使自己翻倒，处于等待状态，另一斗室处于工作状态。
当其接水量达到预定值时，又自己翻倒，处于等待状态。
在翻斗侧壁上装有磁钢，它随翻斗翻倒时从干式舌簧管旁扫描，使两个干式舌簧管轮流通断。
即翻斗每翻倒一次，干式舌簧管便送出一个开关信号（脉冲信号）。
这样翻斗翻动次数用磁钢扫描干式舌簧管通断送出脉冲信号计数，每记录一个脉冲信号，便代表0.2、0.5、1毫米降水，实现降水遥测的目的。
（V1-VP）/V仪器误差计算方法：E=E 翻斗计量误差（%）V 翻斗理论翻转水量，等于翻斗的翻转数X每斗水量mlV 人工量取的仪器自身排水量ml人工恒压注入水试验，在雨强为2mm/min时（6、15、30秒翻一斗）不计100次，用量筒测量仪器自身排水量倒入水量代入上式计算，其误差不应超过±3.如超差，要重新调整基点。
能见度的观测0前言“一天浓雾满长江，远近难分水渺茫。
骤雨飞蝗来战舰，孔明今日伏周郎。
〞这首诗是后人对赤壁之战中，诸葛亮草船借箭神机妙算的称赞。
草船借箭的故事相信大家并不陌生，诸葛亮3天之内，不费江东半分之力，活得十万余箭。
现在我们来回忆这个故事，其它的不谈，仅从气象来说，这次成功离不开重雾迷江，能见度太低，彼军忽至，看不见没谱，必有埋伏，切不可轻动。
可拨水军弓弩手乱箭射之。
箭如雨发，雾散天明，十万箭足矣！这就是一个巧妙利用能见度的故事。
今天，我们就一起来学习讨论一下关于能见度的观测。
一、能见度的定义和影响因子1、定义“能见〞，顾名思义能够看见。
在白天是指能看到和识别出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能看清目标灯的发光点。
能见度，目标物的人眼可见距离。
〔1〕水平能见度，指视力正常〔比照阈值为0.05〕的人，在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到和区分出目标物的最大水平距离。
〔2〕垂直能见度，观测者垂直向上或向下能够辨清目标物的最大距离。
〔3〕最小能见度，观测点四周视野范围内能见到的最小的距离。
当出现天气现象使能见度小于1000m时观测，文发气象台一般指雾/轻雾。
〔4〕有效水平能见度，四周视野二分之一以上的范围内都能看到的最大水平距离。
目前地面日常值班观测的就是有效水平能见度的。
1〕各方向水平能见度大致一样，任一方向的水平能见度均可作为有效能见度。
2〕四周多数方向的水平能见度大致一样，多数方向中任意一方向的水平能见度可作为有效能见度。
3〕台站四周能见度好坏很不规那么，按照能见度的实际情况划分为假设干区域，要求每个扇形区域内能见度根本一致，然后将扇形区的能见度数值由大至小依次排列，并按这种顺序将各扇形区所占的面积或角度相加起来，直到刚好大于四周面积的1/2为止。
然后从相加的区域中，挑出能见度数值最小的即为有效水平能见度。
例子2、影响因子能见度是复杂的大气光学现象，受众多的因素影响，影响能见度的因素概括如下：（1）大气透明程度。
大气散射能见度仪原理引言：大气散射能见度仪是一种用来测量大气能见度的仪器。
它通过分析光在大气中的散射情况来估算能见度。
在本文中，我们将介绍大气散射能见度仪的原理及其工作方式。
一、大气散射原理大气散射是指光在大气中碰撞并改变方向的现象。
当光通过大气中的颗粒物质时，会发生散射作用。
颗粒物质的尺寸越小，散射作用越明显。
大气中的颗粒物质包括空气中的微小悬浮颗粒、水蒸汽、云雾中的水滴等。
这些颗粒会将光散射到各个方向，使得远处的物体或景象变得模糊不清。
二、大气散射能见度仪的原理大气散射能见度仪利用了大气散射原理来测量能见度。
它的工作原理基于以下两个关键步骤：1. 发射光束：大气散射能见度仪首先发射一束光束，通常使用红外或激光光源。
这束光经过准直器和滤波器，使其成为一个窄束，然后被发射到大气中。
2. 接收光信号：光束在大气中散射后，一部分光会沿着与入射光相反的方向返回到散射能见度仪。
这些返回的光信号被接收器捕获并转换为电信号。
三、测量能见度大气散射能见度仪通过分析接收到的散射光信号来估算能见度。
根据大气散射的特性，能见度与散射光强度成反比关系。
因此，当接收到的散射光强度较弱时，意味着能见度较低。
散射光信号经过接收器转换为电信号后，会经过信号放大和滤波等处理步骤。
接下来，这些处理后的信号会被传递给计算单元进行分析和处理。
计算单元使用预先设定的算法和模型来计算能见度。
四、应用领域大气散射能见度仪在许多应用领域中发挥着重要作用。
以下是一些常见的应用领域：1. 气象观测：大气散射能见度仪是气象观测中常用的仪器之一。
它可以用来监测大气能见度的变化，提供准确的天气预报和气象信息。
2. 航空领域：在飞机起降过程中，能见度是一个重要的安全指标。
大气散射能见度仪可以帮助航空员实时监测能见度，确保飞行操作的安全性。
3. 环境监测：大气散射能见度仪可以用于监测空气质量。
通过测量能见度，可以评估大气中悬浮颗粒物的浓度，进而判断空气污染程度。
第10卷2期1999年5月 应用气象学报QUA R T ERL Y JOU RNAL O F A PPL IED M ET EOROLO GYV o l.10,N o.2 M ay1999能见度的观测及其仪器Ξ曾书儿 王改利(中国气象科学研究院,北京100081)提 要该文介绍了目前世界上普遍应用的几种能见度仪的工作原理,比较了其优缺点,阐述了我国与其他国家在此方面的差距,并对今后我国能见度观测工作提出建议.关键词:能见度仪 前向散射 单光路 双光路引 言能见度即目标物的能见距离,是指观测目标物时,能从背景上分辨出目标物轮廓的最大距离.能见度是气象观测项目之一.低能见度对轮渡、民航、高速公路等交通运输和电力供应以至于市民的日常生活都会产生许多不利的影响.在经济高度发展的今天,带来的影响更为明显.近10年来,因能见度过低而造成的重大交通事故屡有发生.能见度的观测及其仪器的研制已为世界许多国家所关注.1 能见度观测仪器的现状世界上许多国家由于公路、航空、军事和生活等方面的需求,都在对大气能见度观测仪进行实验研究,并已取得相当大的进展,如日本早在70年代对森林烟雾进行监测,欧美一些国家也都相继在机场跑道、公路、港口设置了对雾的检测仪器.为适应日益发展的高速公路上能见度的观测,国外已生产一种公路能见度观测仪,如芬兰的FD12P和美国的M odel8364V isib ility Sen so r,它实际上是一种公路雾探测器.能见度仪在美国、日本、欧洲等国高速公路的管理上成为不可缺少的设备.目前,我国尚没有生产能见度观测仪的厂家,应用于高速公路上的能见度观测仪国内也未见报道.2 能见度观测仪及其原理211 能见度观测仪器的分类目前,世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种.透射仪因需要基Ξ19980320,19980723.线,占地范围大,不适用于海岸台站、灯塔自动气象站及船舶上.但其具有自检能力,低能见度下性能好等优点而适用于民航系统;散射仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统[1].212 能见度观测仪的工作原理2.2.1 透射仪透射仪是一种通过测量大气透明度来计算能见度的仪器.芬兰V aisala 公司的M I 2TRA S 透射仪是国际上机场气象自动观测系统中用得较多的一种能见度仪器.下面就其原理做简单介绍:式(1)给出光在大气中的衰减I =I 0exp (-Ρb )(1)其中:I 0为发射光光强,I 为接受光光强,Ρ为消光系数,b 为发射器与接受器之间的距离.透射仪即是基于此公式的仪器,光源向距离为b 的接收器发射光束,接收器测量经过大气透射的光强.由式(1)可以看出,透射仪测量公式为非线性.Ρ=-(1 b )ln (I I 0)(2)测出两点间的透射率I I 0,即可算出消光系数Ρ,并根据Ko schm ic 原理,能见度L =-ln0105 Ρ.2.2.2 散射仪透射仪测量的是衰减系数,而散射仪则直接测量来自一个小的采样容积的散射光强.通过散射光强来有效地计算消光系数是建立在以下3个假设的基础上的:①假定大气是均质的,即大气是均匀分布的;②假定大气消光系数Ρ等于大气中雾、霾、雪和雨的散射,图1 FD 12P 结构图即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零;③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数.在一般情况下,选择适当的角度,散射信号近似正比于散射系数[2].根据散射角度的不同,散射仪又可分为3种:前向散射仪、后向散射仪和总散射仪.下面重点讨论前向散射仪.前向散射仪以其体积小、性能价格比高而得到广泛应用,目前普遍应用的前向散射仪可分为单光路和双光路两种.(1)单光路前向散射仪[3]芬兰V aisala 公司推出的FD 12P 是一种单光路前向散射仪,广泛应用于航空、航海、高速公路、气象等部门的能见度测量领域.图1给出FD 12P 结构,FD 12P 以支架为结构基础,支撑变换器横梁,横梁包括光学单元——发射器FD T 12B 和接收器FDR 12,包括数据处理和接口单元的控制箱固定在支架上.FD 12P 能见度仪的主要技术指标如下:电子特性 主电源:115 230VA C ±20%,45～65H z ;最大功耗:35W +100W 除霜加802 应 用 气 象 学 报 10卷热器(寒冷天气);输出:R S 232、M OD E M ;输出数据:自动发送或查询方式;时间间隔:15s ～N ×15s (倍数N <18).光学特性 发射器:光源:近红外发射二极管;最大波长:875nm ;调制频率:2.3kH z ;发射器透镜直径:71mm ;参考光敏管:控制光源;后向散射光敏管:污染和障碍测量.接收器:光敏管:P I N 6D I ;接收器透镜直径:71mm ;后向散射光源:近红外发光二极管(L ED )测量污染和障碍.能见度测量特性 测量范围:10～50000m 参照5%的对比临界值定义;准确度:±10%(10～10000m );±20%(10000～50000m );时间常数:60s ;更新间隔:15s .环境特性 工作温度:-40～+55℃;湿度:0～100%RH ;抗阵风:60m s .图2给出FD 12P 的光学结构,它以33°倾角测量散射光,在各种类型的自然雾中,此角度产生稳定的响应.FD 12P 采用高能量GaA s 红外L ED 作为光源,通过一闭环电路稳定和监测光源,接收器采用灵敏的P I N 来检测散射光,接收器采用了锁定技术来减少杂散光对接收信号的影响,同时周期性地测量漂移,使接收器的输出仅与散射光强成正比.图2 FD 12P 光路图(2)双光路前向散射仪[4]美国Q uali m itrics 公司生产了一种采用双光路测量系统测量能见度的仪器V S 8364,它的最显著特点是采用独特的双光路对称设计对采样中的大气消光系数进行测量,这样可以避免传统的传感器由于使用环境的影响而降低性能的问题.V S 8364也是以支架为结构基础,其系统包括:支架、两红外发射组件、两硅光电探测组件及控制器4个部分(图略).V S 8364能见度仪的主要技术指标如下:电子特性 主电源:83642A ,83642C 115VA C ,60H z ;83642B ,83642D 240VA C ,50～60H z ;最大功耗:200W ;输出:R S 232、FSK ;输出数据:自动发送或查询方式;输出格式:A SC II 字符,8位数据,1位停止位,无校验位.光学特性 光源:红外发射二极管;波长:850nm ;调制频率:1024H z ;检测器:硅光电二极管.9022期 曾书儿等:能见度的观测及其仪器能见度测量特性 测量范围:10～32000m ;准确度:15%RM SE ;平均间隔:3、5或10m in .环境特性 工作温度:-55～+55℃;湿度:5%～100%RH ;抗阵风:85m s .下面就其采用的双光路散射系数测量并对光学污染物自动补偿的原理进行分析.图3给出V S 8364的光学原理,该传感器有两种工作模式:图3 V S 8364能见度仪光路图模式1:发射器1工作,发射器2关闭.探测器按以下公式测量在35°散射角时的散射光能量:D 11=I 1×TE 1×S ×T D 1×G 11(4)式中:D 11为模式1下探测器1的输出;I 1为发射器1的功率;T E 1为发射器1透镜透过系数;S 为正比于消光系数的散射系数;T D 1为探测器1镜面的透射系数;G 11为模式1下探测器1的转换因子.探测器2测量发射器1的直射光能量:D 12=I 1×TE 1×T D 2×G 12(5)式中:D 12为模式1下探测器2的输出;T D 2为探测器2镜面的透射系数;G 12模式1下探测器2的转换因子.模式2:发射器2工作,发射器1关闭.探测器1测量发射器2的直射光能量,探测器2测量散射光能量,同模式1有:D 21=I 2×TE 2×T D 1×G 21(6)D 22=I 2×T E 2×S ×T D 2×G 22(7)式中:D 21为模式2下探测器1的输出;I 2为发射器2的功率;T E 2为发射器2的透镜透过系数;S 为正比于消光系数的散射系数;T D 1探测器1镜面的透射系数;G 21为模式2下探测器1的转换因子;D 22为模式2下探测器2的输出;G 22为模式2下探测器2的转换因子.由以下公式:(D 11×D 22) (D 12×D 21)=I 1×T E 1×S ×T D 1×G 11×I 2×T E 2×S ×T D 2×G 22I 1×T E 1×T D 2×G 12×I 2×T E 2×T D 1×G 21=S 2×(G 11×G 22) (G 12×G 21)(8)式中(G 11×G 22)(G 12×G 21)是常数设为K 1,它代表在模式1下及2下测量散射光能与直射光能时探测器灵敏度的比值,所以:(D 11×D 22) (D 12×D 21)=K 1S 2即S =[(D 11×D 22) K 1(D 12×D 21)]1 2(9)散射系数S 与消光系数Ρ是成比例的,其比例系数设为K 2即:Ρ=K 2S =K 2[(D 11D 22) (K 1D 12D 21)]1 2=C [(D 11D 22)(D 12D 21)]1 2(10)式中,C =K 2K 1-1 2,由此可看出,最可能发生变化的发射光强度值都被约掉了,这些变化是由于温度漂移或发射器寿命等原因造成的.另外,由于镜头污染所造成的误差积累亦不012 应 用 气 象 学 报 10卷反映在Ρ值中,而且探测器灵敏度受温差影响而变化的因素也被排除.3 能见度仪的对比试验311 3种能见度仪的对比试验结果为测试能见度传感器在常规天气观测中的运行情况,从1993年2月10日至7月28日,在芬兰西南部的气象观测场,对3种传感器与人工观测进行了对比试验和评估,这3种传感器分别为:ScT I OW I 2240L EDW I (Scien tific T echno logy Inco rpo rated ,Rockville ,M D 生产)、H SS 402B 2125PW (the H SS ,B edfo rd ,M ass 生产)、FD 12P (the V aisala O y ,H elsink i ,F in land 生产). 表1给出了这3种传感器自动观测与人工观测的相关系数,由于这两种观测是同时同地进行的,如果这两种观测都是正确的,相关系数应该接近1[5].从表1中可以看出,FD 12P 的能见度和累积降雨的相关系数在0.9左右,该值对于能见度测量来说是满意的.表1 能见度人工和自动观测的相关系数OW I 2240402B 2125PWFD 12P 能见度-0.890.90累积降雨0.600.880.89天气现象0.620.650.73312 VS 8364型前向散射能见度仪的对比试验为验证V S 8364型前向散射能见度仪在自动天气观测系统(AW O S )中的使用,Q uali m itrics 公司于1994年进行了为期一年的对比试验.试验分5组进行,其试验严格按照AW O S 中使用的一级系统的要求进行.对比试验采用了两套美国联邦航空局(FAA )认可的透射仪(M ITRA )和芬兰V aisala 公司的能见度仪,其布局如图4所示[6].图4 V S 8364对比试验测试现场布局试验结果表明,平均90%的数据是符合精度要求的,表2给出V S 8364型能见度仪的对比试验结果.试验结果表明,FD 12P 和V S 8364在稳定度和准确度等方面均已达到了使用的要求,而且在准确度上没有明显的差别,但这二种仪器亦各有优缺点.虽然V S 8364在理论上比较先进,采用了独特的双光路测量,克服了光学污染和光源老化的难题,但他们的技术不够成熟,还需要在实践中不断完善.而V aisala 公司经过二十多年的研究和改进,以先进的软硬件技术补偿了单光路能见度仪存在的缺陷.1122期 曾书儿等:能见度的观测及其仪器表2 VS8364型能见度仪的对比试验结果组号无降水事件观测次数合格次数百分比%雨观测次数合格次数百分比(%)雪观测次数合格次数百分比(%)总计观测次数合格次数百分比(%)13373349933831292439380871114102692 2404010020136511100615489 3239188792420831353927621377 46060100221986827996 521320395331002210021820895总计8898259340736790455388851751158090目前,国内的机场、码头、气象等部门都已引进FD12P,运行情况比较稳定,中远距离的能见度观测精度较高.这种前向散射测量体制,发挥了散射型传感器体积小的优点,又克服了光学污染和光源老化的难题,是一种较有前途的能见度仪.无论是单光路的FD12P还是双光路的V S8364,都是散射型能见度仪,都未超出散射理论的局限性,仍需假设各向同性与大气吸收为零,分辨率与准确度等指标尚不能与透射仪相比,但它的体积小,安装方便,在特定领域还是很有用的[7].参考文献1 林晔,王庆安,顾松山,等.大气探测学教程.北京:气象出版社,1995.96～97.2 Burnham D C and Sp itzer E A,et al.U nited States Experience U sing Fo r w ard Scatter m eters fo r R unw ay V isual R ange.DO T FAA AND297 1,DO T2VN T SC2FAA29721,M arch1997.3～8.3 V aisala company.FD12P V isibility M eter Specificati ons.Editi on FD12PT S0.2,M arch1991.10～24.4 How ly company L td.T echnical D escri p ti on V isibility M eter.M et Ic 0396.3～10.5 WM O.A P resentW eather Senso r F ield T est and Intercomparison.WM O T echnical Conference on Instrnm ent and O bserving M ethods.R epo rt N o.57,M arch1994.52～55.6 W ilbet M arsh,et al.M odel8364Series Fo r wo rd Scatter V isibility Senso r Certificati on T est R epo rt.Q uali m et2 rics,Inc.1165N ati onal D rive Sacram ento,CA95834,O ctober1997.2～7.7 濮江平.一种双光路测量大气散射系数的方法.气象仪器装备,1996,5(2):15～18.OBSERVAT I ON AND INSTRU M ENT OF V ISIB I L IT YZeng Shu′er W ang Gaili(Ch inese A cad e m y of M eteorolog ical S ciences,B eij ing100081)AbstractT he op erati onal p rinci p les of several pop u lar visib ility sen so rs are described and their advan tages and disadvan tages are com p ared.Fu rther m o re,the disparity in ob ser2 rati on and in strum en t of visib ility betw een Ch ina and o ther coun tries is set fo rth,and the suggesti on s that ou r coun try shou ld pay atten ti on to the research of visib ility sen so r are p ropo sed.Key words:V isib ility sen so r Fo r w ard scattering Single beam D ual beam 212 应 用 气 象 学 报 10卷。
