能见度仪与人工观测对比观测分析
黄思源1 罗国军2庞盛荣2
（1.宁波市气象局 315012 2.上虞市气象局 312300）
hsy@
摘要本文利用最新对比观测资料，对能见度自动观测设备与人工观测的数据进行对比分析。主要对观测数据的相关性、同步性、一致性、误差等方面进行了对比。对能见度仪在高、中、低三种能见度状况下分别进行比较，重点分析了大雾天气低能见度状况下人工观测和各仪器观测之间的差异。7种前向散射能见度仪在不同的能见度状况下表现出不同的特性，将这一新的地面气象观测设备比较客观地展示出来，供同行在选用能见度仪时有一个全面认识。为生产厂家改进和提高产品的质量和性能提供了依据。
关键词能见度观测仪器对比
1.引言
气象测报中的能见度观测属于目测项目，人工观测精度不高，而且能见度的观测因人而异。不同的观测员在相同的天气条件下可能会有不同的观测值。能见度的准确性受到观测员的视力差异性和对“能见”定义的理解有所不同的影响，还与能见度目标物的设置环境及分布是否合理等多种因素的影响。因此，人们一直在探索利用仪器来自动测量能见度。近年来国内外气象仪器生产厂家不断研究和推出各种能见度观测仪，但是到目前为止还处于业务对比试验阶段，中国气象局大气探测中心还没有发放气象技术装备使用许可证。在目前的交通气象和沿海的港口气象服务中能见度是一个非常重要的气象要素，依靠气象台站的目测能见度资料远远不能满足专业气象的服务需要。因此，如何选择一个测量精度高，运行稳定，性价比高的能见度仪是摆在气象探测装备部门面前的问题。本文将通过对几种能见度仪的观测数据对比分析提供同行一个参考。
2.能见度的定义和观测种类
2.1定义
能见度用气象光学视程(Meteorological Optical Range,简称MOR)表示。气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路途长度。
2.2人工观测能见度
一般指有效水平能见度。有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。
2.3能见度仪器观测
能见度仪从观测的方式分类主要有，即透射能见度仪和散射能见度仪两类。能见度观测仪测定的是一定基线范围内的能见度。
2.3.1透射能见度仪
透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光(透射)系数而算出能见度。发射器提供一个经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一个光检测器组成。由光检测器输出测定透射系数，再据此计算消光系数和气象光学视程。
透射能见度仪测定气象光学视程是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的透原理，所以它与气象光学视程的定义密切相关，观测的能见距离与能见度很一致。发射器和接收器之间光束传递距离称为基线，可从几米到150m。它取决于气象光学视程值的范围与测量结果应用情况。透射能见度仪主要缺点是基线难以对准，基线的偏差直接影响能见度观测准确性，因此需要经常性的校准基线。
2.3.2散射能见度仪
散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器。前向散射能见度仪，由发送器、接收器与处理器组成。发射器发出近红外光脉冲，接收器测量的是与发射光束成33°角的散射光束，然后由处
理器计算出气象光学视程。散射能见度仪的优点是基线长度很短，光源与接收安在同一支架上，避免基线难以对准的问题。
3. 对比的能见度仪
本次对比的能见度仪均属于前向散射能见度仪，型号有7种。分别为：CJY-1C、ZQZ-DN、NQ-1、VPF-730、VM-910、PWD20、FS11。测量范围从5m-75km，大多数在10m-20km以内。国内生产的前向散射能见度仪大多数属于组装型，将国外进口传感器组装自家的采集器而成，但其中也有国产自主产权的，如军工企业生产的CJY-1C型。
表3.1 能见度仪型号和基本性能指标
编号型号生产单位测量范围测量误差
1 CJY-1C凯迈（洛阳）测控有限公司 10-70000m ±10%:10～10000m;
±20%:10000～70000m
2 ZQZ-DN江苏无锡无线电科学研究所 10-20000m
3 NQ-1 上海长望气象科技公司 6-50000m ±10%:>60m; ±6m:≤60m
4 VPF-730北京奥克希尔公司 10-70000m ±2%:2 km; ±10%:16 km; ±15%:30 km
5 VM-910北京华宇视程公司 10-75000m ±2%:≤2km;
±10%:2Km-15km; ±15%:15Km-70km
6 PWD20维萨拉公司 10-20000m ±10%:10-10000m;
±15%:10000-20000m
7 FS11 维萨拉公司 5-75000m ±10%:5-10000m;
±20%:10000-75000m
4.观测数据对比分析
4.1能见度仪安装地点
能见度仪安装在上虞市气象局大气探测仪器试验基地观测场内；安装条件和环境符合地面气象观测规范的技术要求。
4.2观测数据样本
观测数据为2007年1-6月，有人工同步对比观测。能见度仪的为每10分钟观测一次，为10分钟平均能见度，共计26064个观测时次；人工观测每小时一次，为水平有效能见度，共计4344个观测时次。人工与仪器对比的是每小时一次，仪器之间的对比是10分钟一次记录。
4.3观测数据对比分析
4.3.1同步相关性分析
从6个月的连续观测数据来看，所有能见度仪与人工观测表现出较好的同步性，变化的趋势基本一致。对同步的数据样本进行相关系数计算（见表4.1），相关系数在0.777以上，最高的达到0.860，可见相关性较好。从能见度仪相互之间的相关性分析来看，相关系数最大0.953，最小0.682；其中相关系数在0.9以上的有VM-910与QN-1、PWD20和FS11，前一组是美国的传感器，后一组均为芬兰维萨拉公司的传感器。
表4. 2 能见度观测数据相关系数表
设备型号CJY-1C ZQZ-DN QN-1 VPF-730VM-910PWD20FS11
人 工 0.813 0.7770.860 0.820 0.8430.7950.799
CJY-1C 1.000 0.8440.898 0.835 0.8980.8020.810
ZQZ-DN 1.0000.881 0.808 0.8850.6820.729
QN-1 1.000 0.898 0.9530.8590.851
VPF-730 1.000 0.8930.8390.815
VM-910 1.0000.8540.856
PWD20 1.0000.929
FS11 1.000
