能见度自动化观测和人工观测资料的对比评估

摘 要：通过对比评估吴川气象观测站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天气现象下的08时、14时、20时的能见度（vis）自动观测资料和人工观测资料，进行对比差值、差值平均值、相关系数等方法，得到自动观测能见度和人工观测能见度的误差阀值，阀值可以分为vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km等5种情况，为日后能见度自动观测运行提供参照标准，并探讨减小能见度自动观测误差的方法，从而进一步提高能见度自动化观测数据质量。

关键词：地面观测；能见度；人工观测；自动化

中图分类号：P412.17 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0068-02

Abstract： Through the comparison and evaluation of （vis） automatic visibility observation data and artificial observation data of visibility at Wuchuan Meteorological Station from January 1， 2014 to December 31， 2015 under different daily weather phenomena at 08：00， 14：00 and 20：00， By comparing the difference value， the average value of the difference value and the correlation coefficient， the error thresholds of automatic observation visibility and manual observation visibility are obtained. The threshold values can be divided into five cases， such as vis<1.0km，1km ≤ vis<16km，16km ≤ vis<26km，26km ≤ vis<42km，42km ≤ vis<80km. It provides a reference standard for automatic visibility observation in the future， and discusses the methods to reduce the error of automatic visibility observation， so as to further improve the quality of automatic visibility observation data.

Keywords： ground observation； visibility； manual observation； automation

目前，能見度自动化观测已经成为广东省各个气象观测站取得能见度数据的主流方式。能见度观测经历了单一的人工观测、人工观测和自动化观测并行，最后升级到全自动化观测。自动站资料和人工观测资料的差异一直是业务人员关注的焦点[1-6]，本文通过对比评估吴川站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天气现象下的08时、14时、20时的能见度（vis）自动观测资料和人工观测资料，得到能见度误差阀值。由于各个台站选取的能见度参照物的大小、范围、数量、目标灯都难以具备一致性，并且不同的观测员有不同的观测经验，酌情判定的倍数不同。再加上测站探测环境的破坏，有限的目标物，只能估计出几个范围内的能见度值，当能见度很差时难以观测出精确的值[7]，因此，对比评估出来的阀值具备一定的局限性，因此在实际工作中只能作为参考。

1 能见度

1.1 定义

人们通常所说的能见度是指能够在水平和垂直方向看到的最远的距离，由于没有条件限制，反映的当时的状况也比较复杂。气象上所用的能见度是为了反映近地层大气的透明状况，规定了照度、目标物的大小和颜色、背景的颜色等。WMO规定能见度用气象光学视程表示，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%所通过的路径长度。人工观测能见度，一般指有效水平能见度，有效水平能见度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[8]。白天能见度是指视力正常（对比感阈为0.05）的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大水平距离。夜间能见度是指能清楚看到目标灯的发光点。凡是看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱，都不能算“能见”。

1.2 能见度仪的工作原理

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。它利用光的散射原理，在发送端发出一束红外光，经过空中空气分子、气溶胶粒子、雨雾滴等微粒时发生散射，接收端收到散射光后将光强转化为电信号，再通过专门算法转换为气象光学能见度（MOR）。

散射能见度仪可以分为前向散射型、后向散射型和侧向散射型三种类型，本文采用的能见度自动化观测数据是由前向散射型能见度仪测量得来。它由发送器、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MOR。

2 资料来源和对比评估

2.1 资料来源

本文采用吴川气象观测站2014年1月1日-2015年12月31日每天不同天气现象下的08时、14时、20时的能见度（vis）自动化观测资料和人工观测资料。能见度自动化观测资料从2014-2015年各个月的A文件中读取，人工观测资料从气簿-1原始观测记录中统计制表。

2.2 能见度（vis）自动观测资料和人工观测资料对比评估结果

（1）吴川站能见度数据误差阀值为vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km。其中1km≤vis<16km的相关系数最高，为0.89；42km≤vis<80km的相关系数最低，为0.47。

（2）当vis<1.0km时，误差均值为0.35km，相关系数为0.73；当1km≤vis<16km时，误差均值为1.48km，相关系数为0.89；当16km≤vis<26km时，误差均值为2.54km，相关系数为0.60；当26km≤vis<42km时，误差均值为4.63km，相关系数为0.63；当42km≤vis<80km时，误差均值为21.54km，相关系数为0.47。其中误差值=|自动观测数据-人工观测数据|。

（3）造成26km-42km误差值变大的原因主要有降水天气影响，降雨时和降雨后，存在人工观测能见度偏低的情况，主要是因为空气中相对湿度接近饱和，人眼的视线变得模糊，使得观测员对水平能见度的判断明显偏低[9]。比如2014年8月28日，08时，能见度人工观测数据为12.0km，自动观测数据为31082m，天气现象是8080；2015年9月1日，08时，能见度人工观测数据为20.0km，自动观测数据为36747m，天气现象为2580；2014年6月10日，08时，能见度人工观测数据为16.0km，自动观测数据为37758m，天气现象为0080。在夜间，观测员对灯光目标物强度、天气透明度的判断均存在较大误差，下雨时更难把握，总体上看人工观测值偏低[10]。

（4）造成42km≤vis<80km误差值大的原因可能有：一是能见度仪本身的探测误差，二是观测员对于记录高能见度存在心理障碍，三是探测环境的变化导致参照物无法远距离识别。

3 探讨减小能见度自动观测误差的方法

使用以上的自动观测能见度和人工观测能见度的误差阀值评判标准，是建立在能见度仪准确安装、正常运行的基础上，做好能见度仪器的日常维护工作也比较重要，可以有效地减小能见度自动观测误差，确保能见度数据质量。当透镜被灰尘过度污染，或在透镜表面有水、雪、树叶或其他物体覆盖等都可能使仪器给出太好的能见度值，所以平时要注意维护发射器和接收器镜面。注意检查机盖组件和光学部件有没有积尘、凝水、蛛网、冰和雪的污染，如有则要清除，并将机盖内外表面的灰尘擦去。一般每隔半年对能见度仪进行一次校准、每天维护一次、每六个月进行一次全面地清洁维护，或者根据实际情况增加次数。清洁时，用不起毛的软布和异丙醇酒精擦拭透镜。

4 結束语

（1）通过对比评估，得到能见度误差阀值：vis<1.0km，1km≤vis<16km，16km≤vis<26km，26km≤vis<42km，42km≤vis<80km。

（2）1km≤vis<16km的相关系数最高，为0.89；42km≤vis<80km的相关系数最低，为0.47。

（3）人工观测能见度虽然存在主观性，但人工观测能见度是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；当大气分布均匀时，安装准确的能见度仪的误差较小，当大气分布不均匀时，能见度仪的误差较大。

（4）随着能见度观测自动化，通过做好日常维护工作可以减少仪器误差。如每天维护一次、每六个月进行一次全面地清洁维护，每隔半年对能见度仪进行一次校准。

参考文献：

[1]胡玉峰.自动站与人工观测站数据的差异[J].应用气象学报，2004，15（6）：719-726.

[2]徐明时，杨树.鹤岗自动站与人工站压、温观测资料对比分析[J].黑龙江气象，2005（1）：39-40.

[3]余金，胡玉峰，刘均.我国中部地区自动站与人工站气温的差异及原因分析[J].气象，2007，33（5）：94-99.

[4]杨伍琳，赵晓利，罗祖红，等.两套不同型号自动气象站采集的气象数据的差异[J].广东气象，2008，30（3）：49-50.

[5]杨召琼，陈慧娴，等.能见度人工观测与能见度仪遥测资料的差异[J].广东气象，2008（130）增刊Ⅱ：11-12.

[6]蔡耿华，邵洋，杨用球，等.DZZ1-2型自动站的故障判断和维修[J].广东气象，2006，28（2）：58-60.

[7]林晔，王庆安，顾松山，等.大气探测学教程[M].北京：气象出版社，1995：93-94.

[8]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：17-19.

[9]刘峰，林智，钟加杰，等.广州白云机场一次低云低能见度天气过程的成因[J].广东气象，2007，37（3）：25-27.

[10]闫敬华，徐建平.华南地区降水与雾的关系初探[J].广东气象，2001，16（2）：22-24.

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