能见度的观测及其仪器
浅析器测能见度的方法
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。
散射式能见度仪
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。
人工观测能见度和器测能见度的特点及各自局限性分析
参考文献:
[1]张慧婵,陈浏.广州新机场目测和器测 能见度资料的对比分析【J】气象研究与 应用,2010(S2):23—125. 【2】2陈冬冬,施丽娟,李肖霞,等.天气现 象自动化观测现状调研叨.气象科技,
反应大气能见度的曲线,改善了要素对 河南农业2016年第5期(中)
农业气象
NONG YE 0IXIANG
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于精细化预报和气象服务的需求。
(二)缺点 第一,能见度局地性很强,时空 变化大,相距几千米的两个地方,能 见度可能相差十几千米。前向散射式 能见度仪观测的只是观测场特定区域 的散射区气块的透明度,当大气中气 溶胶分布不均匀时,误差很大。第二, 前向散射式能见度仪观测代表性很差, 易受观测点非气象因素影响,在狭小 的采样区中,稍有干扰,观测数据就 可能发生显著变化,烟尘、小动物等 都会对观测数据造成很大影响。第三, 前向散射式能见度仪自身的稳定性、 观测精度也会造成一定的观测误差。 三、结语 鉴于气象能见度数据在观测要素 中的重要性,对人工观测能见度数据 和自动观测能见度数据进行对比分析 十分必要。各级气象台站在观测整点 能见度时,观测员可以人工目测得出 一个数据,然后对自动观测能见度数 据进行判别修正,减少数据与真实情 况的误差。(基金项目:常州市气象 局科研项目{1509)资助)
人工观测能见度和器测能见度的特点及
各自局限性分析
林磊1丁文文1匡汉袢2马建萍1黄玲玲1 1.江苏省常州市金坛区气象局213200;2.江苏省常州市气象局213000
能见度的自动观测与仪器使用
时 。能 从背景上 分辨 出 目标物 轮廓 的最 大距离 。 为使 能见度 能单纯 反应大气 透 明度 特性 ,气象
各单元 技术 的发展 , 它们 的可靠 性将进 一步提高 , 数
据传输 方式将 得到改善 ,并与 其它气象 仪器组成 测
量系统 。
上进一 步规定 :白天正 常视力 的眼睛 观察 以水 平天
类 ,第一类 ,透射 型测量 仪器 ,第二类 ,散射 型测 量仪 器 ,第 三类 ,激 光雷 达测量 仪器 。从实用 化 的
输 出连续 R 2 2 4 2数字信 号 ,波特率 可选择 1 0 S 3/2 5,
3 0 2 0 4 0,, 0 ,9 0 0 ,1 0 ,2 0 4 0 6 0,1 2 0,3 4 0中 的 8 90 80
安装在 北海 涠洲 岛的MO E 6 0 D L 0 0型能见度计 的原 理 、安 装使用 及注意 事项 。
在航 空领域 根据 飞行员 的位 置观察 使用 “ 跑道
视 程 ”( VR)的 概 念 。 照 国 际 民航 组 织 给 出 的 定 R 按
4 能 见 度 计
B L ORT MOD L6 0 E F E O 0是 前 向散 射 能 见 度
法。
关键 词 :能 见度 ; 自动 观测 ;仪 器 使 用
1 能见 度 的定 义
能见度的观测
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。
第3章 能见度、天气现象、地面状态的观测
设目标物的亮度为B0,背景亮度为B,亮度对比
值K定义为:
目标物亮度B0与背景亮度B的绝对差与其中大者
之比,即
K B0 B 0 K 1 max(B0, B)
当 B0>B时 K=(B0-B)/B0 当 B0<B时 K=(B-B0)/B
若B0 = B ,则K=0,此时,目标物和背景融合 在一起,无法辨认目标物
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目标物选择要求: ①选定目标物时,应尽可能以天空为背景 ②大小适度,视角以0.5-5.0°之间为宜 ③仰角不宜超过6°,以越接近水平方向越好 ④颜色应当越深越好,而且亮度一年四季不变
或少变的;浅色\反光强的物体不适宜选为目标物
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在台站四周 不同方向、距离 上选定若干目标 物作为观测目标, 双峰山18.4 根据这些目标物 能见与否及其清
响的、灯光强度不变的、不带颜色的、没有灯罩的、 白色的、孤立的点光源。
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3、气象光学视程的仪器测量 用于测量气象光学视程的仪器可分为以下两类:
(1)用于测量水平空气柱的消光系数或透射因数。 原理:光的衰减是由沿光束路径上的微粒散射和吸
收造成的。 ——透射能见度仪
(2)用于测量小体积空气对光的散射系数。 在自然雾中,吸收通常可忽略,散射系数可视 作与消光系数相同。
2008年南方严重的冰雪灾害
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3、 视程障碍现象 大气透明度变化导致能见度发生变化。大气中
存在着固态和液态杂质,它们在一定条件下形成各 种天气现象,影响大气透明度,使得能见度减小, 这类天气现象统称为视程障碍
天气 现象
雾
轻雾 吹雪 雪暴 烟幕
霾
沙尘 暴
扬沙
浮尘
符号
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雾:大量微小水滴浮游空中,常呈乳白色,有雾时 水平能见度小于1.0km。高纬度地方出现冰晶雾也 记为雾。
大气散射能见度仪原理
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。
大气探测第三章:能见度、天气现象的观测
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适用范围: 对污染的敏感性较低, 常用于日常监测仪器; 或是用来对气象光学 距离提供近似估计,目 前较多用于自动气象观 测系统。
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散射式能见度仪
优点: 基线长度短;发射光源和接收器安装在同 一个支架上,避免了基线难以对准的缺陷。
缺点: 只测量很小体积的空气样本,不够精确。
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人工观测
夜间观测能见度时,观测员应先在黑暗处 停留5—15分钟,待眼睛适应环境后进行 观测。
根据最远目标灯能见与否确定能见距离。
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无条件利用目标灯进行观测的情况下:
根据天黑前能见度的实况和变化趋势,结合观测时 天气现象、湿度、风等气象要素的变化情况,以及 实践经验加以判定。
月光较明亮时,可根据目标物的能见与否来判定: 只要能隐约地分辨出比较高大的目标物的轮廓, 该目标物距离就可定为能见距离; 如能清楚分辨时,能见距离可定为大于该目标物 的距离。
“不能见”:
看不清目标物的轮廓,认不清其形体,或所见目 标灯发光点模糊,灯光散乱。
4
1.基本概念
能见度分类:
按照观测者与目标物的相对位置,分为水平能见度、 垂直能见度、倾斜能见度。
能见度单位:
以千米为单位,取一位小数,不足0.1km记0.0 。
能见度测量方法:
目测 器测:主要仪器为透射能见度仪、散射能见度仪。
⑴ 假定总体照明增加到正常白天水平,适当大小 的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。 ⑵ 中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离。
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目标物的选择
在气象站四周不同方向、不同距离上选择若干固 定能见度目标物。
① 颜色应当越深越好,且亮度要一年四季不变或 少变。 ② 应尽可能以天空为背景,且与背景的距离尽可 能远一些。 ③ 大小要适度,视角以0.5~5.0°之间为宜。 ④ 目标物的仰角不宜超过6°。
能见度的观测
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2.影响能见度的基本因子
目标物和背景的属性
“属性”指目标物和背景的大小、形状、色彩、 亮度等特性。 目标物能见与否,与其属性有很大关系
大目标比小目标能见距离远一些 两个物体在亮度和色彩上差别较大时,物体比较容 易分辨,但色彩和大小都要受亮度影响
在这些因素中,亮度起决定作用
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2.影响能见度的基本因子
3.水平能见度的观测
白天能见度的观测
在沙漠、草原、海岛或其它地物稀少的地区, 可采用人工设置目标物,并视其清晰程度来判定能 见度。 人工设置的目标物,一般多用来估计1.0千米以 内的能见度,其大小要适度,材料因地制宜(木板、 土墙、水泥预制件等),向着观测点的一面应涂成黑 色,以与天空背景有清楚的对比。靠近海(湖)岸的 站或海岛站,其朝向海(湖)方向的能见度,还可以 水天线(即海、天相接的线)的清晰程度。
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3.水平能见度的观测
千米
能 见 度 目 标 分 布 图
50.0 远山58.0 20.0 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 0.2 0.1 松树0.5 电杆0.1
山亭6.3
双峰山18.4
牌楼1.6
仓库0.7
礼பைடு நூலகம்门灯1.0
铁桥9.6
0.1 路灯0.5 柏树0.2 0.2 红星楼1.4 0.5 古塔4.2 1.0 2.0 5.0 城楼8.0 10.0 20.0 50.0 巷灯6.4 三峰山35.0 水塔0.2
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3.水平能见度的观测
夜间能见度的观测
夜间由于光照条件限制,能见度观测最好是用发光物 体作为目标物,根据灯光强度和距离,查出相应的能见距 离。目标灯应选择位于开阔地带不受地方性烟雾影响的、 灯光强度不变的、不带颜色的、没有灯罩的、白色的、孤 立的点光源。在无条件利用目标灯进行观测的情况下,则 只能根据天黑前能见度的变化趋势,当时天气现象和气象 要素的变化情况,结合实践经验加以估计。夜间观测能见 度时,应在黑暗处停留至少五分钟,待眼睛适应环境后进 行观测。凡是有条件的地方,均应在各方向选择一些固定 的目标灯来作为观测能见度的依据。
第七章 能见度
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1、气象能见度的观测
在测站周围各方向选定不同距离的符合要求的目标物,测 出它们的距离,然后在观测时,找出能够被看清轮廓最远 目标,这个目标的距离就是能见距离。
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1、气象能见度的观测
气象能见度的种类
有效能见度 最小能见度 跑道能见度
空中水平能见度:只作大致好坏的估计 空中垂直能见度:在空气浑浊、透明度差时才观测 空中倾斜能见度:在目视飞行的条件下,飞行员能
看见地面上最远目标的距离。
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2、空中能见度的观测
着陆能见度
飞机着陆时,从飞机上观测跑道的能见度称为 着陆能见度;
着陆能见度约为地面能见度的60℅或更低。
天黑前气象能见度为1千米时,夜间着陆能见度有1.5千米;
白天为1.5千米时,夜间有2千米
白天2千米时,夜间可达3千米。
原因:白天和夜间背景和看目标物不同,白天以远处地平线天 空为背景,而夜间以夜幕为背景,白天目标物以暗色为主, 而夜间看灯光,亮度对比大,容易从夜幕中分辨出来。
4. 有低碎云时,云下凹凸不平,水汽大,能见度差。云越低,湿度 越大,能见度越差,当与雾相连时就更差。
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三、跑道视程的探测
跑道视程(RVR:Runway Visual Range) 跑道视程是指飞行员在位于跑道中线的飞机上观 测起飞方向或着陆方向,能看到跑道道面上的标 志或能看到跑道边灯或中线灯的最大距离。
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跑道视程与地面能见度的区别
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前散式和透射式能见度仪的综合观测试验及对比分析
前散式和透射式能见度仪的综合观测试验及对比分析前散式和透射式能见度仪的综合观测试验及对比分析近年来,气象观测成为了各行各业中不可或缺的一环,其中能见度的观测尤为重要。
而在能见度的观测仪器中,前散式和透射式能见度仪是两种常用的观测设备。
本文将对这两种观测仪器进行综合观测试验及对比分析。
首先,我们需要了解前散式和透射式能见度仪的基本原理和结构。
前散式能见度仪通过散射粒子(如水滴、颗粒物等)与红外光的散射程度来测量能见度。
而透射式能见度仪则是通过测量红外光在大气中的传输过程来判断能见度。
前散式能见度仪一般由一个光源和一个接收器组成,而透射式能见度仪则包括发射器和接收器两个部分。
在进行实际观测时,我们首先需要设置好观测场地,确保观测仪器的正常工作。
然后,通过在一定距离上设置多个观测点来进行观测。
在观测过程中,可以使用人工烟雾、雾气发生器等手段产生散射粒子,以模拟真实的能见度条件。
接下来,我们将对前散式和透射式能见度仪的观测结果进行对比分析。
在观测时,我们会记录两种仪器的观测数值,并同时记录当地的天气状况。
通过对比前散式和透射式能见度仪的观测结果,我们可以发现一些共性和差异。
首先,从观测结果来看,前散式能见度仪通常会受到散射粒子的影响,当大气中存在较多的散射粒子时,能见度的测量结果会偏低。
而透射式能见度仪则相对不受这种影响。
另外,当大气中存在大量的水滴时,前散式能见度仪的观测结果也会受到一定影响。
其次,观测结果还会受到天气条件的影响。
在晴朗的天气下,两种仪器的观测结果通常会非常接近,而在雾、霾等天气条件下,前散式能见度仪的观测结果可能会更准确一些。
此外,在观测仪器的选择上,前散式能见度仪具有结构简单、操作易于掌握等优点;而透射式能见度仪则更适合进行长期连续观测。
总结来说,前散式和透射式能见度仪在能见度观测中各有其优势和适用场景。
在选择观测仪器时,我们需要根据实际需求和观测环境来进行合理选择。
同时,在实际观测过程中,我们也需要结合不同的观测仪器来获取更准确的能见度数据。
PWD20能见度仪的自动观测及使用
PWD20能见度仪的自动观测及使用朱保美;周清【摘要】全面介绍了芬兰VAISALA公司PWD20能见度仪的工作原理、设计思路和安装使用方法,分析了能见度仪易出现的故障及原因,说明了如何维护和标定能见度仪,指出能见度自动观测代替人工观测是能见度探测技术的发展趋势.【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2010(027)003【总页数】5页(P20-24)【关键词】能见度仪;自动观测;仪器使用【作者】朱保美;周清【作者单位】山东省齐河县气象局,齐河,251100;山东省齐河县气象局,齐河,251100【正文语种】中文【中图分类】TH765.80 引言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,其影响更为明显。
近几年来,因能见度过低而造成的重大交通事故屡有发生。
因此对雾、霾、轻雾等视程障碍现象的实时监控和气象灾害预警信号的及时发布,显得尤为重要。
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Model 8364 Visibility Sensor,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。
近年来我国大量引进了多种型号的能见度仪。
芬兰VAISALA公司生产的PWD20能见度仪是前散射能见度仪中的一种,因具有一体化设计、安装方便、维护简单、占地面积小等优点被广泛应用于交通道路、航空机场、气象和环境监测等领域[1,2]。
在此,以山东省齐河县气象局引进的芬兰VAISALA PWD20能见度仪为例,对其安装、使用进行全面系统地介绍。
能见度人工观测与能见度仪遥测资料的差异
低 。( ) 间灯光 目标 物强度 、 2夜 眼睛 的灵 敏度 等影 响。
当接近夜间 ( 2 :0 观 测时 , 即 00 ) 对灯 光 目标物强 度 、 天气
1 能见 度仪 的 工作原 理
能见度仪是 一种 综合 了光 学前 散 射测 量 、 电容 降水 感应和温度测量 的微 处理器 控制 的智能传 感器 。通过测
关性最好的一组 。另外 , 者的差值 也较小 , 两 平均 差值在 ± . m左右 ( 0 2k 除降雨外 , 见表 1 。选 取 20 ) 0 5年人工定
时观测 vs . m( i<10k 即有雾的天气 ) 的值与遥测 的能见度 资料对 比分析 , 并作 图 。从 图 1可看 出,05年人工 有雾 20 的天数 1 , 9d 分别出现在 1~ 4月。而遥测 能见度 资料共
遥 测值 为 130 i, 0 n 相差 0 5倍 左 右。 ( ) 惯性 影 响。 开前辈们 “ 言传身教 ” 的
模式 。故特殊能见度天气 出现时 , 由于没有前 车之鉴 , 就
无 法 突 破 这 种 心 理 障 碍 , 影 响 正 确 记 录 。 如 2月 2 日 而 3
第3 0卷 增 刊 Ⅱ 20 0 8年 1 2月
广
东
气
象
V 13 增 刊 Ⅱ o.0
De e e 2 0 c mb r o 8
Gua ngd ong M e e o o y t or l g
能见 度 人 工 观 测 与 能 见 度 仪 遥 测 资料 的 差异
杨 召琼 ,陈 慧娴 付 哲 罗伟 华 。 ,
关分析计算 , 其相关 系数达 0 8 是所 有能见度 范围 内相 .4,
断外形轮廓 由清 晰到模糊 , 只能 凭人 眼和主 观判别 , 由 且
天气现象的观测仪器ppt课件
❖ 当地闪电计数器:记录一个站周围闪电总次数的仪 器。
❖ 天电定位:是从天电观测中推断的电闪估计位置。
❖ 源:是天电发生源地。
7.4 闪电定位系统〔续〕 3、天电观测的目的与运用
❖ 借助于天电数据对雷暴活动区的定位,为气 候任务者提供有价值的补允资料。
❖ 对于观测站稀少的宽广海洋或其它地域,这 种资料尤为可贵。
7.3 能见度仪〔续〕
7.3.2 散射式能见度仪
❖ 由于不需求长的光程,在没有用以估计气候 光学视程的目的物成光源可用时,这种仪器 应是有用的。
❖ 但它有缺陷,即观测时的空气采样体积非常 小,能够不能完全代表外部的空气。这一缺 陷在某种程度上是可以抑制的,方法是取相 当数量的读数的平均值。假设要想使空气的 有效体积大大添加,那么应采用丈量后向散 射的仪器。
二、能见度的定义
气候能见度的定义:
正常人的视力,在当时天气条件下,所能看到 的以天空为背景的绝对黑体目的物〔视角较 大〕的最大程度间隔。
有效能见度的定义:
周围视野中二分之一以上范围里都能看到的最 大间隔。
7.3 能见度〔续〕 7.3.2 白天能见度观测
一、能见度目的物的选择 目的物颜色越暗越好 目的物应投影到天空背景上 目的物的视角不应小于0.3° 目的物的高度角应小于6 °
① 能分辨出云地闪击和云间闪击;对云、对地 闪击应能分辨出初次以及随后各次的闪击。
② 对于大的闪击,如峰值电流在16KA以上的 闪击探测效率为90%。
③ 闪击落地的定位准确度应到达500m。
7.5 其它
❖ 引见三种与天气景象仪测的小型元件。
7.5.1 下垫面形状探头
❖ 这种探头首先运用于高速公路的自动站系统中,英 文称 Pavement Surface Sensor。
3章 能见度的观测
3.观测者的视力指标——对比视感域ε
在白天当,当K=0时,难以准确辨别目标物。当K逐渐增大, 即亮度差异逐渐增大,当K值增大到某一值时,才能准确地 辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域,用ε表示 当K>ε时,目标物可见; 当K<ε时,目标物不可见; 当K=ε时,目标物若隐若现,为临界状态。
ε的大小主要取决于观测者的视力、观测时的光照条件和 目标物视角的大小。
能见距离表示
• 分为水平能见度、垂直能见度、倾斜能见度
• “能见”:在白天是指能够看到和辨认出目标物
的轮廓和形体;在夜间是指能清楚地看见目标灯
的发光点
• “不能见”: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,灯光三乱
能见度观测的意义
• 在气象上,它可以用来了解大气稳定度,判
别气团属性
距离
能见度
• 气象能见度:视力正常的人,在当时气象条件下
能从天空背景中分辨出目标物轮廓的最远距离
• 白天气象能见度:气象能见度
• 夜间气象能见度:灯光能见距离气象能见度
• 记录单位:Km,不足100米记0.0,100米记 0.1Km,依此类推
能见度的区别
能见度的区别
2、影响能见度的因子
影响能见度的因素
Lmax
1 3.912 ln 0.02
1
3.16
按上述规定的条件进行观测,测定的 Lmax 只与大气消光 系数 成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一 影响,故视程 Lmax 为气象能见距离,或气象视距。
2.夜间能见度
夜间由于光照条件的限制,已不能使用一般的目标物, 而只能用发光物体作为目标物。灯光目标物是点源,不 象扩展光源那样考虑亮度对比问题,对其观测要用点源 在眼睛上产生的照度来衡量。而夜间决定目标能见与否 的眼睛的指标是眼睛的灵敏度,即所能感受的最小照度, 又叫照度视觉阈值,以 E0 表示。拜克维尔给出了 E0与 背景亮度 Bb的统计表达式:
泰山地区能见度人工观测与维萨拉FD12型器测能见度的比较研究
泰山地区能见度人工观测与维萨拉FD12型器测能见度的比较研究摘要: 本文根据最新的前向散射式能见度仪对比试验资料,在不同能见度等级情况下,对比了能见度自动观测仪与人工观测之间的测量偏差,从能见度定义上给出产生偏差的原因,分析了能见度仪与人工观测之间偏差的大小,比较了两者之间的测量相关性,并对仪器和本次比对试验存在的问题提出了改进建议。
关键词: 前向散射式能见度仪,观测, 分析1. 引言能见度作为一个重要的地面气象观测要素,在气象观测业务中已有近百年的历史,目前我国气象观测站已经开始采用基于“气象光学能见度(MOR)”原理的前向散射式能见度仪与人工目测并行观测的方法来获取这一观测要素,并逐步替代人工观测。
《WMO气象仪器和观测方法指南》中指出,采取一些假设,可以将仪器的测量值转化为MOR值。
这类自动化能见度观测设备有透射式、前向散射式、后向散射式和CCD式。
目前适用于气象业务大规模使用还的主要为前向散射能见度仪,其对粒子尺寸分布不敏感[1],仪器体积更小,安装架设更加方便,理论研究和大量观测数据的计算与分析表明,在一定条件下可以保证前向散射式能见度仪测量能见度的可靠性[2]。
泰山气象站坐落于泰山日观峰顶,高山型气候明显,气温日较差较大,局地性的云雾较多,能见度常出现突变。
因此,在泰山开展能见度人工观测与器测的对比试验, 研究能见度仪( FD-12型)所测能见度资料在高山站的准确性、可靠性、实用性及其与人工观测资料的差异特点,研究地形、局部烟雾、能见度仪的安装位置、人类活动等对自动观测记录的影响情况,为将来能见度的自动观测奠定基础,也为将来基层台站特别是高山站能见度自动观测仪的选型提供数据支撑。
2. 泰山试验介绍2.1 能见度计算公式人工目测能见度是“相对于雾、天空等散射光背景下观测时,一个安置在地面附近的适当尺度的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。
”其计算公式为:由公式(1)和(2)可以看出,在大气消光系数相同的情况下,气象光学视程约为人工目测能见度的70%。
气象观测能见度的观测
&3.5 能见度的器测法
1.遥测光度计
原理:由目标物、天空背景的视亮度比较→给出大 气消光系数→推算气象能见度。
2.测大气透射率表
气象能见度Lmax或气象光学距离P均可写成大气 透射率(T)的函数,即
Lmax
3.912L ln T
P L ln 0.05 3L ln T ln T
如果选择两点间的距离为B的长度作为测量基线,将上 式中L取为B,测出两点间的透射率,即可算出气象能见 度。 测量透射率的仪器由光发射器,反射器和接受器构成。 光发射器和接收器合成一体安置在基线一端,反射器安 置在基线另一端。 发射器发射的光被分成两束,一束透过大气层经反射器 反射回来被接受器接收;另一束光则不射入大气层,作 为参考光,直接进入接收器,回波信号与参考光信号同 轴地照在光电接收器件上,由比较法确定其透射率。
可见当L ∞时,即当远离目标物时,不论其原始
亮度多大,它的视亮度会逐渐趋近于背景亮度,最后 目标物消失于背景之中。而且,空气越浑浊,目标物 消失的距离越短。
&3.4 气象能见度
影响目标物能见度的因子很多,而气象工作中, 需要能见度只反映大气透明状况,这就必须选定和 统一实行某种观测方法,以固定其它因子,使测定 的最大水平能见距离只表达大气透明程度的单一因 子影响。下面分白天和夜间两种情况介绍。
光E0的 最小,故用红色灯光易于辨认。
E0
E0
影响灯光能见度的因子有:灯光强度、大气透明度和眼
睛的灵敏度。
设灯光强度为 I,与观测者为距离L,则在观测者眼睛
上产生的照度可由阿拉德(Allard)定律定义:
E
I L2
e L
当观测者离灯光距离为S时,灯光产生的照度达到阈值 E,0
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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。