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1实习三、能见度、气压、辐射和风能见度一、概述能见度观测是气象站判断某些天气现象及强度的重要指标,其在保障航空和地面交通安全及大气污染研究方面发挥着重要作用。能见度是表征气团特性的要素之一。气层稳定时,气溶胶多分布在低层大气中,使能见度变坏;而当气层不稳定时,由于对流和湍流的作用,将水汽、杂质带至高层,使近地层能见度变好。所以,从能见度的好坏可以大致判断大气的稳定程度。一般冷空气中因含水汽、杂质少,能见度较好;暖空气中水汽、杂质较多。能见度较差。所以,根据能见度也可以大致判断气团的性质。能见度的观测分目测和器测两种。由于其主要受制于悬浮在大气中的固体和液体微粒决定的大气消光系数,其估计值囚个人的视觉和对日标物可见的理解水平而变化,同时受光源特征和透射因数的影响。因此,能见度的目测估计值具有主观性。二、能见度的定义和影响因子1定义（了解）人们通常所说的能见度是指在水平和垂直方向能够看到的最远的距离,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则是有条件限制的概念,它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,具体的概念有气象光学视程、气象能见度、有效水平能见度等。世界气象组织规定能见度用气象光学视程表示。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%所通过的路径长度。气象能见度包括白天能见度和夜间能见度。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。实际上也是气象光学视程。夜间能见度是指:①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水平距离;②中等强度的发光体能被看到和识别的最大水平距离。所谓“能见”,在白天是指能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”。由于各种因素的影响,台站四周大气透明度往往不一致,使各个方向的水平能见距离产生差异。为了表示台站四周多数能见距离,人工观测能见度时,则以有效水平能见度为准。所谓有效水平能见度,是指四周视野中二分之-以上的范围里都能看到的目标物的最大水平距离,简称“能见度”(凡没有特殊标明的“能见度”都指“有效水平能见度”)。各方向能见度相同时,则任何一方的能见度就是有效水平能见度。2各方向能见度不相同时,如图3.1(a),视野有二分之一的范围能见度达到1.1km,但没有超过二分之-,因而能见度取0,8km;图3.1(b),三个方向视野范围各占三分之一,取二分之-以上范围都能看到的距离,故能见度取4.6km。图3.1有效水平能见度2记录规定(1)人工目测能见度:以千米(km)为单位,取l位小数,第2位小数舍去,不足0.1kM记0.0。当出现沙尘暴、雾、雷暴、浮尘、吹雪、烟幕、霾等7种视程障碍现象9且能见度小于1.0km时,记录最小能见度,以米(m)为单位,取整数。(2)仪器测量能见度:以米(m)为单位,取整数。二、能见度的观测1白天能见度的观测1．1目标物的选择为确定能见距离的远近,一定要在台站四周不同方向、不同距离选择若干固定目标物,作为观测能见距离的依据。目标物的选定,应符合下列要求:(1)目标物的颜色越深越好,而且亮度要一年四季不变或少变。浅色、反光强的物体(如白色、粉红色、淡青色的建筑物或雪山顶等)不适宜选为目标物。(2)目标物应尽可能以天空为背景,若以其他物体(如山、森林等)为背景时,则要求目标物在背景的衬托下,轮廓清晰,且与背景的距离尽可能远一些。暗目标物与光亮背景之间的距离,应比目标物与观测点之间的距离远1.5倍左右。如果背景比目标物暗,那么背景与目标物之间的距离,应比日标物与观测点的距离远2倍左右。(3)目标物大小要适度。近的目标物可以小一些,远的目标物则应适当大-些。目标物的大小以视角表示:√(3.2)式中A表示目标物的视角(°);Ab表示目标物的高度角(°);Ab表示目标物的宽度角(°)。目标物的视角以0.5°~5.0°之间为宜。3(4)由于气象站观测的是水平能见度,因此目标物的仰角最好接近水平,不宜超过6°。另外,由于能见度的测量误差与能见度的大小有关,即能见度越大,误差越大,而能见度越小,测量要求的精度相对越高,所以近距离的目标物应适当多设置一些。特别地,0.05,0.5,1.0和10.0km是判断某些天气现象及其强度的关键点,可考虑在气象站四周没置这样距离的目标物。在沙漠、草原或其他地物稀少的地区,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1.0km以内的能见度,物体大小要适度,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。某些地区(如丘陵、山区台站)由于条件所限,以上要求可酌情放宽。1.2目标物分布图绘制选好目标物后,应洳定目标物所在的方位和观测点距目标物的距离。近距离可以用卷尺或测绳测定,远距离可用经纬仪、平板仪、测距仪等测定,也可从大比例尺的地图上量取。目标物方位可用指北针或经纬仪测定。目标物的距离和方位测定后，按表3.1的格式记录存档，并给制成能见度目标物分布图。目标物分布图的绘制方法是,先按能见度级数画9个同心圆,圆心代表观测点,每圈代表一个等级,同心圆由内向外分别代表,0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0,10.,20.0和50.0km的距离。然后把目标物按其所在的方位和距离标在相应的位置上(见图3.3),并以千米(km)数注明距观测点的距离。近距离的目标物也可单独绘制,以使图像更加清晰。当选定的目标物情况有变或被其他物体遮蔽而不能继续观测时,应另选日标物代替,并将情况记录存档。41.3观测方法选择视野开阔，能看到所有目标物体的固定地点进行。观测者视力正常且受过训练。眼高应在地面上以约1.5m，不宜在平台或其他高的建筑物的上面进行观测。如果某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不见更远的目标物时，可按以下方法处理：（1）目标物的颜色、细微部分（如村庄的单棵树木、远处房屋的门窗等）清晰可见，能见度为该物体的5倍。（2）目标物的颜色、细微部分隐约可见，能见度为此目标物的2.5~5.0倍。（3）目标物的颜色、细微部分很难分清时，能见度定为大于此目标物，不应超过2.5倍。海湖大型水体方向的能见度，根据水天线（即水天相接的线）清晰程度，参照下表3.2确定。51.4夜间能见度观测观测者应在黑暗处停留5~10min,待眼适应环境后再进行观测，根据最远目标灯光能见与否确定能见度。1.4.1无目标灯情况下的观测(1)月光较明亮时,可根据目标物的能见与否来判定能见度。但由于光照条件差,不可能像白天那样看清目标物的形体、轮廓,因而只要能隐约地分辨出比较高大目标物的轮廓,就可把该目标物距离定为能见距离;女咱邕清楚分辨时,能见距离就可定为大于该目标物的距离。(2)月光暗淡或无月光时9只能根据天黑前能见度的实况和变化趋势,通过连续观测,并结合天气现象、湿度、风等气象要素的变化情况及实践经验等,首先分析能见度是增大还是减小，然后加以判定。目前,夜问能见度观测几乎都是在没有目标灯的情况下进行的。在实际估测中,若能总结出测站在各种照度下,夜间能见度与白天能见度的相互关系,作为判定的依据,这对提高夜问毛见度的估测质量是大有益处的。1.5能见度的仪器测量现在气象观测站测定的能见度,远没有满是气象光学视程的定义要求,存在的问题较多。首先是大部分台站受地方条件的限制,其采用的日标物不具备能见度目标物的条件,大小、视景、亮度等都不符合要求。其次是没有足够的日标物,且分布不合理,导致观测员单凭经验估。造成能见度主观误差较大。同时,日测能见度的影响因子很多,如观测员是否经过专业训练、是否具有通常所指的正常视力、对目标物可见的理解水平及观测员的眼晴对于当时照度情况的适应程度和日测视觉感应能力的不断变化等,都影响能见度观测的准确度。而夜间观测能见度,既没有足够的日标灯,又没有完善的方法,存在的问题更多,观测员主观成分更高。为准确测定能见度,发展能见度器测显得尤为重要。目前能见度自动观测仪主要有透射能见度仪和散射能见度仪。能见度仪虽然能客观、准确地记录测点的大气透视状况,但它用单点的记录代表测站四周大范围的透视状况,在能见度分布差别较大时,误差就较大。能见度仪的实时记录和日最小能见度记录均以米(m)为单位,取整数。1.5.1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系数而计算出能见度。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(一般是在一个抛物面镜或透镜的焦点上放置一个光电二极管)组成。最常使用的光源是卤灯或氙气脉冲放电管。调制光源以防来自太阳光的干扰。透射因子由光检测器输出决定,并据此计算出消光系数和能见度。因为透射能见度仪测量能见度是根据准直光束的散射和吸收导致光损失的原理,所以其与气象光崇视程的定义紧密相关,一个优良的、维护好的透射能见度仪,在其最高准确度范围内工作时对能见度的真值能给出非常好的近似。目前有两种类型的透射能见度仪:6(1)发射器和接收器分处于两个单元内,且彼此之问的距离已知,如图3,4所示。(2)发射器和接收器处于同一单元内,发射的光由相隔很远的镜面或后向反射器(光束射向反射镜并返回)反射,如图3.5所示。发射器和接收器之间光束的传递距离称为基线,可从几米到150m。它取决于能见度值的范围与测量结果的应用情况。透射能见度仪能自动采样,取平均值输出能见度连续变化的情况。1.5.2散射能见度仪散射能见度仪是测量散射系数从而估算出能见度的仪器。它利用光的散射原理,在发送端发出一束红外光,经过空气中的空气分子、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视程。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,而前向散射型的工作原理最接近透射能见度仪,图3.6为一个前向散射能见度仪,由发射器、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。实验和计算都表明,当前向散射角在20°~50°范围内时,不同大气模式的前向散射相函数曲线是互相重叠的;在25°~45°之间,前向散射相函数随散射角变化趋于线性,而且在同一散射角、不同粒径分布下,散射强度和总消光系数的比值几乎不变,二者之间的相关度大于99%。也就是说,不论是浓度改变还是粒径分布不同,在25°~45°范围内,同一散射角的散射强度和消光系数总成正比。7取前向散射角处于25°~45°之间时,由接收器接收到的散射光的强度,计算被采样大气的消光系数σ。根据柯西米德(Koschmieder)定律计算气象光学视程(meteorologicaIopticalrange,MOR):(3.6)式中ε为对比阈值,当ε=0,05时,MOR=2.996/σ散射能见度仪的基线长度很短,光源与接收器安在同一支架上,避免了透射能见度仪基线难以对准的缺陷。散射能见度仪也是自动采样,采样频率为每分钟不少于4次,将有效数据求1min算术平均值,取1min平均值为瞬时值输出能见度连续变化的情况。1.5.3仪器的安装、使用与维护能见度观测仪应安装在远离局地大气污染(如烟、工业污染、多尘路面等)的地方,周围不要有高大的障碍物。发射器和接收器都不能朝着强光源(如太阳光)或强的反射面(如积雪)等,因为在强光下,接收器线路可能饱和,而发出错误的污染警告,并且可能提高接收器内的噪声水平。在北半球,将接收器的光学部件指向北方,也可采取屏蔽或挡板来达到防强光源的要求。安装高度为2.8m左右,仪器底座要十分牢固。透射能见度仪基线要测准,并对准光轴。电源和通信电缆要可靠。透视能见度仪应定期校准基线,才能保证测量能见度的准确度。校准时应在非常好的能见度(10.0~1