探讨北京地区降雨和雾霾天气能见度对比研究中数字摄像能见度仪的应用

探讨北京地区降雨和雾霾天气能见度对比研究中数字摄像能见度仪的应用能见度是了解大气的稳定度和垂直结构的天气指标，是保障交通运输安全的重要因素。当出现降雨、雾霾、沙尘暴等天气过程时，能见度观测尤为重要。近

探讨北京地区降雨和雾霾天气能见度对比研究中数字摄像能见度仪的应用 能见度是了解大气的稳定度和垂直结构的天气指标，是保障交通运输安全的重要因素。当 出现降雨、雾霾、沙尘暴等天气过程时，能见度观测尤为重要。近年来，中国华北、东 [1,2,3,4] 北、中东部地区频繁出现持续雾霾天气，较低的能见度对航空、航海、陆上交通 以及军事活动等产生了重要影响。随着国家产业结构和布局的调整，生态文明建设、国防 建设，交通运输安全等许多领域已经把能见度的实时观测逐渐提到日程上来。对能见度的 实时观测和预报已经成为现实生活中不可缺少的重要内容。 目前中国气象台站能见度观测已经逐渐以仪器观测取代人工观测，器测主要采用前向散射 [5,6][7] 仪，航空领域则以大气透射仪观测为主。人工观测的目视估测带有主观性，观测结 果存在一定误差。前向散射仪是通过测量微小体积的颗粒物散射消光评估能见度值的，它 具有价格相对便宜，体积小等优势，但存在观测原理缺陷。众所周知，能见度是与消光系 数成反比的气象要素，通常是通过计算消光系数的方法获取能见度值。消光系数是由颗粒 物散射系数、颗粒物吸收系数、气体散射系数和气体吸收系数组成的。前向散射仪观测原 理，是仅以颗粒物散射系数代替消光系数反演能见度值，其余三项系数均忽略不计，显然 在湿度大、吸收物质或气体较多的情况下，后三项系数的消光作用不可忽略，忽略计算将 导致反演的能见度值不准确。这也正是在雨、雾等低能见度天气，以及大气痕量气体变化 [8] 等情况下，前向散射仪读数极易出现较大误差的根本原因。因此，用微小体积的颗粒物 散射消光来外推几公里甚至几十公里的能见度值是难以准确的。大气透射仪是通过光束透 过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来推算能见度的值，它要求光束通过 足够长的均匀大气柱，测量的可靠性受光源及其他硬件系统工作稳定性的影响，且在降 [8] 雨、雾霾等低能见度天气，会因水汽吸收等复杂条件产生一定误差，并且它对安装施工 要求比较苛刻，一般难以达到施工精度要求，同时价格较高，难以推广应用。由于空气中 [9,10,11,12,13,14] 的相对湿度、颗粒物浓度以及降水粒子密切影响能见度，而上述两种器 测仪器又是通过测量消光系数或者透射率来推导能见度值，它们均建立在大气是均匀分布 的前提下，要求测试环境稳定，干扰因素少等特点，所以在降雨、雾霾等低能见度天气， 会因一些复杂条件造成一定误差。 (DPVS)[15,16] 数字摄像能见度仪是根据能见度定义研制的能见度测量仪器，完全仿照人工 观测能见度的原理，通过数字摄像单元直接识取选定的目标物单元图像，送入工控机分析 DPVS 处理，通过计算获取能见度值。符合能见度定义，用数字能见度仪探测大气能见度 [17] 具有较高的实用价值和应用前景。低能见度天气的数值测量在实际生活中的影响和指 导意义更大，本文选取降雨及雾霾天气条件下的观测数据进行了对比分析，同时讨论了在 DPVS 低能见度天气下的工作性能。 1 、资料与方法