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福建省新型自动能见度与人工观测误差原因分析
福建省新型自动能见度与人工观测误差原因分析汪波1汪学渊1郑潮宇2（1福建省大气探测技术保障中心福建福州3500082宁德市气象局福建宁德352100）摘要：文章结合自动与人工能见度观测的基础原理、日常维护以及观测时天气现象等因素，尝试摸索自动站能见度数据与人工观测数据存在误差的原因，从数据层面初步分析两种数据可能存在的内部联系。教育期刊网 关键词 ：能见度自动观测仪；人工观测；对比分析；数据偏差中图分类号：TH765.8文献标识码：Adoi：10.3969／j.issn..大气水平能见度是表征近地表大气污染程度的一个重要物理量，在航空、航运、环境污染监测等多个领域都有重要影响。随着这些行业的不断发展，对能见度监测数据精度要求也越来越高，而原有气象能见度观测的目视估计方式已经逐步无法满足要求，而自动观测的开展对能见度观测手段的丰富以及数据精确化分析的推进提供了可能。笔者对福建省气象局开展自动与人工能见度观测数据的进行情况，对能见度自动观测仪的误差原因进行分析，使得能见度观测数据的利用更具有客观依据。1原理介绍1.1人工观测人工观测能见度是指视力正常的人，在以正常白天光强（中等强度的光强）水平情况下，能正常辨认出能看到的黑色参照物的最大水平距离，称之为有效水平能见度。人工观测是观测点四周具有参照价值的目标物作为目测依据，因此在选择观测点时必须视野开阔，以“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物的物理距离来综合估算出该时间点的人工能见度值，从而最终判定当时的能见距离。1.2自动观测自动能见度仪有投射式、前向散射式、后向散射式、侧向散射式、激光雷达式、CCD摄像式。目前气象部门采用的是以光学前向散射测量为主、辅以光源能量温度和窗口污染等信号监测的智能传感器。通过875nm红外光对大约0.1L体积的空气样品进行前向散射，并使用光电二极管检测到采样空气的光散射强度，对比发出和接收的光强度，并通过一定的科学统计系数进行反比，转换成电信号，以及模数转换成成品可用的气象数字信号，并发送到专业计算机，通过气象规范的数学模型演算出单位时间段的一组大气能见度数据包。2资料的选择与处理自动能见度采集频率为每分钟采样4次。1min能见度值，每分钟输出一个数据，1min内采样数据的算术平均值。Y＝■yi/MY为1min观测时段内气象变量的平均值；yi为1min观测时段内第i个气象变量的采样瞬时值；N为1min观测时段内的样本总数；M为1min观测时段内“正确”的样本数。输出的数据带有经过数据平滑运算的1min、10min、30min以及逐小时运算值。而人工观测进行每天（23、2、5、8、11、14、17、20点）8个时次的观测。而每次观测能见度，都必须通过观测员状态平静、眼球的环境适应等过程后方能进行进一步的业务观测。因此，在能见度自动与人工观测的时间上无法做到完全的一致，能见度数据存在一定的数据连续性，在观测允许范围时间内是不会发生明显的突变现象，因而选择能见度自动观测正点的10min平均值与人工观测能见度进行对比。3自动与人工能见度观测差异原因对比分析3.1原理差异原因自动能见度观测仪是通过875nm红外光对大约0.1Ｌ体积的空气样品进行前向散射，并使用光电二极管检测到采样空气的光散射强度，对比发出和接收的光强度，并通过一定的科学统计系数进行反比，转换成电信号，以及模数转换成成品可用的气象数字信号，并发送到专业计算机，通过气象规范的数学模型演算出单位时间段的一组大气能见度数据包。人工观测则是观测点四周具有参照价值的目标物作为目测依据，因此在选择观测点时必须视野开阔，以“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物的物理距离来综合估算出该时间点的人工能见度值，从而最终判定当时的能见距离。人工观测与观测员本身的视力、灯光强度等有很大的关系，在主观上会造成较大误差。相对于人工观测，自动观测仪能更数据化的、并能实时的反应当时的能见度情况。人工观测的能见度资料存在一定的主观性，但是人工观测关注的是整个大气对视觉的反应，是一个面估测值的评估；而自动能见度大气成分是均匀作为前提，以大约0.1L的空气样品采集结果推广到一个面的，从而估算出结果。由于前提是假设大气为均质，因而当大气较均匀时相对误差较小；在大气非常不均匀时，误差则会明显偏大。而在高能见度（如晴好天气）情况下，自动能见度则呈现出它明显设计漏洞。由于仅仅反映了大约0.1L的空气样品的大气散射情况，推算出的能见度最具代表性只是局部能见度情况，对于周边的能见度情况的估算则欠缺客观性；但人工观测的是水平有效能见度，反映的是视野范围内的能见状况。由于地球是一个类圆球体，人的观测视线按照地面（地球平均半径6371km）的切面方向观察参照物，在距离观测人员20km的地方，视线离地面的垂直距离将达到大约300m，而50km的地方甚至达到大约2000m的垂直距离。然而在大气状态下越接近地面混浊度越高。人工观测是属于透射原理，而前向散射能见度是属于散射原理。人工观测是一个面，自动观测是局地的一个点，可见两种观测方式比较不存在统一的观测载体。在能见度较好的情况下，人工和自动观测出现较大差异的可能较大，一般是人工观测值大于自动观测值20%~30%。而自动能见度本身的设备误差在20%，因此人工大于自动观测值的合理误差应40%~50%。3.2日常维护日常维护主要针对自动能见度来说，虽然气象光学镜头的理论维护周期为6个月，但由于环境不同，降雨、雾霾、沙尘以及空气中含腐蚀物成分（比如沿海的盐雾）等均会造成对镜头甚至镜头内壁不同程度的污染，造成数据偏离真实观测值，因此维护周期的界定还应当因地制宜，必要时还必须对仪器内部进行专业维护。3.3天气因素影响自动能见度是以假定大气为均匀介质作为仪器观测的前提条件。因此在实际大气成分较均匀（如晴天）时，与均匀大气前提要求较为接近，呈现出的数据组误差也相对较小；在大气成分非常不均匀时（如雾天、雨天等）相对较大，而夜间由于露、雾、雨甚至霜、结冰天气现象相对于白天出现得更加频繁，因此其能见度数据相对于白天的也出现误差明显偏大的情况。4观测数据对比分析从2013年底福建省气象局开展自动与人工能见度观测对比情况来看，理论应收集能见度观测数据组2288组，实际收集有效能见度观测数据组2056组，数据到报率达到89.8%，通过分析数据组内部、数据组之间以及与相关天气现象的关系，具体情况如下：虽然观测的手段与载体上存在诸多不同，但两组数据在数据连续性的变化趋势上还是显示出了较高的一致性；人工观测值总体大于自动观测值，而出现自动观测值大于人工观测值得数据组81组，所占比例不到4%；夜间（有效观测数据组1028组）人工观测值与自动观测值偏差明显。在合理误差范围的数据组仅有206组，所占仅占20%；从天气现象角度考虑，露、雾、霾天气（有效观测数据组1434组）对能见度观测的影响较大，在合理范围的数据组为330组，所占仅为23%；雨天（有效观测数据组412组）合理范围数据组为193组，所占比例为47%；而复杂天气现象（有效观测数据组1357组）出现是则会进一步降低合理范围，其数据组为258组，所占比例为19%；晴天（有效观测数据组617组）影响因素最小，合理范围数据组为524组，所占比例可达85%；通过能见度自动观测与人工观测之间的比较得出，自动观测数据的连续性明显高于人工观测。而人工观测虽然受人为因素影响，数据的准确度也存在一定偏差，但由于它观测的是一个面的能见度状况，使得它出现数据严重偏差的可能性也较小，数据真实客观性更强。5结语通过上述的分析表明，虽然观测的手段与载体上存在诸多不同，但两组数据在数据连续性的变化趋势上还是显示出了较高的一致性。但在大气成分较为均匀（如晴天）的情况下，两组数据基本在合理误差范围内；而在大气成分较为不均匀（如雾、露、霾及其它复杂性天气）的情况下，两组数据则出现严重的偏差现象。教育期刊网 参考文献1中国气象局.地面气象观测规范［M］.北京：气象出版社，20032王振会.大气探测学［M］.北京：气象出版社，20113程寅，陆亦怀，连翠华，王缅等前向散射型能见度仪的研制［J］.大气与环境光学学报，2006（1）（责任编辑高平）
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09 第9章 天气现象观测
气象仪器9章 第9章 天气现象观测第9章 天气现象观测气 象 仪 器9.1降水(雨水)测量 降水(雨水) 降水 9.2降雪测量 降雪测量 9.3 蒸发量测量 9.4 能见度测量 9.5 云的观测与测量 2 LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)
测量 降水(雨水 测量 雨水序言本章学习有关天气现象的观测及有关仪器。 天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象 ，包括降水、凝结、视程障碍、雷电和其他现象等，这些 现象都是在一定的天气条件下产生的，其中的一些天气现 象对人们的生产、生活和交通运输具有重要影响，有些还 会形成严重的自然灾害。对气象部门，天气现象必须按要 求进行观测和记录，对某些天气现象所造成的灾害，还应 及时进行调查记载。 随着多年科学技术的发展，多数天气现象可以通过仪 器进行观测，本章主要介绍降水、蒸发、能见度及云的观 测与仪器测量原理和实现。气 象 仪 器3LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水 9.1 降水(雨水)测量降水(precipitation)是指从云中降落或从空气中沉降到达地面(地球 表面)的固态或液态的水汽凝结物，包括雨(rain)、雪(snow)、雹(hail)、 露(dew)、霜(rime)、雾淞(hoar frost)、雾水(fog precipitation)等。降水可 分为固态降水和液态降水，它们最典型的代表分别是雨和雪，雨和雪 是最主要的降水形式。 据记载我国在宋朝已有用器具进行雨量测量的记录，在1424年前后已有 全国统一的雨量器，这些雨量器被分发到全国各地的州府，在公元1442 年改为铜制的统一雨量器，并由各地向国家上报雨情。气 象 仪 器4LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水9.1 降水(雨水)测量1、雨水测量： 降水测量包括降水量和降水强度，降水量是指在一段 时间内，从空中降落到地面的降水总量。液态降水用降 水所覆盖的地球表面的深度来表示，降雪用覆盖在水平 面上雪的深度来表示，也可以用溶化后的水的深度来表 示。 根据世界气象观测方法指南的规定，降水量以毫米 (mm)为单位(或kg/m2)，取一位小数。日降水量应致少读 到0.2mm；最好读到0.1mm。周或月降水量应精确到1mm ，日降水量的测量应定时进行。 降水强度是指单位时间内的降水量，通常测定每5分 钟、10分钟和1小时内的降水量。 降水根据强度大小可分为4类，小雨(0.1~2.5mm/h)、 中雨(2.6~8.0mm/h)、大雨(8.1~15.9mm/h)和暴雨 LOGO
5 (&16mm/h)。 仪器科学与技术系气 象 仪 器9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水测量降水的仪器主要有雨量器、虹吸式雨量计、 翻斗式雨量计、双阀容栅式雨量计，此外还有光 学雨量计。最早使用的是雨量器，是一种人工测 量和读数的最简单雨量测量仪器，只能记录某一 时段内的总降水量，而无法得知降雨随时间的变 化情况。虹吸式运雨量计也是一种较早使用的雨 量计，它可以测量降雨总量，降雨起讫时间，以 及降雨随时间的分布情况，从而可以换算成降雨 强度。1953年，国内开始生产传统的虹吸式雨量 计，在上世纪80年代以前，我国气象台站主要以 虹吸式雨量计为主。气 象 仪 器6LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水9.1 降水(雨水)测量日降水量一般在0~100mm，但也能到数千mm。 我国有记录的最大降水量出现在台湾，1967年10 月17日，日降雨量达到1672毫米，世界最大降雨 量出现在印度洋岛屿上，日降雨量达3240mm。我 国大陆有记录的日最大降水量出现在1967年，达 到1062mm。我国将降雨从小雨到特大暴雨分为11 个等级，日降水量从0.1mm到大于250mm以上。气 象 仪 器7LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水9.1 降水(雨水)测量 2、雨量器 雨量器是观测降水量的仪器，它将自然降水接入一定的容器内，然后换算 成降水量。雨量器由雨量筒与量杯组成，如图9.9-1所示。雨量筒用来承接降水 物，它包括承水器、储水瓶和外筒。 不同国家承水器的形状和大小有些差别，我国雨量器/计国家标准规定，承 雨器统一采用内径为200mm的正圆形承水器，误差不超过0.6mm。承雨器口呈 内直外斜刀刃结构，刃口锐角为400-450，保证外部雨水不会溅入筒内，进人承 雨口的降雨也不应溅出承雨口外,其形状应符合如图9.9-1所示。承雨口材料应坚 实，内壁光滑，不得有砂眼、毛刺、碰伤、镀层脱皮、渗漏等缺陷。 承水器有两种，一种是带漏斗的承雨器，另一种不带漏斗的承雪器。承雨 器内的漏半是活动的，可以拿出，漏斗起到引水作用，重要的是可以防止雨量 器中收集的降水发生蒸发。 外筒内放储水瓶，以收集降水量，储水瓶是一个有一定容量并方便倒水的玻 璃瓶。量杯为一特制的有刻度的专用量杯，其口径和刻度与雨量筒口径成一定 比例关系，量杯有100分度，每1分度相当雨量器测得的降水量为0.1mm。若用 其它量杯则需要经过换算后得到实际的雨量。 气 象 仪 器8LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水9.1 降水(雨水)测量气 象 仪 器9LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水9.1 降水(雨水)测量储水瓶是有一定容量并有 倒水咀的玻璃瓶 雨量杯为特制的玻璃杯， 杯上的刻度一般从0.05mm到 10.5mm，每一小格代表 0.1mm降水量，每一大格为 1.0mm降水量，量杯的刻度 大小直接表示了降水量，不 必要再进行换算 气 象 仪 器10LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水气 象 仪 器11LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水气 象 仪 器12LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水 雨量器观测时的注意事项a.雨量器安置在观测场内固定架子上， a.雨量器安置在观测场内固定架子上，器口要保持水 雨量器安置在观测场内固定架子上 口沿离地面高度为70cm 70cm， 平，口沿离地面高度为70cm，仪器四周不受障碍物影 以保证准确收集降水。 响，以保证准确收集降水。 b.在冬季积雪较深地区 应在其附近装一备份架子。 在冬季积雪较深地区， b.在冬季积雪较深地区，应在其附近装一备份架子。 c.当雨量器安在此架子上时 口沿距地面高度为1.0 当雨量器安在此架子上时， c.当雨量器安在此架子上时，口沿距地面高度为1.0 1.2m，在雪深超过30mm 30mm时 －1.2m，在雪深超过30mm时，就应该把仪器移至备份 架子上进行观测。 架子上进行观测。 d.冬季降雪时 须将漏斗从承水器内取下， 冬季降雪时， d.冬季降雪时，须将漏斗从承水器内取下，并同时取 出储水瓶，直接用外筒接纳降水。 出储水瓶，直接用外筒接纳降水。气 象 仪 器13LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水3、虹吸式雨量计虹吸式雨量计(Siphon rainfall recorder )利用虹吸原理，当水位达到一定 量时会自动排出，同时可以自动记录雨量随时间的变化。虹吸式雨量计是 较早出现的雨量仪器，能够记录液体降水量和降水强度的雨量仪器，可以 自动完成记录。 气 象 仪 器14LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水3、虹吸式雨量计目前使用的虹吸式雨量计，记录纸分度范围为 0.1mm～10mm，记录 误差为 ±0.05mm，降水强度记录范围为 0.01mm/min～4mm/min，承水口 内径200mm ，自记纸上雨量最小分度 0.1mm，全程记录时间 26h。时间最 小分度 10min。 虹吸式雨量计不需要电源，但需要人工定时更换自记纸和人工给钟筒 上弦，类似于机械式钟表，但是，由于原理上限制，不易将降雨量转换成 可供处理的电信号输出，因而不能远距离传输，也不能进一步数据处理， 这是虹吸式雨量计的局限性。 气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水3、虹吸式雨量计气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水 4、翻斗式雨量计翻斗式雨量计(Tipping bucket raingaug)的原理是利用 一个翻斗式机械双稳态秤重机构。翻斗是用塑料或金属 加工成的两个三角斗室(也有其它形状), 中间被隔板分开 ，两边容积相等，放在一个水平轴上，构成一个机械双 稳态结构，如图9.9-4给出了其结构示意图，其中A、B是 两个分开的等容积三角斗室，D是水平支承轴，C是漏斗 的导水管。不同的雨量计，斗室A、B的容积不同，容积 大时雨量计的分辩率力较小，相反则较大。我国雨量计 标准规定，翻斗式雨量计斗室容积有4种，分别相当于降 水量0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm。气 象 仪 器17LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水4、翻斗式雨量计1)、单翻斗式雨量计 气 象 仪 器18LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水气 象 仪 器19LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水4、翻斗式雨量计双翻斗雨量计 双翻斗雨量计是对单翻斗雨量 计的改进，由于单翻斗雨量计 在翻斗翻倒的过程中雨水继续 注入该翻斗，同时正常降水时 ，雨量差别较大，这样就会带 来误差，因此产生了双翻斗雨 量计。采用多个翻斗可以将强 度不同的自然降水断续而均匀 地注入到计量翻斗。 气 象 仪 器20LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水4、翻斗式雨量计双翻斗雨量计 双翻斗雨量计是对单翻斗雨量 计的改进，由于单翻斗雨量计 在翻斗翻倒的过程中雨水继续 注入该翻斗，同时正常降水时 ，雨量差别较大，这样就会带 来误差，因此产生了双翻斗雨 量计。采用多个翻斗可以将强 度不同的自然降水断续而均匀 地注入到计量翻斗。 气 象 仪 器21LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水4、翻斗式雨量计翻斗式雨量量计的误差 理想情况下翻斗翻动应该很灵活，实际上由于轴承的摩擦力，如果加 上斗上的沾水或泥沙影响都会造成雨量测量的误差。 大雨时，由于翻斗的惯性来不及翻转，造成雨量的流失，使得测定的雨量 有较大误差甚至记录失真。翻斗雨量传感器测量的是一个动态过程，当翻 斗称量已达到预定质量时，雨水仍不停地注入翻斗，其增加量随着降雨强 度的加大也随着增加，这是翻斗式雨量计存在的问题，一般情况下，大雨 时翻斗式雨量量计测量的雨量会偏小。 此外一次降雨达不到翻斗的翻转量，则此无法记录，并且当前一次降 雨最后达不到翻斗的翻转量而残存在斗内，也会影响下次降水的测量，一 般翻斗式雨量对小雨测量结果会偏小。 对于高分辨率的翻斗(如0.1mm)，翻转一次误差虽较小，对于一次降小过程因 翻转次数增多，使得累积起来误差则相当大。因此在雨量较大时，若采用分辨 率较低的翻斗(如0.5mm或1mm)，相对翻转次数较少，使得累积起来的雨量误差 较小。因此低分辨率的翻斗对于降水较强时，较为适用。 气 象 仪 器22LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水5、双阀容栅式雨量计双阀容栅式雨量计由承水器、储水室、容栅、进水电磁阀门、排水 电磁阀门和信号处理电路构成，如图所示 气 象 仪 器23LOGO 仪器科学与技术系9.1 降水 雨水)测量 降水(雨水 测量 雨水6、光学雨量计光学雨量计的原理是，当雨滴或其它颗粒物(沉降物)降落过程中穿过光束 时，由于它们的阻挡，会引起光的闪烁，接收到的信号会产生变化，亮度变 化过程反映了沉降物的大小，根据信号的持续时间可以推导出下降速度，并 可以分辨出雨的强度、雪或雨夹雪等。有些光学雨量计可以测出粒径分布、 降水量、能见度、降水类型等综合参数。 不同的光学雨量计结构不同，有些称为雨滴谱仪，如图是一种光学雨量 计的结构，它是由一个光源、透镜、接收器、处理电路等组成的，光源是一 个红外发光管，工作波长为880nm，前端装有一个聚光透镜，使出射的光成 为一个具有很小发散角的线光源，为了避免自然光干扰，采用50Hz的方波调 制。光通过一个降雨区后经一会聚透镜，然后通过一水平狭缝后入射到光敏 二极管上检测。检测部分包括整流单元、自动增益放大器AGC、信号处理电 路以及输出接口。输出信号的强度与降雨有一定关系，需要通过实验确定。 气 象 仪 器24LOGO 仪器科学与技术系9.2降雪测量 降雪测量1.降雪测量 雪也是降水的一种，大气里以固态形式落到地球表面上的降水，称为固 态降水。雪是大气固态降水中的一种主要形式。冬季，我国许多地区的降水 ，是以雪的形式出现。对雪的观测主要包括雪深和雪压。由于降落到地面上 的雪花的大小、形状、以及积雪的疏密程度不同，因此雪深和雪压并不能真 正代表实际的降水多少，因此真正的降水量是以雪溶化后的水的深度来表示 ，称为雪降水量。雪深和雪压虽然不能真实的反映实际降水量的大小，但在 一定程度上也反映了降雪的大小，特别是雪深，对人们的生活、生产、交通 、作物的生长等都有很大影响，因此也是农业、气象、水文上观测的重要气 象指标。 一般将降雪分为小雪、中雪、大雪或暴雪。小雪是指12小时内雪降水量 小于1.0mm或24小时雪降水量小于2.5mm的降雪过程。中雪指12小时内雪降 水量为1.0～3.0mm或24小时为 2.5 ～5.0mm的降雪过程，相当于降雪深度在 3cm左右。大雪指12小时内雪降水量为3.0～6.0mm或24小时内降雪量 5.0 ～ 10.0mm的降雪过程，相当降雪深度为5cm左右。暴雪指12小时内雪降水量大 于6.0 mm或24小时内降雪量大于 10.0mm的降雪过程，相当于降雪深度在8cm 左右。 气 象 仪 器25LOGO 仪器科学与技术系9.2 降雪测量2、雪深和雪压的人工观测 雪深是从积雪表面到地面的垂直深度，以厘米(cm)为单位，取整数； 雪压是单位面积上的积雪重量，以克/平方厘米(g／cm2)为单位，取l位 小数。 当气象站四周视野地面被雪(包括米雪、霰、冰粒)覆盖超过一半时要观 测雪深；在规定的日期当雪深达到或超过5cm时要观测雪压。测定雪深用量 雪尺或普通米尺；测定雪压用体积量雪器或称雪器。 雪深、雪压的观测地段，应选择在观测场附近乎坦、开阔的地方。入冬 前，应将选定的地段平整好．清除杂草，并做上标志。 气象站一般用量雪尺(或普通米尺)来测量雪深。量雪尺是一木制的有厘 米刻度的直尺。符合观测雪深的日子，在规定时间和选定的观测地点，将量 雪尺垂直地插入雪中到地表为止(勿插入土中)，依据雪面所遮掩尺上的刻度 线，读取雪深的厘米整数，小数四合五入。使用普通米尺时，每次观测须作 3次测量，并求其平均值。3次测量的地点，彼此相距应在10m以上，并做出 标记，以免下次在原地重复测量。 气 象 仪 器26LOGO 仪器科学与技术系9.2降雪测量 降雪测量3、雪深和雪压的仪器测量 雪深的仪器测量 目前雪深的仪器测量，主要是利用超声波测距的原理实现的。测量超声 波在不同界面上的反射时间差来测量雪的深度。由于超声波的传播速度受 温度影响较大，因此测量时需要对声速进行温度修正。如图9.9-109是一种 超声波测雪仪及原理图。另外一种超声波测雪深的方法是将超声波收发装 置放于雪的下面. 气 象 仪 器27LOGO 仪器科学与技术系9.2降雪测量 降雪测量降水量大小分布， 我国由东南向西北逐次降低, 降水量等值线基本呈东北- 西南走向。长江以 南的大部分地区年降水量在800mm 以上, 西北大部、西藏西部和内蒙基本 在400 mm以下, 东北大部、华北和黄淮地区基本在400~ 800mm 之间。 气 象 仪 器28LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量1、蒸发量测量蒸发量定义:蒸发量（evaporation），水由液态或固态转变成汽态，逸入大气中的 过程称为蒸发。而蒸发量是指在一定时段内，水分经蒸发而散布到空 中的量。通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示，水面或土壤的水分 蒸发量，分别用不同的蒸发器测定。 气象学上的蒸发主要指液态或固态水转变为水汽的过程。气象站测定 的蒸发量是水面(含结冰时)蒸发量，它是指―定口径的蒸发器中，在一 定时间间隔内因蒸发而失去的水层深度，以毫米(mm)为单位，取l位小 数。用这种方式观测的蒸发量通常称为蒸发皿蒸发量。 蒸发器主要是一个开口面积一定的承水容器和测量水面高度的测量装 置，也有通过测量水的重量来换算出水面高度变化。蒸发器主要有小 型蒸发器(蒸以皿)、E-601B型蒸发器、超声波蒸发器、称重式蒸发器 、自动探针式蒸发器等，实际上超声波、称重、自动探针等都是测量 水位变化的一种工具，可用于小型蒸发器和E-601B型蒸发器上。我国 在80所代以前主要使用的是一种小型蒸发器，上世纪80年后陆续使用 直径为61.8cm的E-601B型蒸发器，其圆型水面面积为3000cm2，但小 型蒸发器还有大量使用。气 象 仪 器29LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量气 象 仪 器测定蒸发量的主要仪器 （1）小型蒸发器 （2）E-601型蒸发器 601型蒸发器 （3）超声波蒸发传感器30LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量2、小型蒸发量器 小型蒸发器(蒸以皿) 小型蒸发器为口径20cm，高约10cm的金属圆盆，口缘镶有角度为 40-45度的内直外斜的刀刃形铜圈，器旁有一倒水小咀到底面高度距离为 6.8cm，俯角10-15度。为防止鸟兽饮水，器口附有一个上端向外张开成 喇叭状的金属丝网圈,如图所示。小型蒸发器安装在一竖直圆柱上，蒸发 器口缘保持水平，距地面高度为70cm。 气 象 仪 器31LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量2、小型蒸发量器 气 象 仪 器32LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量一般情况下蒸发器安装在口缘距地面70cm高处，每天20时 高处，每天 时 一般情况下蒸发器安装在口缘距地面 高处 进行观测，测量前一天20时注入的 时注入的20mm清水（即今日原量）经 清水（ 进行观测，测量前一天 时注入的 清水 即今日原量） 24小时蒸发剩余的水量，蒸发量计算公式如下： 小时蒸发剩余的水量， 小时蒸发剩余的水量 蒸发量计算公式如下： 蒸发量＝原量＋降水量－ 蒸发量＝原量＋降水量－余量 蒸发器内的水量全部蒸发完时，记为20.0， 蒸发器内的水量全部蒸发完时，记为20.0，此种情况应避免 发生，平时要注意蒸发情况，增加原量。 发生，平时要注意蒸发情况，增加原量。 结冰时用称量法测量，其它季节用杯量法或称量法均可。 结冰时用称量法测量，其它季节用杯量法或称量法均可。 有降水时，应取下金属丝网圈；有强烈降水时， 有降水时，应取下金属丝网圈；有强烈降水时，应随时注意从 器内取出一定的水量，以防止溢出。 器内取出一定的水量，以防止溢出。气 象 仪 器33LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量3、 E-601B型蒸发器 E-601B型蒸发器由蒸发桶、水圈、溢流桶和测针等 组成（见图1）。蒸发桶是由白色玻璃钢制作，器口面 积为3000cm2，有圆锥底的圆柱形桶，器口正圆，口缘 为内直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上设置测针 座，座上装有水面指示针，用以指示蒸发桶中水面高度 。在桶壁上开有溢流孔，孔的外侧装有溢流嘴，用胶管 与溢流桶相连通，以承接因降水较大时从蒸发桶内溢出 的水量。 水圈是安装在蒸发桶外围的环套，材料也是玻璃钢。用以减少太阳辐 射及溅水对蒸发的影响。它由四个相同的弧形水槽组成。内外壁高度分别 为13.7cm和15.0cm。每个水槽的壁上开有排水孔。为防止水槽变形，在内 外壁之间的上缘设有撑档。水圈内的水面应与蒸发桶内的水面接近。 溢流桶是承接因降水较大时而由蒸发桶溢出的水量的圆柱形盛水器， 可用镀锌铁皮或其它不吸水的材料组成。桶的横截面以300cm2为宜，溢流 桶应放置在带盖的套箱内。 气 象 仪 器34LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量3、 E-601B型蒸发器 测针是专用于测量蒸发器内水面高度的部件，应用螺旋测微器的原理制 成 。读数精确到0.1mm。测针插杆的杆径与蒸发器上测针座插孔孔径相吻合 。测量时使针尖上下移动，对准水面。测针针尖外围还设有静水器，上下调 节静水器位置，使底部没入水中。 E-601B型蒸发器需要埋设安装，安装时力求少挖动原土，蒸发桶放入 坑内，必须使器口离地30cm，并保持水平。桶外壁与坑壁间的空隙，应用原 土填回捣实。水圈与蒸发桶必须密合。水圈与地面之间，应取与坑中土壤相 接近的土料填筑土圈，其高度应低于蒸发桶口缘约7.5cm。在土圈外围，还应 有防塌设施，可用预制弧形混凝土块拼成，或水泥砌成外围。 气 象 仪 器35LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量3、 E-601B型蒸发器 气 象 仪 器36LOGO 仪器科学与技术系601型蒸发器 （2） E-601型蒸发器E-601型蒸发器主要由蒸发桶、 601型蒸发器主要由蒸发桶、 型蒸发器主要由蒸发桶 水圈、溢水桶和测针四部分组成。 水圈、溢水桶和测针四部分组成。 工作环境温度要求是0 50℃。 工作环境温度要求是0－±50℃。气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系（2） E-601型蒸发器 601型蒸发器气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系（2）E-601型蒸发器 601型蒸发器是一个器口面积为3000平方厘米、 3000平方厘米 蒸发桶 是一个器口面积为3000平方厘米、有圆锥底的圆柱形桶 ，器口要求正圆，口缘为内直外斜的刀刃形。桶底中心装有一根直管 器口要求正圆，口缘为内直外斜的刀刃形。 在直管的中部有三根支撑与桶壁连接， ，在直管的中部有三根支撑与桶壁连接，以固定直管的位置并使之垂 直管的上端装有测针座，座上装有器内水面批示针， 直。直管的上端装有测针座，座上装有器内水面批示针，用以指示针 用以指示蒸发桶中水面高度。在桶壁上开有溢流孔， ，用以指示蒸发桶中水面高度。在桶壁上开有溢流孔，孔的外侧装有 溢流嘴，用胶管与溢流桶相连通， 溢流嘴，用胶管与溢流桶相连通，以承接因降水从蒸发桶内溢出的水 量。桶身的外露部分和桶内侧涂上白漆，以减少太阳辐射的影响。 桶身的外露部分和桶内侧涂上白漆，以减少太阳辐射的影响。 是装置在蒸发桶外围的环套， 水圈 是装置在蒸发桶外围的环套，用以减少太阳辐射及溅水对 蒸发的影响。它由四个相同的、 蒸发的影响。它由四个相同的、其周边稍小于四分之一的圆周的弧形 水槽组成。水槽用较厚的白铁皮制成， 20厘米 厘米， 水槽组成。水槽用较厚的白铁皮制成，宽20厘米，内外壁高度分别为 13.7厘米和15.0厘米 每个水槽的外壁上开有排水孔， 厘米和15.0厘米。 13.7厘米和15.0厘米。每个水槽的外壁上开有排水孔，孔口下缘离水 槽均应按蒸发桶的同样要求涂上白漆。水圈内的水面应与蒸发桶内的 槽均应按蒸发桶的同样要求涂上白漆。 水面接近。 水面接近。气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系用金属或其它不吸水的材料制成。它用来承接因暴雨从蒸发桶溢出的水量。 溢水桶 用金属或其它不吸水的材料制成。它用来承接因暴雨从蒸发桶溢出的水量。用 量尺直接观测桶内水深的溢流桶， 300平方厘米的圆柱桶 平方厘米的圆柱桶； 量尺直接观测桶内水深的溢流桶，应做成口面积为 300平方厘米的圆柱桶；不用量尺观测的 所用的溢流桶的形式不拘，其大小以能容得下溢出的水量为原则。 ，所用的溢流桶的形式不拘，其大小以能容得下溢出的水量为原则。放置溢流桶内的箱要求 耐久、干燥和有盖。须注意防止降落在胶管上的雨水顺着胶管流入溢流桶内。 耐久、干燥和有盖。须注意防止降落在胶管上的雨水顺着胶管流入溢流桶内。不出现暴雨的 地方，可以不设置溢流桶 地方，可以不设置溢流桶。气 象 仪 器测针 用于测量蒸发器内水面高度。使 用时将测针的插杆插在蒸发桶中的测针 座上，插杆下部的圆盘与座口相接。测 什所对方向，全站应统一。插杆上面用 金属支架把测杆平等地固定地插杆旁侧。 测杆上附有游标尺，可使读数精确到 0.1毫米。测杆下端有一针尖，用磨擦轮 0.1毫米。测杆下端有一针尖，用磨擦轮 升降测杆，可使什尖上下移动，对准水 面。针尖的外围水面上套一杯形静水器， 器底有孔，使水内外相通。静水器用固 定螺丝与插杆相连，可以上下调整其位 置，恰使静水器底没入水中。LOGO 仪器科学与技术系气 象 仪 器（2） E-601型蒸发器的测针 601型蒸发器的测针LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量4、超声波蒸发传感器 超声波蒸发传感器是在小型蒸发器或E-601B型蒸发器的基础上，增加超 声波传感器来测量水位变化，从而实现自动测量和遥测。一种小型超声波蒸 发器是由超声波测距仪和不锈钢圆筒组成，如图是一种超声波蒸发传感器。 超声波探头放置在水中，向上发射超声波脉冲，根据超声波测距原理，发射 的声波遇到水面后被反射，测量出声波的往返时间t，则探头到水面的距离为H = c ?t / 2气 象 仪 器其中c为水中的声速。由于声速与温度有关，因此需要同时设计温度测量电 路，通过测温对声速进行校正。其测量范围为0~100mm，分辨率为0.1mm ，测量精度为为1.5%，使用温度为0~50oC。43LOGO 仪器科学与技术系超声蒸发传感器 超声蒸发传感器由超声波传感器 和不锈钢圆筒组成。根据超声波测距 原理，选用高精度超声波探头，对 E601B型蒸发器内水面高度变化进行 检测，Ct/2，C水中声速、t超声波脉 冲往返于水面高度H经历的时间，转 换成电信号输出。并配置温度校正部 分，以保证在使用温度范围内的测量 精度。它的测量范围为0-100mm，分 辨率0.1mm ，测量准确度±1.5%，在 气温0～+50℃范围使用。气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量4、超声波蒸发传感器测量范围 : 0~100mm 分辨率 : 0.1mm 精度 :± 1.5%（ 0~+50℃） 供电 : 0~15VDC 耗电 : 10V， &200mA 15V,&100mA 输入阻抗 : &500 最高水位输出 : 4mA， 0V 最低水位输出 : 20mA， 5V， 10V气 象 仪 器45LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量4、称重式蒸发器 气 象 仪 器称重式蒸发器的原理是，在原有小型蒸发器的下面安装高精度的电子称 重传感器，测量蒸发皿内液体重量的变化，再换算成液面高度。可以在结冰 情况下使用，因此可用于观测全年的蒸发量。如图是一种称重式蒸发器，精 度为±1％，测量范围为0～100mm，工作温度为－40℃～＋60℃。46LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量蒸发皿蒸发量: 不同地区蒸发量差 别较大。 气 象 仪 器47LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量蒸发皿蒸发量: 不同地区蒸发量差 别较大。 气 象 仪 器淮河流域年蒸发量最大值接近 1 300mm左右, 最小值在 750mm 左右。蒸发量极端最 大值出现在1966年,约为1 276 极端最小值出现在2003 年, 仅为778mm, 极端最大最 小值相差约500 mm。48LOGO 仪器科学与技术系9.3 蒸发量测量蒸发皿蒸发量: 不同地区蒸发量差 别较大。 气 象 仪 器 年新疆渭干河流域 蒸发皿蒸发量49LOGO 仪器科学与技术系气象应用农谚说： 清明要明，谷雨要雨” 农谚说：“清明要明，谷雨要雨”。这说明适时适量的降水对农业 生产能提供有利的条件， 生产能提供有利的条件，是人类生存发展和生态系统得以维系的淡水资 源供应源。而反常降水则会带来灾害。 源供应源。而反常降水则会带来灾害。我国大部分地区降水都集中在下 半年，而这时正是农作物的生长季节， 半年，而这时正是农作物的生长季节，大型降水的多少能造成大面积的 涝旱。尤其是时间长、面积大的暴雨，还能引起洪水泛滥， 涝旱。尤其是时间长、面积大的暴雨，还能引起洪水泛滥，不仅对生产 建设造成极大的危害，而且对人民的生命财产也带来巨大的威胁。 建设造成极大的危害，而且对人民的生命财产也带来巨大的威胁。因此 工农业生产、交通运输、水利建设、 ，工农业生产、交通运输、水利建设、防涝抗旱等都需要及时准确的降 水观测资料。 水观测资料。 降水在军事上也有很重要的影响， 降水在军事上也有很重要的影响，比如降水对舰艇舱面人员的健康 力和战斗力影响较大，对武器装备也会产生一定的不良影响； 力和战斗力影响较大，对武器装备也会产生一定的不良影响；降雪会迅 速改变海岸目标的伪装条件， 速改变海岸目标的伪装条件，使舰艇目力通信和利用天体及沿岸目标定 位的工作受到限制。 位的工作受到限制。 蒸发在地球的水表面、土壤以及雪和冰表面不停的发生， 蒸发在地球的水表面、土壤以及雪和冰表面不停的发生，植被也总 是以最大速度蒸腾水汽。蒸发也是地气间水分循环的主要环节之一， 是以最大速度蒸腾水汽。蒸发也是地气间水分循环的主要环节之一，它 不仅以水汽的形式进入大气，而且还在地面与大气间传递热量， 不仅以水汽的形式进入大气，而且还在地面与大气间传递热量，蒸发对 农业、气象和水文气象研究都具有重要意义。 农业、气象和水文气象研究都具有重要意义。气 象 仪 器LOGO 仪器科学与技术系9.4 能见度测量1、概述 能见度(visibility)是一个重要的气象观测要素，能见度值的测报不仅用于气象 部门的天气分析，更广泛用于航空、航海、高速公路等交通运输部门、军事以及环 境监测等领域，准确及时地测量能见度具有重要意义。 能见度就是能够看到周围物体的远近程度，通常用最大可见距离来表示，也就 是指观测目标物体时，能从背景中分辨出目标物的最大距离，能见度反映了大气透 明的程度。 能见度的测量是比较复杂的，因为影响能见度的因子有很多，对于正常人的眼睛 而言，则有目标物的光学特性，背景的光学特性，自然界的照明和大气透明度等。 气象上的能见度是这样定义的，标准视力的眼睛，观察水平方向以天空为背 景的黑体目标物(视角在0.55°)时,能从背景上分辨出目标物轮廓的最大水平距离称 为气象能见距离，用Rm来表示。 上述定义的能见度，需要用目测确定，显然会受到许多主观和物理因素的影响, 为了客观地定义不以人的视觉而变化的大气光学特性，引入气象光学视程(MOR， meteorological optical range)这一概念，气象光学视程是指自炽灯发出色温为2700 K 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，用MOR表 示。 气 象 仪 器51LOGO 仪器科学与技术系9.4 能见度测量1、概述 能见度分白天能见度和夜间能见度。 白天能见度是指视力正常的人，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”。 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 中看到的目标物的最大水平距离。能见度观测仪测定的是一定基线范围内的能 见度。 能见度观测记录以千米(km)为单位，取一位小数，第二位小数舍去，不 足0.1km记0.0。 气 象 仪 器52LOGO 仪器科学与技术系9.4 能见度测量2、影响能见度的要素 亮度对比度(luminance contrast) 眼睛的视觉性能 气 象 仪 器53LOGO 仪器科学与技术系9.4 能见度测量3、能见度的人工观测 白天能见度的观测。 目标物的选择，在四周不同方向、不同距离上选择若干固定能见度 目标物，标物的颜色应当越深越好，而且亮度要一年四季不变或少变的 为目标物。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。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 适当大一些，并绘制出目标物分布图，观测时必须选择在视野开阔，能 看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点。观测四周事先测定的 各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从 而判定当时的能见距离。如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不 到更远的目标物时，还需要根据一定的比例进行调整。 气 象 仪 器54LOGO 仪器科学与技术系9.4 能见度测量3、能见度的人工观测 夜间能见度的观测。 灯光目标物的选择，有条件的地方，均应在各个方向选择一些固定的目标 灯或专门设置的目标灯作为观测能见度的依据。但应注意：应选择孤立的点光 源作为目标灯，不宜选择成群、成带、重叠的灯光；目标灯的灯光强度应固定 不变；应是不带颜色、没有灯罩的白色光源(除白炽灯外，碘钨灯、汞灯等均 不适宜)；应位于开阔地带，不受地方性烟雾的影响。选择和专设目标灯后， 应测定目标灯至观测点的距离，了解其功率，再按给定的表格查出其相当的白 天能见距离，制成登记表，并绘制成灯光目标物图，作为观测的依据。观测时 ，观测者应先在黑暗处停留5―15分钟，待眼睛适应环境后进行观测，根据最 远目标灯能见与仔确定能见距离，在无条件利用目标灯进行观测的情况下，需 要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 能见与否来判定能见度，由于光照条件差，不可能能象白天那样清楚地看清目 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。 气 象 仪 器55LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量4、能见度的仪器测量原理 能见度的仪器测量原理 气象光学视程测量 气象光学视程测量的基本方程是布格尔-朗伯(Bouguer-Lambert)定律，假定 光传输路径上大气均匀分布，一束平行光在坐标为0的位置光通量为，在通过基线 长度后的光通量为F = F0 e ?α L气 象 仪 器其中为消光系数 微分可以得到(单位为km-1)，大气透明程度不同时， 的值不同。对上式σ =?dF 1 F dL根据气象光学视程的定义，T =0.05，于是气象光学视程与消光系数的关系为MOR = ? ln Tσ=2.996σMOR = Lln 0.05 ln T56LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量4、能见度的仪器测量原理 能见度的仪器测量原理气象能见距离测量 气 象 仪 器57LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 能见度测量仪器有两种，即透射式和散射式。 (1) 透射式能见度仪 透射式能见度仪是通过测量大气的消光系数来间接测量气象光学视 程的仪器。透射式能见度测量时，需设置一个人工光源，在一定距离处检 测光的衰减程度，计算大气的消光系数，然后换算出能见距离。根据式 (9.4.5)，气象光学视程MOR写成大气透射率T的函数，即MOR = L ln 0.05 3L =? ln T ln T气 象 仪 器选择两点间距离为L的长度作为测量基线，测出两点间的透射率T，即可计算出 气象光学视程。58LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 (2) 透射式能见度仪的类型与工作过程 有两种类型的透射仪： (a) 双端透射式，发射器和接收器处于两个单元内，它们间的距离是基 线的长度L，L是已知的，如图 气 象 仪 器59LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 (2) 透射式能见度仪的类型与工作过程 (b) 单端透射式，发射器和接收器在同一单元内，发射器发出的光经过 相隔一定距离后经反器反射后，又射回射端，通过一个半反射镜后入射到 一个接收单元上，如图所示。 气 象 仪 器60LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 (2) 散射式能见度仪 散射式能见度仪是通过测量散射系数来间接测量气象光学视程的仪器。 大气中光的衰减是由散射和吸收引起的，但是在一般情况下吸收因子可以忽略 ，认为光的衰减是由散射引起的，散射引起了能见度的降低。因此可以认为消 光系数和散射系数相等，从而测量散射系数来估计MOR。 通过把一束光汇聚在小体积空气中，通过测量散射光的强弱变化从而间接测量 出散射系数，若把来自其它光源的干扰完全屏蔽掉，则这种类型的仪器在白天 和夜晚都能使用。 (a) 后向散射式 在这种仪器中，把一束光线聚集在发射器前面一小块体积空气中，接收器 装置在同一相壳内且位于光源下面，接收取样空气块的后向散射的光。如图 所示。 气 象 仪 器61LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 (b) 前向散射式 如图所示是前向散射仪的示意图，接收器和发射器分开放置，接收器接收 取样空气对光的前向散射部分的光。 气 象 仪 器62LOGO 仪器科学与技术系σ9.4 能见度测量5、能见度测量仪器的实现 透射仪的发射器和接收器分开安装，而且相距较远，还需要对准， 因些安装和现场调校较为困难。而后向散射仪的接收器和发射器可以做 成一体，前向散射仪的发射器和收器通常也在几米的范围内，通常安装 在同一支架上，因此，总的来说散射仪结构较为紧凑，具有体积小、成 本低、安装和维护保养方便、动态测量范围大的优点。 散射仪的不足在于测量的只是一个较小体积空气样本的散射量， 代表性稍差，测量数据变化较大，测量准确度、可靠性和稳定性不如透 射表能见度仪。高能见度时误差较大，定标也相对困难。 能见度测量仪器是一种全天候条件下连续工作的光电式仪器，仪 器的工作环境特殊，要求它具有良好的可靠性、稳定性以及耐久性。仪 器一般由发射系统、接收系统和支架等构成，发射系统由光源、光源控 制电路、聚集透镜等构成，接收部分由光学聚集系统、光电管、接收处 理电路等，此外有些仪器还有加热、吹风、尘埃污染检测等装置。 气 象 仪 器63LOGO 仪器科学与技术系σ9.5 云的观测与测量1. 云及人工观测 云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合 物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶。 其底部不接触地面。云的观测主要包括判定云状、估计云量、测定 云高和选定云码等。云的观测应尽量选择在能看到全部天空及地平 线的开阔地点或平台进行，应注意它的连续演变。 云量是指云遮蔽天空视野的成数，云高是指云底距测站地面的 垂直距离。云状指云的外形特征，包括云的尺度，在空间的分布情 况、形状、结构以及它的灰度和透光程度。 云状的判定，主要根据天空中云的外形特征、结构、色泽、排 列、高度以及伴见的天气现象，参照给定的云图(共有29类)，经过 认真细致的分析对比判定是那种云。判定云状要特别注意云的连续 演变过程。 气 象 仪 器64LOGO 仪器科学与技术系σ9.5 云的观测与测量1. 云及人工观测 气 象 仪 器云量是指云遮蔽天空视野的成数。估计云量的地点应尽可能见到全 部天空，当天空部分为障碍物(如山、房屋等)所遮蔽时，云量应从未被 遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应 作为被产生降水的云所遮蔽来看待。云量观测包括总云量、低云量。总 云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的总成数， 低云量是指大空被低 云族的云所遮蔽的成数，均记整数。 云高指云底距测站的垂直距离，以米(m)为单伍，记录取整数，并 在云高数值前加记云状。 由于云的复杂性，因此利用仪器对云进行观测较为困难，目前除了 卫星云图外，借助于仪器对云观测较少，但云高可以借助于仪器测量， 因此下面介绍云高的观测。65LOGO 仪器科学与技术系σ9.5 云的观测与测量2、云高的测量 云高的观测分为云高估测和云高实测，前者主要指利用目测借助于云的 形状、结构、大小、亮度等给合本地的云高范围进行估测，后者表示借助特 定的仪器或设备对云的高度进行测量，得到的结果称为实测云高。实测云高 通常借助云幕球、激光测距仪和云幕灯等设备测量云底的高度。 气 象 仪 器(1)云幕球测云高 云幕球测定云高，是用已知升速的氢气球，观测其从施放到进入 云底的时间，乘以气球升速(m／min)求得： 云底高度＝气球升速x(分钟数+秒数/60) 气球入云时间是指气球开始模糊时间，而不是气球消失时间。66LOGO 仪器科学与技术系σ = L sin θ H9.5 云的观测与测量2、云高的测量 (2)激光测云仪测云高 激光云高仪实质上是一个激光测距仪。激光器发出的激光脉冲遇到云层被云 滴散射，后向散射部分被接收后，测量出往返时间，或者借助相位测距，即 可测量出云团到光源的距离，根据光束的仰角，即可计算出云高，如图9-20所 示，云高H为H = L sin θ气 象 仪 器其中L为激光测距仪测量的距离， θ为测距仪仰角。67LOGO 仪器科学与技术系Thank youCompany Logo
100测评网小 学语文第九册七、八单元测验试卷_语文_小学教育_教育专区。由100...早晨,天气晴朗,我穿着漂亮的新衣服和爸爸妈妈去公园玩,心里特别 高兴。可是,意...第9章生命现象与化学09-52... 57页 1财富值 液压...运动强烈,产生诸如云雾、风、降水和雷暴等天气现象。...另外,必要时还可以开展野 外连续的定位或半定位观测...7、伴随积雨云可能出现哪些天气现象? 第7章 1、试述水银气压表的测压原理。...第9章 1、气象台站风的观测项目有哪些? 2、简述风向标测定风向的原理。 3、...特殊天气现象 14.4.1 电学现象(大气电学现象) 14.4.2 光学现象(大气光学现象) 参考文献: 第 15 章 云的观测 15.1 概述 15.1.1 定义 15.1.2 单位和...28 天气现象观测仪 ... 30 纪要栏的记载 ......33 2 7.4 7.5 第8章 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 第9章 9.1 9.2...第9章季节性施工 32页 免费 第5章 季节性施工 24...这 些季节的不良天气现象,给工程的建设进度和 质量...(7)春季冻土融化,应当随时观察塔饥等 起重机械设备...天气现象观测仪 ... 错误!未定义书签。 纪要栏的记载 ......第7章 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 第8章 9.1 9.2 9.3 ...第三节 海上天气现象 第三节 航海出版物 第四节 GPS DF及LC的使用 第四节...21页 免费 海洋学 第9章 潮汐 11页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心...第9章+强化训练 暂无评价 1页 免费 小题强化训练...形成的天气现象: ()A.贵阳冬季的阴雨天气 B.北方...逆风逆水 5.(2009 年高考上海卷)洋流是大规模流动...
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