一種大氣垂直能見度的測定方法及監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大氣垂直能見度的測定方法及監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能見度是一個重要的氣象觀測要素。隨著世界科技和經(jīng)濟的發(fā)展，航空航天、海 陸交通、環(huán)境監(jiān)測及國防部門對能見度的精確測報有著越來越高的要求。因此，能見度測 量儀器的研制及應(yīng)用就顯得更為重要。自1924年Koschmieder建立起能見度測量基本理 論以后，國內(nèi)外許多專家都致力于能見度測量儀器的研制工作，幾十年來，無論從理論 上還是從實際中，能見度測量儀器和理論已日臻成熟。隨著計算機的普及，集成電路的 推廣，能見度測量儀器也在不斷更新?lián)Q代，并且應(yīng)用市場已由50年代替代主觀目測少 量應(yīng)用于機場擴展到目前大量裝備到各類機場、港口、橋梁、公路、鐵路、環(huán)保、氣象臺站、森 林及國防部門。
[0003] 垂直能見度是指天空有霧、浮塵、低云或降水時，在地面上能用肉眼垂直向上看到 目標物的最大距離。大氣垂直能見度不僅可以反映大氣層穩(wěn)定程度，還可以作為判定氣團 性質(zhì)和研宄大氣污染的重要因子。此外，大氣垂直方向上的能見度還為飛機起降和人們的 日常生活提供安全保障，尤其是對防空安全局有重要影響，越來越受到大家的關(guān)注。因此， 對大氣垂直能見度進行探測研宄具有非常重要的意義。目前，對垂直能見度的探測研宄還 很少，通常用施放氣球或燈光進行觀測，這種方法測定的垂直能見度距離，是氣球或燈光看 不見的高度，它不一定是真實的大氣垂直能見度。而且，施放氣球進行垂直能見度探測，成 本太高，不是最佳的垂直能見度探測方法。
[0004]目前用來測量水平能見度的方法主要有目測，透射式能見度儀、散射式能見度儀。 一般稱透射式能見度儀為透射表，透射表是出現(xiàn)最早的一種能見度測量儀。最早研制出的 是單端透射表，由于其結(jié)構(gòu)龐大，使用安裝不便、儀器采用的反射器加工難度大，且誤差 很難克服，這種透射表已被淘汰。單端透射表之后出現(xiàn)了雙端透射表，這種透射表克服 了單端透射表的缺點，經(jīng)過不斷完善，一直應(yīng)用到現(xiàn)在，測量理論也比較成熟。另一種 為散射式，光通過大氣時，產(chǎn)生的消光效應(yīng)主要由吸收和散射引起，吸收很大程度上取 決于大氣長度。如果大氣長度足夠小，那么吸收效應(yīng)便可以忽略，基于這一點，如果能 測出散射引起的消光效應(yīng)，便可以確定能見度值。而大氣長度足夠小這一點就表明測定散 射光不需要基線，這就克服了透射表的缺陷。隨著散射理論的出現(xiàn)，散射儀很快便發(fā)展 起來。按照接收器接收不同方向的散射光，可以把散射儀分為3種：側(cè)向散射儀、后向散 射儀和前向散射儀。但這些方法對測量垂直能見度有限制?，F(xiàn)今對垂直能見度的觀測還是 很困難的，首先人工觀測垂直能見度，沒有具體的目標參照物，給觀測帶來了困難，觀測結(jié) 果具有不確定性。其次，垂直方向上氣溶膠不均勻，導(dǎo)致能見度與消光系數(shù)的關(guān)系失效，即 關(guān)系式不適用與垂直能見度的計算。此外，實驗表明，由于地面氣溶膠種類不同，其光學特 性也有很大的差異，導(dǎo)致氣溶膠消光與能見度關(guān)系也不穩(wěn)定，這些都加大了對垂直能見度 探測的難度。
[0005] 激光云高儀是一種基于激光雷達原理的云自動化觀測設(shè)備，可得到不同高度的消 光系數(shù)從而得出大氣垂直能見度，但目前急需解決的主要問題是因大氣氣溶膠粒子微物理 特性不同而導(dǎo)致消光系數(shù)和能見度關(guān)系的不同對垂直能見度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能克服大氣溶膠粒子 微物理特性不同而導(dǎo)致消光系數(shù)和能見度關(guān)系的不同對垂直能見度的影響，得到更加確切 的大氣垂直能見度的測量方法。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種大氣垂直能見度的測定方法，該方法包括 以下步驟： (1) 采用能見度儀和激光云高儀分別測定能見度值VI和大氣氣溶膠消光系數(shù)a; (2) 通過步驟（1)采集多組能見度值VI和大氣氣溶膠消光系數(shù)a，進行擬合，確定兩 者的關(guān)系式」； (3) 利用步驟（2)中確定的關(guān)系式P/raJ得到不同高度處的能見度，以及該能見度 對應(yīng)的距離長度不同高度處的消光系數(shù)^.，計算出不同距離長度處的對比衰減， 從而獲得不同高度處的大氣透過率； (4) 整合多組大氣垂直遞增高度處的大氣透過率，最終計算出大氣垂直能見度VT。
[0008] 其中，步驟（1)中大氣氣溶膠消光系數(shù)a優(yōu)選激光云高儀測得的20m高度處的 消光系數(shù)。
[0009] 步驟（2)中對多組能見度值VI和大氣氣溶膠消光系數(shù)a進行線性擬合，確定兩 者的關(guān)系式為
【主權(quán)項】
1. 一種大氣垂直能見度測定方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 采用能見度儀和激光云高儀分別測定能見度值Vl和大氣氣溶膠消光系數(shù)a ; (2) 通過步驟（1)采集多組能見度值Vl和大氣氣溶膠消光系數(shù)a，進行擬合，確定兩 者的關(guān)系式K=//0"」； (3) 利用步驟（2)中確定的關(guān)系式K=ZTaJ得到不同高度處的能見度Ki，以及該能見度 對應(yīng)的距離長度不同高度處的消光系數(shù)^.，計算出不同距離長度處的對比衰減， 從而獲得不同高度處的大氣透過率； (4) 整合多組大氣垂直遞增高度處的大氣透過率，最終計算出大氣垂直能見度VT。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述步驟（1)中大氣氣溶膠消光系數(shù) a采用激光云高儀測得的20 m高度處的消光系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測定方法，其特征在于，所述步驟（2)中對多組 能見度值Vl和大氣氣溶膠消光系數(shù)a進行線性擬合，確定兩者的關(guān)系式為： 1' = + ￡?，其中 a=-1.48，b=5.23，V 單位為 km。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定方法，其特征在于，所述步驟（3)中不同距離長度處的對
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測定方法，其特征在于，所述步驟（4)中大氣垂直能見度V T
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述能見度儀采用前向散射式能見 度儀。
7. -種采用權(quán)利要求1所述測定方法的大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述 監(jiān)控系統(tǒng)包括能見度儀、計算機和激光云高儀；所述計算機分別與能見度儀和激光云高儀 相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述能見度儀采用前向散射式能見 度儀。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大氣垂直能見度的測定方法及監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明測定方法利用激光云高儀和能見度儀建立消光系數(shù)和能見度的新關(guān)系，克服了大氣氣溶膠粒子微物理特性不同而導(dǎo)致消光系數(shù)和能見度關(guān)系的不同對垂直能見度的影響，得到更加確切的大氣垂直能見度并能用于各種環(huán)境下。本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)能實時全天候無人觀測值守監(jiān)控垂直能見度。
【IPC分類】G01N21-53
【公開號】CN104819963
【申請?zhí)枴緾N201510228355
【發(fā)明人】卜令兵, 丘祖京, 侯玉云, 袁靜, 郜海陽
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月7日