一种大气垂直能见度的测定方法及监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大气垂直能见度的测定方法及监控系统。
【背景技术】
[0002] 能见度是一个重要的气象观测要素。随着世界科技和经济的发展，航空航天、海 陆交通、环境监测及国防部门对能见度的精确测报有着越来越高的要求。因此，能见度测 量仪器的研制及应用就显得更为重要。自1924年Koschmieder建立起能见度测量基本理 论以后，国内外许多专家都致力于能见度测量仪器的研制工作，几十年来，无论从理论 上还是从实际中，能见度测量仪器和理论已日臻成熟。随着计算机的普及，集成电路的 推广，能见度测量仪器也在不断更新换代，并且应用市场已由50年代替代主观目测少 量应用于机场扩展到目前大量装备到各类机场、港口、桥梁、公路、铁路、环保、气象台站、森 林及国防部门。
[0003] 垂直能见度是指天空有雾、浮尘、低云或降水时，在地面上能用肉眼垂直向上看到 目标物的最大距离。大气垂直能见度不仅可以反映大气层稳定程度，还可以作为判定气团 性质和研宄大气污染的重要因子。此外，大气垂直方向上的能见度还为飞机起降和人们的 日常生活提供安全保障，尤其是对防空安全局有重要影响，越来越受到大家的关注。因此， 对大气垂直能见度进行探测研宄具有非常重要的意义。目前，对垂直能见度的探测研宄还 很少，通常用施放气球或灯光进行观测，这种方法测定的垂直能见度距离，是气球或灯光看 不见的高度，它不一定是真实的大气垂直能见度。而且，施放气球进行垂直能见度探测，成 本太高，不是最佳的垂直能见度探测方法。
[0004]目前用来测量水平能见度的方法主要有目测，透射式能见度仪、散射式能见度仪。 一般称透射式能见度仪为透射表，透射表是出现最早的一种能见度测量仪。最早研制出的 是单端透射表，由于其结构庞大，使用安装不便、仪器采用的反射器加工难度大，且误差 很难克服，这种透射表已被淘汰。单端透射表之后出现了双端透射表，这种透射表克服 了单端透射表的缺点，经过不断完善，一直应用到现在，测量理论也比较成熟。另一种 为散射式，光通过大气时，产生的消光效应主要由吸收和散射引起，吸收很大程度上取 决于大气长度。如果大气长度足够小，那么吸收效应便可以忽略，基于这一点，如果能 测出散射引起的消光效应，便可以确定能见度值。而大气长度足够小这一点就表明测定散 射光不需要基线，这就克服了透射表的缺陷。随着散射理论的出现，散射仪很快便发展 起来。按照接收器接收不同方向的散射光，可以把散射仪分为3种：侧向散射仪、后向散 射仪和前向散射仪。但这些方法对测量垂直能见度有限制。现今对垂直能见度的观测还是 很困难的，首先人工观测垂直能见度，没有具体的目标参照物，给观测带来了困难，观测结 果具有不确定性。其次，垂直方向上气溶胶不均匀，导致能见度与消光系数的关系失效，即 关系式不适用与垂直能见度的计算。此外，实验表明，由于地面气溶胶种类不同，其光学特 性也有很大的差异，导致气溶胶消光与能见度关系也不稳定，这些都加大了对垂直能见度 探测的难度。
[0005] 激光云高仪是一种基于激光雷达原理的云自动化观测设备，可得到不同高度的消 光系数从而得出大气垂直能见度，但目前急需解决的主要问题是因大气气溶胶粒子微物理 特性不同而导致消光系数和能见度关系的不同对垂直能见度的影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能克服大气溶胶粒子 微物理特性不同而导致消光系数和能见度关系的不同对垂直能见度的影响，得到更加确切 的大气垂直能见度的测量方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种大气垂直能见度的测定方法，该方法包括 以下步骤： (1) 采用能见度仪和激光云高仪分别测定能见度值VI和大气气溶胶消光系数a; (2) 通过步骤（1)采集多组能见度值VI和大气气溶胶消光系数a，进行拟合，确定两 者的关系式」； (3) 利用步骤（2)中确定的关系式P/raJ得到不同高度处的能见度，以及该能见度 对应的距离长度不同高度处的消光系数^.，计算出不同距离长度处的对比衰减， 从而获得不同高度处的大气透过率； (4) 整合多组大气垂直递增高度处的大气透过率，最终计算出大气垂直能见度VT。
[0008] 其中，步骤（1)中大气气溶胶消光系数a优选激光云高仪测得的20m高度处的 消光系数。
[0009] 步骤（2)中对多组能见度值VI和大气气溶胶消光系数a进行线性拟合，确定两 者的关系式为
【主权项】
1. 一种大气垂直能见度测定方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 采用能见度仪和激光云高仪分别测定能见度值Vl和大气气溶胶消光系数a ; (2) 通过步骤（1)采集多组能见度值Vl和大气气溶胶消光系数a，进行拟合，确定两 者的关系式K=//0"」； (3) 利用步骤（2)中确定的关系式K=ZTaJ得到不同高度处的能见度Ki，以及该能见度 对应的距离长度不同高度处的消光系数^.，计算出不同距离长度处的对比衰减， 从而获得不同高度处的大气透过率； (4) 整合多组大气垂直递增高度处的大气透过率，最终计算出大气垂直能见度VT。
2. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述步骤（1)中大气气溶胶消光系数 a采用激光云高仪测得的20 m高度处的消光系数。
3. 根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于，所述步骤（2)中对多组 能见度值Vl和大气气溶胶消光系数a进行线性拟合，确定两者的关系式为： 1' = + ￡?，其中 a=-1.48，b=5.23，V 单位为 km。
4. 根据权利要求3所述的测定方法，其特征在于，所述步骤（3)中不同距离长度处的对
5. 根据权利要求4所述的测定方法，其特征在于，所述步骤（4)中大气垂直能见度V T
6. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述能见度仪采用前向散射式能见 度仪。
7. -种采用权利要求1所述测定方法的大气垂直能见度监控系统，其特征在于，所述 监控系统包括能见度仪、计算机和激光云高仪；所述计算机分别与能见度仪和激光云高仪 相连。
8. 根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于，所述能见度仪采用前向散射式能见 度仪。
【专利摘要】本发明公开了一种大气垂直能见度的测定方法及监控系统。本发明测定方法利用激光云高仪和能见度仪建立消光系数和能见度的新关系，克服了大气气溶胶粒子微物理特性不同而导致消光系数和能见度关系的不同对垂直能见度的影响，得到更加确切的大气垂直能见度并能用于各种环境下。本发明监控系统能实时全天候无人观测值守监控垂直能见度。
【IPC分类】G01N21-53
【公开号】CN104819963
【申请号】CN201510228355
【发明人】卜令兵, 丘祖京, 侯玉云, 袁静, 郜海阳
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月7日