實習三、能見度、氣壓、輻射和風
能見度一、 概述
能見度觀測是氣象站判斷某些天氣現象及強度的重要指標,其在保障航空和地面交通安全及大氣汙染研究方面發揮著重要作用。
能見度是表徵氣團特性的要素之一。氣層穩定時,氣溶膠多分布在低層大氣中,使能見度變壞;而當氣層不穩定時,由於對流和湍流的作用,將水汽、雜質帶至高層,使近地層能見度變好。所以,從能見度的好壞可以大致判斷大氣的穩定程度。
一般冷空氣中因含水汽、雜質少,能見度較好;暖空氣中水汽、雜質較多。能見度較差。所以,根據能見度也可以大致判斷氣團的性質。
能見度的觀測分目測和器測兩種。由於其主要受制於懸浮在大氣中的固體和液體微粒決定的大氣消光係數,其估計值囚個人的視覺和對日標物可見的理解水平而變化,同時受光源特徵和透射因數的影響。因此,能見度的目測估計值具有主觀性。
二、能見度的定義和影響因子
1定義（了解）
人們通常所說的能見度是指在水平和垂直方向能夠看到的最遠的距離,由於沒有條件限制,反映的當時的狀況也比較複雜。氣象上所用的能見度則是有條件限制的概念,它為了反映近地層大氣的透明狀況,規定了照度、目標物的大小和顏色、背景的顏色等,具體的概念有氣象光學視程、氣象能見度、有效水平能見度等。
世界氣象組織規定能見度用氣象光學視程表示。氣象光學視程是指白熾燈發出色溫為2700k的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度。
氣象能見度包括白天能見度和夜間能見度。白天能見度是指視力正常(對比感閾為005)的人,在當時天氣條件下,能夠從天空背景中看到和辨認的目標物(黑色、大小適度)的最大水平距離。實際上也是氣象光學視程。
夜間能見度是指:①假定總體照明增加到正常白天水平,適當大小的黑色目標物能被看到和辨認出的最大水平距離;②中等強度的發光體能被看到和識別的最大水平距離。所謂「能見」,在白天是指能看到和辨認出目標物的輪廓和形體;在夜間是指能清楚地看到目標燈的發光點。
凡是看不清目標物的輪廓,認不清其形體,或者所見目標燈的發光點模糊,燈光散亂,都不能算「能見」。
由於各種因素的影響,台站四周大氣透明度往往不一致,使各個方向的水平能見距離產生差異。為了表示台站四周多數能見距離,人工觀測能見度時,則以有效水平能見度為準。
所謂有效水平能見度,是指四周視野中二分之-以上的範圍裡都能看到的目標物的最大水平距離,簡稱「能見度」(凡沒有特殊標明的「能見度」都指「有效水平能見度」)。各方向能見度相同時,則任何一方的能見度就是有效水平能見度。各方向能見度不相同時,如圖3.
1(a),視野有二分之一的範圍能見度達到1.1km,但沒有超過二分之-,因而能見度取0,8km;圖3.1(b),三個方向視野範圍各佔三分之一,取二分之-以上範圍都能看到的距離,故能見度取4.
6km。
圖3.1有效水平能見度
2記錄規定
(1)人工目測能見度:以千公尺(km)為單位,取l位小數,第2位小數捨去,不足0.1km記0.0。
當出現沙塵暴、霧、雷暴、浮塵、吹雪、煙幕、霾等7種視程障礙現象9且能見度小於1.0km時,記錄最小能見度,以公尺(m)為單位,取整數。
(2)儀器測量能見度:以公尺(m)為單位,取整數。
二、能見度的觀測
1 白天能見度的觀測
1．1 目標物的選擇
為確定能見距離的遠近,一定要在台站四周不同方向、不同距離選擇若干固定目標物,作為觀測能見距離的依據。目標物的選定,應符合下列要求:
(1)目標物的顏色越深越好,而且亮度要一年四季不變或少變。淺色、反光強的物體(如白色、粉紅色、淡青色的建築物或雪山頂等)不適宜選為目標物。
(2)目標物應盡可能以天空為背景,若以其他物體(如山、森林等)為背景時,則要求目標物在背景的襯托下,輪廓清晰,且與背景的距離盡可能遠一些。暗目標物與光亮背景之間的距離,應比目標物與觀測點之間的距離遠1.5倍左右。
如果背景比目標物暗,那麼背景與目標物之間的距離,應比日標物與觀測點的距離遠2倍左右。
(3)目標物大小要適度。近的目標物可以小一些,遠的目標物則應適當大-些。目標物的大小以視角表示:
(3.2)
式中a表示目標物的視角(°);ab表示目標物的高度角(°);ab表示目標物的寬度角(°)。
目標物的視角以0.5°~5.0°之間為宜。
(4)由於氣象站觀測的是水平能見度,因此目標物的仰角最好接近水平,不宜超過6°。
另外,由於能見度的測量誤差與能見度的大小有關,即能見度越大,誤差越大,而能見度越小,測量要求的精度相對越高,所以近距離的目標物應適當多設定一些。特別地,0.05,0.
5,1.0和10.0km是判斷某些天氣現象及其強度的關鍵點,可考慮在氣象站四周沒置這樣距離的目標物。
在沙漠、草原或其他地物稀少的地區,可採用人工設定目標物,並視其清晰程度來判定能見度。人工設定的目標物,一般多用來估計1.0km以內的能見度,物體大小要適度,材料因地制宜(木板、土牆、水泥預製件等),向著觀測點的一面應塗成黑色,以與天空背景有清楚的對比。
某些地區(如丘陵、山區台站)由於條件所限,以上要求可酌情放寬。
1.2目標物分布圖繪製
選好目標物後,應洳定目標物所在的方位和觀測點距目標物的距離。近距離可以用捲尺或測繩測定,遠距離可用經緯儀、平板儀、測距儀等測定,也可從大比例尺的地圖上量取。目標物方位可用指北針或經緯儀測定。
目標物的距離和方位測定後，按表3.1的格式記錄存檔，並給製成能見度目標物分布圖。
目標物分布圖的繪製方法是,先按能見度級數畫9個同心圓,圓心代表觀測點,每圈代表乙個等級,同心圓由內向外分別代表,0.1,0.2,0.
5,1.0,2.0,5.
0,10.,20.0和50.
0km的距離。然後把目標物按其所在的方位和距離標在相應的位置上(見圖3.3),並以千公尺(km)數註明距觀測點的距離。
近距離的目標物也可單獨繪製,以使影象更加清晰。
當選定的目標物情況有變或被其他物體遮蔽而不能繼續觀測時,應另選日標物代替,並將情況記錄存檔。
1.3觀測方法
選擇視野開闊，能看到所有目標物體的固定地點進行。觀測者視力正常且受過訓練。
眼高應在地面上以約1.5m，不宜在平台或其他高的建築物的上面進行觀測。
如果某一目標物輪廓清晰，但沒有更遠的或看不見更遠的目標物時，可按以下方法處理：
（1） 目標物的顏色、細微部分（如村莊的單棵樹木、遠處房屋的門窗等）清晰可見，能見度為該物體的5倍。
（2） 目標物的顏色、細微部分隱約可見，能見度為此目標物的2.5~5.0倍。
（3） 目標物的顏色、細微部分很難分清時，能見度定為大於此目標物，不應超過2.5倍。
海湖大型水體方向的能見度，根據水天線（即水天相接的線）清晰程度，參照下表3.2確定。
1.4夜間能見度觀測
觀測者應在黑暗處停留5~10min,待眼適應環境後再進行觀測，根據最遠目標燈光能見與否確定能見度。
1.4.1無目標燈情況下的觀測
(1)月光較明亮時,可根據目標物的能見與否來判定能見度。但由於光照條件差,不可能像白天那樣看清目標物的形體、輪廓,因而只要能隱約地分辨出比較高大目標物的輪廓,就可把該目標物距離定為能見距離;女咱邕清楚分辨時,能見距離就可定為大於該目標物的距離。
(2)月光暗淡或無月光時9只能根據天黑前能見度的實況和變化趨勢,通過連續觀測,並結合天氣現象、濕度、風等氣象要素的變化情況及實踐經驗等,首先分析能見度是增大還是減小，然後加以判定。
目前,夜問能見度觀測幾乎都是在沒有目標燈的情況下進行的。在實際估測中,若能總結出測站在各種照度下,夜間能見度與白天能見度的相互關係,作為判定的依據,這對提高夜問毛見度的估測質量是大有益處的。
1.5能見度的儀器測量
現在氣象觀測站測定的能見度,遠沒有滿是氣象光學視程的定義要求,存在的問題較多。
首先是大部分台站受地方條件的限制,其採用的日標物不具備能見度目標物的條件,大小、視景、亮度等都不符合要求。其次是沒有足夠的日標物,且分布不合理,導致觀測員單憑經驗估。造成能見度主觀誤差較大。
同時,日測能見度的影響因子很多,如觀測員是否經過專業訓練、是否具有通常所指的正常視力、對目標物可見的理解水平及觀測員的眼晴對於當時照度情況的適應程度和日測視覺感應能力的不斷變化等,都影響能見度觀測的準確度。而夜間觀測能見度,既沒有足夠的日標燈,又沒有完善的方法,存在的問題更多,觀測員主觀成分更高。為準確測定能見度,發展能見度器測顯得尤為重要。
目前能見度自動觀測儀主要有透射能見度儀和散射能見度儀。能見度儀雖然能客觀、準確地記錄測點的大氣透視狀況,但它用單點的記錄代表測站四周大範圍的透視狀況,在能見度分布差別較大時,誤差就較大。
能見度儀的實時記錄和日最小能見度記錄均以公尺(m)為單位,取整數。
1.5.1透射能見度儀
透射能見度儀採用測量發射器和接收器之間水平空氣柱的平均消光係數而計算出能見度。發射器提供乙個經過調製的定常平均功率的光通量源,接收器主要由乙個光檢測器(一般是在乙個拋物面鏡或透鏡的焦點上放置乙個光電二極體)組成。最常使用的光源是滷燈或氙氣脈衝放電管。
調製光源以防來自太陽光的干擾。透射因子由光檢測器輸出決定,並據此計算出消光係數和能見度。
因為透射能見度儀測量能見度是根據準直光束的散射和吸收導致光損失的原理,所以其與氣象光崇視程的定義緊密相關,乙個優良的、維護好的透射能見度儀,在其最高準確度範圍內工作時對能見度的真值能給出非常好的近似。目前有兩種型別的透射能見度儀:
(1)發射器和接收器分處於兩個單元內,且彼此之問的距離已知,如圖3,4所示。
(2)發射器和接收器處於同一單元內,發射的光由相隔很遠的鏡面或後向反射器(光束射向反射鏡並返回)反射,如圖3.5所示。
發射器和接收器之間光束的傳遞距離稱為基線,可從幾公尺到150m。它取決於能見度值的範圍與測量結果的應用情況。
透射能見度儀能自動取樣,取平均值輸出能見度連續變化的情況。
1.5.2散射能見度儀
散射能見度儀是測量散射係數從而估算出能見度的儀器。它利用光的散射原理,在傳送端發出一束紅外光,經過空氣中的空氣分子、氣溶膠粒子、雨霧滴等微粒時發生散射,接收端收到散射光後將光強轉化為電訊號,再通過專門演算法轉換為氣象光學視程。
散射能見度儀可以分為前向散射型、後向散射型和側向散射型三種型別,而前向散射型的工作原理最接近透射能見度儀,圖3.6為乙個前向散射能見度儀,由發射器、接收器與處理器組成。發射器發出近紅外光脈衝,接收器測量的是與發射光束成33°角的散射光束,然後由處理器計算出氣象光學視程。
實驗和計算都表明,當前向散射角在20°~50°範圍內時,不同大氣模式的前向散射相函式曲線是互相重疊的;在25°~45°之間,前向散射相函式隨散射角變化趨於線性,而且在同一散射角、不同粒徑分布下,散射強度和總消光係數的比值幾乎不變,二者之間的相關度大於99%。也就是說,不論是濃度改變還是粒徑分布不同,在25°~45°範圍內,同一散射角的散射強度和消光係數總成正比。
取前向散射角處於25°~45°之間時,由接收器接收到的散射光的強度,計算被取樣大氣的消光係數σ。根據柯西公尺德(koschmieder)定律計算氣象光學視程(meteorologicaiopticalrange,mor):
(3.6)
式中ε為對比閾值,當ε=0,05時,mor=2.996/σ
散射能見度儀的基線長度很短,光源與接收器安在同一支架上,避免了透射能見度儀基線難以對準的缺陷。
散射能見度儀也是自動取樣,取樣頻率為每分鐘不少於4次,將有效資料求1min算術平均值,取1min平均值為瞬時值輸出能見度連續變化的情況。
1.5.3儀器的安裝、使用與維護
氣象學實習報告
班級 農學 藥用植物 學號 20090457014 姓名 李成強 成績2011年6月23日 目錄摘要2 關鍵詞2 1前言3 1.1實習的目的意義3 1.2實習的時間地點3 1.3實習的主要內容3 2實習場地的布設3 2.1氣溫觀測場地的布設3 2.2地溫觀測場地的布設4 3結果計算與資料整理4 3....
氣象學實習報告
學號 2012414853 姓名 劉皓 一 實驗專案 1 氣溫觀測 最高溫度計和最低溫度計都水平放置。觀測方法 先讀最高溫度計，再讀最低溫度計，先讀小數後讀整數。最高最低溫度計復讀記錄之後，調整最高最低溫度計表，放回最高溫度計表時要先放球部後放頭部。觀測大百葉箱的溫度計並做好葉門記號。2 濕度觀測 ...
氣象學課程實習報告
一 實習目的 1.熟悉了解各種氣象儀器及掌握各儀器的使用方法。2.了解各個氣象要素的測量儀器，學會各氣象要素的測量方法。3.通過所測資料，概括總結各氣象要素的日變化規律。學會對測量資料進行分析計算。二 實習內容 1.5月18日 5月19日連續觀測兩天。2.觀測具體時間為8 00 20 00 3.每半...