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　　什么是能見度？
 

　　能見度的定義是正常視力的觀測(cè)者觀測(cè)目標(biāo)物時(shí)，能從背景上分辨出視角大于0.5°的目標(biāo)物輪廓的大消失距離。夜間能見度的定義是正常視力的觀測(cè)者在夜間能看到一定發(fā)光強(qiáng)度目標(biāo)燈燈光的消失距離。能見度的測(cè)量在航空、航海、高速路等交通安全領(lǐng)域、氣象觀測(cè)、防火防災(zāi)領(lǐng)域和大氣污染研究方面均具有重大意義。能見度測(cè)量的結(jié)果決定了機(jī)場(chǎng)、港口和高速路的開放和關(guān)閉，是各類運(yùn)輸裝備適航性、環(huán)境污染研究的要素。
 

　　能見度儀的種類及測(cè)試原理
 

　　長(zhǎng)期以來，能見度觀測(cè)主要靠人工目測(cè)，其主觀性強(qiáng)、測(cè)量誤差較大。隨著光電儀器的快速發(fā)展，人工目測(cè)逐漸被全天候的能見度檢測(cè)儀替代，目前普遍應(yīng)用的能見度檢測(cè)儀從測(cè)量原理上分，主要有透射式和散射式兩大類。
 

　　1、透射式能見度儀
 

　　利用光在大氣中傳播受到的直接衰減原理, 將大氣對(duì)光的吸收、反射、散射等都作為衰減, 以厚度等于“基線”長(zhǎng)度的氣柱為樣本，采用測(cè)量基線氣柱的平均消光(透射)比，從而得出大氣能見度和煙霧濃度。原理圖如下所示：
 

 

　　依據(jù)Koschmieder定律和Bouguer-Lambert定律，可求出能見度VR：
 

　　為光源發(fā)射功率，為光線經(jīng)長(zhǎng)度氣柱衰減后的接收功率，為基線長(zhǎng)度，指光源到接收器探頭之間的光程。
 

　　2、散射式能見度儀
 

　　通過測(cè)量大氣氣溶膠粒子的散射系數(shù)(忽略氣溶膠對(duì)光的吸收因素)求得大氣能見度。具有占地空間小，使用方便，在氣象、交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
 

　　前向散射式能見度儀是目前使用數(shù)量多的散射式能見度儀，它的工作測(cè)量原理是：儀器的發(fā)射端發(fā)出光輻射，對(duì)采樣空間的大氣進(jìn)行照射，大氣樣本中的氣溶膠粒子對(duì)光輻射產(chǎn)生散射，通過測(cè)量特定角度上的散射光強(qiáng)，并根據(jù)其與總散射量之間的關(guān)系確定總散射系數(shù)。由于氣溶膠對(duì)光的吸收系數(shù)相對(duì)較小，忽略不計(jì)，利用總散射系數(shù)可以求得能見度。前向散射式能見度儀原理圖如下所示：
 

 

 

　　透射能見度儀直接探測(cè)大氣的透過率或消光系數(shù)，具有測(cè)量精度高、采樣體積大、接收信號(hào)強(qiáng)、能見度低時(shí)檢測(cè)性能好等優(yōu)點(diǎn)。但它也存在一些缺點(diǎn)：1) 為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度和測(cè)量范圍，L不能太短，因此透射儀的占地面積較大；2 ) 發(fā)光源的功率不能太小，因此設(shè)備體積較大，同時(shí)光功率的不穩(wěn)定性也會(huì)嚴(yán)重影響到 測(cè)量精度；3) 光學(xué)系統(tǒng)價(jià)格非常高，對(duì)準(zhǔn)困難，而且由于收發(fā)端的距離較遠(yuǎn)，標(biāo)定也存在困難，導(dǎo)致測(cè)量誤差； 4) 透射儀對(duì)光源污染非常敏感；5) 在雨天、霧天等能見度低的氣象條件下，水氣吸收等復(fù)雜的情況會(huì)引起非常大的誤差[1]。
 

　　前向散射儀具有安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)量原理有先天不足: 1) 采樣空間小，代表性稍差；2) 定標(biāo)比較困難，計(jì)算公式的反演較繁瑣；3) 在雨、霧和沙塵暴等能見度較低條件下對(duì)散射粒子的尺寸很敏感，多次散射效應(yīng)也影響其探測(cè)的可靠性。因此，其測(cè)量數(shù)據(jù)有較大誤差，其測(cè)量精度、可靠性、穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣透射儀。
 

　　如下圖所示[2]，為兩種儀器分別在霧、雨、雪條件下測(cè)量偏差分布曲線。
 

 

　　2 種儀器能見度測(cè)量值出現(xiàn)偏差的原因是: 1 ) 2種儀器本身的特性、測(cè)量原理不同; 2) 天氣變化的過程是非均勻的; 3) 前散射儀測(cè)量得采樣空間非常小，不能夠*代表當(dāng)?shù)啬芤姸?，因此在低能見度條件下，前散射儀的準(zhǔn)確率和分辨率等指標(biāo)與透射儀還有一定差距。
 

　　能見度儀發(fā)展現(xiàn)狀
 

　　國(guó)外散射式能見度儀的生產(chǎn)廠家主要有德國(guó)的Impulsphysik公司，美國(guó)的TSI公司、Belfort公司，英國(guó)的Biral公司，美國(guó)的Belfort公司、芬蘭的VAISALA等，這些公司的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在高速公路、機(jī)場(chǎng)港口等。我國(guó)研發(fā)生產(chǎn)能見度儀的公司以洛陽凱邁公司為主導(dǎo)，在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市得到推廣應(yīng)用，另外還有錦州陽光科技發(fā)展有限公司、四川鼎林信息技術(shù)有限公司等。
 

 

　　透射式能見度儀的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家包括：成都虹岳科技有限公司、北京歐亞中興科技有限公司、四川鼎林信息技術(shù)有限公司、錦州陽光科技發(fā)展公司、上海成盈光電科技有限公司、上海忠赫儀器有限公司、北京東目?jī)x器有限公司、上海碩冠檢測(cè)設(shè)備有限公司、上海勛飛機(jī)電設(shè)備有限公司等。
 

　　國(guó)外生產(chǎn)廠家：BELFFORT公司、維薩拉公司(Vaisala)公司、VICOTEC公司、Tint Meter公司、EDTM公司等。
 

　　能見度儀主要檢測(cè)方法
 

　　2010年9月，中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司頒布了《前向散射能見度儀觀測(cè)規(guī)范(試行)》，里面給出了散射式能見度儀的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與被校設(shè)備比對(duì)做校準(zhǔn)，用到的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備主要為校準(zhǔn)過的透射儀。實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)定的散射體對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，該校準(zhǔn)方法實(shí)質(zhì)上只實(shí)現(xiàn)了散射系數(shù)的校準(zhǔn)，并沒有從能見度儀的原理出發(fā)，解決忽略大氣吸收帶來的誤差問題。中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心利用空軍裝備研究院航空氣象防化研究所大氣環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙可模擬低能見度環(huán)境，用于前向散射能見度儀的靜態(tài)試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)部空間為10m(長(zhǎng))×2m(寬)×2.5m(高)。中國(guó)氣象局上海物資管理處建立了能見度計(jì)量檢定實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部?jī)艨臻g20m(長(zhǎng))×3.5m(寬)×3m(高)，使用超聲波起霧方式模擬能見度變化的試驗(yàn)環(huán)境。
 

　　透射式能見度儀的檢測(cè)方法主要是：使用光譜平坦、具有不同透光率的中性濾光片組為主標(biāo)準(zhǔn)器。配套標(biāo)準(zhǔn)器包括激光測(cè)距儀、照度計(jì)、熱電型激光小功率計(jì)和光學(xué)調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
 

　　總結(jié)
 

　　不存在能滿足所有用戶需求的能見度儀。在高能見度情況下前向散射儀測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)際誤差較小，表現(xiàn)較好，加之安裝調(diào)整方便、成本低，因此廣泛應(yīng)用于氣象及部分交通部門; 透射儀對(duì)低能見度的測(cè)量精度高于散射式儀器，其有效測(cè)量范圍雖短但已可滿足一般需要，因此透射儀適用于各個(gè)領(lǐng)域，但因其價(jià)格昂貴，通常被應(yīng)用于精度要求很高的氣象、航空、高速交通領(lǐng)域。世界氣象組織( WMO) 為了評(píng)定各個(gè)廠家能見度儀測(cè)量性能的好壞進(jìn)行的大規(guī)模能見度儀器比對(duì)也是以 Vaisala 的透射儀為標(biāo)準(zhǔn)[3]。因此在制定能見度儀的檢測(cè)方法是也應(yīng)該按照其原理的不同采用不同的檢測(cè)裝置為宜。
 

　　參考文獻(xiàn)：
 

　　[1] 傅剛，李曉嵐，魏娜. 大氣能見度研究[J]. 中國(guó)電力教育中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，39( 5) ：855 - 862.
 

　　[2]蔡琴，透射式和前散射式能見度儀性能的分析，成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，17(4)：40-42
 

　　[3] JAROMIEC M，LUX，Madey R，Avnir D. Fractal surface analysis by using nitrogen adsorption data: the case of the capillary condensation regime[J]. J Chem. Phys.，1990 ( 92) : 7589