大气透射仪与前散射仪在低能见度条件下的测量数据对比分析

　　0　引言

　　能见度即目标物的能见距离,是指观测目标物时,能从背景中分辨出目标物的最大距离。航空气象能见度的观测包括目视能见度和光学能见度即光学有效视程[1]。由于雾、降水、烟尘、风沙等天气条件会造成低能见度现象,而低能见度天气条件对飞机的正常起降产生影响,特别是能见度小于机场最低气象标准时。目前,应用于民航机场的能见度测量仪器主要有大气透射仪和前散射仪2种。大气透射仪因需要基线,占地范围大,不适于海岸气象自动站及船舶上,但其具有自检能力,低能见度下性能好等优点而广泛应用于民航机场;前散射仪以其体积小、成本低、安装方便、动态范围大等优点而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统[2]。民航大连空中交通管理站能见度探测设备包括3套大气透射仪(德国IMPUSIK公司FLAMINGO),基线长度75 m,1套前散射仪(芬兰Vaisala公司FD12),其中1套大气透射仪和前散射仪同时安装在跑道主降方向,距跑道头300 m,距跑道中心线115 m(符合民航关于自动气象观测系统安装位置要求),符合进行数据对比的设备安置位置一致性要求。通过对2种探测仪器在低能见度条件的测量数据进行对比分析,得出两者在低能见度探测方面的性能差异。

　　1　大气透射仪和前散射仪工作原理

　　1.1　大气透射仪工作原理

　　大气透射仪是一种直接对两点之间的空间大气透射率进行测量的仪器。其基本原理就是对大气散射和吸收而引起的平均消光系数进行估算,并提供一个估算衰减的可靠方法。图1是其工作原理图。

计算消光系数建立在以下3个假设基础上:

　　(1)假定大气是均质的,即大气是均匀分布的;

　　(2)假定大气消光系数σ等于大气中雾、霾、雪、雨的散射,即假定分子的吸收或分子内部交互光强为零;

　　(3)假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数。当不考虑大气及其中杂质的吸收作用时,认为散射系数s与消光系数σ相等,同样根据Koschmic定律,计算出气象光学视程MOR为-ln0.05/σ[3]。前散射仪由于测量的是某个角度的大气散射系数s,而非大气消光系数σ,故在反演成气象光学视程MOR时,必须根据不同粒子的特性进行适当的修正。

　　2　大气透射仪和前散射仪测量数据对比分析

　　分别选取雾、雨、雪影响能见度的3种天气条件,对大气透射仪和前散射仪的测量数据进行对比分析,数据对比分析基于以下3个前提条件:

　　(1)大气透射仪和前散射仪安装位置的大气能见度条件是均匀变化的;

　　(2)以大气透射仪测量的气象光学视程MOR为基准值,前散射仪测量值取平均;