不同天气条件下大气透射仪和前向散射仪数据对比分析.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:作者简介:罗程辉(),男,大学,工程师主要从事民航自动气象观测系统维护及应用研究工作不同天气条件下大气透射仪和前向散射仪数据对比分析罗程辉,廖彬武,唐建中(民航宁夏空管分局,银川 )摘要:文章对安装在银川河东国际机场 方向跑道边的大气透射仪和前向散射仪 /测量的气象光学视程数据进行对比分析,得出结论:前向散射仪测量值普遍高于大气透射仪;在沙尘、降雪天气下,前向散射仪测量值与大气透射仪测量值差值过大,者互替性较差;在雾和霾天气下,者测量数据相关性较好,且差值在可接受范围内,互替性好.关键词:大气透射仪;前向散射仪;MO R;数据对比;不同天气条件中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()C o m p a r a t i v ea n a l y s i so fd a t af r o ma t m o s p h e r i c t r a n s m i t t a n c em e t e ra n df o r w a r ds c a t t e rm e t e ru n d e rd i f f e r e n tw e a t h e r c o n d i t i o n sL u oC h e n g h u i,L i a oB i n w u,T a n gJ i a n z h o n g(C i v i lA v i a t i o nN i n g x i aA i rT r a f f i cC o n t r o lS u b b u r e a u,Y i n c h u a n )A b s t r a c t:T h i sp a p e rm a k e s a c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o fm e t e o r o l o g i c a l o p t i c a l r a n g ed a t am e a s u r e db y t h ea t m o s p h e r i c t r a n s m i t t a n c em e t e ra n df o r w a r ds c a t t e rm e t e r i n s t a l l e da s i d e t h e r u n w a yo fY i n c h u a nH e d o n gI n t e r n a t i o n a lA i r p o r to nJ a n u a r y,I tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ev a l u e sm e a s u r e db yf o r w a r ds c a t t e rm e t e ra r eg e n e r a l l yh i g h e r t h a nt h o s em e a s u r e db ya t m o s p h e r i ct r a n s m i t t a n c em e t e r U n d e rt h ed u s t ya n ds n o w y w e a t h e r,e x c e s s i v ed i f f e r e n c ee x i s t sb e t w e e nt h ev a l u e s m e a s u r e db yf o r w a r ds c a t t e rm e t e ra n db ya t m o s p h e r i c t r a n s m i t t a n c em e t e ra n dt h e i n t e r c h a n g e a b i l i t yb e t w e e nt h et w o i sp o o r U n d e r f o ga n dh a z ew e a t h e r,g o o dd e p e n d e n c yc a nb eo b t a i n e db e t w e e nt h ed a t am e a s u r e db yt h e t w oa n d t h ed i f f e r e n c ev a l u e l i e sw i t h i nt h ea c c e p t a b l e r a n g e B e s i d e s,g o o d i n t e r c h a n g e a b i l i t y i sr e a l i z e d K e yw o r d s:a t m o s p h e r i ct r a n s m i t t a n c em e t e r;f o r w a r ds c a t t e rm e t e r;MO R;d a t ac o m p a r i s o n;d i f f e r e n tw e a t h e rc o n d i t i o n s引言能见度是影响航空安全的重要因素之一,在飞机起降阶段,能见度对飞机能否起降起决定性作用.在中国,因气象原因造成的飞行事故中低能见度占 .气象领域用来测量能见度的设备主要是大气透射仪和前向散射仪,种设备利用不同的测量原理和方法,在不同的天气条件下,种设备所呈现的测量效果不同.目前,中国各大机场已建成的备份能见度仪器多选用成本低、体积小、易于维护校准的前向散射仪 .文章利用银川河东机场跑道 方向大气透射仪和第期罗程辉,等:不同天气条件下大气透射仪和前向散射仪数据对比分析前向散射仪在不同天气情况下的能见度数据进行对比,分析得出种观测设备在不同天气情况下的应用利弊.不同天气情况下种设备数据对比分析 设备与资料文章选取安装在银川河东机场跑道 方向以东 m处的大气透射仪(L T )和前向散射仪(F S )作为对比设备,者东西间隔 m,距离较短,测量环境一致,测量数据具有可对比性.表为种能见度测量仪的参数对比.表种能见度测量仪参数对比参数L T F S 测量范围/m ,精度超过国际民航组织(A n n e x)推荐规范,m,m,光源白色发光二极管近红外发光二极管光学监控窗口污染测量与补偿窗口污染测量与补偿选取 /种能见度测量仪观测数据共,条,银川机场地处宁夏中北部,属于干旱、半干旱气侯带,干旱少雨,且宁夏西、北、东部被腾格里、巴丹吉林和毛乌素沙漠包裹,所以影响机场能见度的天气主要是沙尘(包括扬沙、高吹尘、尘 暴、沙 暴)、雾 和 霾、雪.经 过 筛 选,得 到 了,条有效样本数据.其中沙尘天气下样本数据量,条,雾和霾天气下样本数据量 条,降雪天气下样本数据量 条.沙尘天气下数据对比分析通过分析种仪器在沙尘天气下测量值升序排列分布可知,种仪器测量值时间序列一致.沙尘天气下F S 测 量值明显高 于L T ,并且在L T 测量值平滑上升时,F S 测量值波动性大,者数据无明显相关性,这与沙尘天气空气中粒子有关.沙尘粒子直径较大,主要物质为硅酸盐多边形晶体,对光的散射方向随机性较大,且沙尘天气多伴随大风,沙尘粒子在大气中分布不均匀,而且前向散射仪测量采样空间小,采样空间内的介质分布稍有变化就会导致能见度测量值的跳变.通过分析种仪器在沙尘天气下差值均值分布可知,随着能见度的上升,种仪器的差值均值逐渐加大,且无论在何种能见度范围内,差值均值都远远大于能见度值本身.在气象光学视程(MO R)m时,差值均值是MO R的倍左右,当MO R m时,差值均值达到了MO R的倍左右.由于前向散射仪的光源、测量原理以及沙尘对于光的散射特点,当较多的光散射到接收机镜头时,前向散射仪会判断为空气中不洁净粒子较多,能见度低,而由于沙尘在空气中分布细密度低,所以更多的光是直射出采样空间,且由于沙尘对近红外光散射较强,沙尘粒子对光的多重散射后,较少的光进入接收机,所以测量值比实际能见度值大.雾和霾天气下数据对比分析根据种仪器在雾和霾天气下测量值升序排列分布和差值均值分布特点可知,种仪器测量值有明显相关性,当MO R m时,L T 与F S 的测量值基本一致,但随着MO R的增大,种仪器的测量偏差逐渐增大,但者数据仍有较好的相关性.随着MO R的增大,种仪器测量值差值均值不断增大,当MO R m时,差值均值为 ;当 mMO R m时,差 值 均 值 增 加 到 左右;当MO R m时,差值均值跳跃增长明显,随着MO R的增加,差值越来越大.降雪天气下数据对比分析从种仪器在降雪天气下测量值升序排列分布可知,F S 测量值明显高于L T 测量值,并且F S 测量值波动性较大,因为雪在空气中运动不规律,在F S 较小的采样空间内,散射光线强度不断变化,导致F S 接收机接收到的散射信号不断跳跃.由于大雪天气(MO R m)的数据量较少,不具代表性,所以数据分组范围为 m以内、m和大于 m.可以看出,随着能见度的上升,种仪器测量值差值均值无特别的规律.结束语文章通过对安装在银川机场 方向跑道边的L T 和F S 种能见度测量仪 /的MO R测量值进行对比分析,得出以下结论:)在所有样本数据中,F S 测量的MO R值大于L T 测量的MO R值的占比为 ,所以整体上F S 测量值大于L T 测量值.(下转第 页)气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 漆梁波我国冬季冻雨和冰粒天气的形成机制及预报着眼点J气象,():杨成芳,姜鹏,张少林,等山东冬半年降水相态的温度特征统计分析J气象,():余金龙,朱红芳,邱学兴,等安徽冬季地面降水相态的判别研究J气象,():张备,尹东屏,严雯莲,等 年江苏持续性降雪中的水汽和动力抬升机制分析J灾害学,():,陈雪珍,慕建利,赵桂香,等华北暴雪过程中的急流特征分析J高原气象,():宫德吉,李彰俊低空急流与内蒙古大(暴)雪J气象,():尹东屏,张备,刘梅,等 年江苏两次降雪天气过程分析J气象科学,():周雪松,谈哲敏华北回流暴雪发展机理个例研究J气象,():盛春岩,杨晓霞一次罕见的山东暴雪天气的对称不稳定分析J气象,():杨成芳,周淑玲,刘畅,等一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析J气象学报,():胡玉玲,韩桂荣,谢义明,等 年初江苏暴雪天气的模拟分析J气象科学,():陈丽芳南方两次相似降雪(雨)过程的对比研究J气象,():洪丽霞,马中元,陈鲍发,等 江西暴雪天气雷达回波特征分析J气象水文海洋仪器,():谢维,马中元,肖云,等 江西雨雪天气回波特征分析J气象水文海洋仪器,():黄龙飞,马中元,陈鲍发,等赣北雨雪天气过程分析J气象水文海洋仪器,():,(上接第 页)在沙尘天气下,能见度范围内L T 与F S 测量数据差值都比较大,L T 测量值更接近于观测员观测值,故F S 在沙尘天气下不能准确反映能见度值,在沙尘天气下应用F S 测量值风险较高.)在雾和霾天 气下,当MO R m时,L T 与F S 测量值差值较小,特别是MO R m时,者测量值基本一致,当MO R为 m时,虽然差值增加,但误差范围可接受,所以种仪器在雾和霾天气下有较好的互替性.)在降雪天气下,L T 与F S 测量值差值较大,且随着能见度变化,者数据相关性较低,种仪器在降雪天气下互替性较差.)由于低能见度对飞行安全的影响巨大,所以目前机场需要建设能见度备份设备.通过以上数据分析得出,在导致机场能见度低的原因中,沙尘、降雪占比较多,不宜采用前向散射仪作为大气透射仪的备份设备,而雾和霾天气占比较多的机场可采用此备份方案.由于银川机场F S 安装完成仅a,且降雨量较少,缺乏降雨导致能见度低的情况,所以各类天气下的数据样本存在一定的局限性,但沙尘天气下的数据样本量大,数据分析结果有较好的代表性.参考文献:汪国平,王勇,谢斌 跑道视程观测和报告实践手册 解读J气象水文海洋仪器,():孙慧洁雾天前向散射仪接收信号与能见度关系的确定J气象水文海洋仪器,():明虎,陈丽杰,高联辉,等机场低能见度自动观测设备测量数据对比J应用气象学报,():王红霞,孙红辉,张清华沙尘暴对红外辐射的消光特性分析(特约)J红外与激光工程,():