一種大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 能見度是一個重要的氣象觀測要素。隨著世界科技和經(jīng)濟的發(fā)展，航空航天、海 陸交通、環(huán)境監(jiān)測及國防部門對能見度的精確測報有著越來越高的要求。因此，能見度測 量儀器的研制及應用就顯得更為重要。自1924年Koschmieder建立起能見度測量基本理 論以后，國內外許多專家都致力于能見度測量儀器的研制工作，幾十年來，無論從理論 上還是從實際中，能見度測量儀器和理論已日臻成熟。隨著計算機的普及，集成電路的 推廣，能見度測量儀器也在不斷更新?lián)Q代，并且應用市場已由50年代替代主觀目測少 量應用于機場擴展到目前大量裝備到各類機場、港口、橋梁、公路、鐵路、環(huán)保、氣象臺站、森 林及國防部門。
[0003] 垂直能見度是指天空有霧、浮塵、低云或降水時，在地面上能用肉眼垂直向上看到 目標物的最大距離。大氣垂直能見度不僅可以反映大氣層穩(wěn)定程度，還可以作為判定氣團 性質和研宄大氣污染的重要因子。此外，大氣垂直方向上的能見度還為飛機起降和人們的 日常生活提供安全保障，尤其是對防空安全局有重要影響，越來越受到大家的關注。因此， 對大氣垂直能見度進行探測研宄具有非常重要的意義。目前，對垂直能見度的探測研宄還 很少，通常用施放氣球或燈光進行觀測，這種方法測定的垂直能見度距離，是氣球或燈光看 不見的高度，它不一定是真實的大氣垂直能見度。而且，施放氣球進行垂直能見度探測，成 本太高，不是最佳的垂直能見度探測方法。
[0004]目前用來測量水平能見度的方法主要有目測，透射式能見度儀、散射式能見度儀。 一般稱透射式能見度儀為透射表，透射表是出現(xiàn)最早的一種能見度測量儀。最早研制出的 是單端透射表，由于其結構龐大，使用安裝不便、儀器采用的反射器加工難度大，且誤差 很難克服，這種透射表已被淘汰。單端透射表之后出現(xiàn)了雙端透射表，這種透射表克服 了單端透射表的缺點，經(jīng)過不斷完善，一直應用到現(xiàn)在，測量理論也比較成熟。另一種 為散射式，光通過大氣時，產生的消光效應主要由吸收和散射引起，吸收很大程度上取 決于大氣長度。如果大氣長度足夠小，那么吸收效應便可以忽略，基于這一點，如果能 測出散射引起的消光效應，便可以確定能見度值。而大氣長度足夠小這一點就表明測定散 射光不需要基線，這就克服了透射表的缺陷。隨著散射理論的出現(xiàn)，散射儀很快便發(fā)展 起來。按照接收器接收不同方向的散射光，可以把散射儀分為3種：側向散射儀、后向散 射儀和前向散射儀。但這些方法對測量垂直能見度有限制?，F(xiàn)今對垂直能見度的觀測還是 很困難的，首先人工觀測垂直能見度，沒有具體的目標參照物，給觀測帶來了困難，觀測結 果具有不確定性。其次，垂直方向上氣溶膠不均勻，導致能見度與消光系數(shù)的關系失效，即 關系式不適用與垂直能見度的計算。此外，實驗表明，由于地面氣溶膠種類不同，其光學特 性也有很大的差異，導致氣溶膠消光與能見度關系也不穩(wěn)定，這些都加大了對垂直能見度 探測的難度。
[0005] 激光云高儀是一種基于激光雷達原理的云自動化觀測設備，可得到不同高度的消 光系數(shù)從而得出大氣垂直能見度，但目前急需解決的主要問題是因大氣氣溶膠粒子微物理 特性不同而導致消光系數(shù)和能見度關系的不同對垂直能見度的影響。

【發(fā)明內容】

[0006] 本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種能克服大氣溶膠 粒子微物理特性不同而導致消光系數(shù)和能見度關系的不同對垂直能見度的影響，得到更加 確切的大氣垂直能見度的監(jiān)控系統(tǒng)。
[0007] 本實用新型提供了一種大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括能見度儀、計 算機和激光云高儀；計算機分別與能見度儀和激光云高儀相連。
[0008] 上述能見度儀采用前向散射式能見度儀。
[0009] 本實用新型相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
[0010] 1、利用現(xiàn)有的儀器，更好的結合散射式能見度儀和激光云高儀的測量數(shù)據(jù)特點， 方便準確；
[0011] 2、克服因大氣氣溶膠粒子微物理特性不同而導致消光系數(shù)和能見度關系的不同 對垂直能見度的影響；
[0012] 3、利用散射式能見度儀建立地表消光系數(shù)廓線與能見度的關系，并將此關系應用 于激光云高儀測得的能見度廓線得到高空大氣能見度，可用于各種環(huán)境下測量各個地區(qū)的 大氣垂直能見度；
[0013] 4、本實用新型監(jiān)控系統(tǒng)能利用激光能見度儀和激光云高儀實時全天候無人觀測 值守監(jiān)控垂直能見度。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖；
[0015] 圖2為本實用新型大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
[0017] 如圖1所示，本實用新型大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)包括計算機、前向散射式能見 度儀和激光云高儀。計算機分別與前向散射式能見度儀和激光云高儀相連。
[0018] 如圖2所示，采用本實用新型監(jiān)控系統(tǒng)對大氣垂直能見度的測定步驟如下：
[0019]a.利用前向散射能見度儀測得能見度VI(前向散射式能見度儀向大氣中發(fā)射激 光，并將激光與懸浮顆粒發(fā)生散射且傳送的光脈沖接收下來，并匯聚到硅光電傳感器的接 收面上，將光信號轉為電信號，傳送至控制器進行處理，再經(jīng)CPU取樣計算出能見度值VI);
[0020] b.利用激光云高儀測定大氣氣溶膠消光系數(shù)a(激光云高儀向大氣中垂直發(fā)射 激光脈沖，并將激光脈沖與大氣的氣溶膠、水汽、大氣分子發(fā)生散射作用后的散射光接收下 來，經(jīng)光信號轉化為光電流傳送至激光處理系統(tǒng)，根據(jù)設定的程序進行數(shù)據(jù)的分析處理，從 而實現(xiàn)大氣氣溶膠消光系數(shù)a的測量）；
[0021] c.在同一個地區(qū)不同時間、不同氣候環(huán)境下由計算機控制前向散射式 能見度儀和激光云高儀工作，前向散射式能見度儀獲得多組能見度VI，在激光云 高儀每個不同的反饋高度處均獲得多組對應的消光系數(shù)a，輸入計算機中，對不 同高度的每組數(shù)據(jù)分別進行線性擬合(如對多組能見度和l〇m處對應的消光系 數(shù)進行線性擬合、對多組能見度和20m處對應的消光系數(shù)進行線性擬合、對多組 能見度和30m處對應的消光系數(shù)進行線性擬合等)，擬合結果表明，激光云高儀測 得20m處的消光系數(shù)和能見度的擬合效果最好，得到能見度和消光系數(shù)的關系式： F= 3CT+ 辦，其中a=-1.48，b=5.23;
[0022]d.利用上述關系式獲得垂直方向上不同高度處能見度^根據(jù)科希米德 (Koschmieder)定律，利用垂直方向上不同高度處的能見度^，該能見度對應的距離長 度以及不同高度處的消光系數(shù)^.，計算出不同距離長度處的對比度衰減:
，從而得到不同高度處的大氣透過率為：
，最后計算出大氣垂直能見度％
【主權項】
1. 一種大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括能見度儀、計算機和 激光云高儀；所述計算機分別與能見度儀和激光云高儀相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述能見度儀采用前向散射式能見 度儀。
【專利摘要】本實用新型公開了一種大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)。本實用新型大氣垂直能見度監(jiān)控系統(tǒng)包括能見度儀、計算機和激光云高儀；計算機分別與能見度儀和激光云高儀相連。本實用新型利用激光云高儀和能見度儀建立消光系數(shù)和能見度的新關系，克服了大氣氣溶膠粒子微物理特性不同而導致消光系數(shù)和能見度關系的不同對垂直能見度的影響，得到更加確切的大氣垂直能見度并能用于各種環(huán)境下。本實用新型監(jiān)控系統(tǒng)能實時全天候無人觀測值守監(jiān)控垂直能見度。
【IPC分類】G01N21/53
【公開號】CN204630925
【申請?zhí)枴緾N201520289607
【發(fā)明人】卜令兵, 丘祖京, 侯玉云, 袁靜, 郜海陽
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月7日