[发明专利]多波长雾霾识别方法及能见度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于大气科学领域，具体涉及一种多波长雾霾识别方法及能见度测量方法。

背景技术

能见度的观测一直是天气观测中重要的组成部分，和人们的日常生活息息相关。它在环境、航海、航空以及其他建设和交通运输领域起着尤为重要的作用。机场和高速公路附近能见度的测量，是一个急需解决的问题。特别是在能见度较低的情况下，能见度测量的不准确性有可能导致严重的事故。如何提高能见度观测的准确性，是亟待解决的问题。

目前常见的能见度仪有透射式能见度仪和散射式能见度仪，由于透射式能见度仪需要较长的光学路径(50米)，在应用中受到较多限制，而散射式能见度仪占用空间小，使用方便，在气象、交通等领域得到广泛应用。一般气象上所用的能见度测量仪器都是基于著名的柯什密特(Koschmieder)能见度公式L＝3.91/σ，由测得的消光系数σ计算出能见度L的值。

目前广泛使用的散射式能见度仪，通过测量光源(通常为红外光)照射偏正前方约33度方向的散射光强，然后推算出消光系数σ，从而计算大气能见度。

近地面层大气中影响能见度的粒子可分为雾滴(即雾)和气溶胶(即霾)两类。粒子的折射率包括实部和虚部，分别对应消光的散射和吸收。然而，雾与霾的折射率具有显著差异，因此雾与霾对光的散射和吸收性质是不一样的，两者的消光系数对于散射光强度的依赖也是不一样的。而现有的能见度仪一般只能用一种算法，根据接收到的散射光强度推算出大气的消光系数，从而计算出能见度。那么无论是根据雾滴还是气溶胶模型作出仪器标定，在另一种情况下都有可能造成较大的误差。因此，雾与霾的识别在提高散射式能见度仪测量精度方面尤为重要。

利用雾天相对湿度大的特点，通过测量相对湿度是一种识别雾天的方法，当相对湿度达到某个阈值时，就按照雾计算能见度，否则，就按霾计算能见度。然而，相对湿度大的天气未必就是雾天，因此，这个办法并不总是有效。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，提出本发明。

本发明的一个目的在于提出一种多波长雾霾识别方法。

雾与霾对光的散射和吸收性质是不一样的，由于雾的粒子尺度大于霾的粒子尺度，在可见光波段，霾的粒子尺度小于可见光波段的波长，霾的散射是瑞利散射，其散射截面和波长相关，不同的波长如：红色、绿色和蓝色，光的散射截面不同；而雾的粒子尺度大于可见光波段的波长，其散射为米散射，散射截面对波长并不敏感，只和尺度数即粒子周长与电磁波波长之比有关，基于这一特点，可以用不同波长的方法识别雾与霾。

滤光片是一种常用的波长选择器件，通过在能见度仪的光接收机前加装一组滤光片，如：红色、绿色、蓝色和透明，即可测量不同波长的散射光强，根据红色、绿色和蓝色三个散射分量的差别来识别是雾还是霾的散射，在确定了是雾还是霾之后，根据散射粒子的不同性质计算能见度。

本发明采用的散射式能见度仪包括发射光源、光接收机和能见度计算单元，本发明的多波长雾霾识别方法包括以下步骤：

1)在散射式能见度仪的光接收机前加装滤光片；

2)发射光源发出白光，经大气粒子散射，光接收机分别接收散射光经红色、绿色和蓝色滤光片滤光后的散射分量S_R、S_G和S_B，以及未经滤光的散射分量S；

3)分别计算红色的散射分量S_R与绿色的散射分量S_G的比值η_RG＝S_R/S_G，以及绿色的散射分量S_G与蓝色的散射分量S_B的比值η_GB＝S_B/S_B，计算比值的平均值根据平均值的大小，将大气状况分为雾、霾以及雾霾混合三种情况，当平均值接近于1时，识别为雾，当平均值远离1时，识别为霾，当平均值介于雾与霾的识别阈值之间时，识别为雾霾混合天气，具体的雾与霾的识别阈值可根据典型气溶胶组分理论计算或定标确定。

本发明的另一个目的在于提供一种能见度测量方法。

本发明采用的散射式能见度仪包括发射光源、光接收机和能见度计算单元，本发明的能见度测量方法包括以下步骤：

1)在散射式能见度仪的光接收机前加装滤光片；

2)发射光源发出白光，经大气粒子散射，光接收机分别接收散射光经红色、绿色和蓝色滤光片滤光后的散射分量S_R、S_G和S_B，以及未经滤光的散射分量S；