大气透射仪与前向散射仪低能见度条件下跑道视程数据对比分析
不同天气条件下大气透射仪和前向散射仪数据对比分析
不同天气条件下大气透射仪和前向散射仪数据对比分析专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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低能见度探测数据对比分析
低能见度探测数据对比分析一.前言能见度是影响飞行器起降的重要因素之一，目前温州机场实施的是I类仪表着陆进近：能见度不小于800米或跑道视程不小于550米，决断高度不低于60米的精密进近着陆。
其中跑道视程或主导能见度是决定飞行器进近着陆的重要因素。
温州机场目前安装有大气透射仪与前向散射仪，本文主要根据两种设备（安装位置在20米以内）在低能见度（MOR<500米）情况下同一时间所得的数据进行对比分析，以判断二者数据是否存在差异，以便于实际工作中的应用。
二.工作原理大气透射仪和前向散射仪是机场常用的能见度测量设备，其工作原理各不相同。
2.1 大气透射仪工作原理大气透射仪通过测量两点之间的大气透射率计算能见度。
当发射机发射一束强度为Io的光后，通过一定基线长度b到接收机，接收机接收的光强I可表示为：式中，σ为消光系数，通过将上述公式变形，可表示为接收的光强I表达式为：根据Koschmic原理，其中气象光学视程MOR定义：2700K色温的白炽灯所发出的一速平轴光束的能量在大气中降低到它起始值的0.05时的长度。
气象光学视程MOR为L,可表示为：1.2 前向散射仪测量原理利用前向散射仪测量时需3个假设：1、假定大气是均质的，即大气分布均匀；2、假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零，且假定大气消光系数等于大气中雾、霾、雨和雪的散射；3、假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数，一般情况下，选择合适的角度，散射信号近似正比于散射系数。
测量来自一个小的采样容积的散射光强，利用测得的散射光强计算消光系数σ，最后根据Koschmic原理，得到光学能见度。
由于前向散射仪测量的是散射系数，而不是直接测量消光系数，因此，在进行计算光学能见度时要根据不同的天气现象进行修正。
1.3测量原理比较大气透射仪取样空间大且可以直接计算得到消光系数，而前向散射仪需要假设大气是均匀分布和粒子吸收为零，大气透射仪在原理上优于前向散射仪，但经过前向散射仪不断的修正改良，测量精度得到很大提高。
民航气象地面观测备份与应急手段的分析
民航气象地面观测备份与应急手段的分析摘要：随着社会经济的快速发展，民航业也进入了黄金发展期，特别是在交通量急剧增加的情况下，中国的航空需求将空前强劲。
面对这种巨大的发展形势，民航气象的安全工作也将受到高度重视，作为民航地面气象观测工作的重要组成部分，保障飞行安全具有重要意义。
地面观测工作包括许多复杂的事项，需要专业的观测设备，当这些设备出现故障时，如果不采取应急措施并提前备份，观测的准确性将受到影响，无法为飞机起降提供准确的气象数据。
针对这种情况，本文描述了当自动气象观测系统出现故障时，如何及时使用备份或应急设备来完成气象要素的收集，并确保无缝的气象观测服务。
关键词：民航气象；地面观测；备份；应急手段引言在过去的几年里，民用航空气象服务得到了快速发展。
因此，如何及时、准确地获取各个站点的 AWOS资料，对于保障航空运输的安全，有着十分重要的作用。
为此，在东北地区建设一套自动化的气象监测网络，以适应航空气象业务发展的要求，并进一步提升航空气象服务的质量。
当前，中国民航空管气象观测采用的是自动化与人工相结合的运作方式，大部分地区实现了观测数据传输的自动化，但其覆盖范围仅限于人口稠密城市的七个主要飞行区。
对于中小型本地化机场，尤其是东北部地区，站点稀疏、人口稀少，设备不同，无法实现观测数据的实时共享。
一、民航气象地面观测备份（一）AWOS观测系统AWOS自动气象观测系统通常采用外部气象要素传感器，内部数据处理装置CDU，以及用户工作站来实现对气象数据的显示和发布。
在这个系统里，设置在跑道上的传感器采集了实时的环境气象因子，并将这些信息反馈给中央的数据处理单元，再通过它的加工和衍生，把各类气象产品推送给客户服务终端[1]。
由于机场级别的差异，所以系统配备的设备的要求也会有一定的差异，一套基本的AWOS自动气象观测系统所需要包含的传感器，比如：大气透射仪，前向散射仪、云高仪，道面传感器、自动气象站和闪电定位仪。
自动观测系统RVR值测量方式对比浅析
自动观测系统RVR值测量方式对比浅析李震;王刚【摘要】通过对大气透射仪与前散射仪的测量原理、测量方式的分析和典型天气情况下两套仪器测量数据的对比分析,得出在天气现象复杂的东北地区使用大气透射仪测量能见度时,通过其测量数据计算出的RVR值更为精确,因此能更好地保障飞行安全.【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】4页(P6-8,13)【关键词】RVR;MOR;大气透射仪;前散射仪【作者】李震;王刚【作者单位】东北空管局气象中心,沈阳100169;东北空管局气象中心,沈阳100169【正文语种】中文【中图分类】P415.3+30 引言随着中国经济的快速发展，民航运输量急剧地增加，给民航事业带来了新的机遇和挑战。
同时，对机场的安全保障工作则提出了更高要求。
民航气象的探测能力、预报能力、设备保障能力需要全方位的提升。
在诸多气象要素中RVR数据对飞行影响很大，是机场气象信息当中的重要气象要素之一。
因此，保证RVR测量、计算的精准，对飞行安全的保障工作尤为重要。
目前全国100多个机场在使用芬兰气象自动观测系统［1］。
系统中的大气透射仪是探测能见度、计算RVR值的主要设备。
也有些机场配备前散射仪探测能见度、计算RVR值。
本文就二者在探测能见度计算RVR值方面做个对比分析。
1 能见度测量原理1.1 相关定义（1）跑道视程（RVR）国际民航组织对RVR值的定义［2］：在跑道中心线飞行器上的飞行员能看到的跑道中心线上或跑道边界物或边界灯的最大距离，称为跑道视程。
RVR是决定飞机起飞和降落的重要参数之一。
RVR值由MOR、背景光强及跑道灯光强度等要素决定。
（2）气象光学能见度（MOR）一定强度的一束光在大气传播过程中，由于空气中微粒的散射和反射等对光强造成衰减，光强度逐渐变小，光强由100%变为5%时光路通过的距离，称其为气象光学能见度［3，4］，即 MOR。
在实际应用中通过光学仪器的探测，利用已知一定距离计算出空气粒子对光的衰减系数，得出大气透射率，并通过物理和数学方法计算得出MOR值。
MIDAS IV系统中跑道视程算法分析
MIDAS_IV系统中跑道视程RVR算法分析张英华1台琪荣2（民航云南空管分局气象设备室，昆明市，云南省 650200）摘要介绍了气象能见度、气象光学视程MOR及跑道视程RVR的由来以及它们之间的相互关系，对MIDAS_IV系统中如何计算跑道视程RVR进行了深入分析和实例解释。
关键词：气象能见度气象光学视程跑道视程算法分析1 引言跑道视程RVR（在跑道中线的航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离）主要是在低能见度的情况下提供给机组关于跑道能见度的情况。
RVR计算与能见度及背景亮度、跑道灯光强度相关联，计算中涉及许多光学量，鉴于此，本文将针对MIDAS_IV中RVR算法进行深入分析和实例解释，并阐述一些相关的光学术语。
2 理论基础由于RVR不能直接测量得出，估算RVR基于以下三个数值：1.大气的光学透明度，用透射因子（T）来表示，其含义为光在大气中经过一段距离后的光通量之比，或者用消光系数(σ)表示。
2.跑道灯光强度（I）3.照度阈值(Eτ)1大气透射仪或者前向散射仪能够用来测量大气的光学透明度。
跑道灯光强度可以通过测量或者按照设定的跑到灯光等级（已知跑道灯特性的情况下）估算得到。
照度阈值(Eτ)可以通过背景光亮度(BL)估算得出。
为便于理解，下面列出几个与光有关的术语定义：1.光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd)。
1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。
2.光通量(luminous flus)是由光源向各个方向射出的光功率，也即每一单位时间射出的光能量，以φ表示,单位为流明(lumen,简称lm)。
3.光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量，以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx)。
4.光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度,以L表示，即从一个表面反射出来的光通量。
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
图 6 2 种仪器在降雨条件下测量值偏差
图 5 2 种仪器在降雨条件下测量值分布曲线
2. 3 降雪条件下的测量数据对比分析 图 7 为 2 种仪器在降雪条件下测量值分布曲
线 ,测量值选取 500～1 500 m 区间的 11 个样本 点 ,从曲线上看 :在雪影响能见度条件下 ,前散射 仪的测量值比大气透射仪的测量值总体偏高 ,相
3 结论
此次只完成了雾 、雨 、雪三种天气条件下的数 据对比测试 ,对于其它影响能见度的天气条件下
的数据情况未作测试 。本次采用的数据样本范围 不全 ,其中降雨和降雪未覆盖整个 50～1 500 m 量程 ,由于大气透射仪输出的 MO R 值是根据一 定步长取整值 ,两者数据偏差计算时存在一定误 差 。自 1985 年开始 ,大气透射仪广泛应用于航空 器气象飞行保障 ,应用效果明显 ,前散射仪由于其 测量原理有先天不足 ,采样空间小 ,测量数据变化 较大 ,其测量准确度 、可靠性和稳定性还不能同大 气透射仪相比 ,虽然 1998 年在北京进行了一次关 于大气透射仪和前散射仪的对比试验 ,其结果比 较乐观 ,但前散射仪仍未在航空领域得到广泛应 用[4] 。由于前散射仪对不同介质的散射性能不 同 ,要求新型的前散射仪具有自动识别不同天气 现象的能力 ,根据不同情况选择修订公式 ,以提高 仪器在不同天气条件的精确测量 。
参考文献 :
[ 1 ] 国际民航组织. 跑道视程观测和报告实践手册 (第 2 版) [ M ]. 北京 :中国气象局监测网络司 ,2000.
[ 2 ] 林晔. 大气探测学教程 [ M ]. 北京 : 气象出版社 , 1995.
[ 3 ] 曾书儿. 能见度的观测及仪器 [J ]. 应用气象学报 , 1999 ,10 (2) :2072212.
双流国际机场大气透射仪典型故障分析与处理
双流国际机场大气透射仪典型故障分析与处理摘要：大气透射仪作为双流国际机场最重要的基础气象探测设备之一，在业务运行中为航空器的起降提供了非常重要的气象数据。
目前广泛应用于各大民航机场，在民航飞行安全保障及航空气象业务中发挥着重要的作用。
文章阐述了大气透射仪的一次典型故障，对其原因进行分析与研究，并对此次故障的排除过程进行总结关键字：大气透射仪、故障、分析1．大气透射仪简介目前，双流国际机场东、西两条跑道的南、中、北端分别安装有一套LT31大气透射仪，一共六套。
LT31大气透射仪测量系统由一个LT31发射机单元（包括大气透射仪光发射机）和一个LT31 接收机接收机单元（包括大气透射仪光接收机）。
维萨拉大气透射仪LT31的主要部件如图1所示。
图1 大气透射仪的基本结构维萨拉大气透射仪LT31在光发射机和光接收机之间直接测量大气透射。
大气透射仪LT31是直接测量光发射机和光接收机之间的大气透射率，它产生一个平均消光系数，包括散射和吸收对光透射率的影响，散射和吸收对测量结果的都有影响。
大气透射仪LT31集成了一套评估能见度或 MOR 的可靠算法，通过测量的平均消光系数结合MOR的可靠算法计算出MOR值。
利用大气透射仪LT31测量的MOR值可以进一步用于计算跑道视程（RVR）。
维萨拉大气透射仪LT31不再需要手动校准，它利用集成的维萨拉PWD 系列的前向散射传感器来完成自动地校准系统。
大气透射仪LT31的自动校准是以传统的人眼观察为基础，其基本校准原理是利用前向散射传感器测量原理上的优势来校准大气透射仪测量结果。
在实践中PWD前向散射传感器用于测量自动校准状况，即在高能见度情况下某个校准系数被计算和应用于大气透射仪的测量结果，大气透射仪被认为是中低能见距离的最精确的能见度传感器。
2 大气透射仪故障分析及处理2.1障现象7月27日7:50值班人员发现东跑道中间大气透射仪LT31计算出的RVR值偏小，并初步判断是大气透射仪系统故障，可能的原因有：2.1.1前散射PWD22感雨器DRD13故障；2.1.2系统设置自动校准条件MOR 4000米不符；2.1.3前散射PWD22测量区域有反射物；2.1.4跑道灯光傍晚不及时转换；2.1.5系统发射光强偏低；2.1.6主处理器LTC212故障。
前向散射式能见度仪示值对比及标定方法研究
前向散射式能见度仪示值对比及标定方法研究王敏;张世国;汪玮;方海涛;陆斌;刘清彬;高兰达【摘要】实时、准确的能见度测量数据对指导交通监测预警和空气质量评价具有重要意义.叙述前向散射式能见度仪测量原理,介绍能见度实验室内的检测技术和检测方法.基于安徽省大气探测技术保障中心研制的能见度环境模拟方舱,对3个国产厂家的前向散射式能见度仪进行检测,对比了能见度仪示值的一致程度,分析了影响示值偏差的原因.针对我国目前未建立能见度量传体系现状,提出了标定厂家系统常数以减少测量误差的方法.研究结果表明:同一厂家生产的前向散射式能见度仪测量结果一致性相对较好.能见度小于1.5 km时,标准偏差均值最大为131.3m.能见度在1.5～10 km时,标准偏差均值最大为457.4 m.不同厂家生产的能见度仪示值偏差较大,能见度在1.5～10 km时,最大相对误差均值达到-40.9％.重新标定系统常数后,能见度仪示值一致性明显提高.%It is significant to measure visibility accurately in real time for guiding the traffic early warning and air quality assessment.The principles of forward scattering visibility meters are depicted,and the detection techniques and methods in the laboratory are introduced briefly.Based on the visibility environment simulation cabin developed by the Anhui Atmospheric Observation and Technical Support Center,multiple forward scattering visibility meters produced by three domestic manufacturers are tested.The consistency of various visibility values is examined,and the reasons for deviation are analyzed.In present,there is no standard verification scheme for visibility meters,so a method by using system constant calibration is proposed to reduce the measurement errors.The results show that visibility values are in goodconsistency with forward scattering visibility meters produced by the same manufacturer.The maximum of standard deviation is 131.3 m when visibility is less than 1.5 km,and 457.4 m in 1.5 to 10 km visibility condition.But there are obvious deviations for the meters produced by different manufacturers with the maximum of relative error up to-40.9％ in 1.5 to 10 km visibility condition.After the calibration of the system constant,the accuracy of forward scattering visibility meters is improved obviously.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】6页(P217-222)【关键词】能见度;检测;环境模拟方舱;标定;线性回归【作者】王敏;张世国;汪玮;方海涛;陆斌;刘清彬;高兰达【作者单位】安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;交通运输部公路科学研究院,北京100088;交通运输部公路科学研究院,北京100088【正文语种】中文【中图分类】P412能见度是气象观测的常规气象要素之一，也是环境评价的重要指标[1-3]。
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跑道 07 方向是一套大气透射仪 MITRAS，中间 段是一套大气透射仪 LT31，25 方向是一套大气透 射仪 MITRAS 和一套前向散射仪 FD12P，其中 LT31 是 2016 年 11 月新建的， FD12P 是 2016 年 11 月从 跑道中间搬迁至 25 方向。三端大气透射仪位于跑道 中心线以北 110 m 处，前向散射仪位于跑道中心线 以北 105 m 处。 乌鲁木齐机场跑道 07 方向执行 I 类 运行标准， 跑道 25 方向可以执行 II 类运行标准，I 类运行标准 RVR 要求≥550 m，II 类运行标准 RVR 要求≥300 m。 跑道 25 方向是主降方向，同时也是 唯一符合 II 类运行标准的方向， 因此 25 方向 RVR 数据的有无以及准确性至关重要， 直接影响乌鲁木 齐机场运行标准。
1 测量原理
1.1 MOR 测量原理
乌 鲁 木 齐 机 场 安 装 了 4 套 VAISALA 生 产 的 MOR 探测设备，具体分布和型号如图 1 所示。
图 1 设备型号及分布图
收稿日期：2018-05-09；修回日期：2018-07-06 作者简介： 范大伟（1984—），男，工程师，主要从事气象设备维护与 维修工作。 E-mail：380447486@
射仪跑道视程数据更接近 25 方向的大气透射仪跑道视程数据。
关键词：大气透射仪；前向散射仪；低能见度；跑道视程
中图分类号：P41019）04-0058-06
天气是影响飞行安全、航班正点和经济效益的重 要因素之一，就乌鲁木齐机场而言，对飞行安全和航 班正常影响最大的因素是冬季大雾。 雾是指近地面空 气中水汽凝结或凝华而使能见度降低至 1000 m 以下 的现象 。 [1-2] 乌鲁木齐机场附近， 雾通常出现在 300～ 400 m 以下的低空[3]，雾的出现直接影响能见度，能见 度的大小直接影响飞机的正常起飞和着陆，当低能见 度发生时， 管制员使用跑道视程 （Runway Visual Range，以下简称 RVR）指挥航空器起降。 RVR 是指在 跑道中线上，航空器上的驾驶员能看到跑道道面标志 或跑道边界灯或中线灯的距离[4]。RVR 是一个计算值， 它 的 大 小 与 光 学 能 见 度 （Meteorological Optical Range，以下简称 MOR）、背景光亮度和跑道灯光级数 有关[5]，MOR 的测量由大气透射仪或前向散射仪完成。
射仪和中间段大气透射仪跑道视程数据进行对比分析，得到以下结论：（1）大气透射仪的跑
道视程数据大于等于前向散射仪的跑道视程数据的比例为 96%， 跑道视程≤400 m 时，两
种设备相互替代性较好；（2）相比于黑夜，白天情况下前向散射仪的跑道视程数据更接近 25
方向大气透射仪的跑道视程数据；（3）相比于跑道中间段大气透射仪，跑道 25 方向前向散
由于跑道 25 方向的 MITRAS 和 FD12P 采用完 全不同的探测原理， 因此两者的测量结果必然会存 在一定的偏差。根据《民用航空机场运行最低标准制 定与实施准则》[6]的要求，当接地端 RVR 故障时，飞 机着陆时只有在 I 类运行标准下可临时由中间段 RVR 代替，而飞机起飞时 I 类、II 类运行标准下均可 临时由中间段 RVR 代替，那么这在实际运行中带来 两个问题：1.25 方向 MITRAS 故障时，FD12P 能否作 为备份设备提供 RVR 数据；2.25 方向 MITRAS 故障 时， 使用同端 FD12P 的 RVR 数据还是使用中间段
本文利用 2017 年 10 月 26 日—2018 年 3 月 14 日 中 RVR ≤600 m 时 ，25 方 向 MITRAS 和 FD12P 数据，以及 25 方向 MITRAS 和中间段 LT31 数据进 行对比分析，希望通过对历史数据分析中得出结论， 为后续 FD12P 如何使用提供数据支持。
大气透射仪与前向散射仪低能见度条件下 跑道视程数据对比分析
范大伟，曹敦波，朱国栋，肖恺倩
（民航新疆空中交通管理局，新疆 乌鲁木齐 830016）
摘 要： 利用 2017 年 10 月 26 日—2018 年 3 月 14 日期间， 乌鲁木齐机场跑道视程≤
600 m 时跑道 25 方向大气透射仪和前向散射仪的跑道视程数据， 以及跑道 25 方向大气透
研究论文
沙漠与绿洲气象
Desert and Oasis Meteorology
第 13 卷 第 4 期 2019 年 8 月
范大伟，曹敦波，朱国栋，等.大气透射仪与前向散射仪低能见度条件下跑道视程数据对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2019，13（4）：58-63. doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2019.04.009
范大伟等：大气透射仪与前向散射仪低能见度条件下跑道视程数据对比分析
LT31 的 RVR 数据临时代替 25 方向的 RVR 数据。 近年来， 国内在大气透射仪和前向散射仪测量
数 据 对 比 方 面 做 了 很 多 工 作 。 如 濮 江 平 等 [7]对 VAISALA 和 PRESENTEY 公司生产的 5 套大气透 射仪和前向散射仪进行对比试验，能见度低于 2000 m 时，所有参试仪器测试结果的走势都是一致的；2009 年田丽[8]对大连机场德国 IMPUSIK 的大气透射仪和 芬兰 VAISALA 的前向散射仪进行比对试验， 得出 在低能见度条件下前散射仪的测量值与大气透射仪 的测量值存在一定的偏差；明虎等[9]对西安咸阳机 场 VAISALA 的大气透射仪 （LT31） 和前向散射仪 （FS11P）进行比对试验，得出在跑道视程低于 600 m 时，两种设备相互替代性较好。以上这些对比试验并 未 涉 及 到 乌 鲁 木 齐 机 场 正 在 使 用 的 MITRAS 和 FD12P 的数据比对，而且低能见度（RVR≤600 m）条 件下的样本数量少。