引言

能见度表征大气的混浊程度或是大气的透明度，在航空中，是影响机场运营状态的关键因素，也是航空器起降选择目视飞行或仪表飞行规则的决定性条件^[1]。尤其是在低能见度情况下，对航空运行影响很大。飞行员发现和识别地标所需的距离缩短，如无法看清地标，只凭感觉和仪表飞行，心理压力增大，容易产生操纵错误，发生飞行事故。

随着航空事业的迅速发展，国际民航组织（ICAO）要求降低机场最低运行标准，对跑道能见度测量的精度和标准化提出了更高要求。民航气象部门引进了多种能见度设备进行辅助观测，其具有自检能力，低能见度下性能好。研究指出，在0-10km能见度范围内，器测展现出较高的灵敏度和分辨率^[2-3]，提供了更为客观精确的数据来源。

阿克苏机场位于天山南麓，塔里木盆地北缘，春季沙尘等天气会引起低能见^[4]，加大航空观测和预报的难度。本文利用2017-2024年阿克苏机场能见度观测和器测数据，进行统计分析对比，了解其差异和特征，可为仪器校准和航空运行提供参考，提升我国民航气象服务的质量和精细化水平。

数据说明及预处理

利用2017-2024年阿克苏机场整点主导能见度和例行观测簿纪要栏天气演变资料，自动观测系统（AWOS）测量能见度及其它气象要素数据，统计分析其差异和分布特征，以及气象条件的影响。根据民航气象行业标准，且综合考虑管制等航空用户的需求、本场的起降标准、影响程度等，将能见度＜800ｍ定为低能见度。时间为世界时（UTC）。

自观系统得到的几种能见度数据有跑道能见度（VIS_AWOS）、气象光学视程（MOR_AWOS）、跑道视程（RVR_AWOS）、天气现象传感器探测能见度（PW_AWOS），均由前散或大透仪器通过测量大气的光学属性，推算出能见度，通过可在一定程度上弥补人工观测方法固有的规范性和客观性不足问题。对AWOS数据进行预处理，剔除缺测值，用Z-score方法检测异常值，并进行器测值之间的一致性检查。

目测与器测数据对比

研究表明，人工观测与安装于跑道同一位置的器测数据之间存在良好的一致性和相关性^[5]。对2017-2024年阿克苏机场低能见度（<800m）情况下，人工观测能见度VIS与几种器测数据进行一致性分析Bland-Altman检验（95%一致性范围），如下图1所示。四种器测方式平均偏差（Mean Bias）反映人工观测与器测数据的系统性差异，为-234.68、-302.82、50.81、-488.38m，LOA Range（95%一致性范围）表示95%的差异值分布的区间宽度，反映两种方法的一致性界限，为3647.52、5275.25、960.52、2334m。结果表明，RVR_AWOS偏差最小，一致性最好。VIS_AWOS高估能见度，一致性范围过大，PW_AWOS严重高估能见度，一致性较差，MOR_AWOS显著高估能见度，一致性最差。而且低能见度时，器测值均有可能会出现巨大的不合理的差值，使得实际较小的偏差在图中分布集中。

Figure 1.

图1 低能见度（＜800m）人工与不同器测方式（a）VIS_AWOS；（b）MOR_AWOS；（c）RVR_AWOS；（d）PW_AWOS测量值差的一致性Bland-Altman检验（95%一致性范围阴影）

Fig.1 Bland-Altman test for the consistency of the measured values of different methods （a） VIS_AWOS; （b） MOR_AWOS; （c） RVR_AWOS; （d） PW_AWOS in low visibility （<800m） with manual measurement （95% consistency range shaded）

器测偏差分布特征

分析2017-2024年阿克苏机场低能见（<800m）时AWOS器测能见度与人工观测值VIS偏差的分布特征，由于器测会产生较大误差值，掩盖差异的系统偏差和时间特性等。现用差值阈值Threshold<2000m的数据，探究低能见不同区间的偏差平均值，如下图2所示，几种器测数据的偏差分布更为显著。PW_AWOS数据明显偏高，在极低能见度（<100m）时效果好，MOR_AWOS则随能见度降低偏高值逐渐增大，VIS_AWOS的测量能力相对平均。RVR_AWOS的测量效果较好，整体低估能见度，对较高和较低值测量能力尤强。综上，在能见度极低时可参考RVR_AWOS数据，400-800m范围可结合MOR_AWOS。100-400mRVR_AWOS测量值偏低，可参考VIS_AWOS数据。这可为低能见下航空气象观测和预报提供参考。

分析其低能见情况器测与人工观测值偏差月和日变化的时间特性，如下图3所示。VIS_AWOS的正偏差在一年之中较小，春季最小。PW_AWOS平均偏差显著偏高，夏季稍好一些，RVR_AWOS因其探测视程较短在夏季效果最差，显著偏低。ANOVA分析表明，月份对大多数器测差异有显著影响，但对MOR_AWOS的差异无显著影响（F=1.82，p=0.0727 > 0.05）。在一日之中，00-15时（UTC）日出后至夜间可能出现低能见。12-02时（UTC）天黑至日出前是器测值偏差较大的时间段，14-00时夜间和中午06时显著偏低，其余时段尤其是01和13时均偏高，PW_AWOS全天偏高明显。

Figure 2.

图2 低能见度（＜800m）下不同能见度区间整点时间人工与不同器测方式测量值平均偏差分布

Fig.2 Distribution of average deviation between manual and different instrument measurement values at each hour for different visibility intervals under low visibility conditions （<800m）

Figure 3.

图3 低能见度（＜800m）下人工观测与不同器测方式测量值差平均值（a）月和（b）日分布图

Fig.3 Average difference values of manual observations and those measured by different instruments under low visibility （<800m） （a） monthly and （b） daily distribution maps

不同气象条件下的器测偏差

低能见（<800m）的发生常受到天气的影响，2017-2024年影响本场的主要天气现象有尘暴（DS）、沙暴（SS）、浮尘（DU）、雾（FG）和中等及以上强度的雪（SN）。进一步分析不同天气条件下的器测平均偏差，如下图4所示。沙尘天气（DS、SS和DU）时，器测差异都较小，除了PW_AWOS显著偏高，SS时RVR_AWOS受风沙影响可能会显著偏低。在大雾和降雪天气，能见距离较短，RVR_AWOS测量效果较好，其余值均偏高，总的来说在雾天能见度的测量结果好于降雪。由此可见，在不同低能见天气，不同器测结果差异显著，RVR_AWOS的探测效果较好，在沙尘天气尤其是SS天气时，可结合MOR_AWOS来看。

探究不同环境因素对器测值偏差的影响，低能见天气时PW_AWOS偏差与温湿度（TC_AWOS、RH_AWOS）相关分析系数分别为0.23和-0.18，其次是MOR_AWOS与温度相关性为0.2。分析低能见天气出现温湿范围内，器测平均偏差与器测温湿度关系，如下图5所示，VIS_AWOS平均偏差在温度为-5-10℃时对温度的响应较为明显。且VIS_AWOS、MOR_AWOS和PW_AWOS在高温低湿时系统偏差较大，均比RVR_AWOS的该特征显著，除VIS_AWOS外在其余情况下偏差对温湿度的响应并不明显。

Figure 4.

图4 低能见度（＜800m）下不同天气现象人工与不同器测方式测量值平均偏差分布

Fig.4 Distribution of average deviation between manual and different instrument measurement values for different weather phenomena under low visibility （<800m） conditions

Figure 5.

图5 低能见度（＜800m）下人工与不同器测方式（a）VIS_AWOS；（b）MOR_AWOS；（c）RVR_AWOS；（d）PW_AWOS测量值平均偏差与器测温湿度热力图

Fig.5 Average deviation of measurement values between manual measurement and different instrument measurement methods （a） VIS_AWOS; （b） MOR_AWOS; （c） RVR_AWOS; （d） PW_AWOS under low visibility （<800m）, and thermogram of instrument-measured temperature and humidity conditions

结论

本文利用人工观测主导能见度和器测数据，统计对比分析得出结论如下：

（1）2017-2024年阿克苏机场低能见度（<800m）下人工观测与几种器测数据进行一致性分析Bland-Altman检验，结果表明，RVR_AWOS偏差最小，一致性最好。VIS_AWOS、MOR_AWOS和PW_AWOS高估能见度，一致性较差，MOR_AWOS一致性最差；

（2）低能见不同区间内，能见度极低时可参考RVR_AWOS数据，400-800m范围可结合MOR_AWOS，100-400m可参考VIS_AWOS数据。VIS_AWOS在一年之中出现较小正偏差，春季最小，PW_AWOS和RVR_AWOS夏季能见度测量值会降低。一日之中，在12-02时（UTC）和中午06时器测值显著偏低，其余时段尤其是01和13时均偏高，PW_AWOS全天偏高明显。

（3）在不同低能见天气不同器测结果差异显著，RVR_AWOS的探测效果较好，在沙尘天气尤其是SS天气时可结合MOR_AWOS来看。PW_AWOS偏差与温湿度的相关系数分别为0.23和-0.18，其次是MOR_AWOS。VIS_AWOS平均偏差对温湿度尤其是温度-5-10℃范围内响应较明显，在高温低湿时器测系统偏差较大，RVR_AWOS稍好一些。

参考文献

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[2]吴明江,孙华,魏俊,等.能见度、天气现象器测与目测差异分析[C]//中国气象学会.中国气象学会2007年年会气象综合探测技术分会场论文集.浙江省嘉兴市气象局;浙江省嘉兴市气象局;浙江省嘉兴市气象局;浙江省嘉兴市气象局;,2007:1073-1077.

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