中国科学院城市环境研究所杜可研究员及其研究组助理汪凯等人开发了一种基于数字摄像技术的大气能见度观测方法。大气能见度是一个重要的气象参数,能反映空气中颗粒物污染的状况,是城市环境空气质量的常规监测指标之一。准确地观测大气能见度,有助于公众准确清晰地了解大气环境状况,对居民交通出行及身体健康,具有重要的指导作用。
传统的大气能见度监测方法是目测法或大气透射仪法。目测法通过人肉眼观测来确定大气能见度,其规范性、客观性相对较差。大气透射仪通过直接测量两点间的大气消光推算大气能见度。该方法需要较长的光程,测量的可靠性受光源及感光系统工作稳定性影响。且在实际操作中,经常需要对大气透射仪进行重新标定,从而提高了系统运行及维护成本。随着数码技术的发展,数字相机越来越多地作为定量光学观测仪器应用到能见度观测中。然而,目前国内外对数字图像能见度方法的研究在拍摄对象的选取、图像信息与能见度关系的标定,以及实施的复杂性等方面存在局限性,阻碍了这类方法在能见度观测中的普遍应用。为此,杜可等人从大气辐射原理出发,应用数字相机在不同距离处对远方同一目标物进行拍摄,通过分析远近两处拍摄到的目标物与天空背景图片中目标物与天空背景对比度的差别及两相机的距离来确定大气能见度。该方法不需要假定目标物为黑体,或已知目标物距离,或对所选取景物进行标定。该方法理论上更为准确,操作上更为简单,且能在夜间观测,具有广泛的应用推广前景。
相关成果发表在大气环境领域杂志Atmospheric Measurement Techniques(Du, K.*, Wang, K., Shi, P., and Wang, Y. 2013 Quantification of Atmospheric Visibility with Dual Digital Cameras during Daytime and Nighttime, Atmos. Meas. Tech., Vol. 6, 2121-2130.)上。基于该方法的一项国家发明专利已公开。
双数字相机观测大气能见度原理图