雾中能见度与液态水含量的关系外文翻译资料

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雾中能见度与液态水含量的关系

RALPH G.ELDRIDGE

摘要

当研究能见度和液态水含量的关系时，我们可以用雾滴大小分布模型技术来证明所测雾滴大小分布范围的重要性。采用这种方法，由两套雾滴大小分布出发得到的两种明显不同的能见度和液态水含量关系曲线显示出很好的一致性。

1. 引言

在Platt（1970）的文章里，虽然雾中能见度和液态水含量的关系并不是主要研究内容，但他提到了将Eldridge（1966）与Houghton和Radford（1938）各自得到的结果作对比时，二者出现了不一致性。因此，有必要对这种不一致性及其成因加以研究。本文就Eldridge（1966）和Houghton、Radford（1938）得到的雾滴大小分布的一个关键不同点——雾滴大小分布范围加以讨论。研究这种雾滴大小分布范围的不同能缓和两种能见度—液态水含量曲线之间的矛盾。

1. 研究背景

尽管测得的雾滴大小分布的主要特征大致相同，但每种分布在范围和数量上各有不同，这使我们难以得到液态水含量与能见度关系的确切公式。最多能得到一个大概的关系。

Aufm Kampe和Weikmann（1952）、Atlas和Bartnoff（1953）、Fritz（1954）、Eldridge（1957,1961）的文章中都对研究能见度和液态水含量关系时雾滴大小分布范围的必要性做了猜测。半径远大于几微米的液滴对液态水含量起主要贡献，而小液滴是降低能见度的最有效因子。这些学者普遍认为，要想建立能见度、液态水含量和合适的液滴大小分布间的有效关系，必须要有更多的现场观测资料。缺少了这些观测，就只能用液滴大小分布模型评估不同大小的液滴对液态水含量和能见度降低的贡献，以此来作为确定该关系的标准。

1. 液滴大小分布数据

分别由Houghton和Radford（1938）与Eldridge（1966）的数据得到的能见度—液态水含量关系间的不一致性是由液滴大小分布范围显著不同导致的。Houghton和Radford收集了分布半径从3micro;m到70micro;m的雾滴。对半径为几微米的液滴来说，这种技术的收集效率非常低。通过这种分布能得到合理的液态水含量（且利于计算远红外透过率），但会严重低估可见光的透过率。

Eldridge（1966）发表的文章中，借助米散射理论，通过测得通过雾后的光谱透射率，推算出雾滴大小分布。液滴半径大小范围为0.3—8micro;m。该范围内的液滴对降低能见度的效果最为显著，但只能解释一部分的液态水含量。

稳定的雾模型（见图1）由Eldridge（1966）的半径小于10micro;m气溶胶微滴的稳定的雾滴大小分布模型和Houghton与Radford的半径大于10micro;m液滴的稳定的雾滴大小分布模型组成。该模型与Neiburger和Chien（1960）提出的分布模型大致形状相同。另一条作为对照的曲线表示环境相对湿度达100％、能见度小于1km时的一种大陆性的或Junge雾霾模型（1955）。

图1 稳定的雾中气溶胶液滴大小分布模型和一种大陆型雾霾的溶胶液滴大小分布模型

1. 能见度和液态水含量关系测定

图1中稳定的雾滴大小分布模型被用来计算衰减系数，

（1）

其中，N是气溶胶粒子的总数目，是半径为的气溶胶粒子数，是取i时气溶胶粒子的平均半径。散射截面是根据米散射理论，对每个波长选用恰当的折射指数，从而计算得到的。

根据Kpschmieder（1924）公式，当波长为0.55micro;m（人眼最敏感的波长）时，能见度与衰减系数有关。

液态水含量等于雾分布模型中所有的液滴体积之和。

1. 结论

图2中显示了稳定的雾滴大小分布模型中累积衰减系数和液态水含量是微粒半径的函数。假定半径为0.1—100micro;m范围内的微粒均能满足图1中Eldridge（1966）、Houghton和Radford（1938）提出的分布模型，则图2可用来解释这些分布模型与能见度及液态水含量的关系。Eldridge分布中忽略了半径小于0.3micro;m和半径大于8micro;m的液滴，他们对衰减的贡献分别是0.09和0.05。因此，该分布能解释86％的衰减，换句话说，该分布将能见度高估了14％。同样地，该分布将液态水含量低估了33％。

图2 稳定雾模型中累积衰减和液态水含量与气溶胶液滴半径的关系

Houghton和Radford的液滴分布将能见度低估了42％，因为它忽略了半径小于3micro;m的所有气溶胶液滴。作为对比，该分布能解释至少88％的液态水含量。

总之，Eldridge分布将能见度和液态水含量分别低估了14％和33％；Houghton和Radford分布将能见度和液态水含量分别低估了42%和12%。

Platt(图2，1970)这两种能见度—液态水含量曲线在图3中用标记的虚线表示。把Eldridge曲线下移14%（降低能见度）、右移33%（提高液态水含量），则实线刚好位于标记的曲线结果的上方。采取同样的方式，把Houghton和Radford曲线下移42%、右移12%，实线位于标记曲线的下方。

图3 稳定雾模型中能见度与液态水含量关系。短虚线代表发表的原始数据，两条实线代表将原始数据修正后的修改值。长虚线代表依照文章所说方法移动后的Houghton和Radford曲线最终位置。

分析可知，当研究能见度—液态水含量关系时，恰当选择所选数据的液滴大小区间是很重要的。Platt指出的误差被降低了将近一半，而剩余的误差来源有待推测。

Houghton和Radford指出，一些半径小于10micro;m的液滴不能被他们的雾模型辨别。如果将液滴半径下限由3micro;m调整为4micro;m，就会对应图3中中间的那条虚线。该曲线与移动后的移动后的Houghton和Radford曲线间的误差会合理缩小。

Houghton、Radford和Eldridge得到的能见度—液态水含量关系间有较大误差，这主要是由于他们选用的液滴大小分布区间不同。然而，分析受限于稳定雾模型，并含有一些遗留的不确定性，因为它是基于能见度为0.11km、液态水含量为0.14gm 的模型进行的。

致谢.作者感谢海军研究办公室波士顿分区办公室指挥官，感谢他将此文作为他海军后备役现役训练的一部分。

参考文献

Atlas, D., and S. Bartnoff, 1953: C1oud visibility, radar reflectivity, and drop-size distribution. J. Meleor., 10, l43-148.

aufm Kampe, H. J., and H. K. Weikmann, 1952: Traberts formula and the determination of the water content in clouds.J. Meteor, 9, 167-171.

Eldridge, R. G., 1957: Measurements of cloud drop_size distributions. J. Me加or, 14, 55-59.

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Fritz, S., 1954: Scattering of solar energy by c1ouds of large drops.J. Meieor., 11, 291-300.

--, 1954: Smal1 drops, liquid water content, and transmission in clouds. J. Me⊠eor. 11, 428-429. (See also“Replies' immediately following.)

Houghton, H. G, and W. H. Radford, 1938: 0n the measurement of drop-size and liquid water content in fogs and c1ouds.Papers Phys. Oeeamogr. Meteor., 6, No. 4, 31 pp.

Junge, C., 1955: The siz1e distribution and aging of natura1 aerosols as determined from electrica1 and optical data of data of the atmosphere. J. Meteor.,12, 13-25.

Koschmieder, H., l924: Theorie der horizontalen Sichtweite. Beitr. Phys. Atmos., 12, 33-53.

Neiburger, M., and C. W. Chien, 1960: Computation of the growth of c1oud drops by condensation using an electronic digital computer. Physics of Precipitation, Washington, D. C., Amer. Geophys. Union, 19l-210.

Platt, C. M. R., 1970: Transmission of submillimeter waves through water clouds and fogs. J . Atmos. Sci., 27, 421-425.

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