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The Optimization of Visibility Monitoring Network in Guangdong
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摘要: 针对广东省的能见度观测展开研究，提出了适用于能见度观测布局适应性分布研究的新方案，旨在为器测替代目测的能见度监测网提供建议。研究表明:利用广东省86个地面气象观测站的2009—2011年能见度和相对湿度日平均值资料，计算得到了品质因数 (figure of merit，FOM指数) 和空间影响范围因数 (sphere of influence，SOI指数)，并以此为依据对现有的能见度站点进行排名和分类。再根据确定的标准遴选所需站点，筛选时，如果排名低的站点影响的范围内超过50%的区域被排名高的站点影响范围所覆盖，则剔除此排名低的站点。筛选得到广东省能见度仪观测站网需要的最少站点数为43个。考虑到地形以及增加背景站等因素，最后综合考虑广东省能见度仪观测站网所需要的站点数为51个，该结果可为器测能见度观测站网建设提供参考。Abstract: Visibility is an important indicator to measure the atmospheric transparency conditions, which not only reflects the regional air quality conditions, but also closely relates to human life. Under current visibility conditions, it is crucial to implement an extensive long term stations for visibility monitoring network to track changes in visibility and determine causal mechanism for the visibility impairment in the region. The visibility observation network in Guangdong includes artificial monitoring network and the visibility sensor network. Artificial visibility observation is carried out at 86 meteorological stations every day, instrument observation is carried out at 39 stations, and the spatial distribution of stations is intensive but quite uneven. Therefore, a new method is carried out aiming at the optimization the overall arrangement of visibility monitoring network.
Based on the dataset (daily visibility and relative humidity from the 86 meteorological stations in Guangdong), the method can be applied to optimization of the overall arrangement of the establishing operational visibility sensor network in Guangdong, which will substitute the artificial monitoring network. The figure-of-merit (FOM) and the spheres of influence (SOI) are calculated, and the most desirable location is ranked and identified using the resultant FOM field. The spatial coverage for each of stations is determined by the SOI. The determination of the minimum number of stations required is carried out by deleting lower ranking stations if more than 50% of its effecting area is covered by higher ranking stations. Besides, taking the local terrain, background stations, and other factors into account, it's suggested 51 stations are required.
Above results can be applied in establishing operational visibility sensor network in Guangdong, which will substitute the artificial monitoring network. The related methods are also applicable to the overall arrangement for monitoring network of other variables. -
图 2 广东省能见度观测站点分布图
Fig. 2 The distribution of visibility monitoring stations in Guangdong
图 3 广东省2009—2011年平均能见度空间分布
Fig. 3 The spatial distribution of mean visibility from 2009 to 2011 in Guangdong
图 4 广东省2009—2011年逐年平均能见度空间分布 (a)2009年，(b)2010年，(c)2011年
Fig. 4 The spatial distribution of mean annual visibility in Guangdong (a)2009, (b)2010, (c)2011
图 5 2009—2011年逐月平均能见度空间分布
Fig. 5 The spatial distribution of monthly average visibility in Guangdong from 2009 to 2011
图 6 广东省能见度FOM指数分布 (单位:km)
Fig. 6 The spatial distribution of FOM in Guangdong (unit:km)
图 7 2009—2011年广东省能见度空间分布对比 (a)43个站组成的能见度观测网得到的能见度空间分布，(b)86个站得到的能见度空间分布，(c) 两者差值
Fig. 7 The comparison diagram of visibility spatial distribution in Guangdong from 2009-2011 (a) the visibility spatial distribution of the selected 43 stations, (b) the visibility spatial distribution of pristine 86 stations, (c) the difference value
图 8 广东省逐月能见度空间分布对比
Fig. 8 The comparison diagram of monthly visibility spatial distribution in Guangdong
图 10 2009—2011年广东省改进后与原始的能见度观测网能见度空间分布对比 (a) 改进后，(b) 原始，(c) 两者差值
Fig. 10 The comparison of visibility spatial distribution in Guangdong from 2009 to 2011 (a) the visibility spatial distribution of the improved 51 stations, (b) the visibility spatial distribution of pristine 86 stations, (c) the difference value
表 1 广东省86个站FOM指数及其代表站点
Table 1 The FOM value of 86 stations in Guangdong and their representative stations
站点 排序* 此站点能代表的站点名称 (挑选出SOI值大于0.7的站点) FOM指数 四会 1 广宁、高要、三水 6.4664 斗门 2 罗定、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、中山、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛、徐闻 7.2201 新会 3 高要、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、恩平、台山、顺德、中山、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛 8.8752 湛江 4 鹤山、新会、恩平、台山、中山、斗门、珠海、深圳、廉江、吴川、阳江、电白、上川岛、雷州、徐闻 8.9335 阳江 5 罗定、阳春、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、中山、斗门、珠海、深圳、廉江、吴川、湛江、电白、上川岛、雷州、徐闻 9.1442 台山 6 高要、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、顺德、中山、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛、徐闻 9.4518 珠海 7 鹤山、新会、台山、顺德、中山、斗门、深圳、湛江、阳江、上川岛、徐闻 10.0547 从化 8 清远、广州、增城 10.1886 佛岗 9 英德、连平、新丰、清远、广州、龙门、河源 10.2230 中山 10 高要、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛、徐闻 10.2513 乐昌 11 10.3661 开平 12 高要、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、新会、恩平、台山、顺德、中山、斗门、深圳、阳江、上川岛 10.3798 汕头 13 潮州、饶平、普宁、揭阳、潮阳、澄海、汕尾 10.3979 高要 14 曲江、英德、封开、德庆、怀集、广宁、四会、三水、广州、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、番禺、中山 10.4827 广宁 15 曲江、英德、怀集、四会、高要、三水、广州 10.5480 增城 16 清远、从化、广州、龙门 10.5652 番禺 17 英德、高要、三水、广州、南海、东莞、博罗、鹤山、顺德 10.6373 顺德 18 英德、郁南、高要、三水、广州、南海、东莞、博罗、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、番禺、中山、斗门、珠海、深圳、阳江 10.6439 深圳 19 东莞、鹤山、开平、新会、台山、顺德、中山、斗门、珠海、惠东、湛江、阳江、上川岛 10.7005 揭阳 20 揭西、潮州、普宁、汕头、汕尾 10.7347 始兴 21 南雄、曲江 10.7583 广州 22 佛岗、英德、广宁、四会、高要、三水、花都、从化、南海、东莞、河源、增城、博罗、惠阳、丰顺、鹤山、顺德、番禺 10.9177 花都 23 三水、清远、广州 10.9181 南雄 24 仁化、始兴、连平、河源 11.0811 澄海 25 潮州、饶平、汕头 11.0946 东莞 26 高要、三水、广州、南海、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、番禺、中山、深圳 11.2866 云浮 27 封开、郁南、德庆、高要、三水、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、中山 11.9637 茂名 28 12.0518 曲江 29 连南、连州、英德、始兴、怀集、广宁、高要、三水、河源 12.0922 怀集 30 连州、曲江、英德、封开、广宁、高要、三水 12.1083 新兴 31 德庆、高要、南海、东莞、罗定、阳春、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、中山 12.1481 南海 32 德庆、高要、三水、广州、东莞、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、恩平、台山、顺德、番禺、中山 12.2346 连山 33 连南 12.2383 连南 34 连州、连山、阳山、曲江 12.2427 鹤山 35 高要、三水、广州、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、开平、新会、恩平、台山、顺德、番禺、中山、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛 12.2517 汕尾 36 揭西、丰顺、潮州、普宁、揭阳、汕头、惠来、陆丰 12.2610 清远 37 佛岗、英德、花都、从化、增城 12.2695 英德 38 仁化、阳山、乳源、曲江、佛岗、连平、新丰、怀集、广宁、高要、三水、清远、广州、佛山、河源、顺德、番禺 12.2908 恩平 39 高要、南海、东莞、罗定、阳春、新兴、云浮、鹤山、开平、新会、台山、顺德、中山、斗门、廉江、湛江、阳江、上川岛 12.3029 封开 40 郁南、德庆、怀集、高要、罗定、云浮 12.3046 罗定 41 封开、郁南、高要、新兴、云浮、鹤山、开平、恩平、台山、中山、斗门、廉江、阳江 12.3618 惠来 42 汕尾 12.3855 连州 43 连南、阳山、曲江、怀集 12.3871 三水 44 曲江、英德、德庆、怀集、广宁、四会、高要、花都、广州、南海、东莞、云浮、鹤山、顺德、番禺 12.3932 德庆 45 封开、郁南、高要、三水、南海、新兴、云浮、顺德 12.4721 揭西 46 丰顺、普宁、揭阳、汕尾 12.4876 吴川 47 湛江、阳江、电白 12.6377 郁南 48 封开、德庆、罗定、云浮 12.6483 普宁 49 揭西、揭阳、汕头、汕尾 12.7815 五华 50 12.8729 惠阳 51 广州、河源、博罗 12.9316 上川岛 52 鹤山、开平、新会、恩平、台山、中山、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、雷州、徐闻 13.0361 龙门 53 佛岗、新丰、增城 13.9223 大埔 54 14.6399 新丰 55 仁化、佛岗、英德、连平、龙门、河源 15.1014 潮州 56 丰顺、饶平、揭阳、汕头、潮阳、澄海、汕尾 15.1312 连平 57 仁化、南雄、乳源、佛岗、英德、翁源、新丰 15.1674 乳源 58 仁化、英德、连平 15.2500 陆丰 59 汕尾 15.2665 惠东 60 龙川、深圳 15.4987 兴宁 61 龙川、梅县 15.5267 翁源 62 连平 15.7310 丰顺 63 广州、揭西、潮州、汕尾、 15.7658 廉江 64 罗定、阳春、恩平、遂溪、高州、湛江、阳江、电白、徐闻 15.9780 博罗 65 广州、惠阳、顺德、番禺 16.3604 梅县 66 兴宁 16.3940 潮阳 67 潮州、汕头 16.6128 仁化 68 南雄、乳源、英德、连平、新丰 16.6348 和平 69 龙川 16.8199 河源 70 南雄、曲江、佛岗、英德、新丰、龙川、广州、惠阳 17.1331 遂溪 71 廉江、雷州 17.1537 电白 72 廉江、吴川、湛江、阳江 17.2018 南澳 73 17.3649 平远 74 蕉岭 17.4526 徐闻 75 台山、中山、斗门、珠海、深圳、湛江、阳江、上川岛 18.2115 海丰 76 18.4305 雷州 77 遂溪、湛江、阳江、上川岛 18.5907 龙川 78 和平、兴宁、河源、惠东 19.6493 紫金 79 19.7063 蕉岭 80 平远 19.8054 信宜 81 20.0784 阳山 82 连南、连州、英德 20.5784 饶平 83 潮州、汕头、澄海 22.2270 化州 84 22.3586 阳春 85 高要、新兴、云浮、鹤山、开平、恩平、台山、顺德、中山、廉江、阳江 22.4352 高州 86 廉江 24.9094 注：*按FOM指数从小到大排序。 
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