实验室的故事|国内首个能见度计量检测实验室 “云里雾里”也要看得“清清楚楚”
图说：国家气象计量站能见度计量检测实验室（上海） 新民晚报记者 陶磊 摄 下同
延安西路上车辆总是川流不息，人行道上行人步履匆匆，繁华都市的快节奏展现得淋漓尽致。然而，坐落在延安西路上的中国气象局上海气象装备保障中心国家气象计量站能见度计量检测实验室（上海），却是一方别样的宁静天地。这里没有外界的嘈杂，只有专注与探索。作为上海最会“腾云驾雾”的实验室，同时也是我国首个、最大的能见度仪检测与标校业务实验室，它就似犀利的 “眼睛”，精准校验着遍布全国高速公路、高楼大厦等城市各个角落的大气能见度仪器，为气象现代化和城市安全默默奉献着。
7分钟内超声波起雾
一个长20米、宽3.5米、高3米的能见度环境模拟方舱是实验室的主体，静静伫立在装备中心办公楼一楼的玻璃隔间内。尽管这个银灰色的长方体“大家伙”看上去其貌不扬，却由5000多个零件、10节舱体组成，里面设有包括透射式能见度仪和标准前向散射式能见度仪等在内的40多组光学电控设备。“这是目前国内最大的能见度模拟舱，在国际上也不多见。”检验与测试科科长隋一勇说，“能见度是浓雾、霾等天气判断的主要气象要素。以前，国内外对于能见度仪器的检测大多放在户外，但是，这就得靠天吃饭，要偶遇能见度500米以下的天气更是难上加难。再加上受到刮风、下雨、灰尘等很多不可控因素影响，检验效率并不高。”因此，2014年，中国气象局上海气象装备保障中心就开始探索建设我国首家能见度计量检测实验室，光是图纸就设计了500多份。整个实验室的建造花费了2年的时间，2016年开始投入试运行。
图说：7分钟左右，实验舱就能人工模拟出10米以下的能见度环境
和往常一样，今天上午10时，隋一勇又按下了实验舱外操控台上的红色起雾按钮，为舱内7台设备打造一个“腾云驾雾”的环境。方舱内，超声波起雾装置开始发出轻微的嘶嘶声。透过舱门上直径约莫30厘米的玻璃窗可以看到，细密的水雾开始缓缓出现，如同薄纱般在空气中轻轻飘荡。随后，它们慢慢聚集在一起，方舱内的景象也渐渐变得朦胧起来，仿若被云雾笼罩的仙境一般。不到7分钟，方舱内就被浓雾填满，看不清里面原本的模样。“舱体内，顶部设有正压静压舱，底部设有负压静压舱。上下静压舱内均设有多气口分布式管路结构，检测每个气口附近的空气流速和气压变化，调节电控阀门使测量数据保持在一定范围，提高喷雾和回风的均匀性。尤其是喷雾时，水颗粒物先输送至正压舱，待充分扩散后再均匀沉降至仪器测量区域。”隋一勇说，如今，在实验舱里，7分钟左右就能人工模拟出10米以下的能见度环境，关闭造雾功能30分钟左右，舱内可以营造出均匀稳定的高浓度水雾环境，开启舱内净化功能后，在5分钟内能见度又能迅速上升到10公里以上。
检测工作犹如精密手术
在方舱内进行检测工作，就如同一场精密的手术，综合运用科学方法及专业技术对气象业务使用的透射式能见度仪、前向散射式能见度仪进行检测校准。“其实，整个检测工作并不算复杂，调整方舱内参数，安装、调试待检仪器，最后，处理分析数据并给出检测报告。”然而，校验能见度仪器，实际上要和光打交道，很容易受到外部环境细微变化的影响，不仅舱体里的温度、湿度需要精确控制，外界的光线和噪音也会带来干扰，让检验“卡壳”，因此，看似简单、重复的检验工作，全仰仗王华和同事们这几年来小心翼翼、一丝不苟地积累。
图说：对前向散射式能见度仪校准板开展检测工作
目前，实验舱内能一次性同时检测8到10台仪器。为了让每台仪器不受到干扰，每个检测台附近都摆放了一个涂有吸光材料的黑色锥筒。“能见度仪器的工作原理，就是测量大气中的消光系数或散射光的强度来确定能见距离。锥筒的作用就是吸收散射出来的光，以此确保各个仪器之间不受相互光的干扰。”90后的王华是实验舱的“掌舵人”之一。毕业于计量专业的她是装备中心这几年引进的专业人才。
图说：王华在用微光夜视仪调整设备光路
在造雾之前，王华就在忙着仔细调整仪器和锥筒位置，每次不超过1度的调整全凭经验。她的眼神专注而锐利。随后，她又熟练地连接线路，调整参数，让仪器在云雾中准确地工作。实验室里安静极了，只有仪器发出的轻微声响，和他们偶尔的低语声。整个检测过程中，王华们需要时刻保持高度的专注和耐心。他们不仅要关注仪器上的数据变化，还要注意环境因素对检测结果的影响。有时候，他们需要在狭小的空间里操作复杂的设备，就像在迷宫中寻找出口一样。他们的动作必须精准无误，否则就可能导致检测结果的误差。“能见度仪器的标准校准，就像摸着石头过河，是一个从0到1的过程。一开始，你不知道锥筒该调成什么角度，也吃不准为什么后台数据传输不稳定。”在一次检测中，王华发现一台能见度仪的读数异常不稳定，她不断调整锥筒的角度，竟然在小小的实验室里走出了六七千的步数，终于在不断的精调过程中使仪器的读数恢复了正常。
未来建立计量检定国家标准
我国是世界上自然灾害发生最多的国家之一。进入21世纪以来，雾霾等天气发生的频率和严重程度有增加的趋势，对人们的生活、生产影响越来越大。秋冬季的高速公路等区域容易出现的团雾，也是一种带来极大安全隐患的低能见度天气。能见度，是反映大气透明度的一个指标，更是对航空、航海、陆上交通以及军事活动等都有重要影响的气象要素。透射式能见度仪、前向散射式能见度仪等测量大气能见度的自动化测量仪器的使用，正不断提高了气象观测自动化水平，使能见度观测更为客观、定量和规范，更好地满足预报、服务和科学研究的需要，在气象防灾减灾中发挥巨大作用。隋一勇说：“近年来，我国所有的国家级气象观测站、环境气象站、交通气象观测站都已经配备了前向散射式能见度仪。”
本以为容易起雾霾的秋冬季是实验室的旺季，没想到，为了让城市更“能见”，现在实验室一年到头都没有闲暇时光。记者在实验室看到，实验室地上整齐地摆放着20套刚检测完毕的来自全国气象部门的能见度校准片，舱外的工作台上还放置着待检的五六台仪器。“能见度实验室，虽然不直接参与气象站、交通站等站点观测，但是，承担了全国气象部门的能见度校准版检测，前向散射式能见度仪检测获得了CNAS（中国合格评定国家认可委员会）认可，为企业开展相关产品测试，还要与高校开展联合试验。”
隋一勇说，以前，能见度仪并没有一个统一的行业标准，不同的设备观测数据存在不小的误差，曾送到实验室标校的两个产品的能见度测量结果居然差了1倍。因此，实验室把所做的检测和校验摸索总结出了一套成果，主持编制了一套《前向散射式能见度仪》的气象行业标准，并于2024年4月1日正式实施。“目前，实验室对1.5公里以下的能见度校准相对误差控制在10%以内，1.5公里到10公里的能见度校准相对误差为20%以内。如果送检的设备先进，相对误差可以缩小到5%以内。”
但是，隋一勇说，实验室仍在不断探索的“成长期”，“未来，实验室将在现有能力基础上，加大对能见度量值源体系的研究，争取建立我国能见度计量检定标准，实现能见度量值传递的准确、统一。”
新民晚报记者 马丹