大氣探測學(xué)能見度知識(shí)點(diǎn)

1、大氣探測學(xué)第3章能見度的觀測1、能見度主要受懸浮在大氣中的固體和液體微粒引起的大氣消光的影響。其估計(jì)值依賴于個(gè)人的視覺和對(duì)“可見”的理解水平，同時(shí)受光源特征和透射率的影響。2、能見度概念得到廣泛應(yīng)用，一是因?yàn)樗潜碚鳉鈭F(tuán)特性的要素之一，二是因?yàn)樗桥c特定判據(jù)或特殊應(yīng)用相對(duì)應(yīng)的一中業(yè)務(wù)性參量。3、一般意義上的能見度，是指目標(biāo)物的能見距離，即觀測目標(biāo)物時(shí)，能從背景上分辨出目標(biāo)物輪廓和形體的最大距離。當(dāng)能從背景上分辨出目標(biāo)物輪廓和形體時(shí)，通常稱目標(biāo)物“能見”。4、目標(biāo)物的最大能見距離有兩種定義法。一種是消失距離，它是指當(dāng)觀測者逐漸退離目標(biāo)物，直至目標(biāo)物從背景上可以辨別時(shí)的最大能見距離。另一種是發(fā)現(xiàn)距

2、離，它是指當(dāng)觀測者從遠(yuǎn)處逐漸走近目標(biāo)物，直至將目標(biāo)物從背景上辨認(rèn)出來時(shí)的最大能見距離。5、目標(biāo)物的消失距離要比發(fā)現(xiàn)距離大。6、按照觀測者與目標(biāo)物的相對(duì)位置，能見度分為水平能見度、垂直能見度和傾斜能見度。7、垂直能見度和傾斜能見度對(duì)地面向上觀測云或其他空中目標(biāo)物以及從空中向下觀測目標(biāo)物有影響。8、能見度影響因子：目標(biāo)物的背景的亮度對(duì)比、觀測者的視力一對(duì)比視感閾（白天）、大氣透明度。9、目標(biāo)物和背景的色彩不同也影響到能見與否，但色彩的感覺只有在足夠的光亮度條件下才能產(chǎn)生。亮度對(duì)比相對(duì)于色彩對(duì)比在目標(biāo)物識(shí)別中顯得更重要，是起決定作用的因素。10、最小亮度的對(duì)比值叫做人眼的對(duì)比視感閾，取決于兩個(gè)因素：

3、視場內(nèi)照明情況，即場光亮度；目標(biāo)物視張角。場光亮度越低，目標(biāo)物視張角越小。白天，對(duì)比視感閾變化不大，黃昏時(shí)，對(duì)比視感閾迅速增大。11、柯什密得提出將0.02作為正常視力的人，在白晝野外，觀測比較大的物體（如視張角大于0.5。）時(shí)的對(duì)比視感閾值，此值對(duì)應(yīng)于消失距離值。而對(duì)應(yīng)于發(fā)現(xiàn)距離，對(duì)比視感閾可取為0.05。12、在白天光照條件下眼睛的感光效率在波長為550nm時(shí)達(dá)到最大值。在夜間暗光條件下，最大感光效率與507nm波長相對(duì)應(yīng)。13、大氣透明程度是影響能見度的主要因子。14、大氣中氣體分子及懸浮微粒通過散射、吸收及反射等機(jī)制對(duì)光起衰減作用，導(dǎo)致目標(biāo)物固有亮度減弱，這一現(xiàn)象稱之為物光減弱。15、

4、空氣元對(duì)場入射光的散射，使空氣層本身有了亮度，從而使空氣層像一層亮紗附加在目標(biāo)物上，使目標(biāo)物亮度增強(qiáng)，這一現(xiàn)象稱之為氣幕光增強(qiáng)。16、純大氣分子影響時(shí)，最大能見度可達(dá)277km,而在霧和沙塵暴天氣中的能見度可低達(dá)幾十米，甚至只有幾米。17、目標(biāo)物的能見與否與目標(biāo)物和背景的亮度對(duì)比有關(guān)。由于大氣中分子和懸浮微粒的影響，人眼見到的目標(biāo)物亮度（稱之為視亮度）與目標(biāo)物固有亮度是不一樣的，同樣，背景的視亮度與其固有亮度也不同。18、氣幕光的強(qiáng)度隨著水平空氣柱長度的增加而增加，當(dāng)空氣柱為無窮長時(shí)，此時(shí)氣幕光的強(qiáng)度就是水平天空的視亮度。19、目標(biāo)物視亮度是目標(biāo)物固有亮度經(jīng)空氣層衰減后的亮度與目標(biāo)物至觀測者之

5、間的空氣層所產(chǎn)生的氣幕光亮度之和。20、當(dāng)人遠(yuǎn)離目標(biāo)物時(shí)，不論其固有亮度多大，它的視亮度會(huì)逐漸趨近于水平天空的亮度，最后這目標(biāo)物消失于水平天空背景之中。而且空氣愈渾濁，最后消失所需的距離愈短。21、科希米得定律：表示了以天空為背景的目標(biāo)物視亮度對(duì)比隨距離衰減的規(guī)律。22、當(dāng)以天空為背景的目標(biāo)物視亮度對(duì)比衰減使得其等于人眼對(duì)比視感閾時(shí)，相應(yīng)的距離就稱為該目標(biāo)物的最大能見距離。23、WMO規(guī)定，白天氣象能見度是指正常視力的觀測者相對(duì)于霧、天空等散射光背景下觀測時(shí)，一個(gè)安置在地面附近的適當(dāng)尺度大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認(rèn)出的最大距離。24、當(dāng)看到目標(biāo)物卻不能辨認(rèn)出它是什么時(shí)，并不能算是“能見”。2

6、5、民航規(guī)定的最大能見距離要比氣象上規(guī)定的最大能見距離偏低約30%。26、由于測站周圍各方向能見距離有可能不一致，應(yīng)記錄有效能見度值，即觀測點(diǎn)周圍一半以上范圍內(nèi)都能達(dá)到的最大能見距離。27、選擇目標(biāo)物時(shí)，應(yīng)盡量選擇以靠近地平線的天空為背景的固定的黑色或接近黑色的物體，顏色愈暗愈好，應(yīng)盡量避免使用淺色、光亮耀眼的物體或以大地為背景的物體。28、通常視張角應(yīng)在0.5°5°之間，目標(biāo)物的仰角不宜過高，一般小于6°。某些山區(qū)站，由于條件限制，可以放寬到小于11°。29、如果目標(biāo)物的背景為地物，如山脈、森林等，則目標(biāo)物與背景之間的距離至少應(yīng)是目標(biāo)物與觀測點(diǎn)之間距離

7、的一半。30、在沙漠、草原、海島或其他地物稀少的地區(qū)，可人工設(shè)置目標(biāo)物，材料因地制宜，可采用木板、土墻、水泥預(yù)制件等，向著觀測點(diǎn)的一面涂以黑色。31、當(dāng)目標(biāo)物不是視角0.5°5。的黑色目標(biāo)物時(shí)，可參照下表進(jìn)行修正。將觀測的目標(biāo)物的最大距離除以能見度系數(shù)，即可估計(jì)能見度大小。表3.2某些情況的能見度系數(shù)目標(biāo)木建筑物（房屋板棚、木架）紅磚建筑物白磚建筑物針葉樹背景森林地面雪有云天空森林草地有云天空森林草地有云天空草地沙地地面雪有云天空能見度系數(shù)0.890.550.990.970.760.740.980.890.780.940.520.720.570.970.99表3.3不同視角目標(biāo)的能見

8、度系數(shù)視角（）20以上15129632能見度系數(shù)1.000.940.900.840.770.5032、如果在一定高度的觀測點(diǎn)上，剛好能看清天水線，則該方向的能見度即等于天水線至觀測點(diǎn)的距離；如果天水線很清晰，應(yīng)該判定該方向的能見度大于天水線至觀測點(diǎn)的距離；如果天水線模糊或看不見，應(yīng)該判定能見度小于天水線至觀測點(diǎn)的距離。表3.4觀測點(diǎn)高度與天水線至觀測點(diǎn)距離之間的關(guān)系觀測點(diǎn)高度（m）12345678天水線距離（m）360050006200710080008700940010100觀測點(diǎn)高度（m）9101520305070100天水線距離（m）107001130013800160001960025

9、2002990035700注：觀測點(diǎn)高度是指觀測員的眼睛距海（湖）面高度。33、對(duì)于夜間氣象能見度，只能用發(fā)光物體（燈光）作目標(biāo)物。人眼在夜間對(duì)燈光目標(biāo)物的識(shí)別是由于光源在眼睛上產(chǎn)生的照度超過了人眼的感光閾值。34、WMO在氣象儀器與觀測方法指南中對(duì)夜間氣象能見度給了兩種定義：a假象總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)尺度的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認(rèn)出的最大距離（實(shí)際業(yè)務(wù)工作中此種方法表示夜間氣象能見度，這樣表示后，夜間氣象能見度僅與大氣透明程度有關(guān)，而與燈光強(qiáng)度無關(guān)，并且可以與白天氣象能見度相比較）；b中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識(shí)別的最大距離。35、夜間氣象能見度觀測，應(yīng)在觀測點(diǎn)周圍安置或選擇若干

10、個(gè)點(diǎn)光源，測出其方位、距離和發(fā)光強(qiáng)度。選擇目標(biāo)燈時(shí)，應(yīng)選擇位置和亮度穩(wěn)定、單獨(dú)的白熾燈，無聚光罩，并能清楚地辨認(rèn)出發(fā)光點(diǎn)。不宜選擇成群的、難以辨認(rèn)的發(fā)光點(diǎn)、位置不固定或時(shí)亮?xí)r暗的燈。在缺少白熾燈的情況下，也可適量選用其他顏色的燈作為輔助目標(biāo)燈。36、白天氣象能見度計(jì)算公式燈光強(qiáng)度單位：坎德拉。表3.5燈光瓦數(shù)和發(fā)光強(qiáng)度換算表燈光（W）1525406075100150200300燈光強(qiáng)度（cd）9.815.727.443.157.878.2145.0195.0296.937、WMO的儀器和觀測方法委員會(huì)（CIMO）于1957年提出了“氣象光學(xué)距離（MOR）”的定義。38、氣象光學(xué)距離亦稱氣象光學(xué)

11、視距或氣象光學(xué)視程，是指由白熾燈發(fā)出的色溫為2700K的平行光速的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度。39、氣象光學(xué)距離與白天氣象能見度從定義上只相差一個(gè)百分比，即嚴(yán)格遵從氣象光學(xué)距離定義的測量值要比遵從白天氣象能見度定義的觀測值大約小30%,但與國際民航組織定義的能見度是一致的。40、目前常用的測量MOR的儀器主要分為兩類：a用于測量有限距離的水平空氣柱的消光系數(shù)或透射因子的儀器；b用于測量小體積空氣對(duì)光的散射系數(shù)的儀器。41、利用攝像技術(shù)測量能見度的方法實(shí)際上是利用了白天氣象能見度的觀測理論，即柯什密得定律。42、透射能見度儀是通過測量水平空氣柱的平均消光系數(shù)來測量能見度的，

12、它是最接近氣象光學(xué)距離定義的測量方法，簡稱為透射儀。透射儀主要由發(fā)射器和接收器組成。發(fā)射器提供一個(gè)經(jīng)過調(diào)制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一個(gè)光檢測器組成。43、透射儀有兩種類型：a雙端式透射儀（發(fā)射器和接收器分別處于兩個(gè)單元內(nèi)且彼此之間的距離已知），b單端式透射儀（發(fā)射器和接收器在同一單元內(nèi)，發(fā)射的光由相隔很遠(yuǎn)的鏡面或后向反射器（光束射向反射鏡并返回）反射）。44、發(fā)射器和接收器之間的光束傳輸?shù)木嚯x稱作基線?；€的長短取決于所測MOR值的范圍和準(zhǔn)確度要求，基線一般可從幾米到150m（甚至300m）,通常MOR測量范圍在基線長度的125倍為宜。45、為了保持透射儀長期測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，首

13、先要保持光通量的穩(wěn)定。最常用的光源是鹵燈或疝氣脈沖放電管，在一些基線很短（幾米）的場合中，可采用近紅外單色光的光電二極管作為光源。46、接收機(jī)除了疝光燈源、閃光控制器與觸發(fā)基座外，基本結(jié)構(gòu)與發(fā)射機(jī)相似。47、加熱控制包括對(duì)光學(xué)部件和保護(hù)窗的加熱，從而使光學(xué)部件維持在恒定溫度，并防止窗表面的水汽凝結(jié)。加熱控制器根據(jù)測量的溫度信號(hào)與設(shè)定溫度的差值來確定是否加熱及加熱功率。48、污染檢測器由光發(fā)射器和光接收器組成，用于測量保護(hù)窗上的污染程度，以補(bǔ)償因污染造成的透射因子衰減。49、MITRAS透射儀有四種工作模式：測量模式（1s一次，30s一次平均值）、經(jīng)濟(jì)模式（能見度好時(shí)使用；采樣間隔：VVW200

14、0m時(shí)，閃爍間隔1s,VV>10000m時(shí)，閃爍間隔10s）、污染補(bǔ)償模式（防護(hù)窗污染時(shí)，1小時(shí)一次）、深度污染補(bǔ)償模式（人工測試時(shí)，1min一次，1小時(shí)一次平均值作為補(bǔ)償參數(shù)）。50、光在大氣中衰減是由空氣分子和氣溶膠粒子等的散射和吸收所引起的。51、研究表明，在工業(yè)區(qū)附近，由于污染物的出現(xiàn)，冰晶（冰霧）或塵埃可使吸收項(xiàng)明顯增強(qiáng)。然而，在自然霧中，吸收通常可忽略，散射系數(shù)可視作與消光系數(shù)相同。因此，用于測量散射系數(shù)的儀器可用于估計(jì)MOR。52、目前主要有三種散射系數(shù)的能見度儀：后向散射能見度儀、前向散射能見度儀、積分能見度儀。53、后向散射能見度儀：是通過測量取樣空氣塊的后向散射光來測

15、量能見度的。通常在儀器內(nèi)并排的安裝光發(fā)射器和散射光接收器。儀器可以放置室內(nèi)，打開窗戶向外發(fā)射并接收其回波信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)能見度測量，常可以制成便攜式。透鏡加熱器用于防止在透鏡上發(fā)生露或霜的凝結(jié)（華），防護(hù)罩用于防止降水或減少雜散光及灰塵的影響，警報(bào)器用于防止LED過大的驅(qū)動(dòng)電流的警報(bào)。54、前向散射能見度儀：是通過測量某一散射角度的散射光來測量能見度的。發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖光，大氣中各種粒子對(duì)該入射光的散射形成散射光，發(fā)射與接收相交的體積中的散射能量被接收機(jī)接收到，測量該散射能量便能通過計(jì)算確定能見度。發(fā)射光束和接收光束之間的夾角稱為散射角，一般選定在20。50。之間的某一角度，大多數(shù)選在35。，這是因

16、為在這一角度范圍內(nèi)，散射系數(shù)與某一限定角度的散射光強(qiáng)之間具有較好的相關(guān)性，且大氣散射相函數(shù)與氣溶膠譜之間不敏感。55、前向散射能見度儀由于有兩套接收探頭，從而最大限度地減少了以下三種主要因素變化對(duì)大氣消光系數(shù)測量造成的影響：a溫度漂移或發(fā)射頭壽命等原因造成的發(fā)射光源強(qiáng)度值變化；b鏡頭污染所造成白誤差積累；c接收頭的靈敏度受溫差等影響而產(chǎn)生的變化。56、一般，溫度每升高1C,作為光源的紅外發(fā)光二極管的能量減少0.6%。如果不進(jìn)行溫度補(bǔ)償，則每天20c左右的溫差可造成10%15%的測量誤差。57、積分能見度儀是以測量盡可能寬的角度（理想為0。180。，但實(shí)際上大約為0。120。）中的散射為基礎(chǔ)的。

17、并未廣泛地用于測定MOR,但這種儀器卻常用于測定污染物。58、能見度儀的誤差因子：a校準(zhǔn)誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)從而影響消光系數(shù)）。b系統(tǒng)的電子設(shè)備的不穩(wěn)定性。c消光系數(shù)作為低通信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送時(shí)受到電磁場的干擾（尤其是在機(jī)場），最好是對(duì)此類信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。d來源于日出或日落的干擾和初始定向不良。e大氣污染沾污光學(xué)系統(tǒng)。雨或伴隨強(qiáng)風(fēng)的猛烈暴雨的大量水滴和固體顆粒覆蓋在光學(xué)系統(tǒng)上，是導(dǎo)致MOR測量誤差的主要因素，甚至?xí)氯鈱W(xué)系統(tǒng)，從而損害它。f局地大氣狀況（陣雨和強(qiáng)風(fēng)、雪等）導(dǎo)致不具代表性的消光系數(shù)讀數(shù)或背離科希米得定律或使得得出的散射系數(shù)不同于相應(yīng)的消光系數(shù)。59、若出現(xiàn)

18、不均勻的霧或局地的雨或雪暴時(shí)，能見度儀的示值可能會(huì)與人工觀測值出現(xiàn)較大的偏差。60、能見度儀應(yīng)安置在能確保測量對(duì)預(yù)定目的具有代表性的地方。61、對(duì)于航空應(yīng)用來說，能見度儀應(yīng)安置在機(jī)場跑道附近。62、透射儀或散射儀的取樣空氣高度應(yīng)與觀測者的眼睛在同一水平面上，大約離地面1.5m左右O63、透射儀必須安置的使太陽在一天內(nèi)任何時(shí)刻都不要出現(xiàn)在接收端光場內(nèi)，對(duì)緯度50°以內(nèi)的地方，可采用水平地順南北光軸（偏差可達(dá)45。），或采用屏蔽或擋板來達(dá)到這種要求。64、為了獲得滿意和可靠的觀測結(jié)果，用于MOR測定的能見度儀必須在規(guī)定的條件下操作和維護(hù)，定期檢查和校準(zhǔn)，持續(xù)保持良好的工作狀態(tài)和最佳性能。65、當(dāng)有強(qiáng)大的上升氣流或暴雨之后，接近地面的氣層中的消光系數(shù)會(huì)有明顯的改變。66、通常用跑道視程（RVR作為航空上能見度的度量。67、所謂跑道視程（RVR）,是指在跑道中線上，航空器上的駕駛員能看到跑道面上的標(biāo)志或跑道邊界燈或中線燈的最遠(yuǎn)距離。進(jìn)行跑道視程估計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從駕駛員在航空器中