大氣探測學(xué) 能見度的觀測

第三章能見度的觀測能見度白天能見度的觀測夜間能見度的觀測目標(biāo)物分布圖影響能見度的因子能見度的儀測3.1能見度能見度用氣象光學(xué)視程(MOR)表示。氣象光學(xué)視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路途長度。白天和夜間能見度所謂“能見”，在白天是指能看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物的輪廓和形體；在夜間是指能清楚看到目標(biāo)燈的發(fā)光點(diǎn)。凡是看不清目標(biāo)物的輪廓，認(rèn)不清其形體，或者所見目標(biāo)燈的發(fā)光點(diǎn)模糊，燈光散亂，都不能算“能見”。白天能見度是指視力正常(對比感閾為0.05)的人，在當(dāng)時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適度)的最大距離。實際上也是氣象光學(xué)視程。夜間能見度是指：⑴假定總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認(rèn)出的最大距離。⑵中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識別的最大距離人工觀測能見度，一般指有效水平能見度。有效水平能見度是指四周視野中二分之一以上的范圍能看到的目標(biāo)物的最大水平距離。能見度觀測儀測定的是一定基線范圍內(nèi)的能見度。能見度觀測記錄以千米（km）為單位，取一位小數(shù)，第二位小數(shù)舍去，不足0.1km記0.0。3.2白天能見度的觀測白天目標(biāo)物的選擇應(yīng)在氣象站四周不同方向、不同距離上選擇若干固定能見度目標(biāo)物，其要求如下：顏色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度要一年四季不變或少變的。淺色、反光強(qiáng)的物體不適宜選為目標(biāo)物。應(yīng)盡可能以天空為背景，若以其他物體(如山、森林等)為背景時，則要求目標(biāo)物在背景的襯托下，輪廓清晰，且與背景的距離盡可能遠(yuǎn)一些。大小要適度。近的目標(biāo)物可以小一些，遠(yuǎn)的目標(biāo)物則應(yīng)適當(dāng)大一些。目標(biāo)物的大小以視角表示（），目標(biāo)物的視角以0.5°～5.0°之間為宜。仰角不宜超過6°。在沙漠、草原或其他地物稀少的地區(qū)，可采用人工設(shè)置目標(biāo)物，并視其清晰程度來判定能見度。人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多用來估計1km以內(nèi)的能見度，物體大小要適度，材料因地制宜(木板、土墻、水泥預(yù)制件等)，向著觀測點(diǎn)的一面應(yīng)涂成黑色。觀測

觀測能見度必須選擇在視野開闊，能看到所有目標(biāo)物的固定地點(diǎn)作為能見度的觀測點(diǎn)；觀測四周事先測定的各目標(biāo)物，根據(jù)“能見”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見”的最近目標(biāo)物，從而判定當(dāng)時的能見距離。如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒有更遠(yuǎn)的或看不到更遠(yuǎn)的目標(biāo)物時，可參考下述幾點(diǎn)酌情判定：目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分(如村莊的單個樹木、遠(yuǎn)處房屋的門窗等)清晰可辨時，能見度通常可定為該目標(biāo)物距離的5倍以上；目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分隱約可辨時，能見度可定為該目標(biāo)物距離的2.5到5倍；目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分很難分辨時，能見度可定為大于該目標(biāo)物的距離，但不應(yīng)超過2.5倍。運(yùn)用以上幾點(diǎn)時，應(yīng)考慮到目標(biāo)物的大小，背景顏色，以及當(dāng)時的光照等情況；四周各方向能見度大致相同時，任一方向的能見度，均可作為有效能見度。四周多數(shù)方向的能見度大致相同時，多數(shù)方向中任一方向的能見度，均可作為有效能見度。四周各方向的能見度不相同時，應(yīng)當(dāng)確定一個多數(shù)方向上都能達(dá)到的最大能見度，作為有效能見度。確定的方法是：先按各方向能見度的實際情況，將視野劃分為若干個扇形區(qū)，每個扇形區(qū)內(nèi)的能見度大致相同；然后，將各扇形區(qū)所占的范圍（角度），按能見度由大到小的次序逐一相加，直到視野范圍剛好超過一半（180度），則最后被加的那個扇形區(qū)的能見度，即為有效能見度。例題若某站某時觀測的能見度如圖所示，則可判斷有效能見度為

米45003.3夜間能見度的觀測燈光目標(biāo)物的選擇：有條件地方，均應(yīng)在各個方向選擇一些固定的目標(biāo)燈或?qū)ｉT設(shè)置的目標(biāo)燈作為觀測能見度的依據(jù)。對目標(biāo)燈的要求如下：應(yīng)選擇孤立的點(diǎn)光源作為目標(biāo)燈，不宜選擇成群、成帶、重疊的燈光；燈光強(qiáng)度應(yīng)固定不變；應(yīng)是不帶顏色、沒有燈罩的白色光源(除白熾燈外，碘鎢燈、汞燈等均不適宜)；應(yīng)位于開闊地帶，不受地方性煙霧的影響。選擇目標(biāo)燈后，應(yīng)測定目標(biāo)燈至觀測點(diǎn)的距離并了解其功率，以及專設(shè)的目標(biāo)燈，均應(yīng)按表2查出其相當(dāng)?shù)陌滋炷芤娋嚯x，并繪制成燈光目標(biāo)物圖。夜間能見度的觀測夜間觀測能見度時，觀測員應(yīng)先在黑暗處停留5～15分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進(jìn)行觀測，根據(jù)最遠(yuǎn)目標(biāo)燈能見與否確定能見距離；在無條件利用目標(biāo)燈進(jìn)行觀測的情況下，根據(jù)天黑前能見度的實況和變化趨勢，結(jié)合觀測時天氣現(xiàn)象、濕度、風(fēng)等氣象要素的變化情況，以及實踐經(jīng)驗加以判定；月光較明亮?xí)r，可根據(jù)目標(biāo)物的能見與否來判定能見度。如能清楚分辨時，能見距離可定為大于該目標(biāo)物的距離。3.4目標(biāo)物分布圖目標(biāo)物選定后，要測定觀測點(diǎn)與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)物所在的方位。目標(biāo)物的距離和方位可用儀器實測或從大比例尺的地圖上量取。分布圖繪制在紙上畫九個同心圓。圓心代表觀測點(diǎn)，自近而遠(yuǎn)地每圈分別代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0km的距離；所有的目標(biāo)物（以其簡略圖形或編號）按其所在方位、距離，分別標(biāo)在相應(yīng)的位置上(見圖1)。近距離的目標(biāo)物也可單獨(dú)繪制，以使圖面更為清晰。

3.5影響能見度的因子大氣透明度目標(biāo)物和背景的性質(zhì)—亮度對比K觀測者的視覺性能—眼睛的對比視感閾ε1.大氣透明度： 大氣透明度是影響能見度的主要因子。大氣中的氣溶膠粒子通過反射、吸收、散射等機(jī)制削弱光通過大氣的能量。導(dǎo)致目標(biāo)物固有亮度減弱。所以，大氣中雜質(zhì)愈多，愈渾濁，能見度就愈差。2.目標(biāo)物和背景的亮度對比在大氣中目標(biāo)物能見與否，取決于本身亮度，又與它同背景的亮度差異有關(guān)。比如，亮度暗的目標(biāo)物在亮的背景襯托下，清晰可見；或者亮的目標(biāo)物在暗的背景下，同樣清晰可見。 表示這種差異的指標(biāo)是亮度的對比值K。亮度對比值C：設(shè)BO為目標(biāo)物的固有亮度，即近在眼前時看見的目標(biāo)物的光亮度，BO′為背景的固有亮度，則K的定義為，或當(dāng)BO=BO′時，K=0，表示二者無亮度差異，無法辨認(rèn)目標(biāo)物；當(dāng)BO=0時，K=1，目標(biāo)物是絕對黑體，表示二者無亮度差異最大，目標(biāo)物清晰可見。kk3.觀測者的視力指標(biāo)——對比視感閾ε

在白天，當(dāng)K=0時，難以準(zhǔn)確辨別目標(biāo)物。當(dāng)K逐漸增大，即亮度差異逐漸增大，當(dāng)K值增大到某一值時，才能準(zhǔn)確地辨別目標(biāo)物。這個亮度對比值叫做對比視感閾，用ε表示。 當(dāng)K>ε時，目標(biāo)物可見；當(dāng)K<ε時，目標(biāo)物不可見；當(dāng)K=ε時，目標(biāo)物若隱若現(xiàn)，為臨界狀態(tài)。

ε的大小主要取決于觀測者的視力，觀測時的光照條件和目標(biāo)物視角的大小。

一個是現(xiàn)場照明情況，即場光亮度，場光亮度越大，ε值越??；另一個是目標(biāo)物的視張角拜克維爾(Backwell)經(jīng)過大量實驗研究，得出了現(xiàn)場照明光亮度越低，目標(biāo)物視張角越小，ε值越大的結(jié)論。比如對同一觀測者，白天ε值變化不大，但到黃昏時，ε值迅速增大。能見度的區(qū)別能見度的區(qū)別3.6能見度的器測法能見度測量基本方程（布格-朗伯定律）：透射因子取T=0.05，氣象光學(xué)視程MOR均可寫成兩種常見能見度觀測儀器透射式能見度儀散射式能見度儀透射儀由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，它們分開放置，發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號通過一段距離（基線長度）后，被接收機(jī)接收，將接收和發(fā)射的信號進(jìn)行比較，計算出透射率，然后確定出消光系數(shù)，再利用下述公式即可求出氣象能見度。1透射式能見度儀1透射式能見度儀透射能見度儀測定氣象光學(xué)視程是根據(jù)準(zhǔn)直光束的散射和吸收導(dǎo)致光的損失的原理，所以它與氣象光學(xué)視程的定義密切相關(guān)，觀測的能見距離與能見度很一致。發(fā)射器和接收器之間光束傳遞距離稱為基線，可從幾米到150m。它取決于氣象光學(xué)視程值的范圍與測量結(jié)果應(yīng)用情況。單端透射儀反射鏡存在問題由于透射型能見度儀的測量原理與氣象光學(xué)距離的定義密切相關(guān)，因此其測量的結(jié)果與氣象光學(xué)距離很一致，通常認(rèn)為一個設(shè)計較好的透射型能見度儀的測量結(jié)果是準(zhǔn)確的。但由于需要選擇一條足夠長的基線，而且要保持光源到探測器的光軸準(zhǔn)直，因此，透射型能見度儀在使用中也會帶來一些問題，如在自然條件下，大風(fēng)引起支架的顫動將會造成一定的測量誤差。這類儀器在操作和使用方面的特點(diǎn)，使它特別適合于航空氣象觀測的需要。但是這并不排除在基本天氣觀測或氣候觀測方面的使用，因為此測量簡而易行。缺點(diǎn)此儀器所測的大氣柱長度常小于氣象光學(xué)視稱，一般認(rèn)為這個距離太短。不過這可以通過擴(kuò)展觀測時段，在該時段內(nèi)進(jìn)行一系列觀測而部分地得到彌補(bǔ)。適用性2散射式能見度儀散射能見度儀是測量散射系數(shù)從而估算出氣象光學(xué)視程的儀器利用空氣散射，測量能見度，主要有三種方式：側(cè)向、后向和前向型優(yōu)點(diǎn)：基線長度短，容易對準(zhǔn)。圖為一個前向散射能見度儀，由發(fā)送器、接收器與處理器組成。發(fā)射器發(fā)出近紅外光脈沖，接收器測量的是與發(fā)射光束成33°角的散射光束，然后由處理器計算出氣象光學(xué)視程。通過檢測前向散射光強(qiáng)度，可求得大氣散射系數(shù)，然后換算成消光系數(shù)，最后計算出能見度值優(yōu)點(diǎn)：散射能見度儀的基線長度很短，光源與接收安在同一支架上，避免基線難以對準(zhǔn)的缺陷。缺點(diǎn)：只測量很小體積的空氣樣本，不夠精確。VaisalaFS11VisibilitySensor測量樣本空氣團(tuán)的后向散射系數(shù)VaisalaTransmissom