能見(jiàn)度的觀測(cè)

能見(jiàn)度的觀測(cè)&3.1能見(jiàn)度

能見(jiàn)度是氣象臺(tái)站基本觀測(cè)項(xiàng)目之一。有“氣象能見(jiàn)度”和“有效能見(jiàn)度”之分。 氣象能見(jiàn)度：視力正常的人，在當(dāng)時(shí)氣象條件下能從天空背景中分辨出目標(biāo)物輪廓的最遠(yuǎn)距離。有效能見(jiàn)度：四周視野中，1/2以上的范圍內(nèi)，能見(jiàn)目標(biāo)物的最大水平距離。記錄單位：Km，不足100米記0.0，100米記0.1Km,依此類推。第2頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天第3頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天影響能見(jiàn)度的因子第4頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天能見(jiàn)度的區(qū)別第5頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天能見(jiàn)度的區(qū)別第6頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天&3.2影響能見(jiàn)度的因素1.大氣透明度： 大氣透明度是影響能見(jiàn)度的主要因子。大氣中的氣溶膠粒子通過(guò)反射、吸收、散射等機(jī)制削弱光通過(guò)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(jiàn)度就愈差。2.目標(biāo)物和背景的亮度對(duì)比在大氣中目標(biāo)物能見(jiàn)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(jiàn)；或者亮的目標(biāo)物在暗的背景下，同樣清晰可見(jiàn)。 表示這種差異的指標(biāo)是亮度的對(duì)比值K。

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設(shè)目標(biāo)物亮度為，背景亮度為當(dāng)，則當(dāng)，則 所以，，當(dāng)目標(biāo)物與背景亮度一致時(shí)，，則K=0，此時(shí)目標(biāo)物和背景融合，即在背景的襯托下不能辨別目標(biāo)物。 當(dāng)K在0-1范圍內(nèi)變化時(shí)，則隨K值的增大，目標(biāo)物看的越清晰。第8頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.觀測(cè)者的視力指標(biāo)——對(duì)比視感域ε

在白天當(dāng)，當(dāng)K=0時(shí)，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(shí)，才能準(zhǔn)確地辨別目標(biāo)物。這個(gè)亮度對(duì)比值叫做對(duì)比視感域，用ε表示。 當(dāng)K>ε時(shí)，目標(biāo)物可見(jiàn)；當(dāng)K<ε時(shí)，目標(biāo)物不可見(jiàn)；當(dāng)K=ε時(shí)，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(cè)者的視力，觀測(cè)時(shí)的光照條件和目標(biāo)物視角的大小。

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由實(shí)驗(yàn)得出，在白天野外光照條件下，正常人的ε值平均約為ε≈0.025。因此，聯(lián)合國(guó)氣象組織推薦日間測(cè)定能見(jiàn)度時(shí)，取對(duì)比閾值ε=0.025。 黃昏后，因亮度迅速減小，目標(biāo)物與背景逐漸融合，ε值可迅速增大到0.06-0.07。 觀測(cè)者的ε值與亮度和目標(biāo)物的視張角有關(guān)。目標(biāo)物的張角為：其中：a為目標(biāo)物的高度(m)；b為目標(biāo)物的寬度(m)；L為觀測(cè)者與目標(biāo)物之間的水平距離(km)。第10頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天&3.3目標(biāo)物的亮度方程1.目標(biāo)物亮度減弱規(guī)律：設(shè)目標(biāo)物固有視亮度為；通過(guò)距離L的空氣層后減為 由Beer定律：

其中:為大氣層消光系數(shù)，單位為如果大氣水平均一，則：

令：，T為大氣層透射率，

則有：

第11頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.氣幕光設(shè)入射到體積元上光的照度為；體積角散射系數(shù)為觀測(cè)方向散射光強(qiáng)為：令可見(jiàn)光波段散射為：人目方向原始亮度為：根據(jù)物光減弱規(guī)律，通過(guò)dL氣層減弱后的視亮度為：在距離觀測(cè)者水平距離L處，取一空氣元，其元的體積為：第12頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天從0到L積分得：為距離L內(nèi)所有空氣的氣幕光視亮度。假定水平方向空氣均一，從0到無(wú)窮遠(yuǎn)積分，得：為水平天空的視亮度，代入（3.9）式得：第13頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.人眼所見(jiàn)目標(biāo)物的總視亮度

由(3.5)和(3.11)式得：

（3.12)式為以水平天空為背景的目標(biāo)物視亮度方程。

可見(jiàn)當(dāng)L∞時(shí)，即當(dāng)遠(yuǎn)離目標(biāo)物時(shí)，不論其原始亮度多大，它的視亮度會(huì)逐漸趨近于背景亮度，最后目標(biāo)物消失于背景之中。而且，空氣越渾濁，目標(biāo)物消失的距離越短。第14頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天&3.4氣象能見(jiàn)度

影響目標(biāo)物能見(jiàn)度的因子很多，而氣象工作中，需要能見(jiàn)度只反映大氣透明狀況，這就必須選定和統(tǒng)一實(shí)行某種觀測(cè)方法，以固定其它因子，使測(cè)定的最大水平能見(jiàn)距離只表達(dá)大氣透明程度的單一因子影響。下面分白天和夜間兩種情況介紹。

1、白天氣象能見(jiàn)度（1）目標(biāo)物背景對(duì)比度衰減規(guī)律： 一般白天目標(biāo)物為擴(kuò)展反射光源，目標(biāo)物背景的固有亮度對(duì)比值，取

第15頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天

觀測(cè)者、目標(biāo)物背景的視亮度對(duì)比為:

為經(jīng)L距離后,目標(biāo)物的固有亮度;

為經(jīng)L距離后,背景的固有亮度。由（3.12）式可寫(xiě)成：第16頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天則：令：稱作傳輸函數(shù)，則有：（2）白天氣象能見(jiàn)度及其觀測(cè)法 若選擇水平天空作為背景，那么，背景的固有亮度應(yīng)等于水平天空的視亮度即則有

第17頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天稱為科希米德（Koschmieder)定律，它表達(dá)了目標(biāo)物與水平天空背景亮度對(duì)比度衰減規(guī)律。當(dāng)這種衰減達(dá)到時(shí)，相應(yīng)的能見(jiàn)度距離為L(zhǎng)若選擇深色物體作為目標(biāo)物，即，相應(yīng)再取，則定出的最大能見(jiàn)度距離為：按上述規(guī)定的條件進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)定的只與大氣消光系數(shù)成單一函數(shù)關(guān)系。它只反映大氣透明度的單一影響，故視程為氣象能見(jiàn)距離，或氣象視距。第18頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.夜間能見(jiàn)度夜間由于光照條件的限制，已不能使用一般的目標(biāo)物，而只能用發(fā)光物體作為目標(biāo)物。燈光目標(biāo)物是點(diǎn)源，不象擴(kuò)展光源那樣考慮亮度對(duì)比問(wèn)題，對(duì)其觀測(cè)要用點(diǎn)源在眼睛上產(chǎn)生的照度來(lái)衡量。而夜間決定目標(biāo)能見(jiàn)與否的眼睛的指標(biāo)是眼睛的靈敏度，即所能感受的最小照度，又叫照度視覺(jué)閾值，以表示。拜克維爾給出了與背景亮度的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式：

的值與燈光色彩有關(guān)，黃光的照度視覺(jué)閾值最大，紅光的最小，故用紅色燈光易于辨認(rèn)。第19頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天影響燈光能見(jiàn)度的因子有：燈光強(qiáng)度、大氣透明度和眼睛的靈敏度。設(shè)燈光強(qiáng)度為，與觀測(cè)者為距離L，則在觀測(cè)者眼睛上產(chǎn)生的照度可由阿拉德（Allard）定律定義：當(dāng)觀測(cè)者離燈光距離為S時(shí)，燈光產(chǎn)生的照度達(dá)到閾值，這時(shí)目標(biāo)燈恰好能見(jiàn)，稱S為燈光能見(jiàn)距離，即第20頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天將（3.18)式代入(3.16)式，得：按（3.19)式，可將燈光能見(jiàn)距離換算成氣象能見(jiàn)距離，實(shí)際工作中，常按(3.18)式繪制好燈光能見(jiàn)距離與氣象能見(jiàn)度換算列線圖，由圖便可根據(jù)燈光強(qiáng)度I和距離S查算最大能見(jiàn)距離Lmax。第21頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天&3.5能見(jiàn)度的器測(cè)法1.遙測(cè)光度計(jì)原理：由目標(biāo)物、天空背景的視亮度比較→給出大氣消光系數(shù)→推算氣象能見(jiàn)度。2.測(cè)大氣透射率表氣象能見(jiàn)度Lmax或氣象光學(xué)距離P均可寫(xiě)成大氣透射率（T）的函數(shù)，即

第22頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天如果選擇兩點(diǎn)間的距離為B的長(zhǎng)度作為測(cè)量基線，將上式中L取為B，測(cè)出兩點(diǎn)間的透射率，即可算出氣象能見(jiàn)度。測(cè)量透射率的儀器由光發(fā)射器，反射器和接受器構(gòu)成。光發(fā)射器和接收器合成一體安置在基線一端，反射器安置在基線另一端。發(fā)射器發(fā)射的光被分成兩束，一束透過(guò)大氣層經(jīng)反射器反射回來(lái)被接受器接收；另一束光則不射入大氣層，作為參考光，直接進(jìn)入接收器，回波信號(hào)與參考光信號(hào)同軸地照在光電接收器件上，由比較法確定其透射率。光程差越大，能見(jiàn)度越小。

圖示第23頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、大氣散射儀應(yīng)用透射儀需要基線，不適合高山、沿海、船舶臺(tái)站使用。大氣散射儀的主要原理是光脈沖發(fā)射機(jī)發(fā)射光脈沖信號(hào)，被空氣散射后，由接收機(jī)接收。光敏元件把光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，由紀(jì)錄器和顯示器給出能見(jiàn)度值。電脈沖信號(hào)越強(qiáng)，能見(jiàn)度越小。

圖示第24頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天散射式能見(jiàn)度儀第25頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.6思考題1.影響能見(jiàn)度的因子有哪些？2.氣象能見(jiàn)度的定義是什么？3.白天能見(jiàn)度與夜間能見(jiàn)度的觀測(cè)有何不同？4.能見(jiàn)度的器測(cè)法主要有哪幾種，說(shuō)明它們的優(yōu)缺點(diǎn)和工