能见度的观测

第三章能见度的观测•能见度•白天能见度的观测•夜间能见度的观测•目标物分布图•影响能见度的因子•能见度的仪测3.1能见度•能见度用气象光学视程(MOR)表示。•气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路途长度。白天和夜间能见度•所谓“能见”，在白天是指能看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能清楚看到目标灯的发光点。凡是看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱，都不能算“能见”。•白天能见度是指视力正常(对比感阈为0.05)的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物(黑色、大小适度)的最大距离。实际上也是气象光学视程。•夜间能见度是指：–⑴假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。–⑵中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离•人工观测能见度，一般指有效水平能见度。•有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。•能见度观测仪测定的是一定基线范围内的能见度。•能见度观测记录以千米（km）为单位，取一位小数，第二位小数舍去，不足0.1km记0.0。3.2白天能见度的观测•白天目标物的选择应在气象站四周不同方向、不同距离上选择若干固定能见度目标物，其要求如下：1.颜色应当越深越好，而且亮度要一年四季不变或少变的。浅色、反光强的物体不适宜选为目标物。2.应尽可能以天空为背景，若以其他物体(如山、森林等)为背景时，则要求目标物在背景的衬托下，轮廓清晰，且与背景的距离尽可能远一些。3.大小要适度。近的目标物可以小一些，远的目标物则应适当大一些。目标物的大小以视角表示（），目标物的视角以0.5°～5.0°之间为宜。4.仰角不宜超过6°。视角高度角宽度角•在沙漠、草原或其他地物稀少的地区，可采用人工设置目标物，并视其清晰程度来判定能见度。人工设置的目标物，一般多用来估计1km以内的能见度，物体大小要适度，材料因地制宜(木板、土墙、水泥预制件等)，向着观测点的一面应涂成黑色。观测•观测能见度必须选择在视野开阔，能看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点；•观测四周事先测定的各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从而判定当时的能见距离。•如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，可参考下述几点酌情判定：–目标物的颜色、细微部分(如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等)清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上；–目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的2.5到5倍；–目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过2.5倍。•运用以上几点时，应考虑到目标物的大小，背景颜色，以及当时的光照等情况；1.四周各方向能见度大致相同时，任一方向的能见度，均可作为有效能见度。2.四周多数方向的能见度大致相同时，多数方向中任一方向的能见度，均可作为有效能见度。3.四周各方向的能见度不相同时，应当确定一个多数方向上都能达到的最大能见度，作为有效能见度。确定的方法是：先按各方向能见度的实际情况，将视野划分为若干个扇形区，每个扇形区内的能见度大致相同；然后，将各扇形区所占的范围（角度），按能见度由大到小的次序逐一相加，直到视野范围刚好超过一半（180度），则最后被加的那个扇形区的能见度，即为有效能见度。•若某站某时观测的能见度如图所示，则可判断有效能见度为米45003.3夜间能见度的观测•灯光目标物的选择：有条件地方，均应在各个方向选择一些固定的目标灯或专门设置的目标灯作为观测能见度的依据。对目标灯的要求如下：–应选择孤立的点光源作为目标灯，不宜选择成群、成带、重叠的灯光；–灯光强度应固定不变；–应是不带颜色、没有灯罩的白色光源(除白炽灯外，碘钨灯、汞灯等均不适宜)；–应位于开阔地带，不受地方性烟雾的影响。•选择目标灯后，应测定目标灯至观测点的距离并了解其功率，以及专设的目标灯，均应按表2查出其相当的白天能见距离，并绘制成灯光目标物图。夜间能见度的观测•夜间观测能见度时，观测员应先在黑暗处停留5～15分钟，待眼睛适应环境后进行观测，根据最远目标灯能见与否确定能见距离；•在无条件利用目标灯进行观测的情况下，根据天黑前能见度的实况和变化趋势，结合观测时天气现象、湿度、风等气象要素的变化情况，以及实践经验加以判定；•月光较明亮时，可根据目标物的能见与否来判定能见度。如能清楚分辨时，能见距离可定为大于该目标物的距离。3.4目标物分布图•目标物选定后，要测定观测点与目标物的距离和目标物所在的方位。目标物的距离和方位可用仪器实测或从大比例尺的地图上量取。分布图绘制在纸上画九个同心圆。圆心代表观测点，自近而远地每圈分别代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0km的距离；所有的目标物（以其简略图形或编号）按其所在方位、距离，分别标在相应的位置上(见图1)。近距离的目标物也可单独绘制，以使图面更为清晰。3.5影响能见度的因子1.大气透明度2.目标物和背景的性质—亮度对比K3.观测者的视觉性能—眼睛的对比视感阈ε1.大气透明度：大气透明度是影响能见度的主要因子。大气中的气溶胶粒子通过反射、吸收、散射等机制削弱光通过大气的能量。导致目标物固有亮度减弱。所以，大气中杂质愈多，愈浑浊，能见度就愈差。2.目标物和背景的亮度对比在大气中目标物能见与否，取决于本身亮度，又与它同背景的亮度差异有关。比如，亮度暗的目标物在亮的背景衬托下，清晰可见；或者亮的目标物在暗的背景下，同样清晰可见。表示这种差异的指标是亮度的对比值K。•亮度对比值C：设BO为目标物的固有亮度，即近在眼前时看见的目标物的光亮度，BO′为背景的固有亮度，则K的定义为，或当BO=BO′时，K=0，表示二者无亮度差异，无法辨认目标物；当BO=0时，K=1，目标物是绝对黑体，表示二者无亮度差异最大，目标物清晰可见。OOOOOBBBBBCkOOOOOBBBBBCk3.观测者的视力指标——对比视感阈ε在白天，当K=0时，难以准确辨别目标物。当K逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，当K值增大到某一值时，才能准确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感阈，用ε表示。当Kε时，目标物可见；当Kε时，目标物不可见；当K=ε时，目标物若隐若现，为临界状态。ε的大小主要取决于观测者的视力，观测时的光照条件和目标物视角的大小。•一个是现场照明情况，即场光亮度，现场光亮度越大，ε值越小；•另一个是目标物的视张角–拜克维尔(Backwell)经过大量实验研究，得出了现场照明光亮度越低，目标物视张角越小，ε值越大的结论。–比如对同一观测者，白天ε值变化不大，但到黄昏时，ε值迅速增大。能见度的区别能见度的区别3.6能见度的器测法能见度测量基本方程（布格-朗伯定律）：透射因子取T=0.05，气象光学视程MOR均可写成0LFFe0/LTFFe3MOR两种常见能见度观测仪器–透射式能见度仪–散射式能见度仪•透射仪由发射机和接收机两部分组成，它们分开放置，发射机发出的信号通过一段距离（基线长度）后，被接收机接收，将接收和发射的信号进行比较，计算出透射率，然后确定出消光系数，再利用下述公式即可求出气象能见度。3ML1透射式能见度仪1透射式能见度仪•透射能见度仪测定气象光学视程是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的原理，所以它与气象光学视程的定义密切相关，观测的能见距离与能见度很一致。•发射器和接收器之间光束传递距离称为基线，可从几米到150m。它取决于气象光学视程值的范围与测量结果应用情况。•单端透射仪反射镜存在问题•由于透射型能见度仪的测量原理与气象光学距离的定义密切相关，因此其测量的结果与气象光学距离很一致，通常认为一个设计较好的透射型能见度仪的测量结果是准确的。•但由于需要选择一条足够长的基线，而且要保持光源到探测器的光轴准直，因此，透射型能见度仪在使用中也会带来一些问题，如在自然条件下，大风引起支架的颤动将会造成一定的测量误差。•这类仪器在操作和使用方面的特点，使它特别适合于航空气象观测的需要。–但是这并不排除在基本天气观测或气候观测方面的使用，因为此测量简而易行。•缺点–此仪器所测的大气柱长度常小于气象光学视称，一般认为这个距离太短。–不过这可以通过扩展观测时段，在该时段内进行一系列观测而部分地得到弥补。适用性2散射式能见度仪•散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器•利用空气散射，测量能见度，主要有三种方式：侧向、后向和前向型•优点：基线长度短，容易对准。•图为一个前向散射能见度仪，由发送器、接收器与处理器组成。发射器发出近红外光脉冲，接收器测量的是与发射光束成33°角的散射光束，然后由处理器计算出气象光学视程。通过检测前向散射光强度，可求得大气散射系数，然后换算成消光系数，最后计算出能见度值优点：散射能见度仪的基线长度很短，光源与接收安在同一支架上，避免基线难以对准的缺陷。缺点：只测量很小体积的空气样本，不够精确。VaisalaFS11VisibilitySensor•测量样本空气团的后向散射系数VaisalaTransmissometerLT31Theintegratedforwardscattersensor.TruewindowcontaminationcompensationbasedonV-shapedwindows.思考题1.气象光学视程、白天能见度，有效水平能见度的定义？2.影响能见度的因子？3.白天能见度与夜间能见度的观测有何不同？4.能见度的器测法主要有哪几种，说明它们的优缺点和工作原理。