大氣探測學(xué) 能見度的觀測

1、第三章第三章 能見度的觀測能見度的觀測 能見度能見度 白天能見度的觀測白天能見度的觀測 夜間能見度的觀測夜間能見度的觀測 目標(biāo)物分布圖目標(biāo)物分布圖 影響能見度的因子影響能見度的因子 能見度的儀測能見度的儀測 3.1 3.1 能見度能見度 能見度用能見度用氣象光學(xué)視程氣象光學(xué)視程(MOR)(MOR)表示。表示。 氣象光學(xué)視程是指白熾燈發(fā)出色溫為氣象光學(xué)視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700K2700K 的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值 的的5%5%所通過的路途長度。所通過的路途長度。 白天和夜間能見度白天和夜間能見度 所謂所謂“能見能見”，在白天是指能看到和

2、辨認出目標(biāo)，在白天是指能看到和辨認出目標(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。凡是看不清目標(biāo)物的輪廓，認不清其的發(fā)光點。凡是看不清目標(biāo)物的輪廓，認不清其 形體，或者所見目標(biāo)燈的發(fā)光點模糊，燈光散亂，形體，或者所見目標(biāo)燈的發(fā)光點模糊，燈光散亂， 都不能算都不能算“能見能見”。 白天能見度白天能見度是指視力正常是指視力正常( (對比感閾為對比感閾為0.05)0.05) 的人，在當(dāng)時天氣條件下，能夠從天空背的人，在當(dāng)時天氣條件下，能夠從天空背 景中看到和辨認的目標(biāo)物景中看到和辨認的目標(biāo)物( (黑色、大小適度黑色、大小適度) ) 的最大距離。

3、實際上也是氣象光學(xué)視程。的最大距離。實際上也是氣象光學(xué)視程。 夜間能見度夜間能見度是指：是指： 假定總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)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)物能被看到和辨認出的最大距大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認出的最大距 離。離。 中等強度的發(fā)光體能被看到和識別的最大中等強度的發(fā)光體能被看到和識別的最大 距離距離 人工觀測能見度，一般指人工觀測能見度，一般指有效水平能見度。有效水平能見度。 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)物的最大水平距以上的范圍能看到的目標(biāo)物的最大水平距 離。離。 能見度觀測儀測定的

4、是一定基線范圍內(nèi)的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。 能見度觀測記錄以千米（能見度觀測記錄以千米（km）為單位，?。閱挝?，取 一位小數(shù)，第二位小數(shù)舍去，不足一位小數(shù)，第二位小數(shù)舍去，不足0.1km記記 0.0。 3.2 白天能見度的觀測白天能見度的觀測 白天目標(biāo)物的選擇白天目標(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：固定能見度目標(biāo)物，其要求如下： 1. 1.顏色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度要一年四季不變或少顏色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度要一年四季不變或少 變的。淺色、反光強的物體不適宜選為目標(biāo)物。

5、變的。淺色、反光強的物體不適宜選為目標(biāo)物。 2. 2.應(yīng)盡可能以天空為背景，若以其他物體應(yīng)盡可能以天空為背景，若以其他物體( (如山、森林如山、森林 等等) )為背景時，則要求目標(biāo)物在背景的襯托下，輪廓為背景時，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一些。清晰，且與背景的距離盡可能遠一些。 3. 3.大小要適度。近的目標(biāo)物可以小一些，遠的目標(biāo)物大小要適度。近的目標(biāo)物可以小一些，遠的目標(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），目標(biāo)物的視角以0.50.5 5.05.0之間為宜。之間為宜。 4. 4.仰角不宜

6、超過仰角不宜超過6 6。 視角高度角 寬度角 在沙漠、草原或其他地物稀少的地區(qū)，可在沙漠、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，一般多判定能見度。人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多 用來估計用來估計1km以內(nèi)的能見度，物體大小要以內(nèi)的能見度，物體大小要 適度，材料因地制宜適度，材料因地制宜(木板、土墻、水泥預(yù)木板、土墻、水泥預(yù) 制件等制件等)，向著觀測點的一面應(yīng)涂成黑色。，向著觀測點的一面應(yīng)涂成黑色。 觀測觀測 觀測能見度必須選擇在視野開闊，觀測能見度必須選擇在視野開闊， 能看到所有目標(biāo)物的固定地點作能看到所

7、有目標(biāo)物的固定地點作 為能見度的觀測點；為能見度的觀測點； 觀測四周事先測定的各目標(biāo)物，觀測四周事先測定的各目標(biāo)物， 根據(jù)根據(jù)“能見能見”的最遠目標(biāo)物和的最遠目標(biāo)物和 “不能見不能見”的最近目標(biāo)物，從而的最近目標(biāo)物，從而 判定當(dāng)時的能見距離。判定當(dāng)時的能見距離。 如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒有更遠的或如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒有更遠的或 看不到更遠的目標(biāo)物時，可參考下述幾點看不到更遠的目標(biāo)物時，可參考下述幾點 酌情判定：酌情判定： 目標(biāo)物的顏色、細微部分目標(biāo)物的顏色、細微部分(如村莊的單個樹木、如村莊的單個樹木、 遠處房屋的門窗等遠處房屋的門窗等)清晰可辨時，能見度通常清晰可辨時，能見度通常 可

8、定為該目標(biāo)物距離的可定為該目標(biāo)物距離的5倍以上；倍以上； 目標(biāo)物的顏色、細微部分隱約可辨時，能見目標(biāo)物的顏色、細微部分隱約可辨時，能見 度可定為該目標(biāo)物距離的度可定為該目標(biāo)物距離的2.5到到5倍；倍； 目標(biāo)物的顏色、細微部分很難分辨時，能見目標(biāo)物的顏色、細微部分很難分辨時，能見 度可定為大于該目標(biāo)物的距離，但不應(yīng)超過度可定為大于該目標(biāo)物的距離，但不應(yīng)超過 2.5倍。倍。 運用以上幾點時，應(yīng)考慮到目標(biāo)物的大小，運用以上幾點時，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；背景顏色，以及當(dāng)時的光照等情況； 1.1.四周各方向能見度大致相同時，四周各方向能見度大致相同時， 任一方向的能見度

9、，均可作為有任一方向的能見度，均可作為有 效能見度。效能見度。 2.2.四周多數(shù)方向的能見度大致相同四周多數(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時，多數(shù)方向中任一方向的能見 度，均可作為有效能見度。度，均可作為有效能見度。 3.3. 四周各方向的能見度不相同時，應(yīng)當(dāng)確定四周各方向的能見度不相同時，應(yīng)當(dāng)確定 一個多數(shù)方向上都能達到的最大能見度，一個多數(shù)方向上都能達到的最大能見度， 作為有效能見度。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

10、致相同；然后，將各扇形區(qū)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次序逐一相加，直到視野范圍剛好超過一半 （180180度），則最后被加的那個扇形區(qū)的能見度），則最后被加的那個扇形區(qū)的能見 度，即為有效能見度。度，即為有效能見度。 若某站某時觀測的能見度如圖所示，則可若某站某時觀測的能見度如圖所示，則可 判斷判斷有效能見度為有效能見度為 米米4500 3.3夜間能見度的觀測夜間能見度的觀測 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

11、些固定的目標(biāo)燈或?qū)ｉT設(shè)置的目標(biāo)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)燈的要求如燈作為觀測能見度的依據(jù)。對目標(biāo)燈的要求如 下：下： 應(yīng)選擇孤立的點光源作為目標(biāo)燈，不宜選擇成群、成應(yīng)選擇孤立的點光源作為目標(biāo)燈，不宜選擇成群、成 帶、重疊的燈光；帶、重疊的燈光； 燈光強度應(yīng)固定不變；燈光強度應(yīng)固定不變； 應(yīng)是不帶顏色、沒有燈罩的白色光源應(yīng)是不帶顏色、沒有燈罩的白色光源( (除白熾燈外，除白熾燈外， 碘鎢燈、汞燈等均不適宜碘鎢燈、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。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)燈至觀測點的距

12、離選擇目標(biāo)燈后，應(yīng)測定目標(biāo)燈至觀測點的距離 并了解其功率，以及專設(shè)的目標(biāo)燈，均應(yīng)按表并了解其功率，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。標(biāo)物圖。 夜間能見度的觀測夜間能見度的觀測 夜間觀測能見度時，觀測員應(yīng)先在黑暗處停留夜間觀測能見度時，觀測員應(yīng)先在黑暗處停留 515分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進行觀測，根據(jù)分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進行觀測，根據(jù) 最遠目標(biāo)燈能見與否確定能見距離；最遠目標(biāo)燈能見與否確定能見距離； 在無條件利用目標(biāo)燈進行觀測的情況下，根據(jù)在無條件利用目標(biāo)燈進行觀測的情況下，根據(jù) 天黑前能見度的實況和變化趨勢

13、，結(jié)合觀測時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，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；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。大于該目標(biāo)物的距離。 3.4 目標(biāo)物分布圖目標(biāo)物分布圖 目標(biāo)物選定后，要測定觀測點與目標(biāo)物的距離目標(biāo)物選定后，要測定觀測點與目標(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

14、大比例尺的地圖上量取。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，自近而遠地 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)物也可單獨繪制，以使 圖面更為清晰。 3.5 影響能見度的因子影響能見度的因子 1. 大氣透明度大氣透明度 2. 目標(biāo)物和背景的性質(zhì)目標(biāo)物和背景的性質(zhì)亮度對亮度對 比比 K 3. 觀測者的視覺性能觀測者的視覺性能眼睛的對眼睛的對 比視感閾比視感閾 1.1.大氣透明度

15、：大氣透明度： 大氣透明度是影響能見度的主要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因子。大氣中的氣溶膠粒子通過 反射、吸收、散射等機制削弱光反射、吸收、散射等機制削弱光 通過大氣的能量。導(dǎo)致目標(biāo)物固通過大氣的能量。導(dǎo)致目標(biāo)物固 有亮度減弱。所以，大氣中雜質(zhì)有亮度減弱。所以，大氣中雜質(zhì) 愈多，愈渾濁，能見度就愈差。愈多，愈渾濁，能見度就愈差。 2.2.目標(biāo)物和背景的亮度對比目標(biāo)物和背景的亮度對比 在大氣中目標(biāo)物能見與否，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，亮度暗的目亮度差異有關(guān)。比如，亮度暗的目 標(biāo)物在亮

16、的背景襯托下，清晰可見；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，同或者亮的目標(biāo)物在暗的背景下，同 樣清晰可見。樣清晰可見。 表示這種差異的指標(biāo)是亮度的表示這種差異的指標(biāo)是亮度的 對比值對比值K K。 亮度對比值亮度對比值C：設(shè)設(shè)BO為目標(biāo)物的固有亮度，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，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，則為背景的固有亮度，則K的定義為的定義為， 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。 OO O OO B

17、B B BB C k OO O OO BB B BB C k 3.3.觀測者的視力指標(biāo)觀測者的視力指標(biāo)對比視感閾對比視感閾 在白天，當(dāng)在白天，當(dāng)K=0K=0時，難以準(zhǔn)確辨別目標(biāo)物。當(dāng)時，難以準(zhǔn)確辨別目標(biāo)物。當(dāng)K K逐漸逐漸 增大，即亮度差異逐漸增大，當(dāng)增大，即亮度差異逐漸增大，當(dāng)K K值增大到某一值值增大到某一值 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，用對比視感閾，用表示表示。 當(dāng)當(dāng)KK時，目標(biāo)物可見；時，目標(biāo)物可見； 當(dāng)當(dāng)KK時，目標(biāo)物不可見時，目標(biāo)物不可見； 當(dāng)當(dāng)K=K=時，目標(biāo)物若隱若現(xiàn)，為臨界狀態(tài)。時，目標(biāo)物若隱若現(xiàn)，為臨

18、界狀態(tài)。 的大小主要取決于觀測者的視力的大小主要取決于觀測者的視力，觀測時的光照，觀測時的光照 條件和目標(biāo)物視角的大小。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，一個是現(xiàn)場照明情況，即場光亮度， 場光亮度越大，場光亮度越大，值越?。恢翟叫。?另一個是目標(biāo)物的視張角另一個是目標(biāo)物的視張角 拜克維爾拜克維爾(Backwell)經(jīng)過大量實驗研究，得出經(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，了現(xiàn)場照明光亮度越低，目標(biāo)物視張角越小， 值越大的結(jié)論。比如對同一觀測者，白天值越大的結(jié)論。比如對同一觀測者，白天值變值變 化不大，但到黃昏時，化不大，但到黃昏時，值迅速增大

19、。值迅速增大。 能見度的區(qū)別 能見度的區(qū)別 3.6 3.6 能見度的器測法能見度的器測法 能見度測量基本方程（布格能見度測量基本方程（布格- -朗伯定律）：朗伯定律）： 透射因子透射因子 取取T=0.05T=0.05，氣象光學(xué)視程，氣象光學(xué)視程MORMOR均可寫成均可寫成 0 L FF e 0 / L TF Fe 3 MOR 兩種常見能見度觀測儀器兩種常見能見度觀測儀器 透射式能見度儀透射式能見度儀 散射式能見度儀散射式能見度儀 透射儀由發(fā)射機和接收機兩部分組成，它們分開放置，透射儀由發(fā)射機和接收機兩部分組成，它們分開放置， 發(fā)射機發(fā)出的信號通過一段距離（基線長度）后，被發(fā)射機發(fā)出的信號通過一

20、段距離（基線長度）后，被 接收機接收，將接收和發(fā)射的信號進行比較，計算出接收機接收，將接收和發(fā)射的信號進行比較，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。求出氣象能見度。 3 M L 1 透射式能見度儀透射式能見度儀 1 透射式能見度儀透射式能見度儀 透射能見度儀測定氣象光學(xué)視程是根據(jù)準(zhǔn)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，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)，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。觀測的能見距離與

21、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，可從幾米到線，可從幾米到150m。它取決于氣象光學(xué)。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。視程值的范圍與測量結(jié)果應(yīng)用情況。 單端透射儀單端透射儀 反射鏡反射鏡 由于透射型能見度儀的測量原理與氣象光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)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，通常認為一個果與氣象光學(xué)距離很一致，通常認為一個 設(shè)計較好的透射型能見度儀的測量結(jié)果是設(shè)計較好的透射型能見度儀的測量結(jié)果是 準(zhǔn)確的。準(zhǔn)確的。 但由于需要選擇一條足

22、夠長的基線，而且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，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。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，使它這類儀器在操作和使用方面的特點，使它 特別適合于航空氣象觀測的需要。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。面的使用，因為此測量簡而易行。 缺點缺點 此儀器所測的大氣柱長度常小于氣象光學(xué)視稱，此儀器所測的大氣柱長度常小于氣象光學(xué)視稱， 一般認為這個距離太短。一般認為這個距離太短。 不過這可以通過擴展觀測時段，在該時段內(nèi)進不過這可以通過擴展觀測時段，在該時段內(nèi)進 行一系列觀測而部分地得到彌補。行一系列觀測而部分地得到彌補。 適用性適用性 2 散射式能見度儀散射式能見度儀 散射能見度儀是測量散射系數(shù)從而估算出散射能見度儀是測量散射系數(shù)從