能見度的觀測

能見度的觀測0前言“一天濃霧滿長江，遠近難分水渺茫。驟雨飛蝗來戰(zhàn)艦，孔明今日伏周郎?！边@首詩是后人對赤壁之戰(zhàn)中，諸葛亮草船借箭神機妙算的稱贊。草船借箭的故事相信大家并不陌生，諸葛亮3天之內，不費江東半分之力，活得十萬余箭?，F(xiàn)在我們來回顧這個故事，其它的不談，僅從氣象來說，這次成功離不開重霧迷江，能見度太低，彼軍忽至，看不見沒譜，必有埋伏，切不可輕動?？蓳芩姽笫謥y箭射之。箭如雨發(fā)，霧散天明，十萬箭足矣！這就是一個巧妙利用能見度的故事。今天，我們就一起來學習討論一下關于能見度的觀測。一、能見度的定義和影響因子1、定義“能見”，顧名思義能夠看見。在白天是指能看到和辨認出目標物的輪廓和形體；在夜間是指能看清目標燈的發(fā)光點。能見度，目標物的人眼可見距離。（1） 水平能見度，指視力正常（對比閾值為0.05）的人，在當時的天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨別出目標物的最大水平距離。（2） 垂直能見度，觀測者垂直向上或向下能夠辨清目標物的最大距離。（3） 最小能見度，觀測點四周視野范圍內能見到的最小的距離。當出現(xiàn)天氣現(xiàn)象使能見度小于1000m時觀測，文發(fā)氣象臺一般指霧/輕霧。（4） 有效水平能見度，四周視野二分之一以上的范圍內都能看到的最大水平距離。目前地面日常值班觀測的就是有效水平能見度的。1各方向水平能見度大致相同，任一方向的水平能見度均可作為有效能見度。2）四周多數(shù)方向的水平能見度大致相同，多數(shù)方向中任意一方向的水平能見度可作為有效能見度。3）臺站四周能見度好壞很不規(guī)則，按照能見度的實際情況劃分為若干區(qū)域，要求每個扇形區(qū)域內能見度基本一致，然后將扇形區(qū)的能見度數(shù)值由大至小依次排列，并按這種順序將各扇形區(qū)所占的面積或角度相加起來，直到剛好大于四周面積的1/2為止。然后從相加的區(qū)域中，挑出能見度數(shù)值最小的即為有效水平能見度。例子2、影響因子能見度是復雜的大氣光學現(xiàn)象，受眾多的因素影響，影響能見度的因素概括如下：（1） 大氣透明程度。直接因素，能見度是表征大氣透明程度的重要物理量。空氣中水汽雜質愈多、愈渾濁，能見度就越差；反之，能見度就好。（2） 目標物和背景之間的亮度對比對比度愈大，目標愈明亮，目標物愈清晰，能見度越好。這就要求我們要選擇合適的目標物。（3） 觀測者視覺感應能力當目標物和背景的亮度對比值小于某一極限時，不能區(qū)別，我們把這一最小亮度對比值叫做人眼的視覺對比感閾。視覺對比感閾的大小取決于觀測者的視力、觀測時的光照條件和目標物視角大小。以白天水平天空為背景的黑色目標物，其視亮度對比 C可以表示為（Koschmieder定律），僅與大氣消光系數(shù)有關。大氣消光系數(shù)，色溫為2700k的白熾燈發(fā)出平行光束在大氣中傳播單位長度所損失的光通量比率。I=0e-,大氣消光系數(shù)是一個與人的視覺無關的量，這也就解決了觀測結果因人而異的問題，儀器測量的基礎與核心。大氣分子和大氣氣溶膠對于光有吸收、散射的作用，在可見光和紅外波段，大氣對光的吸收作用可以忽略不計，一般通過測量大氣散射系數(shù)來估計大氣消光系數(shù)。氣象光學視程MOR，色溫為2700k的白熾燈發(fā)出平行光束，通過大氣，光度減少到初始的0.05時的路徑長度。二、能見度的觀測1、人工白天水平能見度的觀測能見度目標物的選擇臺站四周不同方向，不同距離選擇若干固定的目標物，作為觀測能見度距離的依據。目標物的選擇，應以使觀測結果能反映大氣透明度的特征為前提，具體要求如下：目標物接近黑色，其亮度一年四季不變或少變，使亮度對比值比較固定。反光強的淺色物體(如白色粉紅色/炎青色的建筑物或雪山頂?shù)?不宜做目標物。目標物應盡可能以天空為背景，若以山、森林等為背景時，則要求目標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。目標物大小要適度，視角以0.5-5.0度之間為宜，近的目標物可以小些，遠的目標物可以適當大一些。、目標物的仰角最好接近水平，因為臺站測定的是水平能見度，一般不宜超過6度。707#氣象臺目標物判斷與介紹選擇好目標物后，對各目標物與測站的距離進行測量，然后制成目標物分布圖，供觀測員觀測時參考。觀測方法觀測能見度應在視野開闊且能見到目標物的地方進行準確的觀測和記錄。氣象臺觀測位置該方向有目標物的情況：（1） 如果某一目標物剛好能“看清“，而再遠一些的目標物就”看不清”，則剛好能“看清“的目標物距離，就是該方向的能見度。（2） 目標物的顏色、細微部分清晰可辨時，則能見度通常為該目標物距離5倍以上（3） 目標物的顏色、細微部分隱約可辨時，則能見度通常為該目標物距離2.5到5倍距離（4） 目標物的顏色、細微部分很難分辨，則能見度應大于該目標物距離2倍距離，但不能超過2.5倍。運用以上幾點時，應考慮目標物大小、背景顏色以及當時的光照條件。在觀測方向上無目標物的情況下，應當觀察該方向和目標物方向上的空氣渾濁程度以及天地線清晰程度。根據其差別情況參照有目標物方向的能見度，判別該方向的能見度。在沙漠、草原、海島或其它地物稀少的地區(qū)，可采用人工設置目標物，并視其清晰程度來判定。2、人工夜晚水平能見度的觀測夜間由于光照條件限制，能見度觀測最好是用發(fā)光物理（如燈光）作為目標物，根據燈光的強度和距離，查出相應的能見距離。在無條件利用目標物進行觀測的情況下，則只能根據天黑前能見度的變化趨勢、當時天氣現(xiàn)象和氣象要素變化情況，結合實踐經驗加以估計。在夜間觀測能見度時，應當在黑暗處停留至少5分鐘，待眼睛適應環(huán)境后進行觀測。垂直能見度的觀測由于空中無固定目標物，目前又無專門的觀測儀器，難以測定垂直能見度的具體數(shù)值，因此，只能用天頂方向的空氣渾濁程度來代替，以“好”、“中、“差'、“劣”四個等級來表示。等級標準好天空不渾濁。能清楚地看出云的細微結構；碧空或少云時，晝間天空呈蔚藍，夜間星月很明亮。中天空稍渾濁。能比較清楚地看出云的形態(tài)和結構；碧空或少云時，晝間天空呈淺藍色，夜間星月較明亮。差天空比較渾濁。能分辨出云的情況，但是看中云和高云有些模糊；碧空或少云時，晝間天空多呈紅色或桔黃色，夜間月亮呈紅色或淡黃色，星光模糊。劣天空非常渾濁。難以分辨云的情況或只能模糊地分辨出低云的形狀；碧空或少云時，晝間日光昏暗，天空多呈土黃色或灰白色，夜間星月很模糊，甚至看不見。能見度器測理論基礎和核心問題：如何準確的測量大氣消光系數(shù)。能見度儀的種類和基本原理透射式能見度儀設置一個人工光源，在一定距離處檢測光源的強度，計算大氣消光系數(shù)，得到能見度距離。采樣體積大，測量的精度高，通常作為器測能見度的標準。需要長度為L的基線，使儀器占地面積相對增大，而且光源-探測器之間要保持準確的光軸（避免大風引起支架的顫動），這樣在實際業(yè)務應用中就是儀器的安裝、使用及應用領域收到限制。散射式能見度儀（前向/后向/側向）直接測量來自一個小的采樣容積的散射光強，通過散射光強來有效的計算消光系數(shù)。激光雷達式能見度儀和后向散射儀相似。激光雷達發(fā)射激光脈沖，激光脈沖在大氣中傳輸時，會因大氣中的空氣分子和氣溶膠粒子而產生散射和吸收。通過接收和測量大氣后向散射光信號，提取不同距離處空氣分子和氣溶膠粒子光學參數(shù)的有關信息，進一步反演獲取大氣消光系數(shù)和大氣水平能見度?？梢詼y量傾斜能見度和垂直能見度。CCD攝像能見度儀，數(shù)字攝影頭，仿照人眼觀測能見度原理、根據人工觀測能見度定義研制而成的，是取代人工觀測能見度的最佳儀器。具體做法：在CCD的正前方從近到遠選定幾個目標物，作為本系統(tǒng)用于觀測能見度的參考目標，并對這些選定的目標的距離、亮度等相關信息進行測定并存儲作為參考信息（能見度目標物分布圖。觀測時，CCD直接攝取這些選定的目標物圖像，通過圖像采集卡將圖像傳輸送至計算機，計算機再對這些目標物的圖像信息分別進行處理（得到目標物及其背景物的視亮度），然后帶入能見度計算公式進行計算，得到能見度值。系統(tǒng)可以準確測量2000m以內的能見度，廣泛用高速公路的能見度監(jiān)測。成本底、體積小、方便可靠，以后一定會在高速公路的關閉、車輛的限速、機場飛機的起降甚至人們的日常出行和野外施工作業(yè)等領域得到廣泛的應用。PWD22介紹原理：前向散射能見度儀。組成三、 能見度與其它氣象要素的關系天氣現(xiàn)象、相對濕度、風等氣象要素影響能見度的天氣現(xiàn)象強度不斷