气象观测---能见度的观测

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,&3.1,能见度,能见度是气象台站基本观测项目之一。有“气象能见度”和“有效能见度”之分。,气象能见度：视力正常的人，在当时气象条件下能从天空背景中分辨出目标物轮廓的最远距离。,有效能见度：四周视野中，,1/2,以上的范围内，能见目标物的最大水平距离。,记录单位：,Km,，不足,100,米记,0.0,，,100,米记,0.1Km,依此类推。,影响能见度的因子,能见度的区别,能见度的区别,&3.2,影响能见度的因素,1.,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,。,设目标物亮度为 ，背景亮度为,当 ，则,当 ，则,所以，,当目标物与背景亮度一致时，则,K=0,，此时目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能辨别目标物。,当,K,在,0-1,范围内变化时，则随,K,值的增大，目标物看的越清晰。,3.观测者的视力指标对比视感域,在白天当，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域，用,表示,。,当K,时，目标物可见；,当K,时，目标物不可见,；,当K=,时，目标物若隐若现，为临界状态。,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。,由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的,值,平均约为,0.025。因此，联合国气象组织推荐日间测定能见度时，取对比阈值,=0.025。,黄昏后，因亮度迅速减小，目标物与背景逐渐融合，,值可迅速增大到,0.06-0.07。,观测者的,值与亮度和目标物的视张角有关,。目标物的张角为：,其中：,a为目标物的高度(m)；,b为目标物的宽度(m)；,L为观测者与目标物之间的水平距离(km)。,&3.3,目标物的亮度方程,1.,目标物亮度减弱规律：,设目标物固有视亮度为 ；通过距离,L,的空气层后减为,由,Beer,定律：,其中,:,为大气层消光系数，单位为,如果大气水平均一，则：,令：，,T,为大气层透射率，,则有：,2.,气幕光,设入射到体积元上光的照度为 ；体积角散射系数为,观测方向散射光强为：,令可见光波段散射为：,人目方向原始亮度为：,根据物光减弱规律，通过,dL,气层减弱后的视亮度为：,在距离观测者水平距离L处，取一空气元，其元的体积为：,从,0,到,L,积分得：,为距离,L,内所有空气的气幕光视亮度。,假定水平方向空气均一，从,0,到无穷远积分，得：,为水平天空的视亮度，代入（,3.9,）式得：,3.,人眼所见目标物的总视亮度,由,(3.5),和,(3.11),式得：,（,3.12),式为以水平天空为背景的目标物视亮度方程。,可见当,L ,时，即当远离目标物时，不论其原始亮度多大，它的视亮度会逐渐趋近于背景亮度，最后目标物消失于背景之中。而且，空气越浑浊，目标物消失的距离越短。,&3.4,气象能见度,影响目标物能见度的因子很多，而气象工作中，需要能见度只反映大气透明状况，这就必须选定和统一实行某种观测方法，以固定其它因子，使测定的最大水平能见距离只表达大气透明程度的单一因子影响。下面分白天和夜间两种情况介绍。,1,、白天气象能见度,（,1,）目标物背景对比度衰减规律：,一般白天目标物为扩展反射光源，目标物背景的固有亮度对比值，取,观测者、目标物背景的视亮度对比为,:,为经,L,距离后,目标物的固有亮度,;,为经,L,距离后,背景的固有亮度。,由（,3.12,）式可写成：,则：,令：,称作传输函数，则有：,（,2,）白天气象能见度及其观测法,若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮度,应等于水平天空的视亮度,即 则有,称为科希米德（,Koschmieder),定律，它表达了目标物,与水平天空背景亮度对比度衰减规律。,当这种衰减达到 时，相应的能见度距离为,L,若选择深色物体作为目标物，即 ，相应,再取 ，则定出的最大能见度距离为：,按上述规定的条件进行观测，测定的 只与大气消光,系数 成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一,影响，故视程 为气象能见距离，或气象视距。,2.,夜间能见度,夜间由于光照条件的限制，已不能使用一般的目标物，,而只能用发光物体作为目标物。灯光目标物是点源，不,象扩展光源那样考虑亮度对比问题，对其观测要用点源,在眼睛上产生的照度来衡量。而夜间决定目标能见与否,的眼睛的指标是眼睛的灵敏度，即所能感受的最小照度，,又叫照度视觉阈值，以 表示。拜克维尔给出了 与背,景亮度 的统计表达式：,的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值 最大，红光的 最小，故用红色灯光易于辨认。,影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和眼,睛的灵敏度。,设灯光强度为 ，与观测者为距离,L,，则在观测者眼睛,上产生的照度可由阿拉德（,Allard,）定律定义：,当观测者离灯光距离为,S,时，灯光产生的照度达到阈值 ，,这时目标灯恰好能见，称,S,为灯光能见距离，即,将（,3.18),式代入,(3.16),式，得：,按（,3.19),式，可将灯光能见距离换算成气象能见距离，,实际工作中，常按,(3.18),式绘制好灯光能见距离与气象,能见度换算列线图，由图便可根据灯光强度,I,和距离,S,查,算最大能见距离,L,max,。,&3.5,能见度的器测法,1.,遥测光度计,原理：由目标物、天空背景的视亮度比较给出大气消光系数推算气象能见度。,2.,测大气透射率表,气象能见度,L,max,或气象光学距离,P,均可写成大气透射率（,T,）的函数，即,如果选择两点间的距离为,B,的长度作为测量基线，将上,式中,L,取为,B,，测出两点间的透射率，即可算出气象能见,度。,测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构成。,光发射器和接收器合成一体安置在基线一端，反射器安,置在基线另一端。,发射器发射的光被分成两束，一束透过大气层经反射器,反射回来被接受器接收；另一束光则不射入大气层，作,为参考光，直接进入接收器，回波信号与参考光信号同,轴地照在光电接收器件上，由比较法确定其透射率。,光程差越大，能见度越小。,图示,3,、大气散射仪,应用透射仪需要基线，不适合高山、沿海、船,舶台站使用。大气散射仪的主要原理是光脉冲,发射机发射光脉冲信号，被空气散射后，由接,收机接收。光敏元件把光脉冲转换成电脉冲，,由纪录器和显示器给出能见度值。,电脉冲信号,越强，能见度越小。,图示,散射式能见度仪,