第03章-能见度的观测.ppt

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Lmax 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Lmax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 3 6思考题 1 影响能见度的因子有哪些 2 气象能见度的定义是什么 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