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1、第三章 能见度的观测&3.1 能见度&3.2 影响能见度的因素&3.3 目标物的亮度方程&3.4 气象能见度&3.5 能见度的器测法&3.6 思考题 观测能见度有什么意义？在气象上，它可以用来了解大气稳定度，判别气团属性 在环保方面，它能反映出大气污染的一些基本状况 在国防和国民经济建设方面，它是保证航空、航海、交通运输安全的一个重要因素&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，
2、不足100米记0.0，100米记0.1Km,依此类推。所谓“能见”，在白天是指能够看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能清楚地看见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，都不算“能见”影响能见度的因子能见度的区别能见度的区别设目标物亮度为，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
3、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。&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：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
4、)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。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
5、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
6、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&3.5 能见度的器测法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。1 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
7、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。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
8、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 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。测量样本空气团的后向散射系数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，说明它们的优缺点和工作原理。5.请写出水平均一大气的目标物亮度方程（3.5)，并说明方程各项的意义。6.请写出人眼所见目标物的总视亮度方程(3.12)，并说明方程各项的意义。7.请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程(3.14)，并说明各项意义。