能见度的观测

能见度的观测
0 前言
“一天浓雾满长江，远近难分水渺茫。

骤雨飞蝗来战舰，孔明今日伏周郎。

”这首诗是后人对赤壁之战中，诸葛亮草船借箭神机妙算的称赞。

草船借箭的故事相信大家并不陌生，诸葛亮3天之内，不费江东半分之力，活得十万余箭。

现在我们来回顾这个故事，其它的不谈，仅从气象来说，这次成功离不开重雾迷江，能见度太低，彼军忽至，看不见没谱，必有埋伏，切不可轻动。

可拨水军弓弩手乱箭射之。

箭如雨发，雾散天明，十万箭足矣！这就是一个巧妙利用能见度的故事。

今天，我们就一起来学习讨论一下关于能见度的观测。

一、能见度的定义和影响因子
1、定义
“能见”，顾名思义能够看见。

在白天是指能看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能看清目标灯的发光点。

能见度，目标物的人眼可见距离。

（1）水平能见度，指视力正常（对比阈值为0.05）的人，在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到和辨别出目标物的最大水平距离。

（2）垂直能见度，观测者垂直向上或向下能够辨清目标物的最大距离。

（3）最小能见度，观测点四周视野范围内能见到的最小的距离。

当出现天气现象使能见度小于1000m时观测，文发气象台一般指雾/轻雾。

（4）有效水平能见度，四周视野二分之一以上的范围内都能看到的最大水平距离。

目前地面日常值班观测的就是有效水平能见度的。

1）各方向水平能见度大致相同，任一方向的水平能见度均可作为有效能见度。

2）四周多数方向的水平能见度大致相同，多数方向中任意一方向的水平能见
度可作为有效能见度。

3）台站四周能见度好坏很不规则，按照能见度的实际情况划分为若干区域，要求每个扇形区域内能见度基本一致，然后将扇形区的能见度数值由大至小依次排列，并按这种顺序将各扇形区所占的面积或角度相加起来，直到刚好大于四周面积的1/2为止。

然后从相加的区域中，挑出能见度数值最小的即为有效水平能见度。

例子
2、影响因子
能见度是复杂的大气光学现象，受众多的因素影响，影响能见度的因素概括如下：（1）大气透明程度。

直接因素，能见度是表征大气透明程度的重要物理量。

空气中水汽杂质愈多、愈浑浊，能见度就越差；反之，能见度就好。

（2）目标物和背景之间的亮度对比
对比度愈大，目标愈明亮，目标物愈清晰，能见度越好。

这就要求我们要选择合适的目标物。

（3）观测者视觉感应能力
当目标物和背景的亮度对比值小于某一极限时，不能区别，我们把这一最小亮度对比值叫做人眼的视觉对比感阈。

视觉对比感阈的大小取决于观测者的视力、观测时的光照条件和目标物视角大小。

以白天水平天空为背景的黑色目标物，其视亮度对比C可以表示为（Koschmieder 定律）,
仅与大气消光系数有关。

大气消光系数，色温为2700k的白炽灯发出平
行光束在大气中传播单位长度所损失的光通量比率。

I=I0e-，大气消光系数是一个与人的视觉无关的量，这也就解决了观测结
果因人而异的问题，仪器测量的基础与核心。

大气分子和大气气溶胶对于光有吸收、散射的作用，在可见光和红外波段，大气对光的吸收作用可以忽略不计，一般通过测量大气散射系数来估计大气消光系数。

气象光学视程MOR，色温为2700k的白炽灯发出平行光束，通过大气，光度减少到初始的0.05时的路径长度。

二、能见度的观测
1、人工白天水平能见度的观测
能见度目标物的选择
台站四周不同方向，不同距离选择若干固定的目标物，作为观测能见度距离的依据。

目标物的选择，应以使观测结果能反映大气透明度的特征为前提，具体要求如下：
1）目标物接近黑色，其亮度一年四季不变或少变，使亮度对比值比较固定。

反光强的浅色物体（如白色/粉红色/淡青色的建筑物或雪山顶等）不宜做
目标物。

2）目标物应尽可能以天空为背景，若以山、森林等为背景时，则要求目标物在背景的衬托下轮廓清晰，且与背景的距离尽可能远一些。

3）目标物大小要适度，视角以0.5-5.0度之间为宜，近的目标物可以小些，远的目标物可以适当大一些。

、
4）目标物的仰角最好接近水平，因为台站测定的是水平能见度，一般不宜超过6度。

707#气象台目标物判断与介绍
选择好目标物后，对各目标物与测站的距离进行测量，然后制成目标物分布图，供观测员观测时参考。

观测方法
观测能见度应在视野开阔且能见到目标物的地方进行准确的观测和记录。

气象台观测位置
该方向有目标物的情况：
（1）如果某一目标物刚好能“看清“，而再远一些的目标物就”看不清”，则刚好能“看清“的目标物距离，就是该方向的能见度。

（2）目标物的颜色、细微部分清晰可辨时，则能见度通常为该目标物距离5倍以上
（3）目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，则能见度通常为该目标物距离2.5到5倍距离
（4）目标物的颜色、细微部分很难分辨，则能见度应大于该目标物距离2倍距离，但不能超过2.5倍。

运用以上几点时，应考虑目标物大小、背景颜色以及当时的光照条件。

在观测方向上无目标物的情况下，应当观察该方向和目标物方向上的空气浑浊程度以及天地线清晰程度。

根据其差别情况参照有目标物方向的能见度，判别该方向的能见度。

在沙漠、草原、海岛或其它地物稀少的地区，可采用人工设置目标物，并视其清晰程度来判定。

2、人工夜晚水平能见度的观测
夜间由于光照条件限制，能见度观测最好是用发光物理（如灯光）作为目标物，
根据灯光的强度和距离，查出相应的能见距离。

在无条件利用目标物进行观测的情况下，则只能根据天黑前能见度的变化趋势、当时天气现象和气象要素变化情况，结合实践经验加以估计。

在夜间观测能见度时，应当在黑暗处停留至少5分钟，待眼睛适应环境后进行观测。

垂直能见度的观测
由于空中无固定目标物，目前又无专门的观测仪器，难以测定垂直能见度的具体数值，因此，只能用天顶方向的空气浑浊程度来代替，以“好”、“中”、“差”、“劣”四个等级来表示。

能见度器测
理论基础和核心问题：如何准确的测量大气消光系数。

能见度仪的种类和基本原理
透射式能见度仪
设置一个人工光源，在一定距离处检测光源的强度，计算大气消光系数，得到能见度距离。

采样体积大，测量的精度高，通常作为器测能见度的标准。

需要长度为L的基线，使仪器占地面积相对增大，而且光源-探测器之间要保持准确的光轴（避免大风引起支架的颤动），这样在实际业务应用中就是仪器的安装、使用及应用领域收到限制。

散射式能见度仪（前向/后向/侧向）
直接测量来自一个小的采样容积的散射光强，通过散射光强来有效的计算消光系数。

激光雷达式能见度仪
和后向散射仪相似。

激光雷达发射激光脉冲，激光脉冲在大气中传输时，会因大气中的空气分子和气溶胶粒子而产生散射和吸收。

通过接收和测量大气后向散射光信号，提取不同距离处空气分子和气溶胶粒子光学参数的有关信息，进一步反演获取大气消光系数和大气水平能见度。

可以测量倾斜能见度和垂直能见度。

CCD摄像能见度仪，数字摄影头，仿照人眼观测能见度原理、根据人工观测能见度定义研制而成的，是取代人工观测能见度的最佳仪器。

具体做法：
在CCD的正前方从近到远选定几个目标物，作为本系统用于观测能见度的参考目标，并对这些选定的目标的距离、亮度等相关信息进行测定并存储作为参考信息（能见度目标物分布图）。

观测时，CCD直接摄取这些选定的目标物图像，通过图像采集卡将图像传输送至计算机，计算机再对这些目标物的图像信息分别进
行处理（得到目标物及其背景物的视亮度），然后带入能见度计算公式进行计算，得到能见度值。

系统可以准确测量2000m以内的能见度，广泛用高速公路的能见度监测。

成本底、体积小、方便可靠，以后一定会在高速公路的关闭、车辆的限速、机场飞机的起降甚至人们的日常出行和野外施工作业等领域得到广泛的应用。

PWD22介绍
原理：前向散射能见度仪。

组成
三、能见度与其它气象要素的关系
天气现象、相对湿度、风等气象要素
影响能见度的天气现象强度不断增强时，或风速较小而湿度不断增大时，或者地表干燥而风速增大时，水平能见度将相应减小。

参考器测。

四、能见度对航空发射的影响
主要有两方面，一是对火箭发射的瞄准的影响，在火箭地面瞄准期间，低能见度将干扰/影响地面瞄准仪与火箭瞄准棱镜之间光信号传输的强度和精确度，严重时将无法瞄准；而是水平与垂直能见度都会影响光学测量跟踪设备，影响其完成摄像、跟踪、测量的质量。