Chapter03-第03章 能见度的观测

ln 0.05 3L P=L =− ln T ln T
2008-11-15
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刘树华
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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、反射器和接收器 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收器接收；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
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设目标物亮度为 B0，背景亮度为 B0
' B0 − B0' B0 当 B 0 > B ，则 K = = 1− B0 B0
'
' 0
（3.1） （3.2）
B0' − B0 B0 ' = 1− ' 当 B 0 < B 0 ，则 K = ' B0 B0
能见度的区别
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§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。
' L
∞
0
Eα −σ L Eα e dL = σ σ
−σ L
θ λ
（3.10）
B H 为水平天空的视亮度，代入（3.9）式得：
B = BH (1 − e
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)
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（3.11）
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3.人眼所见目标物的总视亮度
由(3.5)和(3.11)式得：
' BL = B0L + BL = B0e−)
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§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 3.912 L Lmax = − ln T
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由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的ε值 平均约为ε≈0.025。因此，世界气象组织推荐日间测定 能见度时，取对比阈值ε=0.025。 黄昏后，因亮度迅速减小，目标物与背景逐渐融合， ε值可迅速增大到0.06-0.07。 观测者的ε值与亮度和目标物的视张角有关。目标物
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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E0 表示。拜 克维尔给出了 E0与背景亮度 Bb的统计表达式：
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散射式天气现象/能见度仪
天气现象∕能见度仪资料介绍
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§3.6 复习思考题
阅读网站上给出的相关的天气现象参考文献复习思考如下问题
a×b 的张角为：θ = （3.3） × 0.34 L 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）。
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§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B0 ；通过距离L的空气层后减 为B0L 。 L − ∫ σ dL 由Beer定律：B0 L = B0 e 0 （3.4） 其中: σ 为大气层消光系数，单位为cm-1 B0 L = B0e−σ L 如果大气水平均一，则： （3.5） B0 L = T ，T为大气层透射率，T = e−σ L 令： B0 B0 1 σ ln 则有： = （3.6） L B0L
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观测者、目标物背景的视亮度对比为:
K
L
' BL − BL = ' BL
BL 为经L距离后,目标物的固有亮度; ' BL 为经L距离后,背景的固有亮度。 由（3.12）式可写成：
B L = B0 e − σ L + B H (1 − e − σ L )
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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利用光脉冲 信号强度变化来获取能见度值。 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
（3.12）
（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。
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§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 B 0' − B 0 K0 = B 0'
lg E0 = −6.95 + 0.887 lg Bb
E0 的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值 E0最
大，红光的 E0 最小，故用红色灯光易于辨认。
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影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度 和眼睛灵敏度。 设灯光强度为I，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：
I E = 2 e −σ L L
当观测者离灯光距离为S时，灯光产生的照度达到阈 值 E0 ,这时目标灯恰好能见，称S为灯光能见距离，即
E0 = e I / S S = (ln I − ln E0 − 2 ln S ) / σ σ = (ln I − ln E0 − 2 ln S ) / S
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K 再取 ε = 0.02 ，则定出的最大能见度距离为： 0 = 1 1 1 3.912 Lmax = ln = （3.16） σ 0.02 σ
按上述规定的条件进行观测，测定的 Lmax 只与大气消光 系数 σ 成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一 影响，故视程 Lmax 为气象能见距离，或气象视距。
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B 0' − B 0 1 KL = B B 0' 1 + 0' ( e − σ L − 1) 1 B0 F (L) = B 1 + 0' ( e − σ L − 1) B0
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当这种衰减达到 K L = ε 时，相应的能见度距离为L K0 1 L = ln （3.15） σ ε 若选择深色物体作为目标物，即 B0 = 0 ，相应
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§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。
' ' BL = B0 e −σ L + BH (1 − e−σ L )
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则： 令：
称作传输函数，则有：K L = K 0 F ( L) （3.13） （2）白天气象能见度及其观测法 ' B0 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 BH ' 即 B0 = BH ，则有 K L = K 0 e − σ L （3.14） F(L) = e−σ L 称为科希米德（Koschmieder)定律，它表达了目标物与 水平天空背景的亮度对比度衰减规律。