能見(jiàn)度的觀測(cè)

能見(jiàn)度的觀測(cè)0前言“一天濃霧滿長(zhǎng)江，遠(yuǎn)近難分水渺茫。驟雨飛蝗來(lái)戰(zhàn)艦，孔明今日伏周郎?！边@首詩(shī)是后人對(duì)赤壁之戰(zhàn)中，諸葛亮草船借箭神機(jī)妙算的稱贊。草船借箭的故事相信大家并不陌生，諸葛亮3天之內(nèi)，不費(fèi)江東半分之力，活得十萬(wàn)余箭?，F(xiàn)在我們來(lái)回顧這個(gè)故事，其它的不談，僅從氣象來(lái)說(shuō)，這次成功離不開(kāi)重霧迷江，能見(jiàn)度太低，彼軍忽至，看不見(jiàn)沒(méi)譜，必有埋伏，切不可輕動(dòng)?？蓳芩姽笫謥y箭射之。箭如雨發(fā)，霧散天明，十萬(wàn)箭足矣！這就是一個(gè)巧妙利用能見(jiàn)度的故事。今天，我們就一起來(lái)學(xué)習(xí)討論一下關(guān)于能見(jiàn)度的觀測(cè)。一、能見(jiàn)度的定義和影響因子1、定義“能見(jiàn)”，顧名思義能夠看見(jiàn)。在白天是指能看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物的輪廓和形體；在夜間是指能看清目標(biāo)燈的發(fā)光點(diǎn)。能見(jiàn)度，目標(biāo)物的人眼可見(jiàn)距離。（1） 水平能見(jiàn)度，指視力正常（對(duì)比閾值為0.05）的人，在當(dāng)時(shí)的天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨別出目標(biāo)物的最大水平距離。（2） 垂直能見(jiàn)度，觀測(cè)者垂直向上或向下能夠辨清目標(biāo)物的最大距離。（3） 最小能見(jiàn)度，觀測(cè)點(diǎn)四周視野范圍內(nèi)能見(jiàn)到的最小的距離。當(dāng)出現(xiàn)天氣現(xiàn)象使能見(jiàn)度小于1000m時(shí)觀測(cè)，文發(fā)氣象臺(tái)一般指霧/輕霧。（4） 有效水平能見(jiàn)度，四周視野二分之一以上的范圍內(nèi)都能看到的最大水平距離。目前地面日常值班觀測(cè)的就是有效水平能見(jiàn)度的。1各方向水平能見(jiàn)度大致相同，任一方向的水平能見(jiàn)度均可作為有效能見(jiàn)度。2）四周多數(shù)方向的水平能見(jiàn)度大致相同，多數(shù)方向中任意一方向的水平能見(jiàn)度可作為有效能見(jiàn)度。3）臺(tái)站四周能見(jiàn)度好壞很不規(guī)則，按照能見(jiàn)度的實(shí)際情況劃分為若干區(qū)域，要求每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)能見(jiàn)度基本一致，然后將扇形區(qū)的能見(jiàn)度數(shù)值由大至小依次排列，并按這種順序?qū)⒏魃刃螀^(qū)所占的面積或角度相加起來(lái)，直到剛好大于四周面積的1/2為止。然后從相加的區(qū)域中，挑出能見(jiàn)度數(shù)值最小的即為有效水平能見(jiàn)度。例子2、影響因子能見(jiàn)度是復(fù)雜的大氣光學(xué)現(xiàn)象，受眾多的因素影響，影響能見(jiàn)度的因素概括如下：（1） 大氣透明程度。直接因素，能見(jiàn)度是表征大氣透明程度的重要物理量?？諝庵兴s質(zhì)愈多、愈渾濁，能見(jiàn)度就越差；反之，能見(jiàn)度就好。（2） 目標(biāo)物和背景之間的亮度對(duì)比對(duì)比度愈大，目標(biāo)愈明亮，目標(biāo)物愈清晰，能見(jiàn)度越好。這就要求我們要選擇合適的目標(biāo)物。（3） 觀測(cè)者視覺(jué)感應(yīng)能力當(dāng)目標(biāo)物和背景的亮度對(duì)比值小于某一極限時(shí)，不能區(qū)別，我們把這一最小亮度對(duì)比值叫做人眼的視覺(jué)對(duì)比感閾。視覺(jué)對(duì)比感閾的大小取決于觀測(cè)者的視力、觀測(cè)時(shí)的光照條件和目標(biāo)物視角大小。以白天水平天空為背景的黑色目標(biāo)物，其視亮度對(duì)比 C可以表示為（Koschmieder定律），僅與大氣消光系數(shù)有關(guān)。大氣消光系數(shù)，色溫為2700k的白熾燈發(fā)出平行光束在大氣中傳播單位長(zhǎng)度所損失的光通量比率。I=0e-,大氣消光系數(shù)是一個(gè)與人的視覺(jué)無(wú)關(guān)的量，這也就解決了觀測(cè)結(jié)果因人而異的問(wèn)題，儀器測(cè)量的基礎(chǔ)與核心。大氣分子和大氣氣溶膠對(duì)于光有吸收、散射的作用，在可見(jiàn)光和紅外波段，大氣對(duì)光的吸收作用可以忽略不計(jì)，一般通過(guò)測(cè)量大氣散射系數(shù)來(lái)估計(jì)大氣消光系數(shù)。氣象光學(xué)視程MOR，色溫為2700k的白熾燈發(fā)出平行光束，通過(guò)大氣，光度減少到初始的0.05時(shí)的路徑長(zhǎng)度。二、能見(jiàn)度的觀測(cè)1、人工白天水平能見(jiàn)度的觀測(cè)能見(jiàn)度目標(biāo)物的選擇臺(tái)站四周不同方向，不同距離選擇若干固定的目標(biāo)物，作為觀測(cè)能見(jiàn)度距離的依據(jù)。目標(biāo)物的選擇，應(yīng)以使觀測(cè)結(jié)果能反映大氣透明度的特征為前提，具體要求如下：目標(biāo)物接近黑色，其亮度一年四季不變或少變，使亮度對(duì)比值比較固定。反光強(qiáng)的淺色物體(如白色粉紅色/炎青色的建筑物或雪山頂?shù)?不宜做目標(biāo)物。目標(biāo)物應(yīng)盡可能以天空為背景，若以山、森林等為背景時(shí)，則要求目標(biāo)物在背景的襯托下輪廓清晰，且與背景的距離盡可能遠(yuǎn)一些。目標(biāo)物大小要適度，視角以0.5-5.0度之間為宜，近的目標(biāo)物可以小些，遠(yuǎn)的目標(biāo)物可以適當(dāng)大一些。、目標(biāo)物的仰角最好接近水平，因?yàn)榕_(tái)站測(cè)定的是水平能見(jiàn)度，一般不宜超過(guò)6度。707#氣象臺(tái)目標(biāo)物判斷與介紹選擇好目標(biāo)物后，對(duì)各目標(biāo)物與測(cè)站的距離進(jìn)行測(cè)量，然后制成目標(biāo)物分布圖，供觀測(cè)員觀測(cè)時(shí)參考。觀測(cè)方法觀測(cè)能見(jiàn)度應(yīng)在視野開(kāi)闊且能見(jiàn)到目標(biāo)物的地方進(jìn)行準(zhǔn)確的觀測(cè)和記錄。氣象臺(tái)觀測(cè)位置該方向有目標(biāo)物的情況：（1） 如果某一目標(biāo)物剛好能“看清“，而再遠(yuǎn)一些的目標(biāo)物就”看不清”，則剛好能“看清“的目標(biāo)物距離，就是該方向的能見(jiàn)度。（2） 目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分清晰可辨時(shí)，則能見(jiàn)度通常為該目標(biāo)物距離5倍以上（3） 目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分隱約可辨時(shí)，則能見(jiàn)度通常為該目標(biāo)物距離2.5到5倍距離（4） 目標(biāo)物的顏色、細(xì)微部分很難分辨，則能見(jiàn)度應(yīng)大于該目標(biāo)物距離2倍距離，但不能超過(guò)2.5倍。運(yùn)用以上幾點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮目標(biāo)物大小、背景顏色以及當(dāng)時(shí)的光照條件。在觀測(cè)方向上無(wú)目標(biāo)物的情況下，應(yīng)當(dāng)觀察該方向和目標(biāo)物方向上的空氣渾濁程度以及天地線清晰程度。根據(jù)其差別情況參照有目標(biāo)物方向的能見(jiàn)度，判別該方向的能見(jiàn)度。在沙漠、草原、海島或其它地物稀少的地區(qū)，可采用人工設(shè)置目標(biāo)物，并視其清晰程度來(lái)判定。2、人工夜晚水平能見(jiàn)度的觀測(cè)夜間由于光照條件限制，能見(jiàn)度觀測(cè)最好是用發(fā)光物理（如燈光）作為目標(biāo)物，根據(jù)燈光的強(qiáng)度和距離，查出相應(yīng)的能見(jiàn)距離。在無(wú)條件利用目標(biāo)物進(jìn)行觀測(cè)的情況下，則只能根據(jù)天黑前能見(jiàn)度的變化趨勢(shì)、當(dāng)時(shí)天氣現(xiàn)象和氣象要素變化情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以估計(jì)。在夜間觀測(cè)能見(jiàn)度時(shí)，應(yīng)當(dāng)在黑暗處停留至少5分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進(jìn)行觀測(cè)。垂直能見(jiàn)度的觀測(cè)由于空中無(wú)固定目標(biāo)物，目前又無(wú)專門的觀測(cè)儀器，難以測(cè)定垂直能見(jiàn)度的具體數(shù)值，因此，只能用天頂方向的空氣渾濁程度來(lái)代替，以“好”、“中、“差'、“劣”四個(gè)等級(jí)來(lái)表示。等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)好天空不渾濁。能清楚地看出云的細(xì)微結(jié)構(gòu)；碧空或少云時(shí)，晝間天空呈蔚藍(lán)，夜間星月很明亮。中天空稍渾濁。能比較清楚地看出云的形態(tài)和結(jié)構(gòu)；碧空或少云時(shí)，晝間天空呈淺藍(lán)色，夜間星月較明亮。差天空比較渾濁。能分辨出云的情況，但是看中云和高云有些模糊；碧空或少云時(shí)，晝間天空多呈紅色或桔黃色，夜間月亮呈紅色或淡黃色，星光模糊。劣天空非常渾濁。難以分辨云的情況或只能模糊地分辨出低云的形狀；碧空或少云時(shí)，晝間日光昏暗，天空多呈土黃色或灰白色，夜間星月很模糊，甚至看不見(jiàn)。能見(jiàn)度器測(cè)理論基礎(chǔ)和核心問(wèn)題：如何準(zhǔn)確的測(cè)量大氣消光系數(shù)。能見(jiàn)度儀的種類和基本原理透射式能見(jiàn)度儀設(shè)置一個(gè)人工光源，在一定距離處檢測(cè)光源的強(qiáng)度，計(jì)算大氣消光系數(shù)，得到能見(jiàn)度距離。采樣體積大，測(cè)量的精度高，通常作為器測(cè)能見(jiàn)度的標(biāo)準(zhǔn)。需要長(zhǎng)度為L(zhǎng)的基線，使儀器占地面積相對(duì)增大，而且光源-探測(cè)器之間要保持準(zhǔn)確的光軸（避免大風(fēng)引起支架的顫動(dòng)），這樣在實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中就是儀器的安裝、使用及應(yīng)用領(lǐng)域收到限制。散射式能見(jiàn)度儀（前向/后向/側(cè)向）直接測(cè)量來(lái)自一個(gè)小的采樣容積的散射光強(qiáng)，通過(guò)散射光強(qiáng)來(lái)有效的計(jì)算消光系數(shù)。激光雷達(dá)式能見(jiàn)度儀和后向散射儀相似。激光雷達(dá)發(fā)射激光脈沖，激光脈沖在大氣中傳輸時(shí)，會(huì)因大氣中的空氣分子和氣溶膠粒子而產(chǎn)生散射和吸收。通過(guò)接收和測(cè)量大氣后向散射光信號(hào)，提取不同距離處空氣分子和氣溶膠粒子光學(xué)參數(shù)的有關(guān)信息，進(jìn)一步反演獲取大氣消光系數(shù)和大氣水平能見(jiàn)度?？梢詼y(cè)量?jī)A斜能見(jiàn)度和垂直能見(jiàn)度。CCD攝像能見(jiàn)度儀，數(shù)字?jǐn)z影頭，仿照人眼觀測(cè)能見(jiàn)度原理、根據(jù)人工觀測(cè)能見(jiàn)度定義研制而成的，是取代人工觀測(cè)能見(jiàn)度的最佳儀器。具體做法：在CCD的正前方從近到遠(yuǎn)選定幾個(gè)目標(biāo)物，作為本系統(tǒng)用于觀測(cè)能見(jiàn)度的參考目標(biāo)，并對(duì)這些選定的目標(biāo)的距離、亮度等相關(guān)信息進(jìn)行測(cè)定并存儲(chǔ)作為參考信息（能見(jiàn)度目標(biāo)物分布圖。觀測(cè)時(shí)，CCD直接攝取這些選定的目標(biāo)物圖像，通過(guò)圖像采集卡將圖像傳輸送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再對(duì)這些目標(biāo)物的圖像信息分別進(jìn)行處理（得到目標(biāo)物及其背景物的視亮度），然后帶入能見(jiàn)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到能見(jiàn)度值。系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測(cè)量2000m以內(nèi)的能見(jiàn)度，廣泛用高速公路的能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)。成本底、體積小、方便可靠，以后一定會(huì)在高速公路的關(guān)閉、車輛的限速、機(jī)場(chǎng)飛機(jī)的起降甚至人們的日常出行和野外施工作業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。PWD22介紹原理：前向散射能見(jiàn)度儀。組成三、 能見(jiàn)度與其它氣象要素的關(guān)系天氣現(xiàn)象、相對(duì)濕度、風(fēng)等氣象要素影響能見(jiàn)度的天氣現(xiàn)象強(qiáng)度不斷