第三章-能見度、-天氣現(xiàn)象、地面狀態(tài)的觀測1

1、大氣探測學(xué),課程教學(xué)參考書,電子版（第四版）,專業(yè)基礎(chǔ)課,,,第三章 能見度、天氣現(xiàn)象、地面狀態(tài)的觀測,知識結(jié)構(gòu),一、能見度的觀測,一、何謂能見度？,能見度就是能夠看到周圍景物的程度，用目標(biāo)物的最大能見距離來表示。 分為水平能見度、垂直能見度、傾斜能見度,二、觀測能見度有什么意義?,在氣象上，它可以用來了解大氣穩(wěn)定度，判別氣團屬性 在環(huán)保方面，它能反映出大氣污染的一些基本狀況 在國防和國民

2、經(jīng)濟建設(shè)方面，它是保證航空、航海、交通運輸安全的一個重要因素,一、能見度的觀測,能見？,不能見？,一、能見度的觀測,1.影響能見度的基本因子2.適光和暗光3.水平能見度的觀測4.氣象光學(xué)視程的儀器測量,1.影響能見度的基本因子,1.大氣透明度2.目標(biāo)物和背景的屬性 3.眼睛的視覺性能,1.影響能見度的基本因子,假如有一目標(biāo)物，其原有亮度為B，在通過了距離為dx的混濁空氣后，亮度被減小了dB，其在這

3、段距離的亮度改變率為dB/B=-αdx，其中α是大氣的消光系數(shù)。若光線在均勻的大氣中通過的路徑為L時，則有：,,得出,亮度隨α和L的增加按指數(shù)規(guī)律減小，即大氣中的懸浮質(zhì)粒越多，大氣透明度就越差，目標(biāo)物的能見距離也就越小。,大氣透明度,1.影響能見度的基本因子,目標(biāo)物和背景的屬性,設(shè)目標(biāo)物的亮度為B0 ，背景亮度為B，亮度對比值 K 定義為：目標(biāo)物亮度B0與背景亮度B 的絕對差與其中大者之比。,當(dāng) B0＞B時 K＝（

4、B0－B)/B0當(dāng) B0＜B時 K＝（B－B0)/B,,0≤K≤1。若B0＝B，則K＝0，此時，目標(biāo)物和背景融合在一起，則無法辨認(rèn)目標(biāo)物；若B0＝0，或 B＝0，則K＝1，目標(biāo)清晰可見。,“屬性”是指目標(biāo)物和背景的大小、形狀、色彩、亮度等特性。,1.影響能見度的基本因子,眼 睛 的 視 覺 性 能,當(dāng)K＝0時，即目標(biāo)物與背景亮度完全一樣，就無法從背景上區(qū)別出目標(biāo)物來。但由于人眼鏡的視覺性能，實際上等不到 K＝0，而是當(dāng)K小到某一

5、數(shù)值ε后，人眼對亮度對比就已經(jīng)感覺不到了，此時，目標(biāo)物已不能見了。我們把人眼開始不能從背景上再感覺到目標(biāo)物時的亮度對比的最小值稱為 “對比視感閾” ，用ε來表示。當(dāng)K≥ε時，目標(biāo)物能見，否則，目標(biāo)物不能見。K＝ε為臨界狀態(tài)。 對比視感閾ε與外界照度有關(guān)，照度減小時，ε就增大；對比視感閾ε與目標(biāo)物的視角有關(guān)，當(dāng)視角小于臨界值 0.5°時，ε值要增大。一般說來，具有正常視力的人，在野外觀測條件下，ε的平均值約為0.02

6、。,2.適光和暗光,適光和暗光分別指白天和夜間的情況。 適光指白天光照環(huán)境下眼睛的適應(yīng)狀態(tài)。更精確的說，適光狀態(tài)定義為具有正常視力的觀測者對光線射入視網(wǎng)膜中央凹（視網(wǎng)膜最敏感的中樞部分）的刺激所作出的反應(yīng)。在這種適應(yīng)條件下，中央凹可區(qū)別出細(xì)微的清晰度和顏色。 夜間視覺視作是暗光的（以視網(wǎng)膜的視桿細(xì)胞取代中央凹產(chǎn)生視覺），視桿細(xì)胞作為視網(wǎng)膜上的外圍部分對顏色和細(xì)微清晰度不敏感，但對低的光強度特別敏感。 暗光視覺需要

7、長時間的適應(yīng)過程，長達(dá)30分鐘，而適光視覺只需2分鐘。,3. 水平能見度的觀測,1.氣象能見度 2.有效能見度 3.觀測方法 （1）白天能見度的觀測 （2）夜間能見度的觀測,3.水平能見度的觀測,1.何謂氣象光學(xué)視程？,氣象光學(xué)視程是指白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量，在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度。,3.水平能見度的觀測,2.什么是氣象能見度？,氣象能見

8、度是指視力正常的人，在當(dāng)時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物（黑色，大小適度）的最大水平距離； 夜間則是能看到和確定出一定強度燈光的最大水平距離。,3.水平能見度的觀測,3.什么是有效能見度？,有效能見度：是指周圍視野中二分之一以上的范圍都能看到的最大水平距離。記錄時以千米為單位取小數(shù)一位。,3.水平能見度的觀測,白天能見度的觀測,1、選定目標(biāo)物時，應(yīng)盡可能以天空為背景；2、大小適度，視角以0.5－5.0

9、76;之間為宜；3、仰角不宜超過6°，以越接近水平方向越好；4、顏色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度一年四季不變 或少變的；5、淺色，反光強的物體不適宜選為目標(biāo)物。 目標(biāo)物選定后，要測定觀測點與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)物所在的方位，繪制能見度目標(biāo)物分布圖。,3.水平能見度的觀測,能見度目標(biāo)分布圖,繪圖方法：一般是先產(chǎn)紙上畫九個同心圓。圓心代表觀測點，自近而遠(yuǎn)地每圈分別代表 0.1、0.2、0.5、 1.0、2.0

10、、5.0、10.0、20.0、50.0千米的距離。然后把所有目標(biāo)物，以其簡略圖形或編號按其所在方位、距離分別標(biāo)在相應(yīng)的位置上。,3.水平能見度的觀測,白天能見度的觀測,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，并視其清晰程度來判定能見度。人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多用來估計1.０千米以內(nèi)的能見度，其大小要適度，材料因地制宜(木板、土墻、水泥預(yù)制件等)，向著觀測點的一面應(yīng)涂成黑色，以與天空背景有清楚的對比。

11、 靠近海(湖)岸的站或海島站，其朝向海(湖)方向的能見度，還可以水天線(即海、天相接的線)的清晰程度。,3.水平能見度的觀測,白天能見度的觀測,如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒有更遠(yuǎn)的或看不到更遠(yuǎn)的目標(biāo)物時，可據(jù)此酌情判定：目標(biāo)物的顏色，細(xì)微部分清晰可辨時，能見度通常可定為該目標(biāo)物距離的五倍以上；目標(biāo)物的顏色，細(xì)微部分隱約可辨時，能見度可定為該目標(biāo)物距離的二倍半到五倍；目標(biāo)物的顏色，細(xì)微部分很難分辨時，能見度可定為大于該目標(biāo)物的距離，但不應(yīng)超

12、過二倍半。,3.水平能見度的觀測,白天能見度的觀測,,海面能見度參照表,3.水平能見度的觀測,夜 間 能 見 度 的 觀 測,夜間由于光照條件限制，能見度觀測最好是用發(fā)光物體作為目標(biāo)物，根據(jù)燈光強度和距離，查出相應(yīng)的能見距離。在無條件利用目標(biāo)燈進(jìn)行觀測的情況下，則只能根據(jù)天黑前能見度的變化趨勢，當(dāng)時天氣現(xiàn)象和氣象要素的變化情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗加以估計。夜間觀測能見度時，應(yīng)在黑暗處停留至少五分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進(jìn)行觀測。凡是有條件的地方，

13、均應(yīng)在各方向選擇一些固定的目標(biāo)燈來作為觀測能見度的依據(jù)。目標(biāo)燈應(yīng)選擇位于開闊地帶不受地方性煙霧影響的、燈光強度不變的、不帶顏色的、沒有燈罩的、白色的、孤立的點光源。,4.氣象光學(xué)視程的儀器測量,用于測量氣象光學(xué)視程的儀器可分為以下兩類：（1）用于測量水平空氣柱的消光系數(shù)或透射因數(shù)。光的衰減是由沿光束路徑上的微粒散射和吸收造成的。（2）用于測量小體積空氣對光的散射系數(shù)。在自然霧中，吸收通?？珊雎?，散射系數(shù)可視作與消光系數(shù)相同。,4

14、.氣象光學(xué)視程的儀器測量,1.透射能見度儀,透射能見度儀采用測量發(fā)射器和接收器之間水平空氣柱的平均消光(透射)系數(shù)而算出能見度。發(fā)射器提供一個經(jīng)過調(diào)制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一個光檢測器組成。由光檢測器輸出測定透射系數(shù)，再據(jù)此計算消光系數(shù)和氣象光學(xué)視程。,4.氣象光學(xué)視程的儀器測量,透射儀的準(zhǔn)確度,①發(fā)射器和接收器的準(zhǔn)直性不正確②發(fā)射器和接收器安裝的剛性和穩(wěn)定性不牢靠③光源的老化和中心位置不正確④校準(zhǔn)誤差（能見度太低

15、或在不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)影響消光系數(shù)）⑤系統(tǒng)的電子設(shè)備的不穩(wěn)定性⑥消光系數(shù)作為低通信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送時，受到電磁場的干擾 （尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號⑦來源于日出或日落的干擾和透射儀初始定向不良⑧大氣污染沾污光學(xué)系統(tǒng)⑨局地大氣狀況（陣雨、強風(fēng)和雪等）導(dǎo)致不具有代表性的消光系數(shù) 讀數(shù)或背離Koschmieder定律,4.氣象光學(xué)視程的儀器測量,2.散射能見度儀,散射能見度儀是測量散射系數(shù)從而估算出氣象光學(xué)視程

16、的儀器。,4.氣象光學(xué)視程的儀器測量,散射儀的準(zhǔn)確度：,①校準(zhǔn)誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)影響消光系數(shù)）②當(dāng)校準(zhǔn)中使用不透明散射體時，在程序或材料上缺乏重復(fù)性③系統(tǒng)的電子器件的不穩(wěn)定性④將散射系數(shù)以較弱的電流或電壓信號進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時，受電磁場的 干擾（尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號⑤日出或日落的干擾，以及儀器初始取向的不良⑥光學(xué)系統(tǒng)受大氣污染的沾污。（這些儀器和透射儀相比，對其光學(xué) 系統(tǒng)上的灰塵不

17、那么敏感，但是嚴(yán)重的污穢則仍有影響）⑦大氣條件（雨、雪、冰晶、沙、局地污染等）得出的散射系數(shù)不同 于相應(yīng)的消光系數(shù),二、天氣現(xiàn)象的觀測,§1 天氣現(xiàn)象的特征§2 容易混淆的天氣現(xiàn)象的區(qū)別,1、什么是天氣現(xiàn)象？,天氣現(xiàn)象是指在大氣中、地面上產(chǎn)生的降水、水汽凝結(jié)物（云除外）、凍結(jié)物、干質(zhì)懸浮物和光、電的現(xiàn)象，也包括一些風(fēng)的特征。,2、觀測天氣現(xiàn)象有何意義？,各種天氣現(xiàn)象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的，反映著大氣中不

18、同的物理過程，是天氣變化的直接反映，也是天氣預(yù)報的重要依據(jù)。觀測天氣現(xiàn)象不僅可以為了解一地的氣候情況積累資料，也可以為國防和國民經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪6.雨夾雪7. 陣性雨夾雪,滴狀的液態(tài)降水，下降時清楚可見，強度變化較緩慢，落在水面上會激起波紋和水花，落在干地上可留下濕斑。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪6.雨

19、夾雪7. 陣性雨夾雪,開始和停止都較突然、強度變化大的液態(tài)降水，有時伴有雷暴。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪6.雨夾雪7. 陣性雨夾雪,稠密、細(xì)小而十分均勻的液態(tài)降水，下降情況不易分辨，看上去似乎隨空氣微弱的運動飄浮在空中，徐徐落下。迎面有潮濕感，落在水面無波紋，落在干地上只是均勻地潤濕地面而無濕斑。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪

20、6.雨夾雪7. 陣性雨夾雪,固態(tài)降水，大多是白色不透明的六出分枝的星狀、六角形片狀結(jié)晶，常緩緩飄落，強度變化較緩慢。溫度較高時多成團降落。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪6.雨夾雪7. 陣性雨夾雪,開始和停止都較突然、強度變化大的降雪。,§1 天氣現(xiàn)象的特征,1.雨2.陣雨3.毛毛雨4.雪5.陣雪6.雨夾雪7. 陣性雨夾雪,半融化的雪（濕雪），或雨和雪同時下降。