第三章-能見(jiàn)度、-天氣現(xiàn)象、地面狀態(tài)的觀(guān)測(cè)1

1、大氣探測(cè)學(xué),課程教學(xué)參考書(shū),電子版（第四版）,專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,,,第三章 能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象、地面狀態(tài)的觀(guān)測(cè),知識(shí)結(jié)構(gòu),一、能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),一、何謂能見(jiàn)度？,能見(jiàn)度就是能夠看到周?chē)拔锏某潭?，用目?biāo)物的最大能見(jiàn)距離來(lái)表示。 分為水平能見(jiàn)度、垂直能見(jiàn)度、傾斜能見(jiàn)度,二、觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度有什么意義?,在氣象上，它可以用來(lái)了解大氣穩(wěn)定度，判別氣團(tuán)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(guó)防和國(guó)民

2、經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面，它是保證航空、航海、交通運(yùn)輸安全的一個(gè)重要因素,一、能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),能見(jiàn)？,不能見(jiàn)？,一、能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),1.影響能見(jiàn)度的基本因子2.適光和暗光3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè)4.氣象光學(xué)視程的儀器測(cè)量,1.影響能見(jiàn)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(jué)性能,1.影響能見(jiàn)度的基本因子,假如有一目標(biāo)物，其原有亮度為B，在通過(guò)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(xiàn)在均勻的大氣中通過(guò)的路徑為L(zhǎng)時(shí)，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(jiàn)距離也就越小。,大氣透明度,1.影響能見(jiàn)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(duì)比值 K 定義為：目標(biāo)物亮度B0與背景亮度B 的絕對(duì)差與其中大者之比。,當(dāng) B0＞B時(shí) K＝（

4、B0－B)/B0當(dāng) B0＜B時(shí) K＝（B－B0)/B,,0≤K≤1。若B0＝B，則K＝0，此時(shí)，目標(biāo)物和背景融合在一起，則無(wú)法辨認(rèn)目標(biāo)物；若B0＝0，或 B＝0，則K＝1，目標(biāo)清晰可見(jiàn)。,“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(jiàn)度的基本因子,眼 睛 的 視 覺(jué) 性 能,當(dāng)K＝0時(shí)，即目標(biāo)物與背景亮度完全一樣，就無(wú)法從背景上區(qū)別出目標(biāo)物來(lái)。但由于人眼鏡的視覺(jué)性能，實(shí)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(duì)亮度對(duì)比就已經(jīng)感覺(jué)不到了，此時(shí)，目標(biāo)物已不能見(jiàn)了。我們把人眼開(kāi)始不能從背景上再感覺(jué)到目標(biāo)物時(shí)的亮度對(duì)比的最小值稱(chēng)為 “對(duì)比視感閾” ，用ε來(lái)表示。當(dāng)K≥ε時(shí)，目標(biāo)物能見(jiàn)，否則，目標(biāo)物不能見(jiàn)。K＝ε為臨界狀態(tài)。 對(duì)比視感閾ε與外界照度有關(guān)，照度減小時(shí)，ε就增大；對(duì)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(shí)，ε值要增大。一般說(shuō)來(lái)，具有正常視力的人，在野外觀(guān)測(cè)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(shuō)，適光狀態(tài)定義為具有正常視力的觀(guān)測(cè)者對(duì)光線(xiàn)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(jué)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(jué)），視桿細(xì)胞作為視網(wǎng)膜上的外圍部分對(duì)顏色和細(xì)微清晰度不敏感，但對(duì)低的光強(qiáng)度特別敏感。 暗光視覺(jué)需要

7、長(zhǎng)時(shí)間的適應(yīng)過(guò)程，長(zhǎng)達(dá)30分鐘，而適光視覺(jué)只需2分鐘。,3. 水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),1.氣象能見(jiàn)度 2.有效能見(jiàn)度 3.觀(guān)測(cè)方法 （1）白天能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè) （2）夜間能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),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(guò)的路徑長(zhǎng)度。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),2.什么是氣象能見(jiàn)度？,氣象能見(jiàn)

8、度是指視力正常的人，在當(dāng)時(shí)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(qiáng)度燈光的最大水平距離。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),3.什么是有效能見(jiàn)度？,有效能見(jiàn)度：是指周?chē)曇爸卸种灰陨系姆秶寄芸吹降淖畲笏骄嚯x。記錄時(shí)以千米為單位取小數(shù)一位。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),白天能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),1、選定目標(biāo)物時(shí)，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(guò)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(qiáng)的物體不適宜選為目標(biāo)物。 目標(biāo)物選定后，要測(cè)定觀(guān)測(cè)點(diǎn)與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)物所在的方位，繪制能見(jiàn)度目標(biāo)物分布圖。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),能見(jiàn)度目標(biāo)分布圖,繪圖方法：一般是先產(chǎn)紙上畫(huà)九個(gè)同心圓。圓心代表觀(guān)測(cè)點(diǎn)，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(jiǎn)略圖形或編號(hào)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(jiàn)度的觀(guān)測(cè),白天能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),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)判定能見(jiàn)度。人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多用來(lái)估計(jì)1.０千米以?xún)?nèi)的能見(jiàn)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(guān)測(cè)點(diǎn)的一面應(yīng)涂成黑色，以與天空背景有清楚的對(duì)比。

11、 靠近海(湖)岸的站或海島站，其朝向海(湖)方向的能見(jiàn)度，還可以水天線(xiàn)(即海、天相接的線(xiàn))的清晰程度。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),白天能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒(méi)有更遠(yuǎn)的或看不到更遠(yuǎn)的目標(biāo)物時(shí)，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(shí)，能見(jiàn)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(shí)，能見(jiàn)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(shí)，能見(jiàn)度可定為大于該目標(biāo)物的距離，但不應(yīng)超

12、過(guò)二倍半。,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),白天能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),,海面能見(jiàn)度參照表,3.水平能見(jiàn)度的觀(guān)測(cè),夜 間 能 見(jiàn) 度 的 觀(guān) 測(cè),夜間由于光照條件限制，能見(jiàn)度觀(guān)測(cè)最好是用發(fā)光物體作為目標(biāo)物，根據(jù)燈光強(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)燈進(jìn)行觀(guān)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)象和氣象要素的變化情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以估計(jì)。夜間觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度時(shí)，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(guān)測(cè)。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(lái)作為觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的依據(jù)。目標(biāo)燈應(yīng)選擇位于開(kāi)闊地帶不受地方性煙霧影響的、燈光強(qiáng)度不變的、不帶顏色的、沒(méi)有燈罩的、白色的、孤立的點(diǎn)光源。,4.氣象光學(xué)視程的儀器測(cè)量,用于測(cè)量氣象光學(xué)視程的儀器可分為以下兩類(lèi)：（1）用于測(cè)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(cè)量小體積空氣對(duì)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(cè)量,1.透射能見(jiàn)度儀,透射能見(jiàn)度儀采用測(cè)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(jiàn)度。發(fā)射器提供一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一個(gè)光檢測(cè)器組成。由光檢測(cè)器輸出測(cè)定透射系數(shù)，再據(jù)此計(jì)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(cè)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(jiàn)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(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送時(shí)，受到電磁場(chǎng)的干擾 （尤其是在機(jī)場(chǎng)），這時(shí)最好采用數(shù)字化信號(hào)⑦來(lái)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(qiáng)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(cè)量,2.散射能見(jiàn)度儀,散射能見(jiàn)度儀是測(cè)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(cè)量,散射儀的準(zhǔn)確度：,①校準(zhǔn)誤差（能見(jiàn)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(shí)，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(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，受電磁場(chǎng)的 干擾（尤其是在機(jī)場(chǎng)），這時(shí)最好采用數(shù)字化信號(hào)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(duì)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(guān)測(cè),§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(guān)測(cè)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(guò)程，是天氣變化的直接反映，也是天氣預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。觀(guān)測(cè)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(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)清楚可見(jiàn)，強(qiáng)度變化較緩慢，落在水面上會(huì)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(kāi)始和停止都較突然、強(qiáng)度變化大的液態(tài)降水，有時(shí)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(yùn)動(dòng)飄浮在空中，徐徐落下。迎面有潮濕感，落在水面無(wú)波紋，落在干地上只是均勻地潤(rùn)濕地面而無(wú)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(qiáng)度變化較緩慢。溫度較高時(shí)多成團(tuán)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(kāi)始和停止都較突然、強(qiáng)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(shí)下降。