气象观测能见的观测.pptx

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1、第1页/共26页影响能见度的因子第2页/共26页能见度的区别第3页/共26页能见度的区别第4页/共26页&3.2&3.2 影响能见度的因素影响能见度的因素1.1.大气透明度：大气透明度：大气透明度是影响能见度的主要因子。大气中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，能见度弱。所以，大气中杂质愈多，愈浑浊，能见度就愈差。就愈差。2.2.目标物和背景的亮度对比目标物和背景的亮度对比 在大气中目标物能见与否，

2、取决于本身亮度，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。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表示这种差异的指标是亮度的对比值K K。第5页/共26页设目标物亮度为设目标物亮度为 ，背景亮度为，背景亮度为 当当 ，则，则 当当 ，则，则 所以，所以，当目标物与背景亮度一致时，当目标物与背景亮度一致时，则，则K=0K=0，此时，此时目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能

3、辨别目目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能辨别目标物。标物。当当K K在在0-10-1范围内变化时，则随范围内变化时，则随K K值的增大，目标物值的增大，目标物看的越清晰。看的越清晰。第6页/共26页3.3.观测者的视力指标观测者的视力指标对比视感域对比视感域 在白天当，当在白天当，当K=0K=0时，难以准确辨别目标物。时，难以准确辨别目标物。当当K K逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，当逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，当K K值增值增大到某一值时，才能准确地辨别目标物。这个大到某一值时，才能准确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域，用亮度对比值叫做对比视感域，用表示。表示。当当KK时，目标

4、物可见；时，目标物可见；当当KK时，目标物不可见；时，目标物不可见；当当K=K=时，目标物若隐若现，为临界状态。时，目标物若隐若现，为临界状态。的大小主要取决于观测者的视力，观测时的的大小主要取决于观测者的视力，观测时的光照条件和目标物视角的大小。光照条件和目标物视角的大小。第7页/共26页由实验得出，在白天野外光照条件下，正常由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的人的值平均约为值平均约为0.0250.025。因此，联合。因此，联合国气象组织推荐日间测定能见度时，取对比国气象组织推荐日间测定能见度时，取对比阈值阈值=0.025=0.025。黄昏后，因亮度迅速减小，目标物与背景逐黄昏后，因亮

5、度迅速减小，目标物与背景逐渐融合，渐融合，值可迅速增大到值可迅速增大到0.06-0.070.06-0.07。观测者的观测者的值与亮度和目标物的视张角有关。值与亮度和目标物的视张角有关。目标物的张角为：目标物的张角为：其中：其中：a a为目标物的高度为目标物的高度(m)(m)；b b为目标物的宽度为目标物的宽度(m)(m)；L L为观测者与目标物之间的水平距离为观测者与目标物之间的水平距离(km)(km)。第8页/共26页&3.3&3.3 目标物的亮度方程目标物的亮度方程1.1.目标物亮度减弱规律：目标物亮度减弱规律：设目标物固有视亮度为设目标物固有视亮度为 ；通过距离；通过距离L L的空气层的

6、空气层后减为后减为由由BeerBeer定律：定律：其中其中:为大气层消光系数，单位为为大气层消光系数，单位为 如果大气水平均一，则：如果大气水平均一，则：令：令：，T T为大气层透射率，为大气层透射率，则有：则有：第9页/共26页2.2.气幕光气幕光设入射到体积元上光的照度为设入射到体积元上光的照度为 ；体积角散射系数；体积角散射系数为为观测方向散射光强为：观测方向散射光强为：令可见光波段散射为：令可见光波段散射为：人目方向原始亮度为：人目方向原始亮度为：根据物光减弱规律，通过根据物光减弱规律，通过dLdL气层减弱后的视亮度为：气层减弱后的视亮度为：在距离观测者水平距离在距离观测者水平距离L

7、L处，取一空气元，其元的体处，取一空气元，其元的体积为：积为：第10页/共26页从从0 0到到L L积分得：积分得：为距离为距离L L内所有空气的气幕光视亮度。内所有空气的气幕光视亮度。假定水平方向空气均一，从假定水平方向空气均一，从0 0到无穷远积分，得：到无穷远积分，得：为水平天空的视亮度，代入（为水平天空的视亮度，代入（3.93.9）式得：）式得：第11页/共26页3.3.人眼所见目标物的总视亮度人眼所见目标物的总视亮度 由由(3.5)(3.5)和和(3.11)(3.11)式得：式得：（3.12)3.12)式为以水平天空为背景的目标物视亮度方式为以水平天空为背景的目标物视亮度方程。程。可

8、见当可见当L L 时，即当远离目标物时，不论其时，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，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，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。目标物消失的距离越短。第12页/共26页&3.4&3.4 气象能见气象能见度度 影响目标物能见度的因子很多，而气象工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，以固定其它因须选定和统一实行某种观测方法，以固定其它因子，

9、使测定的最大水平能见距离只表达大气透明子，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程度的单一因子影响。下面分白天和夜间两种情况介绍。况介绍。1 1、白天气象能见度、白天气象能见度 （1 1）目标物背景对比度衰减规律：）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，取固有亮度对比值，取 第13页/共26页 观测者、目标物背景的视亮度对比为观测者、目标物背景的视亮度对比为:为经为经L L距离后距离后,目标物的固有亮度目标物的固有亮度;为经为经L L距离后距离后,背景的固有亮度。背

10、景的固有亮度。由（由（3.123.12）式可写成：）式可写成：第14页/共26页则：则：令：令：称作传输函数，则有：称作传输函数，则有：（2 2）白天气象能见度及其观测法）白天气象能见度及其观测法若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮度度应等于水平天空的视亮度应等于水平天空的视亮度即即 则有则有 第15页/共26页称为科希米德（称为科希米德（Koschmieder)Koschmieder)定律，它表达了目标定律，它表达了目标物物与水平天空背景亮度对比度衰减规律。与水平天空背景亮度对比度衰减规律。当这种衰减达到当这种衰减达到 时，相应的能见度距离为时

11、，相应的能见度距离为L L若选择深色物体作为目标物，即若选择深色物体作为目标物，即 ，相应，相应再取再取 ，则定出的最大能见度距离为：，则定出的最大能见度距离为：按上述规定的条件进行观测，测定的按上述规定的条件进行观测，测定的 只与大气只与大气消光消光系数系数 成单一函数关系。它只反映大气透明度的单成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一一影响，故视程影响，故视程 为气象能见距离，或气象视距。为气象能见距离，或气象视距。第16页/共26页2.2.夜间能见度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，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

12、标物是点源，而只能用发光物体作为目标物。灯光目标物是点源，不不象扩展光源那样考虑亮度对比问题，对其观测要用点象扩展光源那样考虑亮度对比问题，对其观测要用点源源在眼睛上产生的照度来衡量。而夜间决定目标能见与在眼睛上产生的照度来衡量。而夜间决定目标能见与否否的眼睛的指标是眼睛的灵敏度，即所能感受的最小照的眼睛的指标是眼睛的灵敏度，即所能感受的最小照度，度，又叫照度视觉阈值，以又叫照度视觉阈值，以 表示。拜克维尔给出了表示。拜克维尔给出了 与背与背景亮度景亮度 的统计表达式：的统计表达式：的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值 最最大，红光的大，红光的 最小，故

13、用红色灯光易于辨认。最小，故用红色灯光易于辨认。第17页/共26页影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和眼眼睛的灵敏度。睛的灵敏度。设灯光强度为设灯光强度为 ，与观测者为距离，与观测者为距离L L，则在观测者眼，则在观测者眼睛睛上产生的照度可由阿拉德（上产生的照度可由阿拉德（AllardAllard）定律定义：）定律定义：当观测者离灯光距离为当观测者离灯光距离为S S时，灯光产生的照度达到阈时，灯光产生的照度达到阈值值 ，这时目标灯恰好能见，称这时目标灯恰好能见，称S S为灯光能见距离，即为灯光能见距离，即第18页/共26页将（将（3.18

14、)3.18)式代入式代入(3.16)(3.16)式，得：式，得：按（按（3.19)3.19)式，可将灯光能见距离换算成气象能见距式，可将灯光能见距离换算成气象能见距离，离，实际工作中，常按实际工作中，常按(3.18)(3.18)式绘制好灯光能见距离与气式绘制好灯光能见距离与气象象能见度换算列线图，由图便可根据灯光强度能见度换算列线图，由图便可根据灯光强度I I和距离和距离S S查查算最大能见距离算最大能见距离L Lmaxmax。第19页/共26页&3.5&3.5 能见度的器测法能见度的器测法1.1.遥测光度计遥测光度计 原理：由目标物、天空背景的视亮度比较原理：由目标物、天空背景的视亮度比较给

15、给出大气消光系数出大气消光系数推算气象能见度。推算气象能见度。2.2.测大气透射率表测大气透射率表 气象能见度气象能见度L Lmaxmax或气象光学距离或气象光学距离P P均可写成大均可写成大气透射率（气透射率（T T）的函数，即）的函数，即 第20页/共26页如果选择两点间的距离为如果选择两点间的距离为B B的长度作为测量基线，将的长度作为测量基线，将上上式中式中L L取为取为B B，测出两点间的透射率，即可算出气象，测出两点间的透射率，即可算出气象能见能见度。度。测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构成。成。光发射器和接收器合成一体安置在基

16、线一端，反射光发射器和接收器合成一体安置在基线一端，反射器安器安置在基线另一端。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发射器发射的光被分成两束，一束透过大气层经反射器射器反射回来被接受器接收；另一束光则不射入大气层，反射回来被接受器接收；另一束光则不射入大气层，作作为参考光，直接进入接收器，回波信号与参考光信为参考光，直接进入接收器，回波信号与参考光信号同号同轴地照在光电接收器件上，由比较法确定其透射率。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。光程差越大，能见度越小。图示图示第21页/共26页3 3、大气散射仪、大气散射仪应用透射仪需要基线，

17、不适合高山、沿海、船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光脉冲舶台站使用。大气散射仪的主要原理是光脉冲发射机发射光脉冲信号，被空气散射后，由接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，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。由纪录器和显示器给出能见度值。电脉冲信号电脉冲信号越强，能见度越小。越强，能见度越小。图示图示第22页/共26页散射式能见度仪散射式能见度仪第23页/共26页3.6 3.6 思考题思考题1.1.影响能见度的因子有哪些？影响能见度的因子有哪些？2.2.气象能见度的定义是什

18、么？气象能见度的定义是什么？3.3.白天能见度与夜间能见度的观测有何不同？白天能见度与夜间能见度的观测有何不同？4.4.能见度的器测法主要有哪几种，说明它们的能见度的器测法主要有哪几种，说明它们的优缺点和工作原理。优缺点和工作原理。5.5.请写出水平均一大气的目标物亮度方程请写出水平均一大气的目标物亮度方程（3.5)3.5)，并说明方程各项的意义。，并说明方程各项的意义。6.6.请写出人眼所见目标物的总视亮度方程请写出人眼所见目标物的总视亮度方程(3.12)(3.12)，并说明方程各项的意义。，并说明方程各项的意义。7.7.请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程减规律方程(3.14)(3.14)，并说明各项意义。，并说明各项意义。第24页/共26页THE END第25页/共26页感谢您的观看。第26页/共26页