气象观测能见的观测PPT学习教案.pptx

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1、会计学 1气象观测(gunc)能见的观测(gunc)第一页，共26 页。第 1 页/共 26 页第二页，共26 页。影响(yngxing)能见度的因子第 2 页/共 26 页第三页，共26 页。能见度的区别(qbi)第 3 页/共 26 页第四页，共26 页。能见度的区别(qbi)第 4 页/共 26 页第五页，共26 页。&3.2 影响(yngxing)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 的气溶胶粒子通过反射、吸收、散射等机制(jzh)(jzh)削弱光通过大气的能

2、量。导致目标物 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 固有亮度减弱。所以，大气中杂质愈多，愈浑浊，能见度就愈差。浊，能见度就愈差。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，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

3、的对比值K K。第 5 页/共 26 页第六页，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=0 K=0，此时，此时(c(c sh)sh)目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能辨 目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能辨别目标物。别目标物。当 当K K在 在0-1 0-1范围内变化时，则随 范围内变化时，则随K K值的增大，目标物看 值的增大，目标物看的越清晰。的越清晰。第 6 页/共 26 页第七页，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

4、 对比视感域 在白天当，当 在白天当，当K=0 K=0时，难以准确辨别目标 时，难以准确辨别目标物。当 物。当K K逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，当 当K K值增大到某一值时，才能 值增大到某一值时，才能(cinng)(cinng)准 准确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对 确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域，用 比视感域，用 表示。表示。当 当K K时，目标物可见；时，目标物可见；当 当K K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 的大小主要取

5、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。时的光照条件和目标物视角的大小。第 7 页/共 26 页第八页，共26 页。由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的 由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的 值平均约为 值平均约为0.025 0.025。因此，联合国气象组织推。因此，联合国气象组织推荐日间测定能见度时，取对比阈值 荐日间测定能见度时，取对比阈值=0.025=0.025。黄昏 黄昏(hunghn)(hunghn)后，因亮度迅速减小，目标物与背 后，因亮度迅速减小，目标物与背景逐渐融合，景逐渐融合，值可迅速增大到 值可迅速增大到0.06-0.07 0.06-0.07。观测

6、者的 观测者的 值与亮度和目标物的视张角有关。目标 值与亮度和目标物的视张角有关。目标物的张角为：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 页第九页，共26 页。&3.3 目标物的亮度(lingd)方程1.1.目标物亮度减弱规律 目标物亮度减弱规律(gul)(gul)：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的空气层后减为 的空气层后减为由 由Beer Beer定律：定律：其中

7、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 页第十页，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；体积角散射系数为；体积角散射系数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 根据物光减弱规律(gul)(gul)，通过，通过dL dL气层减弱后的视亮度为：气层减弱后的视亮度为：在距离(jl)观测者水平距离(jl)L处，取

8、一空气元，其元的体积为：第 10 页/共 26 页第十一页，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 内所有(suyu)(suyu)空气的气幕光视亮度。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（3.9 3.9）式得：）式得：第 1 1 页/共 26 页第十二页，共26 页。3.3.人眼所见目标 人眼所见目标(mbio)(mbio)物的总视亮 物的总视亮度 度 由 由(3.5)(3.5)和 和(3.11)(3.11)式得：式得：（3.12

9、)3.12)式为以水平天空为背景的目标物视亮度方程。式为以水平天空为背景的目标物视亮度方程。可见当 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 原始(yunsh)(yunsh)亮度多大，它的视亮度会逐渐趋近于 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 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。气越浑浊，目标物消失的距离越短。第 12 页/共 26 页第十三页，共26 页。&3.4 气象(qxing)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 影响目标物能见度的因子很多，而

10、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 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 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 一(dny)(dny)因子影响。下面分白天和夜间两种情况介绍。因子影响。下面分白天和夜间两种情况介绍。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，目标物背景的固有亮度对比值，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 取 第 13

11、 页/共 26 页第十四页，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 目标物的固有(gyu)(gyu)亮度 亮度;为经 为经L L距离后 距离后,背景的固有 背景的固有(gyu)(gyu)亮度。亮度。由（由（3.12 3.12）式可写成：）式可写成：第 14 页/共 26 页第十五页，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）白天气象能见度及其观测(gunc)(gunc)法 法若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮度 若选择水平天空作为背景，那么，

12、背景的固有亮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 页第十六页，共26 页。称为科希米德（称为科希米德（Koschmieder)Koschmieder)定律，它表达了目标物 定律，它表达了目标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，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 按上述规定(gudng)(gudng)的条件进行观测，

13、测定的 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一 成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一影响，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 页第十七页，共26 页。2.2.夜间 夜间(y jin)(y jin)能 能见度 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。灯光目标物是点源，不 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 象扩展光

14、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 在眼睛上产生的照度(zho d)(zho d)来衡量。而夜间决定目标能见与否 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 的眼睛的指标是眼睛的灵敏度，即所能感受的最小照度(zho d)(zho d)，又叫照度 又叫照度(zho d)(zho d)视觉阈值，以 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 的值与灯光色彩有关，黄光的照度(zho d)(zho d)视觉阈值 视觉阈值 最大，最大，红光的 红

15、光的 最小，故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 页第十八页，共26 页。影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和眼 影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和眼睛的灵敏度。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，则在观测者眼睛，则在观测者眼睛(yn jing)(yn jing)上产生的照度可由阿拉德（上产生的照度可由阿拉德（Allard Allard）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值 时，灯光产生的照度达到阈值，这时目标灯恰好能见，称 这时目标灯

16、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 页第十九页，共26 页。将（将（3.18)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 式，可将灯光能见距离换算成气象(qxing)(qxing)能 能见距离，见距离，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象 式绘制好灯光能见距离与气象(qxing)(qxing)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

17、见距离Lmax Lmax。第 19 页/共 26 页第二十页，共26 页。&3.5 能见度的器测法1.1.遥测光度计 遥测光度计 原理：由目标 原理：由目标(mbio)(mbio)物、天空背景的视亮度比较 物、天空背景的视亮度比较 给出大气消光系数 给出大气消光系数 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Lmax Lmax或气象光学距离 或气象光学距离P P均可写成大气透 均可写成大气透射率（射率（T T）的函数，即）的函数，即 第 20 页/共 26 页第二十一页，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

18、为测量基线，将上 的长度作为测量基线，将上式中 式中L L取为 取为B B，测出两点间的透射率，即可算出气象能见，测出两点间的透射率，即可算出气象能见度。度。测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构成。测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构成。光发射器和接收器合成一体安置在基线一端，反射器安 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。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 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受器接收；另一束光则不射入大气层，作 反射回来被接受器接收；另一束光则不射入大气层，作为参考光，直接进入接

19、收器，回波信号 为参考光，直接进入接收器，回波信号(xnho)(xnho)与参考光 与参考光信号 信号(xnho)(xnho)同 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 页第二十二页，共26 页。3、大气散射仪应用透射仪需要基线(jxin)，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。图示第 22 页/共 2

20、6 页第二十三页，共26 页。散射(s nsh)式能见度仪第 23 页/共 26 页第二十四页，共26 页。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(nxi)(nxi)？2.2.气象能见度的定义是什么？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，说明它们的优缺点和工 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。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，并说明方程各项的意义。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，并说明方程各项的意义。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减规律方程 请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程(3.14)(3.14)，并说明各项意义。，并说明各项意义。第 24 页/共 26 页第二十五页，共26 页。THE END第 25 页/共 26 页第二十六页，共26 页。