能见度的观测优秀课件.ppt
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1、能见度的观测第1页,本讲稿共27页&3.1&3.1 能见度能见度 能见度是气象台站基本观测项目之一。有能见度是气象台站基本观测项目之一。有“气象能见度气象能见度”和和“有效能见度有效能见度”之分。之分。气象能见度:视力正常的人,在当时气象条气象能见度:视力正常的人,在当时气象条件下能从天空背景中分辨出目标物轮廓的最件下能从天空背景中分辨出目标物轮廓的最远距离。远距离。有效能见度:四周视野中,有效能见度:四周视野中,1/21/2以上的范围以上的范围内,能见目标物的最大水平距离。内,能见目标物的最大水平距离。记录单位:记录单位:KmKm,不足,不足100100米记米记0.00.0,100100米记
2、米记0.1Km,0.1Km,依此类推。依此类推。第2页,本讲稿共27页第3页,本讲稿共27页影响能见度的因子影响能见度的因子第4页,本讲稿共27页能见度的区别第5页,本讲稿共27页能见度的区别第6页,本讲稿共27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。大气中的气溶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、散射等机制削弱光通过大气胶粒子通过反射、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。所以,大气中杂的能量。导致目标物固有亮度减弱。所以,大气中杂质愈多,愈浑浊,能见度就愈差
3、。质愈多,愈浑浊,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,又与它同背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,亮度暗的目标物在亮的背景衬景的亮度差异有关。比如,亮度暗的目标物在亮的背景衬托下,清晰可见;或者亮的目标物在暗的背景下,同样清托下,清晰可见;或者亮的目标物在暗的背景下,同样清晰可见。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7页,本讲稿共27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
4、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,此时目标物,此时目标物和背景融合,即在背景的衬托下不能辨别目标物。和背景融合,即在背景的衬托下不能辨别目标物。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,目标物看的越清晰。值的增大,目标物看的越清晰。第8页,本讲稿共27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。当时,难以准确辨别目标物。当K K逐渐增大,逐渐增大,即亮度差异逐渐增大,当即亮度差异逐渐增大,当K K值增大到某一值时,才能准确地值增大到某一值时,才能
5、准确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域,用辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域,用表示表示。当当KK时,目标物可见;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的大小主要取决于观测者的视力,观测时的光照条件,观测时的光照条件和目标物视角的大小。和目标物视角的大小。第9页,本讲稿共27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,正常人的值值平均约为平均约为0.0250.025。因此,联合国气象组织。因此,联合国气象组织推荐日间测定能见
6、度时,取对比阈值推荐日间测定能见度时,取对比阈值=0.025=0.025。黄昏后,因亮度迅速减小,目标物与背景逐渐融合,黄昏后,因亮度迅速减小,目标物与背景逐渐融合,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。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10页,本讲稿共27页&3.3&3.3 目标物的亮度方程目标物的亮
7、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的空气层后减为的空气层后减为由由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11页,本讲稿共27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:
8、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 L处,取一空气元,其元的体积为:处,取一空气元,其元的体积为:第12页,本讲稿共27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13页,本讲稿共27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)(
9、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,不论其原始亮度时,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,最后目标物消失多大,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,目标物消失的距离越短。于背景之中。而且,空气越浑浊,目标物消失的距离越短。第14页,本讲稿共27页&3.4&3.4 气象能见度气象能见度 影响目标物能见度的因子很多,而气象工作中,需影响目标物能见度的因子很多,而气象工作中,
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