Видимость

Чтобы узнать о других значениях, см. Видимость (значения) .

В метеорологии на видимость — это мера расстояния , котором можно четко различить объект или свет. Это зависит от прозрачности окружающего воздуха и поэтому не меняется независимо от уровня окружающего освещения или времени суток. Об этом сообщается в приземных метеорологических наблюдениях и коде METAR либо в метрах , либо в милях , в зависимости от страны. Видимость влияет на все виды движения: автомобильное , железнодорожное , парусное и авиационное .

Геометрическая дальность зрения ограничена кривизной Земли и зависит от уровня глаз и высоты просматриваемого объекта. В геодезии атмосферную рефракцию при расчете геодезической видимости необходимо учитывать .

Метеорологическая видимость

Определение

Самолет летит в облака при снижении для посадки

ИКАО Приложение 3 Метеорологическое обеспечение международной аэронавигации содержит следующие определения и примечание:

а) наибольшее расстояние, на котором черный предмет подходящих размеров, расположенный у земли, можно увидеть и распознать при наблюдении на ярком фоне;

б) наибольшее расстояние, на котором можно увидеть и различить огни силой 1000 кандел на неосвещенном фоне.

Примечание. Оба расстояния имеют в воздухе разные значения одного и того же коэффициента ослабления , причем последний b) изменяется в зависимости от фоновой освещенности. Первый а) представлен метеорологической оптической дальностью (МОД).

Приложение 3 также определяет дальность видимости на взлетно-посадочной полосе (RVR) как:

Расстояние, на котором пилот воздушного судна, находящегося на осевой линии взлетно-посадочной полосы, может видеть разметку поверхности взлетно-посадочной полосы или огни, очерчивающие взлетно-посадочную полосу или обозначающие ее осевую линию.

Туманная утренняя дорога

В ясные дни горизонт Тель-Авива виден с гор Кармель, в 80 км к северу.

В чрезвычайно чистом воздухе в арктических или горных районах видимость может достигать 240 км (150 миль) там, где есть большие ориентиры, такие как горы или высокие хребты. Однако видимость часто несколько ухудшается из-за загрязнения воздуха и высокой влажности . Различные метеостанции сообщают об этом как о дымке (сухой) или тумане (влажной). Туман и дым могут снизить видимость почти до нуля, что делает вождение чрезвычайно опасным. То же самое может произойти во время песчаной бури в пустынных районах и вблизи них или при лесных пожарах . Сильный дождь (например, из-за грозы ) становится причиной не только плохой видимости, но и невозможности торможения быстрого из-за аквапланирования . Метели и наземные метели (снежная метель) также частично определяются плохой видимостью.

Вывод

Для определения видимости рассматривается случай, когда совершенно черный объект рассматривается на совершенно белом фоне. Визуальный контраст . C _V (x) на расстоянии x от черного объекта определяется как относительная разница между интенсивностью света фона и объекта

$C_{\text{V}}(x)={\frac {F_{\text{B}}(x)-F(x)}{F_{\text{B}}(x)}}$

где F _B (x) и F (x) — интенсивности фона и объекта соответственно. Поскольку предполагается, что объект абсолютно черный, он должен поглощать весь падающий на него свет. Таким образом, когда x = 0 (на объекте), F (0) = 0 и C _V (0) = 1.

Между объектом и наблюдателем на F (x) влияет дополнительный свет, рассеивающийся на луч зрения наблюдателя, и поглощение света газами и частицами . Свет, рассеянный частицами за пределами конкретного луча, может в конечном итоге способствовать освещенности мишени — явление, известное как многократное рассеяние . В отличие от поглощенного света, рассеянный свет не теряется в системе. Скорее, он может менять направления и способствовать другим направлениям. Он теряется только из-за исходного луча, движущегося в одном конкретном направлении. Вклад многократного рассеяния в освещенность в точке x изменяется в зависимости от коэффициента рассеяния отдельных частиц, числовой концентрации частиц и глубины луча. Изменение интенсивности dF является результатом этих эффектов на расстоянии dx . Поскольку dx является мерой количества взвешенных газов и частиц, предполагается, что уменьшающаяся доля F пропорциональна расстоянию dx . Фракционное сокращение F это

$dF=-b_{\text{ext}}{F}dx$

где b _ext – коэффициент затухания . Рассеяние фонового света на луче зрения наблюдателя может увеличить F на расстоянии dx . Это увеличение определяется как b' F _B ( x ) dx , где b' — константа. Общее изменение интенсивности выражается как

$dF(x)=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F(x)\right]dx$

Поскольку F _B представляет интенсивность фона, она по определению не зависит от x . Поэтому,

$dF_{\text{B}}(x)=0=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F_{\text{B}}(x)\right]dx$

Из этого выражения ясно, что b' должно быть равно b _ext . Таким образом, визуальный контраст C _V ( x ) подчиняется закону Бера – Ламберта.

${\frac {dC_{\text{V}}(x)}{dx}}=-b_{\text{ext}}C_{\text{V}}(x)$

это означает, что контрастность уменьшается экспоненциально с удалением от объекта:

$C_{\text{V}}(x)=\exp(-b_{\text{ext}}x)$

Лабораторные эксперименты показали, что коэффициент контрастности от 0,018 до 0,03 заметен в типичных условиях просмотра при дневном свете. коэффициент контрастности 2% ( C _V Обычно для расчета дальности видимости используется = 0,02). Подставив это значение в приведенное выше уравнение и вычислив x, получим следующее выражение визуального диапазона (уравнение Кошмидера):

$x_{\text{V}}={\frac {3.912}{b_{\text{ext}}}}$

где x _V в единицах длины. На уровне моря атмосфера Рэлея имеет коэффициент поглощения примерно 13,2 × 10. ⁻⁶ м ⁻¹ на длине волны 520 нм. Это означает, что в максимально чистой атмосфере видимость ограничивается примерно 296 км.

Восприятие видимости зависит от нескольких физических и визуальных факторов. Реалистическое определение должно учитывать тот факт, что зрительная система человека (HVS) очень чувствительна к пространственным частотам, а затем использовать преобразование Фурье и контрастную чувствительность.Функция HVS для оценки видимости.

Туман, мгла, мгла и ледяная морось

Международное определение тумана — это видимость менее 1 км (3300 футов); Туман — это видимость от 1 км (0,62 мили) до 2 км (1,2 мили), а дымка — от 2 км (1,2 мили) до 5 км (3,1 мили). Обычно считается, что туман и мгла состоят в основном из капель воды, дымка и дым могут состоять из частиц меньшего размера. Это имеет значение для таких датчиков, как тепловизоры (TI/ FLIR ), работающих в дальнем ИК-диапазоне на длинах волн около 10 мкм, которые лучше способны проникать через дымку и некоторые виды дыма, поскольку размер их частиц меньше длины волны; поэтому ИК-излучение существенно не отклоняется и не поглощается частицами.

При тумане время от времени ледяная морось и снег может идти . Обычно это происходит, когда температура опускается ниже 0 °C (32 °F). Эти условия опасны из-за образования льда, который может быть смертельным, особенно из-за плохой видимости, которая обычно сопровождает эти условия на расстоянии менее 1000 ярдов. Сочетание плохой видимости и образования льда может привести к авариям на дорогах. Эти холодные погодные явления вызваны в основном низколежащими слоистыми облаками .

Очень низкая видимость

Видимость менее 100 метров (330 футов) обычно считается нулевой. В этих условиях дороги могут быть закрыты или могут быть активированы автоматические сигнальные огни и знаки, предупреждающие водителей. Они были установлены в определенных районах, где постоянно наблюдается плохая видимость, особенно после дорожно-транспортных происшествий или скоплений нескольких транспортных средств.

Предупреждения о плохой видимости

Кроме того, государственное метеорологическое агентство часто выпускает предупреждение о плохой видимости, например предупреждение о густом тумане от Национальной метеорологической службы США . Обычно автомобилистам советуют избегать поездок до тех пор, пока туман не рассеется или другие условия не улучшатся. Поездка в аэропорт также часто задерживается из-за плохой видимости, что иногда приводит к длительному ожиданию из-за минимальной видимости при заходе на посадку и трудностей с безопасным перемещением самолетов на земле в условиях плохой видимости.

Видимость и загрязнение воздуха

Снижение видимости, вероятно, является наиболее очевидным симптомом загрязнения воздуха . Ухудшение видимости вызвано поглощением и рассеянием света частицами и газами в атмосфере . Поглощение электромагнитного излучения газами и частицами иногда является причиной изменения цвета атмосферы, но обычно не оказывает существенного влияния на ухудшение видимости.

Рассеяние частиц значительно ухудшает видимость. Видимость снижается из-за значительного рассеяния частиц между наблюдателем и удаленным объектом. Частицы рассеивают свет Солнца и остального неба на луче зрения наблюдателя, тем самым уменьшая контраст между объектом и фоновым небом. Частицы, наиболее эффективно снижающие заметность (на единицу массы аэрозоля ), имеют диаметры в диапазоне 0,1-1,0 мкм. Влияние молекул воздуха на видимость незначительно на малых дальностях видимости, но его необходимо учитывать на дальностях свыше 30 км.

Измерение видимости

Метеорологическая оптическая дальность (MOR) — это мера видимости в километрах. MOR — длина пути в атмосфере, необходимая для уменьшения светового потока в коллимированном луче лампы накаливания до 5 % от исходного значения. Существует несколько аналитических подходов к прямому или косвенному измерению видимости (MOR). Одним из новых инструментов, способных рассчитывать MOR, является анализатор оптического гашения (OEA). Фактически он рассчитывает коэффициент оптического затухания (ß) путем непосредственного измерения времени затухания (так называемой постоянной времени затухания) инжектированного лазерного света внутри оптической полости, содержащей образец окружающего газа. OEA — это метод спектроскопии усиленного поглощения в полости (CEAS) . Коротко говоря, лазерный свет, инжектированный в высокоточный оптический резонатор, неоднократно «отскакивает» в резонансе между двумя противоположными зеркалами на общую длину пути в несколько километров, пока он полностью не затухает или не «звенит», в первую очередь из-за его гашения окружающей средой. вид пробы газа, протекающий через полость. После учета ослабления света, вызванного неаэрозольными видами, аэрозольно-индуцированное ослабление света легко вычисляется с помощью встроенного алгоритма OEA. С этой целью количество света, ослабленное из-за 1) утечки из зеркал с высокой отражающей способностью и 2) поглощения неаэрозольными частицами, присутствующими в пробе газа, автоматически учитывается путем пропускания той же самой анализируемой пробы газа через аэрозольный фильтр в полость для измерения ослабления света, вызванного неаэрозольным газом. Более подробную информацию о принципе работы OEA можно найти здесь . Описанный выше процесс определения MOR является быстрым (1 Гц) и полностью автоматизированным для автоматической операции OEA в полевых условиях.

С вершины горы Суммано (1296 м, Виченца, Италия) можно увидеть (темно-синяя линия неба) Тоскано-Эмилианские Апеннины и гору Чимоне (2165 м, Модена, Италия) в хорошей видимости. Расстояние около 180 км. Обратите внимание на туман, присутствующий по всей долине По в нижних слоях.

Геодезическая видимость

Географическая видимость зависит от высоты места наблюдения и топологии его окрестностей. Самолеты и водные поверхности обеспечивают максимальную дальность обзора, но растительность, здания и горы являются географическими препятствиями, ограничивающими географическую видимость. При ясном небе и высокой метеорологической видимости кривизна Земли ограничивает максимально возможную геодезическую видимость. Видимость с возвышенной точки наблюдения до поверхности моря можно рассчитать с помощью теоремы Пифагора , поскольку луч зрения и радиус Земли образуют две стороны прямоугольного треугольника . Высота возвышенной точки плюс радиус Земли образуют ее гипотенузу . Если и глаза, и объект подняты над плоскостью отсчета, возникают два прямоугольных треугольника. Касательная, касающаяся поверхности Земли или воды, состоит из двух коротких катетов двух прямоугольных треугольников, которые складываются для расчета геометрической дальности обзора.

В геодезии увидеть . при расчетах всегда учитывается атмосферная рефракция, что увеличивает дальность зрения, так что даже объекты за горизонтом все еще можно

См. также

• Коэффициент дымки
• Интерферометрическая видимость