《现代大气探测学-第3讲-能见度、天气现象、地面状态的观测-夏俊荣(南京信息工程大学 大气探测学)解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代大气探测学-第3讲-能见度、天气现象、地面状态的观测-夏俊荣(南京信息工程大学 大气探测学)解读（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京信息工程大学 夏俊荣,现代大气探测学,致 谢,本课程多媒体教材是在兰州大学张文煜教授的同类教材基础之上修改完成，此外还得到了其他诸位老师的帮助，在此谨表示衷心感谢。,第三讲 能见度、天气现象、地面状态的观测,知识结构,一、能见度的观测,一、何谓能见度？,能见度就是能够看到周围景物的程度，用目标物的最大能见距离来表示 分为水平能见度、垂直能见度、倾斜能见度,二、观测能见度有什么意义?,在气象上，它可以用来了解大气稳定度，判别气团属性 在环保方面，它能反映出大气污染的一些基本状况 在国防和国民经济建设方面，它是保证航空、航海、交通运输安全的一个重要因素,一、能见度的观测,能见？,不能见？,一、
2、能见度的观测,1.影响能见度的基本因子 2.水平能见度的观测 3.气象光学视程的仪器测量,1.影响能见度的基本因子,1.大气透明度 2.目标物和背景的属性 3.眼睛的视觉性能,1.影响能见度的基本因子,假如有一目标物，其原有亮度为B，在通过了距离为dx的混浊空气后，亮度被减小了dB，其在这段距离的亮度改变率为dB/B=-dx，其中是大气的消光系数。若光线在均匀的大气中通过的路径为L时，则有,得出,亮度随和L的增加按指数规律减小，即大气中的悬浮质粒越多，大气透明度就越差，目标物的能见距离也就越小,大气透明度,1.影响能见度的基本因子,目标物和背景的属性,设目标物的亮度为B0 ，背景亮度为B，亮度
3、对比值K定义为：目标物亮度 B0 与背景亮度B的绝对差与其中大者之比,当 B0B时 K（B0B)/B0 当 B0B时 K（BB0)/B,0K1。若B0B，则K0，此时，目标物和背景融合在一起，无法辨认目标物；若B00，或B0，则K1，目标清晰可见,1.影响能见度的基本因子,眼 睛 的 视 觉 性 能,当K0时，即目标物与背景亮度完全一样，就无法从背景上区别出目标物来。但由于人眼镜的视觉性能，实际上等不到 K0，而是当K小到某一数值后，人眼对亮度对比就已经感觉不到了，此时，目标物已不能见了。我们把人眼开始不能从背景上再感觉到目标物时的亮度对比的最小值称为 “对比视觉阈” ，用来表示。当K时，目标
4、物能见，否则，目标物不能见。一般说来，具有正常视力的人，在野外观测条件下，的平均值约为0.02,2. 水平能见度的观测,1.气象能见度 2.有效能见度 3.观测方法 （1）白天能见度的观测 （2）夜间能见度的观测,2.水平能见度的观测,1.何谓气象光学视程？,是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量，在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。(世界气象组织定义) MOR (Meteorological optical range),2.水平能见度的观测,2.什么是气象能见度？,是指视力正常(对比视感阈为0.05)的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物（黑色，大小适
5、度）的最大水平距离；夜间则是能看到和确定出一定强度灯光的最大水平距离,2.水平能见度的观测,3.什么是有效能见度？,有效能见度：是指周围视野中二分之一以上的范围都能看到的最大水平距离。记录时以千米为单位取小数一位,2.水平能见度的观测,白天能见度的观测,1、选定目标物时，应尽可能以天空为背景； 2、大小适度，视角以0.55.0之间为宜； 3、仰角不宜超过6，以越接近水平方向越好； 4、颜色应当越深越好，而且亮度一年四季不变或少变； 5、浅色，反光强的物体不适宜选为目标物。 目标物选定后，要测定观测点与目标物的距离和目标物所在的方位，绘制能见度目标物分布图,2.水平能见度的观测,能见度目标分布图
6、,绘图方法：一般是先在纸上画九个同心圆。圆心代表观测点，自近而远地每圈分别代表 0.1、0.2、0.5、 1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0千米的距离。然后把所有目标物，以其简略图形或编号按其所在方位、距离分别标在相应的位置上,2.水平能见度的观测,白天能见度的观测,在沙漠、草原、海岛或其它地物稀少的地区，可采用人工设 置目标物，并视其清晰程度来判定能见度。人工设置的目标物，一般多用来估计1.千米以内的能见度，其大小要适度，材料因地制宜(木板、土墙、水泥预制件等)，向着观测点的一面应涂成黑色，以与天空背景有清楚的对比。靠近海(湖)岸的站或海岛站，其朝向海(湖)方向的能见度，还
7、可以水天线(即海、天相接的线)的清晰程度,2.水平能见度的观测,夜 间 能 见 度 的 观 测,夜间由于光照条件限制，能见度观测最好是用发光物体作为目标物，根据灯光强度和距离，查出相应的能见距离。在无条件利用目标灯进行观测的情况下，则只能根据天黑前能见度的变化趋势，当时天气现象和气象要素的变化情况，结合实践经验加以估计。夜间观测能见度时，应在黑暗处停留至少五分钟，待眼睛适应环境后进行观测。凡是有条件的地方，均应在各方向选择一些固定的目标灯来作为观测能见度的依据。目标灯应选择位于开阔地带不受地方性烟雾影响的、灯光强度不变的、不带颜色的、没有灯罩的、白色的、孤立的点光源,3.气象光学视程的仪器测量
8、,对单色光，据比尔-朗伯定律（Beer-Lambert law; 又称Beer law; Lambert-Beer law; Bouguer-Lambert-Beer law ）,F为大气中经过L路径长度接收的光通量 F0为L=0时的光通量 为消光系数,透射率（因子）,定义 T=0.05,L-基线,MOR只与有关，与白天黑夜天空光强背景无关 MOR可由基线长度L的大气路径上的透过率T来确定,3.气象光学视程的仪器测量,用于测量气象光学视程的仪器可分为以下两类： （1）用于测量水平空气柱的消光系数或透射因数。光的衰减是由沿光束路径上的微粒散射和吸收造成的 （2）用于测量小体积空气对光的散射系数。
9、在自然状况下（黑炭除外），吸收通常可忽略，散射系数可视作与消光系数相同,3.气象光学视程的仪器测量,1.透射能见度仪,透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光(透射)系数而算出能见度。发射器提供一个经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一个光检测器组成。由光检测器输出测定透射系数，再据此计算消光系数和气象光学视程,3.气象光学视程的仪器测量,透射仪的准确度,发射器和接收器的准直性不正确； 发射器和接收器安装的刚性和稳定性不牢靠； 光源的老化和中心位置不正确； 校准误差（能见度太低或在不稳定的情况下进行校准影响消光系数）； 系统的电子设备的不稳定性； 消光系数作为低通信
10、号进行远距离输送时，受到电磁场的干扰（尤其是在机场），这时最好采用数字化信号； 来源于日出或日落的干扰和透射仪初始定向不良； 大气污染沾污光学系统； 局地大气状况（阵雨、强风和雪等）导致不具有代表性的消光系数读数或背离Koschmieder定律,Koschmieder定律,3.气象光学视程的仪器测量,2.散射能见度仪,散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器,3.气象光学视程的仪器测量,散射仪的准确度：,校准误差（能见度太低或在不稳定的情况下进行校准影响消光系数）； 当校准中使用不透明散射体时，在程序或材料上缺乏重复性； 系统的电子器件的不稳定性； 将散射系数以较弱的电流或电压信
11、号进行远程传输时，受电磁场的干扰（尤其是在机场），这时最好采用数字化信号； 日出或日落的干扰，以及仪器初始取向的不良； 光学系统受大气污染的沾污。（这些仪器和透射仪相比，对其光学系统上的灰尘不那么敏感，但是严重的污秽则仍有影响）； 大气条件（雨、雪、冰晶、沙、局地污染等）得出的散射系数不同于相应的消光系数,3.气象光学视程的仪器测量,WMO研究表明：在较低气象光学视程下，散射仪测量准确度不如透射仪；散射仪受降水影响较大，且测量值呈现很大的变动性，系统误差较大,二、天气现象的观测,1 天气现象的特征 2 容易混淆的天气现象的区别 3 天气现象观测仪,1、什么是天气现象？,天气现象是指在大气中、地
12、面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，也包括一些风的特征,2、观测天气现象有何意义？,各种天气现象都是在一定的天气条件下产生的，反映着大气中不同的物理过程，是天气变化的直接反映，也是天气预报的重要依据。观测天气现象不仅可以为了解一地的气候情况积累资料，也可以为国防和国民经济建设服务,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7.
13、阵性雨夹雪,开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随空气微弱的运动飘浮在空中，徐徐落下。迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿地面而无湿斑,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,固态降水，大多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变化较缓慢。温度较高时多成团降落,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5
14、.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,开始和停止都较突然、强度变化大的降雪,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,半融化的雪（湿雪），或雨和雪同时下降,1 天气现象的特征,1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪,开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2-5毫米，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10.
15、冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,白色不透明的比较扁的或比较长的小颗粒固态降水，直径常小于1毫米，着硬地不反跳,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,透明的丸状或不规则状的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。直径小于毫米。有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层，或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。大小差异大，大
16、的直径可达数十毫米。常伴随雷暴出现,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,飘浮于空中的很微小的片状或针状冰晶，在阳光照耀下，闪烁可辨，有时可形成日柱或其它晕的现象。多出现在高纬度和高原地区的严冬季节,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，有雾时水平能见度小于1.0千米。高纬度地方出现冰晶雾也记为雾,1 天气现象的特征,. 霰 . 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 12. 冰针 13. 雾 14. 轻雾,微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时水平能见度为1.0-10.0千米以内,1 天气现象的特征,15. 露 16. 霜 17. 雨淞 18. 雾淞 19. 吹雪 20. 雪暴 21
