淺析器測能見度的方法

賈福田

摘 ?要：能見度的好壞直接影響飛行活動，它是判定飛行氣象條件的依據(jù)之一，也是決定機場開放或關(guān)閉的依據(jù)之一。該文通過介紹跑道能見度、氣象光學(xué)視程、跑道視程在航空氣象上的定義，簡單分析氣象自動觀測系統(tǒng)（AWOS）測量能見度的方法和技巧，研究三者之間的相互關(guān)系，并在科學(xué)測量和計算驗證的過程中精準探測航空領(lǐng)域的能見度，以利于實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：能見度 ?跑道能見度 ?氣象光學(xué)視程 ?跑道視程

中圖分類號：P412 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（b）-0255-02

能見度是指大氣的渾濁程度或大氣的透明度，它的大小用距離來表示。能見度是大氣物理狀態(tài)、物理現(xiàn)象的氣象要素之一。能見度的好壞直接反應(yīng)了空氣的質(zhì)量，影響到人們的日常出行、企業(yè)的安全運行。對于航空運輸企業(yè)來說尤其重要，能見度不僅是影響飛機飛行的重要氣象要素之一，它還與儀表飛行規(guī)則（IFR）和目視飛行規(guī)則（VFR）的劃分以及機場運行最低標準的制定都有密切的關(guān)系。

航空氣象對能見度的分類主要有主導(dǎo)能見度、氣象光學(xué)視程、跑道能見度、跑道視程、垂直能見度、傾斜能見度和飛行能見度。在測量能見度時，根據(jù)觀測的方式分為人工目測和儀器測量兩種。

該文針對儀器測量氣象光學(xué)視程（MOR）、跑道能見度（VIS）、跑道視程（RVR）的方法做簡單介紹。

1 ?能見度簡介

能見度是指白天是指正常視力的人，在當時天氣條件下，能從天空背景中看到或辨認出大小適度的黑色目標物的最大距離;夜間則是指假定總體照明增加到正常白天水平，適當大小的黑色目標物能被看到和辨認出的最大距離或中等強度的發(fā)光體能被看到和識別的最大距離。

國際民航組織（ICAO）在國際民用航空公約附件三——《國際航空氣象服務(wù)》中給出的航空能見度為下面的較大者。

（1）當在明亮的背景下觀測時，能夠看到和辨認出位于近地面的一定范圍內(nèi)的黑色目標物的最大距離。

（2）在無光的背景下，能夠看到和辨認出1000cd左右的燈光的最大距離。

人工目測能見度就是通過觀測者的目力來估算能見度的方式，《地面氣象觀測規(guī)范》中，能見度是指視力正常的人，在當時天氣條件下，能夠從天空背景中看到或辨認出目標物或目標燈的最大距離。目測能見度受到觀測者的主觀因素（視力、身體狀況、心理和主觀判斷傾向等）影響，不同的觀測者得出的能見度估測值會存在差異，同時目測能見度還受目標物的顏色、大小和形狀以及夜晚強光干擾、光照度等因素的影響。

儀器測量主要是通過AWOS系統(tǒng)的大氣透射儀（或前射散射儀）來實現(xiàn)，器測更適用于布點測量不同區(qū)域的能見度和夜間能見度，測量的區(qū)域相對狹義，主要測量的是跑道能見度、氣象光學(xué)視程和跑道視程。

大氣透射儀（LT31型）是通過測量發(fā)射機與接收機之間水平空氣柱的平均消光系數(shù)來測算能見度，以下簡單介紹3種能見度的計算原理。

2 ?跑道能見度（VIS）

跑道能見度（VIS）：是指從跑道的一端沿跑道方向可以辨認跑道本身或接近跑道的目標物，夜間為指定的跑道邊線燈的最大距離。由于觀測員目測很難實現(xiàn)，現(xiàn)主要通過AWOS自動氣象觀測系統(tǒng)的大氣透射儀來測量，數(shù)值直接顯示在終端上。

（1）白天能見度依據(jù)柯西米德定律，換算后即：

（1）

其中ε為視覺對比感閾，σ為大氣透射率（由大氣透射儀測得）。

對于航空來說，為了安全起見，多采用比一般稍高一些的ε值。世界氣象組織（WMO）和國際民航組織（ICAO）都采用0.05作為閾值。

（2）在夜間，因為受到背景光限制，柯西米德定律不再適用，計算夜間能見度時要用到跑到燈光強度和背景光亮度，依據(jù)阿拉德定律，即：

（2）

換算得出燈光可視距離公式：

（3）

其中，R為燈光可視距離;Eτ照度視覺閾（人眼所能看到物體的照度必須大于此閾值），Eτ與背景光亮度有關(guān)，背景光亮度通過安裝在大氣透視儀上的背景亮度傳感器測得;I為跑道燈光強度。

夜間跑道能見度按照實際燈光強度來計算，低于三級燈光強度按照三級燈光強度（1000cd）計算。

按照國際航空氣象服務(wù)附件三的規(guī)定，在阿拉德定律中，相應(yīng)的因數(shù)是照度閾，這不是一個常數(shù)，而是一個依據(jù)背景亮度的連續(xù)性函數(shù)。在沒有連續(xù)調(diào)整照度閾的儀表系統(tǒng)中，使用協(xié)定的相應(yīng)的背景亮度范圍的4個相等間隔的照度閾值是比較方便的，但將降低精度。

那么夜間能見度是不是就是R值呢？答案是否定的，根據(jù)規(guī)定夜間能見度取R值和MOR值二者相比較大者。

3 ?氣象光學(xué)視程

世界氣象組織（WMO）定義了氣象光學(xué)視程的概念，是能見度的物理定義。氣象光學(xué)視程（簡稱MOR）是指色溫為2700K時白熾燈發(fā)出的平行光束被大氣吸收和散射后，光束的光通量衰減到5%時的距離。

在AWOS系統(tǒng)中，MOR的數(shù)值是通過大氣透射儀測量大氣透射率計算而得，依據(jù)Bouguer-Lambert定律計算氣象光學(xué)視程（MOR），即：。

其中F0和F為衰減前后的光通量，σ為大氣透射率，X為衰減后的距離。

依據(jù)WMO關(guān)于MOR的定義，F(xiàn)/F0=5%=0.05，代入公式可得：

→

MOR通過大氣透射率計算：

4 ?跑道視程（RVR）

跑道視程是指在跑道中線上，航空器上的駕駛員能看到跑道面上的標志或者跑道邊界燈或中線燈的距離。

跑道視程是根據(jù)柯西米德（Koschmieder）定律或阿拉德（A11ard） 定律，按照飛行員是否能從跑道及其標記或跑道燈光獲得他主要的目視引導(dǎo)而定的。在柯西米德定律中飛行員的對比感閾為協(xié)定使用的0.05。

RVR的計算有以下規(guī)定。

（1）在白天用柯西米德定律，基于目標物的RVR。

（2）在夜晚或者能見度差，且開啟跑道燈時，計算RVR值使用阿拉德定律，見夜間能見度的估算方法。

（3）當RVR≥2000m時，在AWOS自觀顯示終端上，一律顯示為P2000。

（4）當RVR<50m時，在AWOS自觀顯示終端上，一律顯示為M50。

（5）對外發(fā)布的RVR（10min平均值）按最強跑道燈光強度（10000cd）計算，代表機場跑道視程所能達到的最大距離;對內(nèi)提供給管制部門的RVR（一分鐘數(shù)值）按實際燈光強度計算，低于三級跑道燈光強度時按三級燈光強度（1000cd）計算。

（6）夜間RVR取R值和MOR值二者相比較大者。

5 ?結(jié)論

通過以上分析，可以得到如下結(jié)論，如表2所示。

從表2中我們可以看出，在大氣透明度一定的條件下，也就是大氣透射率一定的情況下，它們有如下關(guān)系。

（1）在白天，背景光亮度≥1000cd時：

MOR=VIS白天=RVR白天。

（2）在清晨/黃昏、夜間或白天天空昏暗，背景光亮度<1000cd時：RVR夜間≥VIS夜間≥MOR。

MOR可以理解為是RVR和VIS的數(shù)據(jù)源，RVR和VIS是加入跑道燈強度和背景亮度經(jīng)處理后得到的新數(shù)據(jù)。器測能見度的數(shù)值，并不是通過嚴格的測量計算得來的，而是通過實驗驗證公式估算得來的。

參考文獻

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[2] 民用航空氣象地面觀測規(guī)范[S].中國民用航空局，2012.

[3] 國際航空氣象服務(wù).國際民航組織公約附件三[Z].

[4] 冉春雷，何祁陽，賈天泉，等.Vaisala AviMet系統(tǒng)中跑道視程RVR計算因子分析[J].氣象科技，2014（2）：324-329.