8. Вимірювання метеорологічної дальності
ВИДИМОСТІ
Загальні відомості.
Дальністю видимості називають ту граничну відстань, при якій спостережуваний об’єкт, або що віддаляється, стає невидимим (зливається з фоном, на якому він проектується). Дальність видимості залежить від декількох величин: від прозорості атмосфери між спостерігачем і спостережуваним об’єктом, від кутових розмірів спостережуваного об’єкта, від контрасту між спостережуваним об’єктом і фоном, на якому він проектується. Як далеко спостерігач бачить об’єкт, залежить від його зору: людина з добрим зором бачить об’єкт, що віддаляється далі, ніж із зниженим.
Світловий потік при проходженні через атмосферу частково поглинається і розсіюється частинками, які містяться в атмосфері, внаслідок чого він ослаблюється, а в атмосфері утворюється світловий серпанок.
Прозорість
атмосфери залежить від концентрації
і розмірів частинок. Чим прозоріша
атмосфера, тим менше ослаблюється
світловий потік, що проходить крізь
неї, і тим менше яскравість серпанку,
який утворюється при цьому. Прозорість
атмосфери характеризується коефіцієнтом
прозорості
,
який показує, яка частка направленого
світлового потоку проходить через
одиничний шар атмосфери, тобто
, де
- початкова інтенсивність світлового
потоку;
- інтенсивність світлового потоку
після проходження ним шару атмосфери
товщиною 1 км. Причому завжди
.
Для шару товщиною
км має місце залежність
.
(8.1)
Прозорість атмосфери характеризується також показником ослаблення ; і зв’язані між собою рівняннями:
,
(8.2)
,
(8.3)
де - основа натурального логарифму.
Яскравий контур виражається формулою
,
(8.4)
де
-
яскравість фону;
-
яскравість об’єкта; при цьому завжди
.
Людина
бачить предмет, якщо контраст його з
фоном не менше порога контрастної
чутливості ока
,
тобто
.
Середнє
значення порога контрастної чутливості
ока дорівнює 2 % (
).
Визначення
дальності видимості реальних об’єктів
дуже важка задача, зокрема, через
складність вимірювання контрасту для
кожного поєднання реального об’єкту
і фону, яскравості яких залежать від
стану атмосфери і від фізичних
властивостей і стану спостережуваного
об’єкту і фону, який також є реальним
об’єктом. Тому в метеорології
визначається так звана метеорологічна
дальність видимості (МДВ), яка залежить
від стану атмосфери (її прозорості) і
від зору людини (порога контрастної
чутливості ока
).
МДВ визначається як видимість чорних
об’єктів, яскравість яких
,
мають кутові розміри не менше 0,5º і
проектуються на фоні безхмарного неба
поблизу горизонту (на фоні атмосферного
серпанку). На основі (8.4) при такому
поєднанні об’єкта і фону яскравий
контраст
.
Враховуючи,
що значення порогу контрастної чутливості
ока вважають сталим (при виявленні
об’єкта
,
при втраті видимості спостережуваного
об’єкта
),
МДВ залежить тільки від прозорості
атмосфери. Ця залежність має вигляд:
,
(8.5)
або
,
(8.6)
де
- значення МДВ.
Зв’язок МДВ з видимістю чорних об’єктів має сенс тільки для світлого часу доби (коли вони видні); для темного часу доби її зв’язують з видимістю точкових вогнів.
Освітленість світлочутливої оболонки (ретини) ока спостерігача від точкового джерела пропорційна його силі світла , зворотно пропорційна відстані до нього і залежить від прозорості атмосфери :
.
Джерело
світла видно, якщо воно створює на
світлочутливій оболонці ока спостерігача
освітленість
(
- поріг чутливості ока). У людини з
нормальним зором в темну ніч
лк.
змінюється в залежності від яскравості
фону (при якому вогонь проектується)
від
лк в безмісячну ніч при трав’яному
покриві ґрунту до
лк
в місячну ніч при сніговому покрові, а
в південь при тумані і сніговому покрові
до
лк.
Для граничних відстаней
(дальше яких вогонь не видно)
.
Підставляючи в цей вираз значення з (8.6), отримаємо
.
(8.7)
Ця формула дозволяє за відомими значеннями і визначити МДВ, а за відомим визначити для вогню відомої сили граничну відстань його видимості .
Зараз на метеорологічних станціях МДВ визначають для горизонтального шару атмосфери невеликої товщини. Для авіації потрібні також дані про МДВ у вертикальному напрямку і під кутом 3-6º до висоти 1000 м.
В залежності від призначення і оснащення станцій МДВ визначається візуально за видимістю віддалених об’єктів або вимірюється реєстраторами дальності видимості, які є спеціальними фотометрами різної конструкції.