Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 大气中的光现象(4)
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Aug  5 16:37:35 2003)

四、气象能见度
      气象能见度是气象要素观测中的基本项目之一，是直接影响人类生活、生产
、交通的重要问题。
      大气中空气分子对入射光的衰减是比较规律的。大气中气溶胶对可见光传播
也有很大影响，而且气溶胶分布是复杂多变的，大气中云雾滴也会使光受到衰减和
散射。实际观测表明，在大气中，半径从十分之几微米到几十微米的气溶胶粒子和
小云雾滴随着半径增大其数密度会非常急剧的减小，半径越小的粒子数密度越大，
这些粒子对可见光有较强的散射作用，而且也有复杂的吸收作用，尤其对于小粒子
，这种吸收作用是相当显著的。由于人类活动、热对流、风和湍流作用等各种原因
，低层大气内小粒子含量会发生极大变化当大气中小粒子的含量很大时，大气衰减
系数比“干净”的空气分子的衰减系数可能会大一到二个数量级，这时，天空将是
浑浊的，我们将看不清远处的目标物，这就是能见度问题。
       我们在近处看物体总是可以看清的，但当物体渐渐远离我们时，就渐趋模糊
，直到物体达到某一距离后，我们就无法用肉眼再把物体从背景上识别出来，这个
能够“看到”物体的最大距离称为能见距离。
      当我们观察一个有足够大视角（如：大于20°）的物体时，只有当物体与它
的背景之间有一定亮度差异时，我们才能把物体从背景上区别出来。因此，我们能
否“看到”物体，取决于目标物与背景的亮度对比以及眼睛对亮度对比的辨别能力
。 肉眼对比感阈e反映了观测者视力特性，视力越好，e值越小，在白天正常照度下
，目标物视角不太小，视力正常的观察者的对比感阈接近于0.02，但在拂晓或黄昏
时，e可达0．5以上，所以白天能看清的物体，在黄昏时就无法看到。能见度还受到
目标物持续时间、在视场中的位置、人的健康和精神状况等各种因素的影响，为了
在气象研究中具有可比性，规定气象能见度为视力正常的人，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，大小适度）的最大水平距离，夜间
灯光能见度是能看到和确定出一定强度灯光的最大水平距离。
      当我们以水平方向无云天空为背景进行观测时，即使太阳不在水平方向上，
背景仍然是明亮的，我们已经知道，这是由于我们眼睛所对着的这一无穷长气柱内
的空气对阳光的散射作用所致，如果在这一气柱中有一微小气块，该气块将散射阳
光，而使一束散射光射向眼睛。同时，在从气块到眼睛的中间路径上，又会受到空
气的衰减作用，越远处气块“发出”的光，在到达眼睛之前衰减越多，所谓背景亮
度，并不是在无穷远处有一个发光体，而是在这一无穷长气柱内所有小气块散射的
光传播到眼睛时，所剩余光强的总和（或称积分）如果在距离眼睛L处有一个目标物
，它发出的光在到达眼睛时会受到L长度气柱内空气的衰减，当物体离我们很远时，
其发出的光被空气衰减殆尽，我们就看不到物体了，黑夜里灯火能见度即由此决定
。在白天，当目标物在L距离处，我们在这一方向上不仅看到经L长气柱空气衰减后
的物体光，而且还可看到L长气柱内空气总散射光，或者说，L长气柱也具有一定亮
度，当目标物离我们很远时，目标物发出的光几乎都被衰减了，而L长气柱的亮度与
无穷长气柱亮度非常接近，这时，我们就不能把目标物与背景分辨出来了。
      在水平无云天空背景下观测绝对黑体目标物，当目标物在眼前时，目标物与
背景亮度对比为1，随着目标远离，在目标物方向上我们将看到从眼睛到目标物中间
气柱的亮度逐渐增大，就人的感觉来讲，目标物与背景亮度对比在逐渐减小。亮度
对比随距水平气象能见度与大气衰减系数成反比，能见度越差，大气越浑浊，因此
，能见度是大气透明度参数之一。
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