浅析器测能见度的方法
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摘 要：能见度的好坏直接影响飞行活动，它是判定飞行气象条件的依据之一，也是决定机场开放或关闭的依据之一。该文通过介绍跑道能见度、气象光学视程、跑道视程在航空气象上的定义，简单分析气象自动观测系统（AWOS）测量能见度的方法和技巧，研究三者之间的相互关系，并在科学测量和计算验证的过程中精准探测航空领域的能见度，以利于实际应用。
关键词：能见度 跑道能见度 气象光学视程 跑道视程
中图分类号：P412 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（b）-0255-02
能见度是指大气的浑浊程度或大气的透明度，它的大小用距离来表示。能见度是大气物理状态、物理现象的气象要素之一。能见度的好坏直接反应了空气的质量，影响到人们的日常出行、企业的安全运行。对于航空运输企业来说尤其重要，能见度不仅是影响飞机飞行的重要气象要素之一，它还与仪表飞行规则（IFR）和目视飞行规则（VFR）的划分以及机场运行最低标准的制定都有密切的关系。
航空气象对能见度的分类主要有主导能见度、气象光学视程、跑道能见度、跑道视程、垂直能见度、倾斜能见度和飞行能见度。在测量能见度时，根据观测的方式分为人工目测和仪器测量两种。
该文针对仪器测量气象光学视程（MOR）、跑道能见度（VIS）、跑道视程（RVR）的方法做简单介绍。
1 能见度简介
能见度是指白天是指正常视力的人，在当时天气条件下，能从天空背景中看到或辨认出大小适度的黑色目标物的最大距离;夜间则是指假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离或中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离。
国际民航组织（ICAO）在国际民用航空公约附件三——《国际航空气象服务》中给出的航空能见度为下面的较大者。
（1）当在明亮的背景下观测时，能够看到和辨认出位于近地面的一定范围内的黑色目标物的最大距离。
（2）在无光的背景下，能够看到和辨认出1000cd左右的灯光的最大距离。
人工目测能见度就是通过观测者的目力来估算能见度的方式，《地面气象观测规范》中，能见度是指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出目标物或目标灯的最大距离。目测能见度受到观测者的主观因素（视力、身体状况、心理和主观判断倾向等）影响，不同的观测者得出的能见度估测值会存在差异，同时目测能见度还受目标物的颜色、大小和形状以及夜晚强光干扰、光照度等因素的影响。
仪器测量主要是通过AWOS系统的大气透射仪（或前射散射仪）来实现，器测更适用于布点测量不同区域的能见度和夜间能见度，测量的区域相对狭义，主要测量的是跑道能见度、气象光学视程和跑道视程。
大气透射仪（LT31型）是通过测量发射机与接收机之间水平空气柱的平均消光系数来测算能见度，以下简单介绍3种能见度的计算原理。
2 跑道能见度（VIS）
跑道能见度（VIS）：是指从跑道的一端沿跑道方向可以辨认跑道本身或接近跑道的目标物，夜间为指定的跑道边线灯的最大距离。由于观测员目测很难实现，现主要通过AWOS自动气象观测系统的大气透射仪来测量，数值直接显示在终端上。
（1）白天能见度依据柯西米德定律，换算后即：
（1）
其中ε为视觉对比感阈，σ为大气透射率（由大气透射仪测得）。
对于航空来说，为了安全起见，多采用比一般稍高一些的ε值。世界气象组织（WMO）和国际民航组织（ICAO）都采用0.05作为阈值。
（2）在夜间，因为受到背景光限制，柯西米德定律不再适用，计算夜间能见度时要用到跑到灯光强度和背景光亮度，依据阿拉德定律，即：
（2）
换算得出灯光可视距离公式：
（3）
其中，R为灯光可视距离;Eτ照度视觉阈（人眼所能看到物体的照度必须大于此阈值），Eτ与背景光亮度有关，背景光亮度通过安装在大气透视仪上的背景亮度传感器测得;I为跑道灯光强度。
夜间跑道能见度按照实际灯光强度来计算，低于三级灯光强度按照三级灯光强度（1000cd）计算。
按照国际航空气象服务附件三的规定，在阿拉德定律中，相应的因数是照度阈，这不是一个常数，而是一个依据背景亮度的连续性函数。在没有连续调整照度阈的仪表系统中，使用协定的相应的背景亮度范围的4个相等间隔的照度阈值是比较方便的，但将降低精度。
那么夜間能见度是不是就是R值呢？答案是否定的，根据规定夜间能见度取R值和MOR值二者相比较大者。
3 气象光学视程
世界气象组织（WMO）定义了气象光学视程的概念，是能见度的物理定义。气象光学视程（简称MOR）是指色温为2700K时白炽灯发出的平行光束被大气吸收和散射后，光束的光通量衰减到5%时的距离。
在AWOS系统中，MOR的数值是通过大气透射仪测量大气透射率计算而得，依据Bouguer-Lambert定律计算气象光学视程（MOR），即：。
其中F0和F为衰减前后的光通量，σ为大气透射率，X为衰减后的距离。
依据WMO关于MOR的定义，F/F0=5%=0.05，代入公式可得：
→
MOR通过大气透射率计算：
4 跑道视程（RVR）
跑道视程是指在跑道中线上，航空器上的驾驶员能看到跑道面上的标志或者跑道边界灯或中线灯的距离。 跑道视程是根据柯西米德（Koschmieder）定律或阿拉德（A11ard） 定律，按照飞行员是否能从跑道及其标记或跑道灯光获得他主要的目视引导而定的。在柯西米德定律中飞行员的对比感阈为协定使用的0.05。
RVR的计算有以下规定。
（1）在白天用柯西米德定律，基于目标物的RVR。
（2）在夜晚或者能见度差，且开启跑道灯时，计算RVR值使用阿拉德定律，见夜间能见度的估算方法。
（3）当RVR≥2000m时，在AWOS自观显示终端上，一律显示为P2000。
（4）当RVR<50m时，在AWOS自观显示终端上，一律显示为M50。
（5）对外发布的RVR（10min平均值）按最强跑道灯光强度（10000cd）计算，代表机场跑道视程所能达到的最大距离;对内提供给管制部门的RVR（一分钟数值）按实际灯光强度计算，低于三级跑道灯光强度时按三级灯光强度（1000cd）计算。
（6）夜间RVR取R值和MOR值二者相比较大者。
5 结论
通过以上分析，可以得到如下结论，如表2所示。
从表2中我们可以看出，在大气透明度一定的条件下，也就是大气透射率一定的情况下，它们有如下关系。
（1）在白天，背景光亮度≥1000cd时：
MOR=VIS白天=RVR白天。
（2）在清晨/黄昏、夜间或白天天空昏暗，背景光亮度<1000cd时：RVR夜间≥VIS夜间≥MOR。
MOR可以理解为是RVR和VIS的数据源，RVR和VIS是加入跑道灯强度和背景亮度经处理后得到的新数据。器测能见度的数值，并不是通过严格的测量计算得来的，而是通过实验验证公式估算得来的。
参考文献
[1] 民用航空氣象地面观测手册[Z].
[2] 民用航空气象地面观测规范[S].中国民用航空局，2012.
[3] 国际航空气象服务.国际民航组织公约附件三[Z].
[4] 冉春雷，何祁阳，贾天泉，等.Vaisala AviMet系统中跑道视程RVR计算因子分析[J].气象科技，2014（2）：324-329.
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