现代大气探测学三讲能见度天气现象地面状态观测

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

知识结构能见度的观测1天气现象的观测2地面状态的观测3气象应用4一、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?气象上环保方面国防和国民经济建设方面一、能见度的观测在白天能够看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间能清楚地看见目标灯的发光点看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱能见？不能见？一、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

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目标物的亮度为B0背景亮度为B亮度对比值K当B0＞B时K＝（B0－B)/B0当B0＜B时K＝（B－B0)/B0≤K≤1。若B0＝B，则K＝0，此时，目标物和背景融合在一起，无法辨认目标物；若B0＝0，或B＝0，则K＝1，目标清晰可见1.影响能见度的基本因子眼睛的视觉性能对比视觉阈

ε当K≥ε时，目标物能见，否则，目标物不能见具有正常视力的人，在野外观测条件下，ε的平均值约为0.022.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(Meteorologicalopticalrange)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0.5－5.0°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，木板、土墙、水泥预制件等

靠近海(湖)岸的站或海岛站，其朝向海(湖)方向的能见度，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

对单色光，据比尔-朗伯定律（Beer-Lambertlaw;又称Beerlaw;Lambert-Beerlaw;Bouguer-Lambert-Beerlaw）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σ为消光系数透射率（因子）定义T=0.05

L-基线

MOR只与σ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。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①发射器和接收器的准直性不正确；②发射器和接收器安装的刚性和稳定性不牢靠；③光源的老化和中心位置不正确；④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）；⑤系统的电子设备的不稳定性；⑥消光系数作为低通信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；⑦来源于日出或日落的干扰和透射仪初始定向不良；⑧大气污染沾污光学系统；⑨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：①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）；②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；③系统的电子器件的不稳定性；④将散射系数以较弱的电流或电压信号进行远程传输时，受电磁场的干扰（尤其是在机场），这时最好采用数字化信号；⑤日出或日落的干扰，以及仪器初始取向的不良；⑥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）；⑦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.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.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

８.霰９.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

８.霰９.米雪10.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

８.霰９.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５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

８.霰９.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，大的直径可达数十毫米。常伴随雷暴出现§1天气现象的特征

８.霰９.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

８.霰９.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

８.霰９.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.龙卷

水汽在地面以及近地面物体上凝结而成的水珠（霜融化成的水珠，不记露）§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.龙卷

水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶；或由露冻结而成的冰珠。易在晴朗风小的夜间生成§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.龙卷

过冷却液态降水碰到地面物体后直接冻结而成的坚硬冰层，呈透明或毛玻璃状，外表光滑或略有隆突§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.龙卷

空气中水汽直接凝华，或过冷却雾滴直接冻结在物体上的乳白色冰晶物，常呈毛茸茸的针状或表面起伏不平的粒状，多附在细长的物体或物体的迎风面上，有时结构较松脆，受震易塌落§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.龙卷

由于强风将地面积雪卷起，使水平能见度小于10.0千米的现象§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.龙卷

为大量的雪被强风卷着随风运行，并且不能判定当时天空是否有降雪。水平能见度一般小于1.0千米§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.龙卷

一种小范围的强烈旋风，从外观看，是从积雨云底盘旋下垂的一个漏斗状云体。有时稍伸即隐或悬挂空中；有时触及地面或水面，旋风过境，对树木、建筑物、船舶等均可能造成严重破坏§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

因地面局部强烈增热，而在近地面气层中产生的小旋风，尘沙及其它细小物体随风卷起，形成尘柱。很小的尘卷风，直径在两米以内，高度在十米以下的不记录§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

雪（包括霰、米雪、冰粒）覆盖地面达到台站四周能见面积一半以上时，称为积雪§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

指露天水面（包括蒸发器的水）冻结成冰(研修)§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1.0千米§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

由于风大将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在1.0-10.0千米以内§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0千米。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来，或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾

大量的烟存在空气中，使水平能见度小于10.0千米。城市、工矿区上空的烟幕呈黑色、灰色或褐色，浓时可以闻到烟味§1天气现象的特征

22.尘卷风22.积雪

23.结冰

24.沙尘暴

25.扬沙

26.浮尘

27.烟幕

28.霾(防雷环工)

大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0千米的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮物体微带黄、红色，而使黑暗物体微带蓝色§1天气现象的特征

30.雷暴31.闪电(12大探)

32.极光

33.大风

34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。表现为闪电兼有雷声，有时亦可只闻雷声而不见闪电§1天气现象的特征

为积雨云云中、云间或云地之间产生放电时伴随的电光。但不闻雷声

30.雷暴31.闪电

32.极光

33.大风

34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征

在高纬度地区晴夜见到的一种在大气高层辉煌闪烁的彩色光弧或光幕。亮度一般象满月夜间的云。光弧常呈向上射出活动的光带，光带往往为白色稍带绿色或翠绿色，下边带淡红色；有时只有光带而无光弧；有时也呈振动很快的光带或光幕

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征

瞬间风速达到或超过17.0米／秒（或目测估计风力达到或超过8级）的风

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征突然发作的强风，持续时间短促。出现时瞬间风速突增，风向突变，气象要素随之亦有剧烈变化，常伴随雷雨出现

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征

由过冷却水滴组成，在环境温度低于0℃时下落的液态降水，多发生在初冬或冬末初

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征发生在热带洋面上、具有暖中心结构的强烈热带气旋。近中心附近最大风速达12级(>32.6米/秒)或以上

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征

把过程降温达10℃以上且过程最低温度在5℃以下的强降温过程称为寒潮

30.雷暴31.闪电32.极光33.大风34.飑35．冻雨36.台风37.寒潮

§1天气现象的特征

夏季日最高气温连续二天或以上≥35℃的天气

38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

由于浓密而厚的低云（多为对流云团）遮挡太阳光，而使昼像夜一样黑的情况。不等同于极夜

38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

天空中有一层透光薄云，云中的水滴大小均匀，若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀。月光或阳光透射云层过程中，受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射，结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环，称为华38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

天空中有一层高云，阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射，便会在太阳或月亮周围产生彩色光环，光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕，统称为晕

38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

日出前后和日落前后，天空的很大部分，特别是太阳附近的天空染上了颜色，当这部分天空有云朵时，云朵也染上了颜色，从地平线向上空，彩色的排序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，有时个别彩色可能不明显，但排序不变，这就是朝晚霞。日出前后的叫朝霞，日落前后的叫晚霞38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

当含七种色光的太阳光线，射入大气中的水滴(雨滴或雾滴)，各种色光经历折射和反射后，可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环。当光弧环对观测者所张的角半径约42度，光环的彩色排序是内紫外红时，称为虹；在虹的外面，有时还出现较虹弱的彩色光环，光环对观测者所张的角半径约为52度，彩色环的排序与虹相反即内红外紫，称为霓或副虹38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

日出或日落时分，阳光照射到高层大气,被大气分子散射,出现在太阳反方向地平面附近的粉红色反暮曙光弧，也常被称为是金星带38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

站在云雾萦绕的高山之巅，恰值山巅之上是晴空，山巅之下是云雾，你背对晴天的太阳，下看弥漫的云海迷雾，便可能突然看到云雾幕上出现人影，围绕在人影的四周是一圈圈彩色光环，有红色的也可有蓝色或别的颜色的弧环，这就是峨眉宝光38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§1天气现象的特征

在平静无风的海面、湖面或沙漠上，有时眼前会突然耸立起亭台楼阁、城郭古堡，或者其他物体的幻影，虚无缥缈，变幻莫测，宛如仙境，这就是海市蜃楼，简称蜃景38.高温39.黑昼40．华41．晕42．霞43．虹与霓44．曙暮光45．峨眉宝光46．海市蜃楼

§2容易混淆的天气现象的区别容易混淆的扬沙、沙尘暴、浮尘§2容易混淆的天气现象的区别容易混淆的霾、烟幕、轻雾§2容易混淆的天气现象的区别容易混淆的霜、雨凇、雾凇§2容易混淆的天气现象的区别容易混淆的雨、阵雨、毛毛雨§2容易混淆的天气现象的区别容易混淆的霰、米雪、冰粒、冰雹§3天气现象观测仪天气现象观测仪——一种智能型多变量传感器，由一个散射能见度仪，一个降水检测系统传感器以及温度、湿度、风向、风速等传感器组成。通过对这些数据的逻辑分析来判定天气现象散射能见度仪不仅能测量0.0~50.0km气象光学视程的连续变化，而且根据散射信号的速度变化来探测降水颗粒，并从光学角度估计降水强度和降水量§3天气现象观测仪降水检测系统，主要由光学雨量计等组成，其工作原理是测量雨滴经过一束光线时，由于雨滴的衍射效应引起的光的闪烁，闪烁光被接收后进行谱分析，其谱分布与单位时间通过光路的雨强有关，以及与雨滴的半径大小和雨滴的降落速度也有关，从而判断降水种类、降水强度以及有无