Метеорологическая дальность видимости

Дальность видимости любых предметов в очень большой степени определяется также состоянием прозрачности воздуха. Уменьшение прозрачности воздуха является в большинстве случаев главной причиной ограничения и потери дальности видимости любых предметов и огней. Если прозрачность воздуха большая, то дальность видимости в атмосфере хорошая. Проблема определения дальности видимости становится острой при значительном уменьшении прозрачности воздуха. Это происходит обычно и при возникновении таких метеорологических явлений, как дымка, туманы, мгла, смог, при метелях и снегопадах, дождях, песчаных или пыльных бурях.

Рассмотрим влияние прозрачности воздуха на дальность видимости.

Прозрачность воздуха в горизонтальном направлении удобно характеризовать метеорологической дальностью видимости. Метеорологической дальностью видимости S_M называется дальность Видимости абсолютно черного тела достаточных угловых размеров (не менее 0,5°), проектирующегося на фон безоблачного неба у горизонта днем. Метеорологическую дальность видимости, определяемую на сети метеостанций всего мира, днем можно рассчитать по формулам:

(9.5)

если порог контрастной чувствительности глаза ε_пв =0,02, или

(9.6)

если ε_обн =0,05. Здесь α - объемный коэффициент ослабления для интегрального потока световых лучей. Определение α такое же, как и приведенное выше для α_λ в формуле (1.4), только α относится не к монохроматическому, а ко всему световому потоку.

Если воздух у поверхности Земли идеально чистый и сухой, т. е. не содержит ни аэрозолей, ни водяного пара, то можно считать, что все ослабление световых потоков обусловливается только молекулярным рассеянием.

Расчеты показали, что максимально возможная метеорологическая дальность видимости (в идеально чистой и сухой атмосфере) при температуре воздуха у земной поверхности 0° С составляет 321 км. При температурах воздуха 20° С и - 20° С она будет равна соответственно 344 и 297 км. Это означает, что на указанном расстоянии яркость воздушной дымки, возникающей только за счет молекулярного рассеяния в слое воздуха между глазом наблюдателя и черным предметом, видимым на фоне неба у горизонта, становится равной яркости неба у горизонта. Накладываясь на черный предмет, дымка постепенно уменьшает контраст предмета с фоном (т. е. с небом) и доводит его до порога контрастной чувствительности глаза, когда предмет становится неотличимым от фона неба, т. е. невидимым. Таким образом, в идеальной атмосфере на расстоянии в 321 км самый черный предмет становится светлым!

Любой не черный предмет имеет меньший контраст с небом у горизонта, чем черный, и, чтобы его контраст с фоном довести до порога, потребуется меньший слой воздуха. Поэтому дальность видимости других предметов всегда меньше S_м.

Итак, дальность видимости в атмосфере в горизонтальном направлении любых предметов не может быть больше 321 км (при 0°С). Этот предел обусловлен молекулярным рассеянием.

Постоянно присутствующие в атмосфере аэрозоли и водяной пар значительно ослабляют световые потоки и уменьшают дальность видимости всех предметов за счет рассеяния отраженного света, идущего от окружающих предметов.

Как уже говорилось в главе 2, интенсивность аэрозольного рассеяния значительно больше интенсивности молекулярного. Яркость рассеянного света при наличии аэрозоля, а значит, яркость воздушной дымки, накладывающейся на все наблюдаемые в атмосфере предметы, будет значительно больше, чем при одном молекулярном рассеянии. Поэтому аэрозольное рассеяние существенно уменьшает как метеорологическую дальность видимости, так и дальность видимости любых предметов в атмосфере.

Каков же нижний предел S_м? Наименьшая видимость наблюдается в туманах и облаках. В очень плотном облаке или тумане видимость может уменьшиться до нуля - тогда ничего не видно уже на расстоянии вытянутой руки. Наиболее часто в разных по интенсивности туманах и облаках S_м составляет 100 - 300 м, но может быть и до 1 км. При видимости от 1 до 10 км говорят, что наблюдается дымка.

Значительно снижают метеорологическую дальность видимости выпадающие осадки. При изменении интенсивности дождя в Ленинградской области от слабого (0,3 мм/ч) до очень сильного (22,6 мм/ч) S_м изменяется от 45,5 км до 930 м. При снегопадах S_м изменяется от 900 м при слабом снегопаде (0,1 мм/ч) до 450 м при сильном (3 мм/ч). Столь сильное снижение S_м В снегопадах по сравнению с дождями обусловлено большой интенсивностью рассеяния света на снежинках, размер которых в поперечнике существенно больше размера капель даже ливневых дождей.

Видимость у поверхности Земли может значительно ухудшаться при песчаных или пыльных бурях. Например, в Северной Нигерии за счет пыли, приносимой из Сахары, метеорологическая дальность видимости снижалась до 200 м и даже меньше.

В Японии песчаные бури, обусловленные выносом желтого песка из пустынь Азии, называют "коса". Вынос песка в северную часть Тихого океана в поясе широт 25 - 40° с. оценивается цифрами от 2,3 до 5,6 млн. т в год! Отмечены переносы песка из пустынь Азии на еще большие расстояния, например на Гавайские острова и в Европу.

Из приведенных примеров видно, что аэрозольное рассеяние способно уменьшить метеорологическую дальность видимости от 321 км практически до нуля.