【科普阅读】科学认识能见度及其观测

　　　编者按：

　　　　“雾失楼台，月迷津渡。”前不久，我国多地饱受雾与霾困扰的同时，“能见度”一词也频频见诸报端。其实，雾、霾、沙尘乃至雨、雪，都会导致能见度下降。天气现象如何影响能见度？能见度如何观测，又如何预报？大气污染和能见度是怎样的关系？我们将一一为您揭晓。　　 

   能见度如何预测　　 

中国气象报记者徐文彬

　　能见度对于大多数人来说是个比较模糊的概念，未经训练的人对同一天气下能见度的判断可能会相差很大。不同于温度、湿度等可以直观测量的气象要素，能见度在人工观测中只是估测，而自动设备观测也需要经过一系列复杂的计算才能得出结果。所以，能见度的数值从来都不是绝对的。

　　目前我国气象部门能见度观测分为人工目测观测和自动设备观测。人工观测是观测员在一天中的几个特定时刻，利用目测不同距离目标物的清晰程度来判别能见度值。自动设备观测是利用光学设备对大气的特定光学特性进行测量，并计算得出能见度值。“现在有的台站里还挂着一张图，图上以观测站为中心，画着不同目标物的距离，便于观测员估测能见度。”中国气象局气象探测中心高级工程师雷勇介绍道。

　　人工观测能见度，一般指有效水平能见度。有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。人工观测存在观测次数少、主观性强、只能估测等问题，但对于扬沙、浮沉等天气现象，人工观测的识别率比自动观测设备要高出很多。目前在美国，除了部分机场的能见度还采用人工观测和自动观测相结合的方式外，大部分气象站都采用了自动设备观测能见度。

　　▲图为气象工作者正在安装调试能见度测量仪。这是一种自动化能见度观测仪器，其传感器应用向前散射原理进行工作，发射器射出的红外线与接收器的可视区域相交叉，能够探测出该区域的光线散射情况，以持续监测该区域的能见度。

　　能见度的自动观测与人工观测的标准并不完全一致。自动观测中能见度用气象光学视程表示。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。自动观测设备就是利用测量水平空气柱的消光系数或测量小体积空气对光的散射系数，进而计算出气象光学视程。

　　不过，由于不同地区环境各有差异，影响能见度的因素也不同，因此依靠自动设备进行能见度观测，还需要对设备的适用性进行调试。通过自动化设备对能见度进行连续稳定的观测，不仅精度较高、解放了人力，其积累的长序列数据，还能使气象部门制作关于能见度的相关服务产品变为可能。另外，由于能见度自动观测设备的国产化程度越来越高，观测自动化的成本大大降低，也使全国范围的自动观测取代人工观测成为可能。

　　能见度的观测，对于天气、气候的研究都有着重要意义，与公众的生产生活也息息相关。据雷勇介绍，所有的视程障碍现象，如雾、轻雾、霾、扬沙、浮沉、沙尘暴等天气现象都和能见度密切相关。未来在观测自动化基础上制作的能见度及相关服务产品，将进一步提高我国的气象服务水平和精细化程度。　　　　　

　　能见度如何预报？

　　中国气象报记者段昊书　　

　　“据南京城市交通气象监测信息，今天6时全市各交通路段能见度为2至4公里。预计未来12小时能见度为2至8公里。南京市气象台和市交管局交通指挥中心6时联合发布。”3月5日6时17分，在“南京气象”官方微博上，一则能见度预报按惯例发出。

　　雾、霾、雨、雪都可以进行预报，而这些天气过程所带来的能见度降低可以进行预报吗？江苏省气象台副台长魏建苏说，关于气象因素导致视程障碍方面的预报产品，随着我国高速公路建设快速发展，多年前已开始研发，在预报技术上不存在太大问题。

　　简单地说，能见度预报还是以雾、霾、降水及沙尘等天气过程预报为基础，通过研究某种天气过程所造成的视程障碍情况，结合焚烧秸秆等人为因素影响，最终给出预报结论。

　　在江苏，能见度预报主要分为短期预报和临近预报。“前者，首先通过观测数据、历史资料找到规律，构建数值预报模式；当有可能出现影响能见度的天气过程时，就通过既有数值预报模式进行运算；预报员再对运算结果进行主观订正，最终得出能见度预报结论。后者，则主要建立在实时观测的基础上，预报员对观测到的能见度受影响情况进行分析，判断出发展趋势，及时发布预警。”魏建苏举例说：“目前，针对高速公路上突现团雾时的能见度预警，主要源自后者。”

　　应当说，随着近两年雾和霾天气频发，能见度越来越被公众关心。不过，普通公众对能见度预报的需求，大多限于能见度“好”“差”或“极差”，这些内容一般会随常规性天气预报、预警发出；而一些特定行业则需要更加专业、详细的能见度预报产品，比如公路运输、航运、民航等。

　　厦门空管站安全管理部工程师黄旭阳说，民航方面会制作机场能见度预报产品。完成这一预报，首先要搜集相关资料，其次对资料进行分析，最终通过数值预报模式测算结果。“资料搜集方面，一方面，机场内布设有可以测量大气能见度的自动观测设备；另一方面，也会引入地方气象局在机场附近所设观测站的能见度数据。”

　　那么，民航所需的能见度预报产品有何特殊性？“对于公众来说，能见度在800米到1000米时，就属于大雾，但这种能见度基本不会影响飞行器起降。目前，国内大多数机场都已达到Ⅱ类盲降标准，即前方能见度不小于400米或跑道视程不小于350米。”黄旭阳如是说。值得一提的是，跑道视程长短需要综合考虑大气能见度大小与跑道背景光亮度、指示灯灯光强度。一般来说，在能见度相等的条件下，机场指示灯亮度越大，跑道视程越远。

　　航运行业对能见度预报的需求也很强烈。湖北省气象局公众气象服务中心首席专家何明琼说，比起城市、高速公路，江面上水汽条件更充足，雾更易生成，预报难度更大；同时，内河航运能见度预报还需要根据船只上行、下行不同，分别给出预报服务产品。

　　“船只顺流而下或逆流而上，航速有所不同，对能见度的要求亦有不同。以长江为例，能见度低于500米时，禁止上行船只航行；能见度低于1000米时，下行船只就无法正常行驶。”何明琼说：“去年，我们开始与长江航道局进行合作。首先对长江中上游能见度状况进行调查分析，随后建议对方布设能见度观测仪器。目前，长江航运能见度预报服务正在探索当中。”

　　据了解，目前，并非每个城市都有能见度预报产品；一些城市的能见度预报仅提供决策服务参考，未向公众或行业、企业统一发布。魏建苏说，未来，气象部门可以考虑用更加通俗的形式发布能见度预报服务产品，例如“行车指数”“登高观景指数”等，以满足公众对天气预报服务越来越多的需求。

　　影响能见度的若干天气现象

　　　　中国气象报记者刘钊

　　视力正常的人，究竟能够看到多远之外的东西呢？数据显示，在晴朗天气下，能见度可以达到20千米至30千米，在空气非常洁净的极地，人类能看到70千米以外的事物。然而在日常生活中，人们很少能感受到自己有如此好的视力。所谓“一叶障目，不见泰山”，许多天气现象，就扮演了那片叶子的角色，对能见度施加着重要的影响。

　　谈及影响能见度的天气，头一个被人想起的自然是雾。弥漫的大雾对能见度有着巨大的影响，能将能见度降至1公里以下，而突发性的团雾更是能将能见度降至几十米甚至十几米。那么，雾是怎样遮断人们的视线的呢？中央气象台副首席预报员秦华锋告诉记者，能见度的下降多是由于大气中的悬浮粒子吸收和散射可见光引起的。雾是悬浮在贴近地面的大气中的大量微细水滴（或冰晶）的可见集合体，这些水滴便是能见度降低的“罪魁祸首”。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色。雾是对人类交通活动影响最大的天气之一，常坐飞机出行的人，或多或少有因大雾天气延误或取消航班的经历，高速公路、海运也常因大雾封锁或停运。

　　这两年，人们出门看到一片白茫茫的场景时，又比以往多了一分担忧。因为同样能导致能见度降低的霾，往往与雾结伴出现。而且相比遇到阳光便消散的雾，霾导致的能见度下降虽然没有那么剧烈，却能维持一整天乃至持续多日不见消散。秦华锋表示，霾用以影响能见度的“武器”仍是悬浮粒子，不过它的成分主要包含空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子。霾散射波长较长的光比较多，因而看起来呈黄色或橙灰色。如今，我国已采取多项措施控制污染物排放，以期减少霾的出现。但对于具体的某个霾天气过程而言，“等风来”仍是人们最迫切的愿望。

　　风能吹走如愁云一般的霾，也能带来另一种严重影响能见度的天气——沙尘。沙尘以大气中大量的尘土和细沙阻挡着视线。秦华锋介绍说，沙尘天气根据其强度由低到高可依次分为浮尘、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴、特强沙尘暴等5类。在浮尘天气下，尘土、细沙均匀地浮游在空中，水平能见度小于10公里；到了沙尘暴这个级别，强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度不足1公里；而在最高级别的特强沙尘暴中，狂风将地面尘沙吹起，使空气特别混浊，水平能见度甚至不到50米。近年来沙尘侵袭有所减少。

　　雾、霾、沙尘，其带来的最直接的影响便是能见度的大幅下降，因而令人印象深刻。其实，降水天气在影响能见度方面也“不甘落后”，突如其来的暴雨，往往造成能见度急剧降低，白昼如同黑夜；斜风细雨也未见得就比较温柔，持续阴雨往往形成雨雾天气，进一步导致能见度下降。而降雪更是人们出行的头号大敌之一，不仅能见度可能降至数百米乃至数十米，且还可能形成道路结冰，大大增加行车的危险性。

　　低能见度不等于大气污染

　　中国气象报记者张静

　　近来，雾、霾天气的多发使得能见度、大气污染物、气溶胶粒子等词语频频见诸报端。许多人甚至将能见度的变化直接与大气污染程度画上等号。事实上，大气污染加重虽然确实会导致能见度降低，但能见度低，并不意味着大气污染严重，我们需要理性看待二者之间的关系。

　　首先，我们需要搞清楚雾、霾天气产生的原因，这两种天气的产生都离不开气溶胶粒子。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的天然气溶胶系统，是近地面层空气中水汽凝结（或凝华）的产物。“可以说，雾的组分是水。”中央气象台首席预报员马学款说道。就其物理本质而言，雾与云都是空气中水汽凝结（或凝华）的产物，所以雾升高离开地面就成为云，而云降低到地面或云移动到高山时就称其为雾。“与雾不同，霾是一种高浓度的污染物气溶胶颗粒物的统称，该颗粒物中主要包括硫酸盐、硝酸盐和碳质成分，它们是非水成物组成的气溶胶系统。”国家卫星气象中心遥感应用室研究员张兴赢说道。

　　在此基础上，能见度的高低受相对湿度和气溶胶粒子的共同影响。南京信息工程大学大气物理学院教授银燕告诉记者：“在气溶胶粒子保持相对稳定的情况下，当空气相对湿度增大时，也就是水汽含量增大后，气溶胶吸湿增长，会使能见度下降。也就是说，即使污染物浓度不变，大气也会因空气湿度增大而导致能见度下降。”或者说，并不是能见度越低污染就越重，很多时候，导致能见度下降的主要原因是空气中的水汽在起作用。“当然，一般而言，在湿度条件不变的情况下，空气中污染物越多，能见度也会相应降低。”银燕补充道。

　　一般来说，雾天虽然能见度很低，但不会形成严重的空气污染。“雾的形成本身也需要一些细微粒子做为凝结核。”张兴赢说，“雾主要是由空气中饱和水汽造成的，这种天气能见度很低，水汽很大，但是污染物的浓度很低。但当有雾生成的时候，通常大气都是比较稳定的，随着工业排放源的加剧，自然就会容易积聚污染物，导致雾往往伴有不同程度的空气污染。”

　　（来源：《中国气象报》2014年3月7日四版 责任编辑：苏杰西）