6.2 Инструментально-визуальные методы

Определение МДВ в светлое время суток с помощью измерителя М-53А методом фотометрического сравнения. Определение МДВ с помощью измерителя М-53А производят раздельно в светлое и темное время суток. В светлое время суток наблюдения выполняют методом фотометрического сравнения или комбинацией метода фотометрического сравнения и метода относительной яркости по объектам наблюдений. Метод фотометрического сравнения основан на сравнении яркостей двух объектов наблюдения, расположенных на разных расстояниях от наблюдателя. Этот метод позволяет определить МДВ до значений 10 L при наблюдениях по темным объектам и до 17 L – по черным щитам (L – расстояние до дальнего объекта или щита).

Комплексный способ наблюдений используется при отсутствии на местности, окружающей станцию, подходящих темных объектов и позволяет определить МДВ только по черным щитам: при S_м<4 км – методом фотометрического сравнения, при S_м≥4 км – методом относительной яркости. Метод относительной яркости основан на сравнении яркостей двух щитов и позволяет определить МДВ в диапазоне 10L–100L. Фотометрирование производится с помощью поляризационного измерителя видимости М-53А.

Измеритель М-53А не требует проведения дополнительных операций по подготовке к измерениям кроме тех, которые изложены в технической документации на измеритель.

Метод фотометрического сравнения основан на использовании в качестве объектов наблюдения двух темных объектов и двух черных: щитка и щита. Этот метод позволяет по объекту наблюдения, находящемуся на расстоянии l от наблюдателя, определять МДВ в диапазоне от 1,2 l до 10 l (по темным объектам) и до 17 l (по щиту).

Наблюдатель, придя на пункт наблюдений, сначала выбирает наиболее удаленный из видимых в данный момент объектов. Если этот объект покрыт настолько сильной дымкой, что едва различим, то наблюдения выполняют по более ближнему объекту. Установив шкалу измерителя на 25-30-е деление, наблюдатель смотрит на объект через окуляр и выбирает такое положение, при котором в центре его поля зрения два изображения черной коробки расположатся выше двух изображений объекта. При этом для удобства фотометрирования нижнее изображение черной коробки должно располагаться непосредственно над верхним изображением объекта, почти вплотную к нему, как показано на рис. 6.1а.

Рис. 6.1. Расположение изображений черной коробки в поле зрения измерителя М-53А.

а – правильное, б – неправильное.

Фотометрирование производят вращением поляроида с помощью зубчатого барабанчика, добиваясь равенства видимых яркостей изображений, расположенных рядом, - нижнего изображения коробки и верхнего изображения объекта. Барабанчик поворачивается в обе стороны так, чтобы изображение объекта становилось то темнее (рис. 6.2 а), то светлее (рис. 6.2 в) изображения черной коробки. В итоге наблюдатель должен найти такое положение барабанчика, при котором верхнее изображение объекта будет не светлее, но и не темнее нижнего изображения коробки (рис. 6.2.б).

Рис. 6.2. Последовательные стадии наблюдений по методу фотометрического сравнения

а – изображение объекта темнее изображения коробки, барабанчик измерителя следует поворачивать далее; б – момент отсчета, яркости изображений объекта и черной коробки уравнены; в – равенство яркостей уже пройдено, барабанчик измерителя следует поворачивать обратно.

Добившись такого выравнивания яркостей этих изображений, по шкале измерителя производят отсчет с точностью до 0,1 деления. После этого отсчет сбивают (поворачивая барабанчик на несколько делений в любом направлении) и дважды аналогично повторяют наблюдения для получения трех результатов, которые разрешается записать на верхнем поле книжки КМ-1 против соответствующего срока измерений. Кроме того, отмечают характер освещения объекта одним из знаков:

 - объект освещен солнцем;

Р – рассеянное освещение объекта (передняя сторона объекта в тени или солнце закрыто облаками).

Чтобы не ошибиться в отметке освещения, следует обратить внимание на положение тени от столба с черной коробкой. Когда тень падает в сторону объекта, он освещен солнцем (), когда тень падает в сторону наблюдателя или отсутствует вовсе, освещение объекта рассеянное (Р). Иногда характер освещения объекта и пункта наблюдений не совпадает: в пункте наблюдений светит солнце, а объект находится в тени или, наоборот; в этом случае отмечаются условия освещения объекта. Если в качестве объекта наблюдений в зимнее время используется лес, необходимо отмечать наличие снега или изморози на деревьях по трем градациям:

н – снега или изморози нет или мало;

е – снег или изморозь на деревьях есть;

м – снега или изморози очень много.

При оценке количества снега и изморози на удаленном лесе следует учитывать их количество на ветвях близких деревьев. В бесснежный период нужно отмечать состояние кроны деревьев также по трем градациям:

з – листья зеленые;

ж – листья желтые;

б – без листьев.

Соответствующая отметка записывается рядом с отметкой о характере освещения.

Непосредственно на метеоплощадке записывается краткое условное описание объекта (первая клетка верхней строки), отсчеты (на верхнем поле), характер освещения объекта и состояние кроны деревьев или наличие на них снега или изморози (вторая клетка верхней строки).

Если дымка на наиболее удаленном объекте отсутствует, то измерения прибором не производят, а значение S_m оценивается визуально, учитывая, что оно больше или равно 10-кратному расстоянию до этого объекта.

Пример. Отсутствует дымка на последнем объекте, находящемся на расстоянии 2,3 км. Полученное значение S_m >23 км записывается в первую, вторую и третью клетки нижней строки в баллах, километрах и цифрах кода в виде:

>8б

>23

98

По записанным трем отсчетам находят среднее значение (округленное до 0,1 деления) и прибавляют к нему поправку на место нуля прибора с ее знаком:

(6.3)

Исправленный средний отсчет N записывают в первую клетку нижней строки. Затем с помощью вспомогательной таблицы, составленной на станции для данного объекта, по среднему исправленному отсчету и характеру освещения определяют значение S_м и записывают его в книжку в километрах и цифрах кода (вторая и третья клетки нижней строки).

Пример. Наблюдение выполнено по объекту «Лес дальний (лд)», освещенному солнцем (). Средний исправленный отсчет N=23,3. Лес – лиственный, S_м=29 км, цифры кода 79. Запись будет иметь вид:

Видимость	Объект, освещение	лд	, з	150
	Испр. отсчет, Sм (км), код	23,3	29	79

Определение МДВ комплексным способом.

Комплексный способ, сочетающий метод фотометрического сравнения и метод относительной яркости, основан на использовании только черных щитов – дальнего ближнего.

Наблюдатель, придя на пункт наблюдений, должен сначала приблизительно оценить значение МДВ – больше оно 4 км или меньше. Если полученное значение меньше 4 км, то наблюдения выполняют методом фотометрического сравнения, если больше (или равно) 4 км – методом относительной яркости.

Получение оценок МДВ методом фотометрического сравнения производится с помощью измерителя М-53А по дальнему щиту (а если он не виден совсем или виден очень плохо, то по ближнему). При этом для фотометрирования вместо черной коробки из комплекта измерителя используется боковой флажок щитка-диафрагмы. Наблюдатель, держа измеритель в руках и наблюдая через него флажок и щит, выбирает такое положение, при котором над верхним изображением щита располагается нижнее изображение флажка (рис. 6.3).

Получение оценок МДВ методом относительной яркости производят как при ее значении, большем или равном 4 км, так и в том случае, когда при фотометрировании методом фотометрического сравнения по дальнему щиту получаются отсчеты более 45,5 делений. Это означает, что глазомерная оценка оказалась заниженной и фактическое значение МДВ больше 4 км. Этот метод позволяет по щиту, находящемуся на расстоянии l, определять МДВ в диапазоне 10l – 100l.

При наблюдениях по методу относительной яркости ручки прибора насаживают до упора на штырь держателя. Затем, наблюдая через прибор и отверстие щитка-диафрагмы поверхность щита, вращают с помощью барабанчика шкалу прибора от нулевого деления (обязательно от нулевого деления к сотому, а не наоборот). При этом на верхнее изображение щитка-диафрагмы и наблюдаемую через его отверстие поверхность щита накладывается появившееся при поворачивании шкалы нижнее изображение участка неба у горизонта, поэтому контраст между щитком-диафрагмой (черная рамка) и видимой через его отверстие поверхностью щита (серый квадрат) уменьшается.

Рис. 6.3 Фотометрическое сравнение яркости нижнего изображения флажка и верхнего изображения щита при наблюдениях комплексным методом

Рис.6.4 Гашение контраста щитка-диафрагмы и дальнего щита при наблюдениях методом относительной яркости

Шкалу поворачивают до тех пор, пока этот контраст не станет неразличимым – гасят контраст фоном неба (рис. 6.4).

Вращение шкалы нужно производить медленно, осторожно и прекратить в момент исчезновения контраста, иначе можно «перегасить» контраст и получить неверный результат. В случае сомнения следует повернуть шкалу в обратном направлении до появления различимого контраста, а затем снова погасить его. На нижнее изображение щитка-диафрагмы, появляющееся при вращении шкалы, не следует обращать внимания.

Затем делают отсчет по шкале с точностью до 0,1 деления. Наблюдения повторяют три раза, записывая получаемые отсчеты N_щ (по щиту) на верхнем поле КМ-1. Далее снимают прибор со штыря, устанавливают шкалу на нуль и, держа прибор в руке, наблюдают через него и через отверстие щитка-диафрагмы однородный участок неба у горизонта. Поворачивая шкалу от нулевого деления (как и при наблюдении по щитам), накладывают на верхнее изображение щитка-диафрагмы и видимый сквозь его отверстие участок неба (светлый квадрат в темной рамке) изображение фона неба. При этом контраст между рамкой и светлым квадратом уменьшается. Шкалу осторожно поворачивают до тех пор, пока этот контраст не станет неразличимым, и в этот момент снимают отсчет. Наблюдения повторяют три раза. Полученные отсчеты N_н (по небу) также записываются на верхнем поле КМ-1.

При комплексном способе наблюдений освещение учитывать не надо, поскольку щиток-диафрагма и наблюдаемый шаг освещены одинаково.

Если на дальнем щите дымки совершенно нет (отсчет по щиту меньше 46 делений), то дальнейших измерений не производят, а записывают N_щ<46 дел, в первую клетку нижней строки.

При наблюдениях комплексным способом непосредственно на метеоплощадке в книжку КМ-1 записывается:

- при наблюдениях методом фотометрического сравнения: в первую клетку верхней строки – обозначение объекта (их будет только два – щит ближний (щ.б.) и щит дальний (щ.д.)), во второй и третьей клетках ставится прочерк, на верхнем поле – три отсчета (N или N_щ);

- при наблюдениях методом относительной яркости: в первую клетку верхней строки – название метода (ОЯ), на верхнем – отсчеты, в третьей строке ставится прочерк.

При наблюдениях методом фотометрического сравнения по трем отсчетам по щиту (ближнему и дальнему) находят среднее значение, округленное до 0,1 деления, и прибавляют к нему поправку на место нуля прибора:

(6.4)

Исправленный средний отсчет N_щ записывают в первую клетку нижней строки. Затем с помощью вспомогательной таблицы находят значение S_м и записывают его в книжку в километрах и цифрах кода (вторая и третья клетки нижней строки).

Пример. Наблюдения выполнены методом фотометрического сравнения по щиту дальнему (ЩД). Средний исправленный отсчет N_щ=26,4 деления. Запись будет иметь вид:

Видимость	Объект, освещение	ЩД	-	-
	Испр.отсчет, Sм (км), код	26,4	0,7	07

При наблюдениях методом относительной яркости по трем отсчетам как по щиту, так и по небу находят их средние значения и прибавляют к ним поправку на место нуля прибора с ее знаком:

, (6.5)

(6.6)

Значение N_щ округляется до целых делений. Полученные значения средних исправленных отсчетов записывают: N_щ – в первую клетку нижней строки; N_Н – во вторую клетку верхней строки. Затем с помощью вспомогательной таблицы находят значение S_м и записывают его в книжку в километрах и цифрах кода (вторая и третья клетки нижней строки).

Пример. Наблюдения выполнены методом относительной яркости по дальнему щиту. Средний исправленный отсчет по щиту N_щ=65, по небу N_Н=89,2. Запись будет иметь вид:

Видимость	Объект, освещение	ОЯ	89,2	-
	Испр.отсчет, Sм (км), код	65	12	62

Если при наблюдениях зафиксировано значение N_щ<46 делений, то при N_Н<89,7 делений значение S_м=20 км (код 70), при N_Н>89,7 делений значение S_м=50 км (код ≥84). Значения S_м в километрах и цифрах кода записываются в книжку (вторая и третья клетки нижней строки).

Определение МДВ в темное время суток с помощью установки М-71. В темное время суток значения МДВ находят по результатам определения значений натурального показателя рассеяния r' с помощью нефелометрической установки М–71. Нефелометрический метод основан на использовании явления рассеяния света исследуемым локальным объемом атмосферы длиной до 15 м.

В темное время суток перед выполнением наблюдений с помощью нефелометрической установки М–71, так и по огням наблюдатель должен в течение 5–10 мин находиться вне освещенного помещения. Кроме того, должны быть выключены все источники света на метеоплощадке и по пути на нее, которые могут освещать место наблюдений и свет от которых может попадать в поле зрения наблюдателя.

Пред выполнением наблюдений с помощью установки М-71 в темное время суток наблюдатель должен провести следующие подготовительные операции:

- не менее 5-10 мин побыть в условиях освещенности, не превышающей освещенность на метеоплощадке;

- открыть окно и снять чехол (если установка стоит в помещении) или снять колпак (если установка стоит на метеоплощадке). Проводить наблюдения через стекло нельзя, так как свет, отраженный и рассеянный им, будет влиять на результаты наблюдений;

- вставить измеритель М-53А в отверстие корпуса и зажать его винтом;

- открыть крышку установки.

Наблюдения на установке М-71 выполняют в следующем порядке:

- включают лампу-фару и устанавливают на шкале прибора М-53А отсчет, близкий к нулю. При этом в поле зрения прибора видны два светлых полукруга, разделенных темной полосой: верхний полукруг – основное изображение эталонного поля, нижний – основное изображение рабочего поля, освещенного рассеянным назад светом. При поворачивании шкалы прибора М-53А от нулевого деления к сотому ниже основных изображений появляются дополнительные. Изображения полей должны быть расположены строго одно над другим (рис. 6.5 а). Если дополнительные изображения полей сдвинуты относительно основных (рис. 6.5 б), то надо повернуть на небольшой угол прибор М-53А вправо или влево, отпустив для этого зажимающий его винт;

- уравнивают яркости двух средних полей, образующих круг: дополнительного изображения эталонного поля и основного изображения рабочего поля.

При вращении шкалы прибора М-53А яркость дополнительного изображения эталонного поля возрастает, а яркость основного изображения рабочего поля убывает. Момент равенства яркостей определяют методом «вилки»: увеличивая яркость то нижнего поля (рис.6.6 а), то верхнего (рис. 6.6 б) и

постепенно уменьшая разность яркостей до полного их уравнивания (6.6 в);

Рис. 6.5 Расположение полей сравнения при наблюдениях на установке М-71 а – правильно, б - неправильно

Рис. 6.6 Последовательные стадии наблюдения на установке М-71. А – в начале измерения, эталонное поле ярче рабочего; б- равенство яркостей пройдено, эталонное поле бледнее рабочего; в- момент отсчета, яркости полей уравнены

- при равенстве яркости полей берут отсчет n по шкале прибора М-53А. затем поворотом зубчатого барабанчика сбивают отсчет и производят уравнивание яркостей полей снова. Всего производят три наблюдения. Из трех отсчетов по лучу находят среднее значение (округленное до 0,1 деления) и прибавляют к нему поправку на место нуля прибора с ее знаком:

(6.7)

Полученный средний исправленный отсчет N_л записывается непосредственно на месте наблюдения в первую клетку верхней строки. В остальных клетках ставятся прочерки, рядом с цифрой ставится отличительная буква «л» (луч).

Во время выпадения осадков, особенно снега, яркость нижнего поля может резко меняться. Если наблюдатель затрудняется уравнять яркости полей, то вместо одного отсчета n берут два отсчета: n^' – когда явно темнее верхнее поле, n'' – когда темнее нижнее поле. Из двух отсчетов определяют среднее:

(6.8)

Так же определяют отсчеты n₂ и n₃.

Если наблюдения производятся на фоне достаточно светлого неба (наблюдения в сумерки, при луне), то необходимо выполнять еще одно наблюдение – по небу. При светлом небе к яркости рассеянного назад света добавляется яркость неба; чтобы исключить эту яркость, и проводится дополнительное наблюдение.

При наблюдениях по небу закрывают крышку лампы-фары установки и при закрытой крышке уравнивают яркости полей сравнения. Процесс уравнивания яркостей точно такой же, как и описанный выше при наблюдениях по лучу. Из трех отсчетов по небу вычисляют среднее и прибавляют поправку на место нуля с ее знаком:

(6.9)

Средний отсчет округляют до 0,5 деления и записывают, как указано выше.

Наблюдение по небу не производится, если:

- отсчет по лучу больше 50;

- видимая яркость поля настолько мала, что нижнее поле нельзя сделать светлее верхнего.

Если цвет сравниваемых полей различается и эта разница настолько сильна, что уравнивание яркостей невозможно или производится неуверенно, то, значит, естественное освещение слишком сильно. В этом случае производить наблюдения на установке М-71 нельзя и следует переходить к наблюдениям по объектам.

По окончании наблюдений следует выключить установку, снять измеритель М-53А и накрыть установку колпаком или чехлом. При коротких перерывах между наблюдениями измеритель М-53А может оставаться в установке в течение всего ночного времени.

При наблюдениях только по лучу непосредственно на месте наблюдений записывается средний исправленный отсчет N_л по лучу (первая клетка верхней строки, в остальных двух клетках делаются прочерки; рядом с цифрой ставится отличительная буква «л»).

При наблюдениях по лучу и по небу отсчет по лучу N_л записывается, как указано выше, отсчет по небу N_н – рядом (во второй клетке верхней строки).

При наблюдениях по лучу средний исправный отсчет N_л переписывается из первой клетки верхней строки в первую клетку нижней строки, затем по этому значению N_л в табл. 1.1. приложения 1 находят значение S_м и записывают его в книжку в километрах и цифрах кода (вторая и третья клетки нижней строки).

Пример. Отсчет по лучу N_л=17,4 дел. Запись будет иметь вид:

Видимость	Объект, освещение	17,4 л	-	-
	Испр. отсчет, Sм (км), код	17,4	20	70

При наблюдения по лучу и по небу отсчет по лучу N_л записывается, как указано выше, отсчет по небу N_н – рядом (во второй клетке верхней строки). Затем в табл. 1.2 приложения 1 по отсчетам N_л и N_н находят поправку на свет неба ΔΝ и записывают ее в третью клетку верхней строки. Из отсчета по лучу N_л вычитают поправку ΔΝ и результат записывают в первую клетку нижней строки. В табл. 1.1. приложения 1 по этому исправленному отсчету находят значение S_м и записывают его в километрах и цифрах кода.

Пример. Отсчет по лучу N_л=20,2 дел, по небу N_н=8,0 дел.. Запись будет иметь вид:

Видимость	Объект, освещение	20,2 л	8,0 н	1,6
	Испр. отсчет, Sм (км), код	18,6	14	64

3. Визуальные методы

Визуальные методы позволяют получить оценку МДВ в светлое время суток по объектам наблюдений, в темное время суток – по огням или - по интенсивности атмосферных явлений.

Визуальные наблюдения за метеорологической дальностью видимости по объектам должны выполняться в светлое время суток – от восхода до захода солнца. В сумерки (после захода солнца) и в темное время суток эти наблюдения не позволяют получать надежные данные, даже если освещение и кажется нормальным.

Оценка МДВ визуальным методом в светлое время суток. Наблюдатель, выйдя на место наблюдения, должен последовательно просмотреть все выбранные объекты, начиная с самого ближнего, и определить, какие из них видимы, а какие невидимы.

Видимым объектом считается такой, который различается на фоне неба или воздушной дымки хотя бы в виде неопределенного контура. Невидимым объектом считается такой, который полностью сливается с фоном неба или воздушной дымки, и наблюдатель не может даже приблизительно определить направление, в котором находится этот объект.

При наложении воздушной дымки на объекты создается всем известное явление воздушной перспективы, когда дальние объекты кажутся светлее ближних.

Если объект рассматривается не на фоне неба, то наблюдения по такому объекту производятся лишь тогда, когда этот фон полностью скрыт воздушной дымкой. При соблюдении этого условия наблюдения производятся так, как если бы объект проектировался на фон неба. в том случае, когда фон, на который проектируется объект, просвечивает через дымку, наблюдения по такому объекту не ведутся.

При оценке МДВ определяется балл видимости, т.е. интервал, в котором заключено значение МДВ. Шкала баллов МДВ представлена в табл. 6.1.

Полный комплект должен состоять из девяти темных объектов. Это позволяет проводить наблюдения во всем диапазоне значений МДВ (от 50 м до 50 км) в градациях, соответствующих цифрам кода от 90 до 99.

Таблица 6.1.