| Общие сведения
Видимость является важнейшим элементом, по которому устанавливается минимум метеорологических условий, позволяющих производить взлет и посадку, ориентировку экипажа в полете и выполнение специальных работ авиацией. Если видимость во время полета хорошая, летчик легко ориентируется в воздухе, видит все препятствия, поэтому не опасности столкновения с ними. Полет при плохой видимости значительно усложняется, т.к. летчик вынужден пилотировать самолет только по приборам.
Дальность видимости объектов может изменяться в широких пределах: от нескольких метров в сильном тумане или метели до нескольких десятков километров в прозрачном воздухе, пришедшем из Арктики.
Метеорологическая дальность видимости (МДВ) – то наибольшее расстояние, дальше которого при данных условиях абсолютно черный объект размером не более 15/(8 м), проектирующийся на фоне неба вблизи горизонта (или на фоне воздушной дымки), сливается с фоном и становится невидимым. МДВ измеряется в м и км и оценивается по десятибалльной шкале международного синоптического кода.
Видимость различных объектов зависит от следующих основных факторов:
- размеры, форма и цвет наблюдаемого объекта;
- цвет и яркость фона, на котором проецируется объект. Если цвет и яркость фона и объекта совпадают, объект не будет виден. Чем более контрастно различаются их цвета, тем лучше виден объект:
- освещенность предмета и фона. При хорошей освещенности предмет будет виден лучше, чем при плохой;
- выпуклость поверхности Земли и наличие естественных и искусственных препятствий ограничивают видимость предметов, их влияние существенно зависит от высот предмета и полета над поверхностью Земли;
- свойства глаз наблюдателя, их чувствительность к восприятию контраста цветов, острота зрения и др.;
- прозрачность атмосферы – степень ее замутненности, наличие в ней пыли, дыма и мельчайших взвешенных капелек воды (осадков).
При прохождении через атмосферу, световой поток частично поглощается и частично рассеивается, из-за чего он ослабляется, а в атмосфере образуется световая дымка. Чем более прозрачна атмосфера, тем менее ослабляется проходящий через нее световой поток и тем меньше яркость образующейся при этом дымки.
Видимость определяется на земле и в воздухе (с самолета).
Обеспечение полетов современной скоростной авиации особенно на малых высотах и при снижении на посадку, требует определения горизонтальной, наклонной и вертикальной видимости.
Горизонтальная дальность видимости(ГДВ) – это видимость в горизонтальном направлении. Она может определяться и у поверхности Земли, и на высотах.
Наклонная дальность видимости –это видимость земных предметов с высоты полета в наклонной плоскости под некоторым углом к горизонту.
Вертикальная дальность видимости –это видимость в вертикальном направлении. Она зависит от тех же факторов, что и ГДВ, но, кроме того, и от наличия облачности и слоев с ухудшенной видимостью под инверсиями.
Различные явления погоды (туман, осадки, пыльные бури, метели и др.) ухудшают горизонтальную, наклонную и вертикальную видимость не в одинаковой степени. Сквозь тонкие облака и тонкие слои тумана сверху (в вертикальном направлении) могут хорошо просматриваться земные ориентиры. В то же время наклонная, а тем более горизонтальная дальность видимости будет не велика. В прозрачном воздухе ГДВ будет меньше наклонной, т.к на наклонную меньше влияют выпуклость земной поверхности и высота искусственных и естественных препятствий.
При наблюдении за мелкими объектами с малой высоты полета вертикальная видимость будет больше наклонной из-за малых угловых размеров объектов. При высоте полете 8-10 км угловые размеры таких объектов, как железные дороги, здания, мосты, реки и небольшие населенные пункты, настолько малы, что их можно различить при ясной погоде, только пролетая над ними. Если же эти объекты оказываются в стороне от траектории полета, то они не видны. Такая ограниченная видимость объектов (ориентиров) затрудняет ориентировку при полете на малой высоте даже в ясную погоду.
Для решения практических задач по метеорологическому обеспечению полетов ГДВ на аэродроме определяется инструментально или по выбранным ориентирам (огням).
Результаты визуальных методов определения МДВ зависят от субъективных данных каждого наблюдателя и являются в связи с этим неточными, особенно ночью, когда нет достаточного количества ориентиров.
Более точными и не зависящими от субъективных данных наблюдателя являются инструментальные измерения видимости. В метеорологических подразделениях МДВ определяют с помощью фотометра импульсного ФИ-1, ФИ-2, а в полевых условиях – с помощью поляризационного измерителя видимости М 53А или измерителя метеорологической дальности видимости ИДВ.
Визуальные методы определения МДВ
Для наблюдений за МДВ визуально днем подбирают девять темных объектов, удаленных от пункта наблюдений на расстоянии: 50, 200, 500 м и 1, 2, 4, 10, 20 и 50 км. Расстояние до объектов могут отклонятся от стандартных расстояний не более чем на 20%.
Объекты для наблюдения за МДВ должны отвечать следующим требованиям:
- быть возможно более темными;
- проектироваться на фон неба (если объекты проектируются на другом фоне, то они должны иметь четкие контуры, а фон должен быть вдвое дальше от места наблюдений, чем объект);
- быть видимым с места наблюдений под углом не более 5-60 к плоскости горизонта.
При выборе объектов должны быть измерены расстояния до них, оценены угловые размеры, составлено описание и план расположения всех объектов.
Для определения МДВ ночью пользуются огнями. В окрестностях станции подбирают серию огней, расположенных на различных расстояниях от пункта наблюдений, и оценку видимости производят по наиболее далекому огню, который еще виден в момент наблюдений. Для наблюдений нельзя пользоваться цветными огнями, а также источниками света, имеющими рассеивающие колпаки.
Инструментальные методы определения МДВ
Результаты визуальных определения МДВ очень сильно зависят от субъективных особенностей наблюдателя, инструментальные методы эти особенности исключают и позволяют уменьшить количество и размеры объектов для наблюдения, расстояние между ними и наблюдателем. Измерения по приборам позволяют получить более точные данные МДВ, не зависящими от субъективных данных наблюдателя. В метеорологических подразделениях МДВ определяют с помощью фотометра импульсного ФИ-1, ФИ-2, а в полевых условиях – с помощью поляризационного измерителя видимости М-53А или измерителя метеорологической дальности видимости ИДВ.
Поляризационный измеритель видимости М-53А
Прибор разработан Л.Л.Дашкевичем. Он позволяет производить измерения МДВ в светлое время суток, а в комплекте со специальной прожекторной установкой и в темную часть суток.
М-53А по принципу действия является поляризационным фотометром. Основными частями его оптической системы являются: поляроид, представляющий собой плоскую пластинку, которая пропускает свет, поляризованный в одной плоскости; и двоякопреломляющая поляризационная призма , состоящая из двух прямоугольных призм, склеенных по гипотенузам. Призмы изготовлены из исландского шпата таким образом, что оптические оси кристалла в них перпендикулярны. В результате этого луч, проходящий через призму, раздваивается на два поляризованных луча, называемых обыкновенным и необыкновенным.
Если на призму падает луч, заранее поляризованный поляроидом, то призма все равно его раздвоит на обыкновенный и необыкновенный. В первом случае (после поляроида) интенсивность обоих лучей будет равной, то во втором (после двоякопреломляющей призмы) они могут отличаться. Интенсивность их будет зависеть от угла между плоскостями поляризации падающего обыкновенного и преломленного лучей.
Угол задается положением поляроида относительно призмы.
Фотометрирование с помощью поляризационного фотометра сводится к уравниванию яркости изображений двух объектов: объекта, яркость которого измеряется, и контрольного объекта, яркость которого известна. Причем в фотометре могут проявляться по два изображения каждого объекта, образованные обыкновенными и необыкновенными лучами. При фотометрировании выбирают по одному изображению каждого объекта, но обязательно образованные разными лучами. Сравнение яркостей выполняется путем вращения поляроида вокруг своей оси.
В темную часть суток измерения МДВ производятся прибором М-53А в комплекте с нефелометрической установкой М-71, с помощью которой измеряется степень замутненности атмосферы, определяемая коэффициентом ослабления. Метод измерения использует зависимость между прозрачностью (дальностью видимости) и яркостью света, рассеянного воздухом назад к источнику света.
Принцип действия установки следующий: мощный пучок света от лампы (фары), частично рассеиваясь в атмосферой назад, попадает в нижнее сквозное полукруглое отверстие световой коробки. Обращенное к наблюдателю верхнее (несквозное) полукруглое отверстие освещается светом той же фары, попадающим другое отверстие и рассеянным стенками световой коробки. Создаются два световых поля. Верхнее полукруглое поле образует эталонную яркость, не зависящую от состояния атмосферы. Наблюдатель с помощью поляризационного измерителя видимости сравнивает яркость светового поля, созданного рассеянным назад светом, с эталонной яркостью поля, наблюдаемое в несквозное отверстие. Для этого вращением маховичка измерителя видимости уравнивают яркости изображения полукруглых отверстий. По отсчету, соответствующему моменту равенства яркостей, с помощью формул и таблиц можно определить МДВ.
Фотометр импульсный ФИ-1
Назначение –непрерывные дистанционный измерения метеорологической видимости и регистрация прозрачности атмосферы в любых метеорологических условиях в любое время суток.
Пределы измерений МДВ от 50 до 6000 м, диапазоны измерений: на базе 20 м (с ближним отражателем) – 50-600, на базе 100 м (с дальним отражателем) – 240-1000 м; напряжения питания – 220 В (50 Гц), потребляемая мощность не более 300 Вт.
В комплект фотометра входят: блок фотометрический БФ, блок регистрационный БР, щит распределительный ЩР, вольтметр цифровой ВЦ, отражатель дальний ОД, отражатель ближний ОБ, штативы для БФ, ОД и ОБ, стабилизатор напряжения СН, замыкатель оптический ЗО, комплект ЗИП, кабели длиной 5, 25 и 100 м, штырь заземления, подставка, техническая документация, преобразователь функциональный ПФ.
Принцип действия и устройство.Принцип работы фотометра ФИ-1 основан на определении величины ослабления светового потока воздушной средой. В фотометре применена схема уравновешивания электрических сигналов. При этом сравнению с образцовым напряжением подвергается не измерительный сигнал, о опорный после прохождения им всех элементов измерительной схемы.
Фотометр содержит опорный и измерительный каналы. Опорный сигнал необходим для компенсации ошибок измерения, связанных с нестабильностью характеристик фотоумножителя, источника световых импульсов, усилителя электрических сигналов и напряжения источника питания. Блок БФ имеет импульсный источник света.
Для непосредственного отсчета результатов измерений прозрачности атмосферы используется стрелочный индикатор функционального преобразователя ПФ, а для регистрации – блок регистрации БР, подключаемые к выходу измерительного канала БФ.
В фотометре применен импульсный источник света ИСШ-7, частота следования импульсов света равна частоте питающего напряжения сети (50 Гц);яркость световых вспышек в сотни и тысячи раз выше яркости ламп накаливания.
Электропитание на фотометрический блок БФ подается со стабилизатора напряжения СН через распределительный щит ЩР. Для блока БФ и отражателей ОБ и ОД предусмотрен обогрев. Нагревательные элементы питаются от сети переменного тока напряжением 220 В и включаются тумблером ОБОГРЕВ на передней панели блока ЩР.
Фотометр может работать как с двумя, так и с одним отражателем. Выбор ОБ или ОД осуществляется вручную. Для получения значения МДВ нужно дополнительное преобразование выходного параметра. В фотометре применен функциональный преобразователь на транзисторах, с помощью которого напряжение постоянного тока, пропорциональное прозрачности атмосферы, преобразуется сначала в частоту следования импульсов, а затем в напряжение постоянного тока, пропорциональное значению МДВ.
Фотометр импульсный ФИ-2
Назначение –непрерывное дистанционное измерение МДВ и регистрация коэффициента светопропускания атмосферы на аэродромах для метеорологического обеспечения взлета и посадки воздушных судов. Фотометр может быть использован автономно или в составе автоматизированных систем типа КРАМС, автоматизированных метеорологических комплексов аэродромного оборудования и т.д. Принцип действия фотометра ФИ-2 основан на измерении степени ослабления интенсивности световых импульсов после их прохождения через слой атмосферы , ограниченный длиной базисной линии прибора.
Отличительной особенностью оптической схемы ФИ-2 от ФИ-1 является то, что обе базисные линии (короткая и удлиненная) пространственно совмещены благодаря размещению в отражательном блоке дополнительного фотоприемника. Такая конструкция обеспечивает расширенный диапазон измерения МДВ.
В изделии ФИ-2 есть возможность наблюдения результатов измерений как на блоке индикации, так и на индикаторе контроля, установленном на фотометрическом блоке. Расширен диапазон измерения МДВ без использования дополнительного отражателя. Температурный диапазон работы прибора повышен. Прибор имеет блоки защиты от грозы и перенапряжения в питающей сети.
Основные технические характеристики:
- цифровая индикация МДВ в м от 60 до 6000;
- рабочий температурный диапазон в градусах С от -50 до +50;
- мощность потребления, Вт без обогрева/с подогревом – 60/120;
- питание от сети 220В (50-60) Гц без внешнего стабилизатора.
Индикация МДВ и передача сигнала управления на расстоянии не менее 8 км, есть возможность дистанционного включения и выключения фотометрического блока.
Фотометр импульсный ФИ-3
Назначение –непрерывное дистанционное измерение прозрачности атмосферы с целью определения МДВ на аэродромах при метеорологическом обеспечении взлетов и посадок воздушных судов. Измерения проводятся в любое время суток автономно или в составе аэродромных МС.
Основные технические характеристики.Измеритель работоспособен при воздействии атмосферного давления 700 гПа (525 мм рт.ст.).
Блоки измерителей, устанавливаемые на открытом воздухе (в не отапливаемом помещении) работоспособны при воздействии ветра со скоростью 50 м/с, атмосферных конденсационных осадков (роса, иней), атмосферных выпадаемых осадков (дождь, снег), а также имеют защиту от загрязнений и запотевания оптики.
Диапазон определения МДВ от 60 до 8000 м, дискретность отображения информации ±1 мин. В измерителе обеспечена цифровая индикация результатов измерений в единицах МДВ с периодом обновления информации (4±1) с.
Установка и эксплуатация.Блоки БФ 2 и БО 1 располагаются вдоль ВПП аэродрома на расстоянии измерительной базы 100 м. Блок БФ при эксплуатации устанавливается на подставку и треногу, а блок БО – на подставку и специальную мачту.
Щит ЩС устанавливается вблизи блока БФ. Управление измерителем и регистрация показаний МДВ осуществляется в помещении метеонаблюдателя, где располагается блок БИ.
Измеритель дальности видимости (ИДВ)
Назначение –измерение МДВ в светлое время суток в полевых условиях. Пределы измерений – 0.3-10 км, диапазон рабочих температур от -50 до +500С, масса 0.5 кг.
Принцип действия ИДВ основан на измерении с помощью оптико-фотометрической системы прибора относительной яркости черной марки на фоне специального экрана из черного бархата.
ИДВ состоит из трех узлов: коллиматора, клинового (измерительного) моста и зрительной трубы. Коллиматор создает в поле зрения зрительной трубы одновременное изображение черной марки и окружающих объектов, расположенных на любом расстоянии, но не ближе 300 м.
На диске прибора расположены две шкалы: верхняя, указывающая значения МДВ в км, и нижняя для более точного определения видимости, если это необходимо. Верхняя шкала рассчитана для базы наблюдения в 50 м. Зрительная труба дает возможность рассматривать через окуляр четкие одновременные изображения марки и окружающих предметов.
| Место для заметок
|
