Widzialność (met.) – zależny od warunków atmosferycznych zasięg dostrzegania obiektów.
Pojęcie widzialności bywa utożsamiane z pojęciem widoczności, co nie jest ścisłe. Obiekty bywają dostrzegalne (lub nie) zależnie od:
- widzialności (warunków meteo) i/lub
- widoczności (zależnej od ewentualnego przesłonięcia przez inne obiekty, np. horyzont).
Widzialność ocenia się w warunkach, gdy inne czynniki – poza właściwościami powietrza – nie ograniczają widoczności obiektów.
Pojęcie jest definiowane na podstawie wykładniczego „prawa kontrastów”, a stopień widzialności określa się wzrokowo lub z użyciem przyrządów pomiarowych (rodzaju nefelometrów). Pomiary widzialności pomagają m.in. zapewnić bezpieczeństwo w ruchu drogowym i kolejowym, w żegludze i lotnictwie.
W żegludze obowiązują prawidła MPDM, zgodnie z którymi ograniczona widzialności jest podstawą zmniejszenia prędkości jednostki pływającej do prędkości bezpiecznej, utrzymywania gotowości maszyn do natychmiastowego manewru, nadawania sygnałów mgłowych. Konieczność dostosowania prędkości jednostek do ograniczonej widzialności jest jedną z ważnych przyczyn poważnych strat ekonomicznych, związanych z wydłużeniem czasu rejsów[1]. W lotnictwie stosuje się pojęcie „runway visual range”, oznaczające zasięg widzenia oznakowania nawierzchni pasa startowego z pozycji pilota. Lotniska dysponują systemami RVR (monitoring widzialności).
Podstawowe pojęcia
[edytuj | edytuj kod]Widzialność pozioma jest jednym ze zbioru parametrów stanu troposfery, umożliwiających opis pogody w danej chwili i miejscu – jest wymieniana obok temperatury, ciśnienia, prędkości wiatru, charakterystyki zachmurzenia i opadów atmosferycznych. Jest największą odległością, z jakiej – w tych warunkach – obiekt może być jeszcze spostrzeżony[2][3][4].
W piśmiennictwie i praktyce żeglugi stosowane jest, zwłaszcza w odniesieniu do świateł oznakowania nawigacyjnego (np. latarń morskich), pojęcie zasięg widoczności, przy czym wyróżnia się[5]:
- zasięg widoczności geograficzny – zależny od krzywizny ziemi, określany, jako umożliwiający dostrzeżenie obiektu z odległości (D, Mm) przy danych wysokości obserwowanego obiektu (H, m) i wysokości, na jakiej znajdują się oczy obserwatora (tzw. wysokość oczna) (h, m):
- Powyższy wzór uwzględnia średnią ziemską refrakcję atmosferyczną.
- zasięg widoczności meteorologiczny – zależny od aktualnych optycznych cech atmosfery oraz siły i barwy źródła świat.
Rzeczywisty zasięg widoczności jest zależny od obu rodzajów czynników i zmienny w szerokich granicach. Stwierdzono, że w przypadku idealnie czystego powietrza maksymalny zasięg widoczności może osiągać 300–400 km. Do roku 1973[a] największą odnotowaną wartością był zasięg 270 km (z Hiszpanii widziano góry Atlas)[5]. W roku 2016 sfotografowano alpejski szczyt Pic Gaspard z Pic de Finestrelles w Pirenejach z odległości 443 km[6].
Widzialność jest definiowana na podstawie założenia, że najważniejszym warunkiem dostrzeżenia obiektu (jego widoczności) jest „kontrast”.
Kontrast (K) zależy od wartości luminancji obserwowanego obiektu i jego tła Został zdefiniowany jako stosunek bezwzględnej różnicy między obiema wartościami do większej z tych dwóch wartości[7]:
- jaśniejszy obiekt:
- jaśniejsze tło:
Kontrast przyjmuje wartości od zera (obiekt niewidoczny) do jedności (np. biały obiekt na czarnym tle, lub odwrotnie). Warunkiem spostrzeżenia obiektu na jego tle jest przekroczenie progu różnicy, nazywanego „progiem czułości kontrastowej oka” lub „progiem kontrastu” Wartość jest cechą indywidualną obserwatora i zmienną, zależną np. od rozmiarów kątowych obiektu, adaptacji, zmęczenia[8]). Dla obserwacji w warunkach dziennych charakterystyczny jest zakres W warunkach niekorzystnych, np. pod wpływem dużych i gwałtownych zmian oświetlenia, bywają osiągane wartości wielokrotnie wyższe (sporadycznie nawet )[7].
- Wykładnicze prawo kontrastów
Obserwacje obiektów utrudniają zmiany ich luminancji, spowodowane ich zbliżaniem się lub oddalaniem od obserwatora, oraz zmiany przezroczystości powietrza, np. wskutek przemieszczanie się mgieł lub stref deszczu. Zależność luminancji obserwowanej od rzeczywistej luminancji obiektu jego odległości od obserwatora i przezroczystości powietrza ma charakter wykładniczy; jest opisywana uproszczonym równaniem[9]:
gdzie: – współczynnik osłabienia luminancji w warstwie powietrza.
Równanie opisuje np. zmniejszanie się obserwowanej jasności oddalającego się źródła światła, które z pewnej odległości przestaje być zauważalne na tle nieba (osiągnięcie ). Innym przykładem jest zmniejszanie się kontrastu między niebem i oddalającym się obiektem czarnym. W drugim przypadku zmniejsza się kontrast między nim i niebem – obserwowana luminancja zawiera coraz większy udział luminancji powietrza między obiektem i obserwatorem[9] (zob. zdjęcie Zimbaspitze na tle innych alpejskich pasm górskich i nieba). Całkowita wartość obserwowanej luminancji („luminancja efektywna”) jest sumą[10]:
gdzie jest luminancją nieboskłonu w pobliżu widnokręgu, zależną od współczynnika rozpraszania światła i oświetlenia elementu objętości
Kontrast umożliwia spostrzeżenie obiektu (jest efektywny), jeżeli jest co najmniej równy progowi dyskryminacji luminancji (próg kontrastu, ). Poszukując takiej odległości dla której otrzymuje się równanie[11]:
Jeżeli można przyjąć, że dla danego obiektu a (doskonale czarny o rozmiarze kątowym większym od 20′), to największa odległość pozioma, z której jest on zauważalny (widzialność meteorologiczna, ) wynosi[11]:
Przytoczone równania pozwalają przewidywać zależność widzialności w ciągu dnia od kilku czynników, uznanych – dla uproszczenia – za niezmienne; nie dotyczą bardziej złożonych problemów widzialności w nocy, w czasie zmierzchu lub świtu oraz widzialności w kierunku pionowym lub skośnym[11].
Teoretyczne obliczenia widzialności nie są wykorzystywane w warunkach rzeczywistych, np. w czasie sporządzania prognoz pogody lub wydawania komunikatów ostrzegawczych[12]. Prawdopodobieństwo wystąpienia zmniejszonej widzialności jest zwykle określane na podstawie wiedzy o zmianach innych parametrów kształtujących przewidywaną pogodę (tj. ciśnienie atmosferyczne i temperatura oraz kierunki i szybkość ich zmian, prędkość i kierunek wiatru). Obniżenie widzialności często występuje np. w strefach opadów frontów chłodnych i w obszarach opadów wewnątrzmasowych (zwłaszcza śniegu przy silnym wietrze) w chłodnych masach powietrza. W pobliżu obszarów pustynnych obniżenie widzialności bywa związane z unoszeniem pyłów (np. harmattan)[13].
Lotniskowa kontrola widzialności
[edytuj | edytuj kod]Widzialność należy do parametrów wymienianych wśród atmosferycznych warunków lotów. Jest szczególnie ważna w czasie startów i lądowań. W warunkach ograniczonej widzialności obowiązują przewidziane na takie sytuacje szczegółowe procedury. Procedury są wprowadzane i odwoływane na podstawie wyników pomiarów widzialności[14]. Widzialność, wyrażaną w metrach lub w kilometrach, określają upoważnieni obserwatorzy lub automatyczne systemy pomiarowe[15][16][17].
Czujniki tych systemów są instalowane zwykle na wysokości ok. 2,5 m nad poziomem drogi startowej i rozmieszczone tak, aby dostarczały danych reprezentatywnych dla pasa i strefy przyziemienia. Dokładność informacji (krok) zależy od poziomu widzialności. Dane są podawane z krokiem 50 m, gdy S < 800 m, z krokiem 100 m, gdy S = 800–5000 m, z krokiem 1 km, gdy S = 5–10 km. W przypadkach, gdy S ≥ 10 km podaje się wartość 10 km. Dodatkowych informacji dostarczają systemy RVR[15][16][17], które monitorują zasięg widzialności wzdłuż drogi startowej, czyli odległość, z której pilot samolotu stojącego w osi pasa może widzieć jego oznakowanie świetlne[14]. Na poszczególnych lotniskach są ustalane minimalne wymagania pogodowe dla przylotów i odlotów (zob. np. IMC). Poniżej przedstawiono przykładowe zestawienie Visual Meteorological Conditions (VMC) lotniska Warszawa-Babice dla „lotów z widocznością” (VFR)[18].
Rodzaj statków powietrznych |
Dzień | Noc | ||
---|---|---|---|---|
podstawa chmur [m] |
widzialność [km] |
podstawa chmur [m] |
widzialność [km] | |
Samoloty | 200 | 2 | 500 | 5 |
Śmigłowce | 150 | 1,5 | 300 | 3 |
Motoszybowce | 200 | 2 | 500 | 5 |
Szybowce | 400 | 3 | 500 | 5 |
Balony | 400 | 3 | 500 | 5 |
Morska skala widzialności
[edytuj | edytuj kod]Zgodnie z STCW stopień widzialności poziomej jest określany z użyciem przedstawionej poniżej dziesięciostopniowej skali, stosowanej w komunikatach, biuletynach, dziennikach okrętowych (zgodnie z STCW oficerowie muszą znać skalę na pamięć). Stosowanie skali jest łatwe, jeżeli istnieje możliwość oszacowania odległości obserwowanego obiektu od obserwatora. Odległość może być np. odczytywana z mapy, na której można znaleźć punkty odpowiadające aktualnemu położeniu jednostki pływającej (na której znajduje się obserwator) i położeniu obserwowanego obiektu (np. rozpoznane budowle na lądzie, wybrzeże wyspy)[19].
Stopień skali |
Słowne określenie widzialności |
Przyczyna obniżenia widzialności | Zasięg widzialności |
---|---|---|---|
0 | bardzo zła | wyjątkowo gęsta mgła | 0 – 50 m |
1 | bardzo zła | gęsta mgła, bardzo gęsty śnieg | 50 m – 0,1 Mm |
2 | zła | umiarkowana mgła, gęsty śnieg, niezmiernie intensywny opad deszczu |
0,1 – 0,3 Mm |
3 | obniżona | umiarkowany śnieg, silny opad deszczu, zamglenie | 0,3 – 0,5 Mm |
4 | słaba | słaby śnieg, umiarkowany opad deszczu, gęsta mżawka, zamglenie | 0,5 – 1,0 Mm |
5 | słaba | słaby śnieg, umiarkowany opad deszczu, gęsta mżawka, zamglenie |
1,0 – 2,0 Mm |
6 | umiarkowana | słaby opad deszczu, mżawka, bardzo słaby śnieg, słabe zamglenie, silne zmętnienie |
2,0 – 5,0 Mm |
7 | dobra | zazwyczaj bez opadów i zamgleń, zmętnienie | 5 – 11 Mm |
8 | bardzo dobra | bez opadów i zmętnień | 11 – 28 Mm |
9 | niezwykle dobra (doskonała) |
powietrze wyjątkowo przezroczyste, wystąpienie refrakcji anomalnej (superrefrakcja) |
> 28 Mm |
W przypadkach braku widocznych i rozpoznawalnych obiektów w polu widzenia, oceny widzialności wykonuje się na podstawie stopnia widoczności widnokręgu, ocenianego z użyciem skali czterostopniowej: widoczny ostro – dostatecznie – niewyraźnie – niewidoczny. Widzialność określa się, uwzględniając wysokość, z której jest obserwowany widnokrąg („wysokość oczna” m n.p.m.)[19][20].
Wysokość oczna obserwatora (m n.p.m.) |
Stopień widoczności widnokręgu |
Stopień widzialności |
---|---|---|
1 – 7 | widoczny ostro | 8 – 9 |
widoczny dostatecznie | 7 | |
widoczny niewyraźnie | 6 | |
niewidoczny | 5 i mniej | |
8 – 25 | widoczny ostro | 9 |
widoczny dostatecznie | 8 | |
widoczny niewyraźnie | 7 | |
niewidoczny | 6 i mniej |
Zmiany widzialności w czasie przechodzenia niżu barycznego
[edytuj | edytuj kod]W czasach, gdy krótkoterminowe prognozy pogody nie były powszechnie dostępne, żeglarze czerpali informacje z obserwacji zjawisk meteorologicznych. Zbliżanie się niżu barycznego nad Bałtyk zapowiadały obserwacje obniżającego się ciśnienia i wzrastającej temperatury oraz rozbudowa powłoki chmur (od najwyższych chmur pierzastych w dół). Równocześnie obserwowane zmiany kierunku wiatru i pogorszenie się widzialności pozwalały oczekiwać nadejścia ciepłego frontu, a następnie kolejnych zmian pogody, charakterystycznych dla przemieszczania się niżu na wschód, w tym zmian widzialności, która[21][22]:
- przed ciepłym frontem – pogarsza się,
- w czasie przechodzenia frontu ciepłego – jest słaba,
- w ciepłym wycinku niżu – słaba, ze skłonnością do mgły,
- w czasie przechodzenia frontu zimnego – zła w czasie gwałtownych opadów,
- po przejściu frontu zimnego – bardzo dobra.
Uwagi
[edytuj | edytuj kod]- ↑ W roku 1973 została wydana książka, z której pochodzi przytoczona informacja.
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 439.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 46.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 505.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 506.
- ↑ a b Holec i Tymański 1973 ↓, s. 147.
- ↑ Mark Bret , Pic de Finestrelles – Pic Gaspard (Ecrins) 443 km. [online], Beyondhorizons.eu, 3 sierpnia 2016 [zarchiwizowane z adresu 2017-11-12] (ang.).
- ↑ a b Holec i Tymański 1973 ↓, s. 148.
- ↑ Maria Wykowska: Systemy sensoryczne człowieka. [w:] Materiały dydaktyczne AGH (skrypt Ergonomia) [on-line]. www.ergonomia.agh.edu.pl/. [dostęp 2014-04-13]. (pol.)., zob. „wrażliwość na kontrasty barwne i luminancji”.
- ↑ a b Holec i Tymański 1973 ↓, s. 149.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 150–151.
- ↑ a b c Holec i Tymański 1973 ↓, s. 153.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 151.
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 267.
- ↑ a b Funkcjonowanie lotniska w warunkach ograniczonej widzialności. [w:] Oficjalny blog Katowice Airport [on-line]. [dostęp 2014-04-13]. (pol.).
- ↑ a b MTECH 5000 Series Runway Visual Range System (RVR). [w:] Strona internetowa firmy [on-line]. MTECH Systems Pty Ltd. [dostęp 2014-04-12]. (ang.).
- ↑ a b Runway Visual Range (RVR) Systems. [w:] Strona internetowa firmy [on-line]. All Weather, Inc.. [dostęp 2014-04-12]. (ang.).
- ↑ a b Runway Visual Range (RVR). [w:] Strona internetowa firmy [on-line]. Coastal Environmental Systems, Inc.. [dostęp 2014-04-12].
- ↑ Minimalne warunki atmosferyczne lotniska Warszawa - Babice do lotów z widocznością (przyloty i odloty). [w:] Lotnisko Warszawa-Balice > Ogólna charakterystyka rejonu lotów [on-line]. www.lotnisko-babice.pl. [dostęp 2016-09-29]. (pol.).
- ↑ a b c d Widzialność pozioma * Morska skala widzialności * Obserwacje widzialności poziomej. [w:] Materiały dla studentów Wydziału Nawigacyjnego AM w Gdyni, kierunek Nawigacja Morska [on-line]. ocean.am.gdynia.pl. [dostęp 2016-09-29]. (pol.).
- ↑ Holec i Tymański 1973 ↓, s. 336.
- ↑ Głowacki 1968 ↓, s. 301.
- ↑ Głowacki 1968 ↓, s. 308–309.
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- Michał Holec, Piotr Tymański: Podstawy meteorologii i nawigacji meteorologicznej. Gdańsk: Wydawnictwo Morskie, 1973.
- W. Głowacki: Żeglarstwo morskie. Warszawa: Sport i Turystyka, 1968.
Linki zewnętrzne
[edytuj | edytuj kod]- Krzysztof Markowicz: Pomiary widzialności. [w:] Materiały dydaktyczne PW (Meteorologia Doświadczalna, 2010, wykład 10) [on-line]. www.igf.fuw.edu.pl. [dostęp 2014-04-13]. (pol.).
- Krzysztof Markowicz: Amatorskie pomiary meteorologiczne: pomiar widzialności i współczynnika ekstynkcji. [w:] Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski [on-line]. mimuw.edu.pl. [dostęp 2017-03-08]. (pol.).
- Wydział Fizyki PW: Wrażliwość na kontrast i mechanizmy adaptacyjne. [w:] Optyka widzenia (materiały dydaktyczne, wykład 10) [on-line]. www.if.pw.edu.pl. [dostęp 2016-09-29]. (pol.).