Vizibilitate
Deoarece vederea sau viziunea în sens strict se referă la distanța orizontală maximă care a permis încă doar să se vadă un obiect întunecat lângă podea pe un fundal deschis. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de vizibilitate meteorologică . Este esențial limitat prin împrăștierea în atmosferă.
În schimb, există alte intervale de vizibilitate:
- Geometrică Vizibilitatea este limitată de curbura pământului și este determinată de pozițiile de înălțime ale privitorului și destinația.
- Luând în considerare refracția atmosferică, aceasta are ca rezultat vizibilitatea optică sau geodezică .
- Luând în considerare difracția , rezultă intervale mai mari în domeniul radio.
- Luând în considerare obstacolele geografice suplimentare, se oferă vedere geografică .
- Raza de vedere pe timp de noapte ( raza de acțiune , vedere de noapte, vedere la foc ), în care un observator abia poate percepe o sursă de lumină, este, de asemenea, limitată din punct de vedere meteorologic. Luminozitatea sursei de lumină și, în loc de împrăștiere, absorbția în atmosferă joacă, de asemenea, un rol aici.
Vizibilitate meteorologică
Următoarele efecte limitează vizibilitatea atmosferică:
- Împrăștierea Rayleigh
- Răspândirea luminii pe moleculele aerului. Acest efect limitează vizibilitatea maximă posibilă la nivelul mării la aproximativ 300 km.
- Mie risipi
- Difuzarea luminii pe particule cu dimensiuni cuprinse între 0,1 µm (Straub cel mai fin, nuclee de condensare) și câțiva milimetri (ploaie, zăpadă).
- tulbure de aer natural:
- apă condensată în aer: hidrometeori precum ploaie , ninsoare sau ceață
- Praful în aer: litometeori precum praful saharian , aerosoli vulcanici , incendii forestiere
- Turbulențe și dungi în aer din cauza diferențelor de temperatură și umiditate.
-
poluarea atmosferică antropică
- Aerosolii provoacă împrăștiere suplimentară a luminii. Componentele tipice sunt apa, acidul sulfuric și particulele solide.
- tulbure de aer natural:
Răspândirea luminii în atmosferă reduce contrastul optic al unui obiect în raport cu mediul înconjurător. Acest fenomen se numește împrăștiere a luminii. Contrastul scade exponențial cu distanța și coeficientul de absorbție :
- , urmează:
Presupunând că contrastul inițial este (caz optim) și că este necesar un contrast minim de (± 2%) pentru percepție , există următoarea relație între vizibilitate și coeficientul de absorbție :
Conditii meteo | Vizibilitate (km) |
Înălțimea minimă a obiectului |
---|---|---|
excepțional de clar | 280 | 5000 m |
foarte clar | 50 | 125 m |
clar | 20 | 15 m |
ușor tulbure | 10 | 1,25 m |
tulbure | Al 4-lea | 0 m |
ceață grea, ceață ușoară | 2 | |
ceata moderata | 1 | |
ceata deasa, ploi abundente | 0,1 | |
ceață extremă, zăpadă care sufla | 0,01 |
Folosind această aproximare, o vizibilitate de 40 km corespunde unui coeficient de absorbție de 4 / 40.000 m = 10 −4 m −1 . În condiții excelente (condiții meteorologice minore ), priveliști îndepărtate de 200 până la 250 km pot fi obținute în Europa Centrală și până la 300 km în Himalaya.
În imaginea de exemplu, contrastul dintre munți și cer scade odată cu creșterea distanței. Lanțul muntos din imaginea potrivită nu mai poate fi văzut în ceață.
Vizibilitatea meteorologică crește odată cu lungimea de undă, deoarece scade atât dispersia Rayleigh din moleculele aerului, cât și dispersia din picăturile mici de apă. Prin urmare, vizibilitatea crește către lungimi de undă mai mari (albastru → roșu → NIR → MIR). Observațiile cu un filtru roșu și cu un film sau o cameră cu infraroșu măresc gama efectivă de vizibilitate, în special dispersia particulelor foarte mici mai mici decât lungimea de undă a luminii este redusă. Mai mult, împrăștierea luminii nu este izotropă; H. viziunea asupra soarelui este semnificativ mai mică decât în cazul radiației solare.
Vizibilitate geodezică
Vizibilitate între un punct ridicat și un nivel
Curbura Pământului limitează gama maximă posibilă a vederii. Raza de vizibilitate de la un punct de observație ridicat (de exemplu, clădire, turn, vârf de munte sau de la nave spațiale, cum ar fi ISS) până la un plan sau la suprafața mării poate fi calculată folosind teorema lui Pitagora , deoarece linia de vedere și raza pământului sunt catetul unui triunghi dreptunghiular și distanța punctului ridicat de la centrul pământului hipotenuza sa :
- (1)
- (2)
Conform primei formule binomiale, rezultă:
- (3)
Pentru observatorii terestri , acest lucru este neglijabil. Prin urmare, formula poate fi simplificată pentru:
- (4)
Următoarele ecuații de dimensiuni personalizate (5a), (5b) și (5c) pentru utilizare practică au ca rezultat vizibilitatea fără unități în kilometri , prin care înălțimea fără unitate trebuie utilizată în metri . Pentru o rază de 6370 km obțineți:
- (5a)
Cu toate acestea, acest calcul nu ia în considerare refracția atmosferei . Aceasta curbează razele de lumină spre pământ, reducând astfel curbura efectivă a suprafeței pământului și făcând pământul să pară mai mare. Raza pământului aparentă în domeniul optic este de aproximativ 20% mai mare la 7700 km, domeniul optic de vizibilitate este , prin urmare , aproximativ 10% mai mare decât intervalul geometric vizual:
- (5b)
Cu toate acestea, efectul nu numai că mărește raza vizuală, dar are ca rezultat și o compresie optică a obiectelor la orizont, pe lângă perspectivă. Un balon rotund lângă orizont devine oval.
- Mărimea exactă a acestui efect depinde de gradientul de densitate, i. H. asupra presiunii aerului, temperaturii și gradientului vertical de temperatură al atmosferei și se calculează mai precis ca:
- cu pentru o atmosferă pământească
- cu ca temperatură în K , ca presiune în Pa și gradientul de temperatură în K / m.
- Valorile tipice la nivelul mării de 288,15 K (15 ° C), 101325 Pa și -0,006 K / m au ca rezultat:
- și .
- Cu toate acestea, acest calcul nu se aplică straturilor apropiate de sol, deoarece gradientul de temperatură poate fi mult mai mare pentru acestea. Doar la o înălțime de câteva sute de metri apare un gradient de -0,006 ... -0,007 K / m. În plus, efectul este redus în straturile superioare ale atmosferei, care trebuie luate în considerare atunci când privim munții din munții înalți sau când rămâneți în munții înalți, de atunci părți sau întreaga cale a fasciculului se află în straturi mai subțiri ale atmosferei. Factorul 3.9 este redus la aproximativ 3.8 la nivelul Mont Blanc și la 3.7 la altitudinea avioanelor de pasageri.
În zona undelor radio, raza aparentă a pământului este aproximativ aceeași ca în zona optică
Cu toate acestea, vizibilitatea directă joacă mai puțin un rol în domeniul undelor radio, ci mai degrabă atenuarea semnalului. Prin urmare, trebuie avut în vedere difracția. Presupunând că prima zonă Fresnel nu trebuie să fie complet acoperită astfel încât atenuarea să fie menținută în limite, se obține ca aproximare (în fiecare caz în km , în m ):
- (5c)
Ecuația se aplică propagării undelor solului (nu pentru undele cerului cu reflexii din ionosferă , care oferă o rază suplimentară). Pentru un transmițător cu undă lungă cu 3868 m obțineți o autonomie de aproape 680 km.
Vizibilitate între două puncte ridicate pe un nivel
Dacă ochii și obiectul sunt ridicate deasupra planului de referință, care este deja dat de înălțimea ochilor persoanei care stă în plan, distanțele dintre cele două se adună de la punctul în care tangenta care le conectează atinge suprafața pământului :
- (6a)
sau din nou fără unitate:
- . (6b)
- Sugestii
- Pentru a obține vizibilitate este necesar ca tot terenul dintre puncte să fie sub linia de vedere; în raport cu înălțimea elipsoidală, aceasta este o parabolă cu vârful în punctul cel mai de jos, adică H. intersecția celor două picioare R și s , s 1 și s 2 .
- Vizibilitatea meteorologică și condițiile de lumină / poziția soarelui nu sunt luate în considerare.
Exemple
Imaginea din dreapta a fost făcută la o înălțime de vizionare de m. O parte a navei la orizont este ascunsă de curbura pământului. Numai din aceasta rezultă că nava trebuie să fie la cel puțin 5,6 km distanță. Dacă 5/10/15 metri din corpul navei nu sunt vizibile, atunci nava se află la 9/12/15 km distanță. (Valorile sunt preluate din tabelul următor.)
Tabelul prezintă câteva valori pentru intervalul optic maxim de vedere, luând în considerare refracția atmosferică conform formulei (6b). Acest lucru arată importanța înălțimii de observare a navelor: de la un catarg înalt de 15 m, observatorul poate vedea o navă de dimensiuni complete la o distanță de 15 km. În schimb, de la o înălțime de 0 m, ceasul vede doar priveliștea celeilalte nave la orizont.
Înălțimea vizualizării |
vizual larg |
Înălțimea vizualizării |
vizual larg |
Înălțimea vizualizării |
vizual larg |
Înălțimea vizualizării |
vizual larg |
|||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 m | 3,9 km | 10 m | 12 km | 100 m | 39 km | 1000 m | 123 km | |||
1,5 m | 4,8 km | 15 m | 15 km | 150 m | 48 km | 1500 m | 150 km | |||
2 m | 5,6 km | 20 m | 18 km | 200 m | 56 km | 2000 m | 173 km | |||
3 m | 6,8 km | 30 m | 22 km | 300 m | 68 km | 3000 m | 210 km | |||
4 m | 7,9 km | 40 m | 25 km | 400 m | 79 km | 4000 m | 241 km | |||
5 m | 8,8 km | 50 m | 28 km | 500 m | 88 km | 5000 m | 269 km | |||
6 m | 9,6 km | 60 m | 30 km | 600 m | 96 km | 6000 m | 293 km | |||
7 m | 10,4 km | 70 m | 33 km | 700 m | 104 km | 7000 m | 315 km | |||
8 m | 11,1 km | 80 m | 35 km | 800 m | 111 km | 8000 m | 335 km | |||
9 m | 11,8 km | 90 m | 37 km | 900 m | 118 km | 9000 m | 354 km |
Vedere de la înălțimi mari
Când vizionați de la înălțimi mari ( avioane de recunoaștere , baloane meteorologice , sateliți , vedere de pe lună ), apar alte aspecte:
- Efectele atmosferice sunt reduse, deoarece atmosfera este privită mai abrupt.
- Aproximarea ecuației (4) nu mai este permisă pentru înălțimi mai mari.
- Poate fi necesar un unghi minim α la care pot fi văzute obiecte de pe pământ.
- Vizibilitatea poate fi specificată în mile marine în loc de kilometri , ca un unghi β în grade de arc sau radiani, sau ca zonă sau procent din suprafața pământului.
De data aceasta facem calculul folosind legea sinusurilor :
- Se urmează: . (7)
Sunt cunoscute două laturi x 1 = R și x 2 = R + h , precum și unghiul ω 2 = 90 ° + α opus laturii mai mari x 2 .
Unghiul dorit β α este obținut folosind teorema unghiului interior :
- , (A 8-a)
- (9)
Pentru o înălțime de α = 0 °, dacă suprafața ar trebui să fie recunoscută la margine, (9) simplifică la:
- . (10)
Vizibilitatea în kilometri sau mile marine poate fi calculată din β (poate fi β 0 sau β α ) ( β în radiani, raza în unitatea dorită):
- (11)
sau suprafața vizibilă a pământului prin calcularea segmentului sferic :
- (12)
sau porțiunea de suprafață a pământului prin împărțirea la suprafața sferică totală 4π R 2 :
- . (13)
- Exemple
- De la o altitudine de h = 10 km, un pilot vede o zonă pe pământ de 2 β 0 = 2 · 3,2 ° = 6,4 °, corespunzătoare unui cerc cu un diametru de 713 km. Vede doar zona de margine. Cu un unghi minim de înălțime de α = 10 °, domeniul unghiular este redus la 2 β α = 2 · 0,5 ° = 1,0 °, corespunzător unui cerc cu un diametru de 111 km.
- Un satelit geo-staționar la o altitudine de h = 35.800 km acoperă un interval maxim de 2 β 0 = 2 81,3 ° = 162,6 °.
Obiect zburător | Altitudine | Raza de vizibilitate | Diametrul vizibilității | Zona vizibilă | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Avion de pasageri | 10 km | 3,2 ° | 357 km | 193 NM | 6,4 ° | 713 km | 385 NM | 0,400 milioane km² | 0,117 milioane NM² | 0,08% |
Avioane Lockheed SR-71 | 25 km | 5,1 ° | 563 km | 304 NM | 10,1 ° | 1127 km | 608 NM | 0,997 milioane km² | 0,291 milioane NM² | 0,20% |
Statia Spatiala Internationala | 400 km | 19,8 ° | 2201 km | 1188 NM | 39,6 ° | 4401 km | 2377 NM | 15.064 milioane km² | 4,392 milioane NM² | 2,95% |
Sateliții Iridium | 780 km | 27,0 ° | 3003 km | 1622 NM | 54,0 ° | 6006 km | 3243 NM | 27,813 milioane km² | 8,109 milioane NM² | 5,45% |
Satelit Globalstar | 1400 km | 34,9 ° | 3884 km | 2097 NM | 69,9 ° | 7768 km | 4194 NM | 45.937 milioane km² | 13,393 milioane NM² | 9,01% |
Sateliți GPS | 20.250 km | 76,2 ° | 8467 km | 4572 NM | 152,3 ° | 16.933 km | 9143 NM | 193,944 milioane km² | 56,545 milioane NM² | 38,04% |
Sateliți geostaționari | 35800 km | 81,3 ° | 9040 km | 4881 NM | 162,6 ° | 18080 km | 9762 NM | 216.440 milioane km² | 63.104 milioane NM² | 42,45% |
Suprafața lunară | 376 330 km | 89,0 ° | 9900 km | 5346 NM | 178,1 ° | 19800 km | 10691 NM | 250.709 milioane km² | 73,095 milioane NM² | 49,17% |
Punctul Lagrange L2 | 1,5 milioane km | 89,8 ° | 9979 km | 5388 NM | 179,5 ° | 19958 km | 10776 NM | 253.874 milioane km² | 74,018 milioane NM² | 49,79% |
Punct albastru palid | departe | 90,0 ° | 10006 km | 5403 NM | 180,0 ° | 20012 km | 10806 NM | 254.952 milioane km² | 74,332 milioane NM² | 50,00% |
Obiect zburător | Altitudine | Raza de vizibilitate | Diametrul vizibilității | Zona vizibilă | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Avion de pasageri | 10 km | 0,5 ° | 55 km | 30 NM | 1,0 ° | 111 km | 60 NM | 0,010 milioane km² | 0,003 milioane NM² | 0,00% |
Avioane Lockheed SR-71 | 25 km | 1,2 ° | 133 km | 72 NM | 2,4 ° | 267 km | 144 NM | 0,056 milioane km² | 0,016 milioane NM² | 0,01% |
Statia Spatiala Internationala | 400 km | 12,1 ° | 1344 km | 726 NM | 24,2 ° | 2687 km | 1451 NM | 5,651 milioane km² | 1,648 milioane NM² | 1,11% |
Sateliții Iridium | 780 km | 18,7 ° | 2076 km | 1121 NM | 37,4 ° | 4152 km | 2242 NM | 13,420 milioane km² | 3,913 milioane NM² | 2,63% |
Sateliții Globalstar | 1400 km | 26,2 ° | 2908 km | 1570 NM | 52,3 ° | 5817 km | 3141 NM | 26.117 milioane km² | 7,615 milioane NM² | 5,12% |
Sateliți GPS | 20.250 km | 66,4 ° | 7379 km | 3984 NM | 132,7 ° | 14758 km | 7968 NM | 152.758 milioane km² | 44,537 milioane NM² | 29,96% |
Sateliți geostaționari | 35800 km | 71,4 ° | 7943 km | 4289 NM | 142,9 ° | 15886 km | 8578 NM | 173,822 milioane km² | 50,678 milioane NM² | 34,09% |
Suprafața lunară | 376 330 km | 79,1 ° | 8790 km | 4746 NM | 158,1 ° | 17.580 km | 9492 NM | 206.570 milioane km² | 60.226 milioane NM² | 40,51% |
Punctul Lagrange L2 | 1,5 milioane km | 79,8 ° | 8868 km | 4788 NM | 159,5 ° | 17735 km | 9576 NM | 209.635 milioane km² | 61.120 milioane NM² | 41,11% |
Punct albastru palid | departe | 80,0 ° | 8894 km | 4802 NM | 160,0 ° | 17.788 km | 9605 NM | 210,680 milioane km² | 61,424 milioane NM² | 41,32% |
Corectarea prin refracție în atmosferă
Pentru observatorii din afara atmosferei și pentru obiectele de la nivelul mării, refracția din atmosferă poate fi luată în considerare cel mai bine prin valorile corectate ale lui α . Corecția corespunde refracției astronomice a straturilor apropiate de sol, numai cu traseul opus al fasciculului.
Formula utilizată de Observatorul Naval al Statelor Unite este:
- ,
unde distanța orizontului este în grade și cotangenta cu argumentul este în grade. Valoarea indică corectarea în minute unghiulare.
α | α cor | α | α cor | α | α cor | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
0 ° | −0,57 ° | 2 ° | 1,70 ° | 10 ° | 9,91 ° | ||
0,5 ° | 0,02 ° | 3 ° | 2,76 ° | 15 ° | 14,94 ° | ||
1 ° | 0,59 ° | 5 ° | 4,84 ° | 20 ° | 19,95 ° |
Vizibilitate geografică
Vizibilitatea geografică depinde de altitudinea sitului de observare și de topologia mediului său apropiat și îndepărtat. În plus, clădirile și vegetația și, prin urmare, perioada anului pot juca, de asemenea, un rol semnificativ.
Vizibilitate sub apă
În domeniul luminii vizibile, apa de mare pură are o lungime de dispariție 1 / σ de aproximativ 1,7 m (λ = 700 nm, roșu cu unde lungi) până la aproximativ 100 m (λ = 450 nm, albastru). La scufundări în ape naturale , o vizibilitate de 40 m este considerată extrem de bună. Vederea poate fi înnorată de particule în suspensie ( plancton , polen, nisip deșertic), de particule aluvionare din curenți (gura râului) sau de canalizare și evacuarea substanțelor chimice.
Vizibilitate pe alte corpuri cerești cu o suprafață solidă
Fără atmosferă sau subțire
Pe corpurile cerești fără atmosferă sau cu atmosferă foarte subțire, aceleași formule se aplică cu o rază adaptată ca pe pământ, cu condiția ca corpul ceresc să fie aproximativ sferic.
corp | rază | Vizibilitate | Observații |
---|---|---|---|
Ceres | 480 km | ||
luna | 1737 km | ||
Mercur | 2440 km | ||
Marte | 3390 km | Atmosfera subțire poate fi neglijată. Furtunile de praf pot reduce vizibilitatea meteorologică la mai puțin de 1 km. |
Atmosferă densă
Dacă atmosfera pământului ar fi de aproape șase ori mai densă decât este acum, raza vizuală optică nu ar fi doar cu 10% mai mare, dar s-ar putea vedea mult mai departe, deoarece lumina s-ar propaga paralel cu suprafața pământului. Că în formulă ar merge împotriva 1 la această presiune:
ceea ce dă drumul spre infinit.
Corpurile cerești cu o atmosferă și mai densă refractează lumina și mai puternic spre corpul ceresc, astfel încât sunt create structuri de ghid de undă și orizontul este ridicat atât de mult încât suprafața percepută devine concavă. Acest efect apare în atmosfera densă a lui Venus. Cu toate acestea, există și o vizibilitate maximă și un orizont acolo, de la o înălțime limită linia vizuală părăsește Venus. Vezi Venera 13 .
Vezi si
Link-uri web
- Cât din Pământ puteți vedea simultan? (25 min, engleză)
- Afișați vizibilitatea geografică și linia orizontului (heywhatsthat.com)
- Afișarea vârfurilor la orizont (peakfinder.org)
Dovezi individuale
- ↑ Având în vedere refracția atmosferică și atmosfera subțire, un observator în picioare (de la nivelul ochilor) de la o distanță mai mare de 5 km poate percepe numai obiecte care au cel puțin ... metri înălțime. Vezi mai jos Formula 6b. Valorile sunt preluate din tabelul de mai jos.
- ↑ Vizibilitate excelentă datorită Alpenföhn. Pe: wetter-eggerszell.de ; accesat ultima dată pe 27 decembrie 2020.
- ↑ Locuitorii din Jalandhar au rămas uimiți pe măsură ce au vedere asupra lanțului Himalaya. (Vedeți Himalaya din Jalandar) Pe: deccanchronicle.com 6 aprilie 2020 (ultima actualizare); accesat ultima dată pe 27 decembrie 2020.
- ↑ Christian Hirt, Sébastien Guillaume, Annemarie Wisbar, Beat Bürki, Harald Sternberg: Monitorizarea coeficientului de refracție în atmosfera inferioară utilizând o setare controlată a măsurătorilor simultane de unghi vertical reciproc . În: Journal of Geophysical Research . bandă 116 , nr. D21, 2 noiembrie 2010, doi : 10.1029 / 2010JD014067 .
-
↑ atmosferă standard uscată :
-
(calculat din măsurători ale permitivității dielectrice a opt gaze măsurate cu condensatoare încrucișate. pentru 15 ° C, 101325 Pa, 78% N 2 , 21% O 2 , 1% Ar) ( permeabilitate magnetică ) .
- (Sursa: refractiveindex.info : indici de refracție din ecuația Sellmeier ),
- .
-
(calculat din măsurători ale permitivității dielectrice a opt gaze măsurate cu condensatoare încrucișate. pentru 15 ° C, 101325 Pa, 78% N 2 , 21% O 2 , 1% Ar) ( permeabilitate magnetică ) .
- ↑ Integrarea JS28 a tehnicilor și corecțiilor pentru a obține o inginerie precisă - Jean M. Rüger: formule de index de refracție pentru unde radio. Pe: fig.net de la 19. - 26. Aprilie 2002; accesat ultima dată pe 27 decembrie 2020.
- ↑ Propagarea valurilor . Pe: ivvgeo.uni-muenster.de ; accesat ultima dată pe 27 decembrie 2020.
- ^ GG Bennett: Calculul refracției astronomice în navigația maritimă . În: Journal of Navigation . Volumul 35, nr. 2, 1982, pp. 255-259. cod bib : 1982JNav ... 35..255B . doi : 10.1017 / S0373463300022037 .