Widzialność (met.) – zależny odwarunków atmosferycznych zasięgdostrzegania obiektów.
Pojęciewidzialności bywa utożsamiane z pojęciemwidoczności, co nie jest ścisłe. Obiekty bywają dostrzegalne (lub nie) zależnie od:
Widzialność ocenia się w warunkach, gdy inne czynniki – poza właściwościamipowietrza – nie ograniczająwidoczności obiektów.
Pojęcie jest definiowane na podstawiewykładniczego „prawa kontrastów”, a stopień widzialności określa sięwzrokowo lub z użyciemprzyrządów pomiarowych (rodzajunefelometrów). Pomiary widzialności pomagają m.in. zapewnić bezpieczeństwo wruchu drogowym ikolejowym, wżegludze ilotnictwie.
W żegludze obowiązują prawidłaMPDM, zgodnie z którymi ograniczona widzialności jest podstawą zmniejszenia prędkościjednostki pływającej do prędkości bezpiecznej, utrzymywania gotowości maszyn do natychmiastowego manewru, nadawaniasygnałów 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 nawierzchnipasa startowego z pozycji pilota. Lotniska dysponują systemamiRVR (monitoring widzialności).
Widzialność pozioma jest jednym ze zbioru parametrów stanutroposfery, umożliwiających opispogody w danej chwili i miejscu – jest wymieniana oboktemperatury,ciśnienia, prędkościwiatru, charakterystykizachmurzenia iopadów 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), pojęciezasięg widoczności, przy czym wyróżnia się[5]:
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 (zHiszpanii widziano góryAtlas)[5]. W roku 2016 sfotografowano alpejski szczytPic 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 wartościluminancji obserwowanego obiektu i jego tła Został zdefiniowany jako stosunek bezwzględnej różnicy między obiema wartościami do większej z tych dwóch wartości[7]:
Kontrast przyjmuje wartości od zera (obiekt niewidoczny) do jedności (np. biały obiekt na czarnym tle, lub odwrotnie). Warunkiem spostrzeżenia obiektu na jego tle jest przekroczenieprogu różnicy, nazywanego „progiem czułości kontrastowej oka” lub „progiem kontrastu” Wartość jest cechą indywidualną obserwatora i zmienną, zależną np. odrozmiarów 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].
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. zdjęcieZimbaspitze na tle innychalpejskich pasm górskich i nieba). Całkowita wartość obserwowanej luminancji („luminancja efektywna”) jest sumą[10]:
gdzie jest luminancjąnieboskłonu w pobliżu widnokręgu, zależną od współczynnikarozpraszania 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 kształtującychprzewidywaną pogodę (tj. ciśnienie atmosferyczne i temperatura oraz kierunki i szybkość ich zmian, prędkość i kierunek wiatru). Obniżenie widzialności często występuje np. w strefach opadówfrontów chłodnych i w obszarach opadów wewnątrzmasowych (zwłaszcza śniegu przy silnym wietrze) w chłodnychmasach powietrza. W pobliżu obszarów pustynnych obniżenie widzialności bywa związane z unoszeniem pyłów (np.harmattan)[13].
Widzialność należy do parametrów wymienianych wśródatmosferycznych 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 systemyRVR[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 zestawienieVisual Meteorological Conditions (VMC) lotniskaWarszawa-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 |
Zgodnie zSTCW 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 – 0,1Mm |
| 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, wystąpienierefrakcji 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 |
W czasach, gdy krótkoterminowe prognozy pogody nie były powszechnie dostępne, żeglarze czerpali informacje z obserwacji zjawisk meteorologicznych. Zbliżanie się niżu barycznego nadBałtyk zapowiadały obserwacje obniżającego się ciśnienia i wzrastającej temperatury oraz rozbudowa powłoki chmur (od najwyższychchmur pierzastych w dół). Równocześnie obserwowane zmiany kierunku wiatru i pogorszenie się widzialności pozwalały oczekiwać nadejściaciepłego frontu, a następnie kolejnych zmian pogody, charakterystycznych dla przemieszczania się niżu na wschód, w tym zmian widzialności, która[21][22]: