跑道視程計(jì)算及統(tǒng)計(jì)的對(duì)比分析

摘 要：文章詳細(xì)講述了跑道視程（RVR）的計(jì)算原理，就跑道燈光強(qiáng)度和背景光亮度兩種因素對(duì)RVR計(jì)算結(jié)果的誤差做了定量的計(jì)算、分析和比較。對(duì)咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)12年的實(shí)際RVR觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。由理論和實(shí)際兩方面得出背景光強(qiáng)度對(duì)RVR的明顯影響，并且根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出了在低能見(jiàn)度條件下白天平均RVR比夜間低30%左右的結(jié)果，這一結(jié)論可以對(duì)傍晚民航較大飛行量期間機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：RVR計(jì)算；民航氣象；能見(jiàn)度預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：V321.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0027-02

Abstract： This paper describes the calculation principle of runway visual range （RVR） in detail， and makes quantitative calculation， analysis and comparison on the error of RVR calculation result by two factors： runway light intensity and background light intensity. The 12 years of actual RVR observation data of Xianyang Airport are statistically analyzed. The influence of background light intensity on RVR is obtained from both theoretical and practical aspects. Based on the statistical results， the average RVR in the daytime is about 30% lower than that at night under the condition of low visibility. This conclusion can provide guidance for the accurate forecast of airport visibility during the evening civil aviation large flight volume.

Keywords： RVR calculation； civil aviation meteorology； visibility forecast

1 概述

目前，我國(guó)大多數(shù)民航機(jī)場(chǎng)都裝備了能見(jiàn)度探測(cè)設(shè)備，探測(cè)得到的結(jié)果中，跑道視程（RVR）是極其重要的一部分，它是機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)之一。國(guó)內(nèi)外不少公司都提供能見(jiàn)度探測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)，就能見(jiàn)度探測(cè)設(shè)備本身的原理，是基于世界氣象組織（WMO）定義的氣象光學(xué)視程（MOR）的概念，然而，國(guó)際民航組織（ICAO）定義的RVR（跑道視程）的概念卻是一個(gè)與多種因素相關(guān)的量，因此，有必要對(duì)這些因素的影響進(jìn)行具體分析。RVR應(yīng)該說(shuō)是一種能見(jiàn)度，能見(jiàn)度是一個(gè)較復(fù)雜的概念，它不僅與大氣的透明程度有關(guān)，還涉及到觀測(cè)人的主觀因素以及被觀測(cè)物的光學(xué)特性和幾何形狀[1]。

在實(shí)際中，主觀的數(shù)值是難以作為參考的，因此，ICAO提出實(shí)際中的RVR是建立在計(jì)算上的估值[1]。這就為儀器測(cè)量給出了依據(jù)。

要使用設(shè)備客觀的對(duì)能見(jiàn)度進(jìn)行探測(cè)，首先要有相關(guān)的客觀量。由于MOR是一個(gè)客觀量，因此，能見(jiàn)度探測(cè)設(shè)備基本都是對(duì)MOR進(jìn)行探測(cè)，然后根據(jù)計(jì)算得到能見(jiàn)度和RVR，這一儀器測(cè)算的能見(jiàn)度（后文簡(jiǎn)稱為能見(jiàn)度）和儀器測(cè)算的RVR（后文簡(jiǎn)稱RVR）是本文討論的內(nèi)容。

2 RVR的計(jì)算原理

RVR計(jì)算是根據(jù)阿拉德定律（ALLARD'S LAW）和柯西米德定律（KOSCHMIEDER'S LAW進(jìn)行。

根據(jù)柯西米德定律：

可計(jì)算氣象光學(xué)視程（MOR），其中σ為消光系數(shù)，與大氣透射率可相互轉(zhuǎn)換，由能見(jiàn)度探測(cè)設(shè)備測(cè)量得到。代入阿拉德定律公式

得到：

其中：

Et：照度視覺(jué)閾，與背景光亮度B有關(guān)，一般夜間按小于50cd/m2，白天一千到一萬(wàn)cd/m2計(jì)算，也有采用ICAO推薦的公式：

來(lái)計(jì)算（B為背景光亮度）[1]。

R：計(jì)算出的RVR。

I：跑道燈光強(qiáng)度。

由式1、式2可以看出，RVR與MOR、跑道燈光強(qiáng)度、背景光亮度有關(guān)。

比較復(fù)雜的是跑道燈光強(qiáng)度，因跑道燈在不同角度（與觀察的高度和位置有關(guān)）發(fā)出的燈光強(qiáng)度不同，而航空器上飛行員距地面有一定的高度，在不同能見(jiàn)度下看到跑道燈的角度不同，因此，在公式中跑道燈光強(qiáng)度是根據(jù)RVR的變化而變化的。這使得計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，因此，一般采用燈光強(qiáng)度表的方式進(jìn)行計(jì)算[2]，即根據(jù)跑道燈光的特性預(yù)先設(shè)置不同的RVR值對(duì)應(yīng)的燈光強(qiáng)度表在計(jì)算中進(jìn)行調(diào)用。

為了便于計(jì)算，式1兩邊取自然對(duì)數(shù)得到：

這樣，在獲得MOR、跑道燈光強(qiáng)度、背景光亮度的情況下，我們就可以使用式2、式3、式4來(lái)計(jì)算RVR，由于式3不是一個(gè)可解的方程，需要編程來(lái)計(jì)算。

3 RVR的計(jì)算結(jié)果

考慮到對(duì)比的方便，我們列出計(jì)算結(jié)果中MOR的幾個(gè)典型值。不同背景光亮度的計(jì)算RVR結(jié)果對(duì)比如表1所示。

上面表中未標(biāo)明的單位為米。

由表1可以看出，背景光亮度對(duì)計(jì)算得到的RVR值影響比較大，尤其是在白天到夜間轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，計(jì)算得到的RVR會(huì)隨著背景光亮度的降低明顯上升，這一變化在MOR為800米時(shí)最大，達(dá)到400米的差值，明顯超出了RVR報(bào)告的步長(zhǎng)范圍。

4 實(shí)際RVR的統(tǒng)計(jì)

前面分析了RVR的理論計(jì)算，實(shí)際中的情況如何呢？為此，作者統(tǒng)計(jì)了西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)1995年到2016年RVR值低于2000米時(shí)的數(shù)據(jù)，在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)按每日時(shí)次的統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)出比較明顯的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)按每日24小時(shí)呈現(xiàn)，另外考慮到不同季節(jié)日出、日落時(shí)間的差異，本文選取了6月和12月兩個(gè)月份，最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

5 計(jì)算結(jié)果與統(tǒng)計(jì)結(jié)果的對(duì)比分析

從歷史實(shí)際RVR的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，根據(jù)圖1，6月份8時(shí)到19時(shí)的其它時(shí)間的明顯偏低，12月份9時(shí)到17時(shí)的其它時(shí)間的明顯偏低，這與夏季和冬季白天的時(shí)間一致；另外，白天夜間交替期間RVR變化比較迅速，在2個(gè)小時(shí)左右就發(fā)生明顯變化。對(duì)照理論計(jì)算的分析，背景光亮度對(duì)RVR有較大的影響，可以推斷出白天時(shí)，背景光亮度較大，導(dǎo)致RVR相對(duì)夜間明顯較低，日夜交替時(shí)，背景光強(qiáng)度變化迅速，影響RVR在此期間迅速變化。據(jù)此，我們計(jì)算了白天和夜間的平均RVR以及它們的差值（6月白天按6時(shí)到19時(shí)計(jì)算，12月白天按8時(shí)到17時(shí)計(jì)算），如表2所示，從表中可以看出，白天夜間平均RVR差值達(dá)到30%左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上面對(duì)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)的分析，可以得到以下結(jié)論：

白天轉(zhuǎn)到夜間過(guò)程中，計(jì)算得到的RVR值會(huì)明顯變化，變化的差值是不可以被忽略的，在2000米以下的低能見(jiàn)度情況下，RVR平均值白天大約比夜間降低30%左右。

目前，國(guó)內(nèi)外多家公司的RVR探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)用階段，但大都沒(méi)有對(duì)RVR的算法進(jìn)行明確的說(shuō)明。一般，我們大都對(duì)儀器測(cè)得的MOR的誤差比較關(guān)心，對(duì)其準(zhǔn)確性也使用校準(zhǔn)的方式進(jìn)行保證[3]，但從文中的分析可以看出，從MOR到RVR的計(jì)算還是比較復(fù)雜的，尤其是背景光亮度在白天黑夜變換期間會(huì)產(chǎn)生較大的差異，對(duì)于航空預(yù)報(bào)工作來(lái)講，在低能見(jiàn)度（小于2000米）情況下，必須考慮傍晚到夜間過(guò)程RVR明顯增大30%的狀況，并且在日夜轉(zhuǎn)換期間，2小時(shí)內(nèi)RVR就會(huì)達(dá)到這一變化程度。

對(duì)航空氣象領(lǐng)域的能見(jiàn)度預(yù)報(bào)來(lái)講，要充分考慮日夜交替期間的能見(jiàn)度快速且明顯的變化，使用文中的結(jié)論會(huì)對(duì)能見(jiàn)度精準(zhǔn)預(yù)報(bào)起到良好的效果，同時(shí)日夜交替期間又是民航飛行量比較大的階段，低能見(jiàn)度對(duì)航班起降會(huì)造成較大的影響，精準(zhǔn)的能見(jiàn)度預(yù)報(bào)結(jié)果會(huì)對(duì)航班正點(diǎn)起到很大幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]ICAO，MANUAL OF RUNWAY VISUAL RANGE OBSERVING AND REPORTING PRACTICES（Doc 9328-AN/908）SECOND EDITION，2000.

[2]ICAO.國(guó)際民用航空公約附件3國(guó)際空中航行氣象服務(wù)（第18版）[Z].2013.

[3]韓金濤.機(jī)場(chǎng)跑道視程自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)[J].空中交通管理，1997（1）.