跑道視程計算及統計的對比分析

摘 要：文章詳細講述了跑道視程（RVR）的計算原理，就跑道燈光強度和背景光亮度兩種因素對RVR計算結果的誤差做了定量的計算、分析和比較。對咸陽機場12年的實際RVR觀測數據進行了統計分析。由理論和實際兩方面得出背景光強度對RVR的明顯影響，并且根據統計結果得出了在低能見度條件下白天平均RVR比夜間低30%左右的結果，這一結論可以對傍晚民航較大飛行量期間機場能見度的精準預報提供指導。

關鍵詞：RVR計算；民航氣象；能見度預報

中圖分類號：V321.2 文獻標志碼：A 文章編號：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，我國大多數民航機場都裝備了能見度探測設備，探測得到的結果中，跑道視程（RVR）是極其重要的一部分，它是機場運行的標準之一。國內外不少公司都提供能見度探測設備和系統，就能見度探測設備本身的原理，是基于世界氣象組織（WMO）定義的氣象光學視程（MOR）的概念，然而，國際民航組織（ICAO）定義的RVR（跑道視程）的概念卻是一個與多種因素相關的量，因此，有必要對這些因素的影響進行具體分析。RVR應該說是一種能見度，能見度是一個較復雜的概念，它不僅與大氣的透明程度有關，還涉及到觀測人的主觀因素以及被觀測物的光學特性和幾何形狀[1]。

在實際中，主觀的數值是難以作為參考的，因此，ICAO提出實際中的RVR是建立在計算上的估值[1]。這就為儀器測量給出了依據。

要使用設備客觀的對能見度進行探測，首先要有相關的客觀量。由于MOR是一個客觀量，因此，能見度探測設備基本都是對MOR進行探測，然后根據計算得到能見度和RVR，這一儀器測算的能見度（后文簡稱為能見度）和儀器測算的RVR（后文簡稱RVR）是本文討論的內容。

2 RVR的計算原理

RVR計算是根據阿拉德定律（ALLARD'S LAW）和柯西米德定律（KOSCHMIEDER'S LAW進行。

根據柯西米德定律：

可計算氣象光學視程（MOR），其中σ為消光系數，與大氣透射率可相互轉換，由能見度探測設備測量得到。代入阿拉德定律公式

得到：

其中：

Et：照度視覺閾，與背景光亮度B有關，一般夜間按小于50cd/m2，白天一千到一萬cd/m2計算，也有采用ICAO推薦的公式：

來計算（B為背景光亮度）[1]。

R：計算出的RVR。

I：跑道燈光強度。

由式1、式2可以看出，RVR與MOR、跑道燈光強度、背景光亮度有關。

比較復雜的是跑道燈光強度，因跑道燈在不同角度（與觀察的高度和位置有關）發出的燈光強度不同，而航空器上飛行員距地面有一定的高度，在不同能見度下看到跑道燈的角度不同，因此，在公式中跑道燈光強度是根據RVR的變化而變化的。這使得計算相當復雜，因此，一般采用燈光強度表的方式進行計算[2]，即根據跑道燈光的特性預先設置不同的RVR值對應的燈光強度表在計算中進行調用。

為了便于計算，式1兩邊取自然對數得到：

這樣，在獲得MOR、跑道燈光強度、背景光亮度的情況下，我們就可以使用式2、式3、式4來計算RVR，由于式3不是一個可解的方程，需要編程來計算。

3 RVR的計算結果

考慮到對比的方便，我們列出計算結果中MOR的幾個典型值。不同背景光亮度的計算RVR結果對比如表1所示。

上面表中未標明的單位為米。

由表1可以看出，背景光亮度對計算得到的RVR值影響比較大，尤其是在白天到夜間轉換的過程中，計算得到的RVR會隨著背景光亮度的降低明顯上升，這一變化在MOR為800米時最大，達到400米的差值，明顯超出了RVR報告的步長范圍。

4 實際RVR的統計

前面分析了RVR的理論計算，實際中的情況如何呢？為此，作者統計了西安咸陽國際機場1995年到2016年RVR值低于2000米時的數據，在統計過程中，發現按每日時次的統計呈現出比較明顯的特點，統計按每日24小時呈現，另外考慮到不同季節日出、日落時間的差異，本文選取了6月和12月兩個月份，最終的統計結果如圖1所示。

5 計算結果與統計結果的對比分析

從歷史實際RVR的統計結果看，根據圖1，6月份8時到19時的其它時間的明顯偏低，12月份9時到17時的其它時間的明顯偏低，這與夏季和冬季白天的時間一致；另外，白天夜間交替期間RVR變化比較迅速，在2個小時左右就發生明顯變化。對照理論計算的分析，背景光亮度對RVR有較大的影響，可以推斷出白天時，背景光亮度較大，導致RVR相對夜間明顯較低，日夜交替時，背景光強度變化迅速，影響RVR在此期間迅速變化。據此，我們計算了白天和夜間的平均RVR以及它們的差值（6月白天按6時到19時計算，12月白天按8時到17時計算），如表2所示，從表中可以看出，白天夜間平均RVR差值達到30%左右。

6 結束語

根據上面對計算、統計的分析，可以得到以下結論：

白天轉到夜間過程中，計算得到的RVR值會明顯變化，變化的差值是不可以被忽略的，在2000米以下的低能見度情況下，RVR平均值白天大約比夜間降低30%左右。

目前，國內外多家公司的RVR探測系統進入實用階段，但大都沒有對RVR的算法進行明確的說明。一般，我們大都對儀器測得的MOR的誤差比較關心，對其準確性也使用校準的方式進行保證[3]，但從文中的分析可以看出，從MOR到RVR的計算還是比較復雜的，尤其是背景光亮度在白天黑夜變換期間會產生較大的差異，對于航空預報工作來講，在低能見度（小于2000米）情況下，必須考慮傍晚到夜間過程RVR明顯增大30%的狀況，并且在日夜轉換期間，2小時內RVR就會達到這一變化程度。

對航空氣象領域的能見度預報來講，要充分考慮日夜交替期間的能見度快速且明顯的變化，使用文中的結論會對能見度精準預報起到良好的效果，同時日夜交替期間又是民航飛行量比較大的階段，低能見度對航班起降會造成較大的影響，精準的能見度預報結果會對航班正點起到很大幫助。

參考文獻：

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

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

[3]韓金濤.機場跑道視程自動觀測系統的維護[J].空中交通管理，1997（1）.