跑道视程计算及统计的对比分析

摘 要：文章详细讲述了跑道视程（RVR）的计算原理，就跑道灯光强度和背景光亮度两种因素对RVR计算结果的误差做了定量的计算、分析和比较。对咸阳机场12年的实际RVR观测数据进行了统计分析。由理论和实际两方面得出背景光强度对RVR的明显影响，并且根据统计结果得出了在低能见度条件下白天平均RVR比夜间低30%左右的结果，这一结论可以对傍晚民航较大飞行量期间机场能见度的精准预报提供指导。

关键词：RVR计算；民航气象；能见度预报

中图分类号：V321.2 文献标志码：A 文章编号：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，我国大多数民航机场都装备了能见度探测设备，探测得到的结果中，跑道视程（RVR）是极其重要的一部分，它是机场运行的标准之一。国内外不少公司都提供能见度探测设备和系统，就能见度探测设备本身的原理，是基于世界气象组织（WMO）定义的气象光学视程（MOR）的概念，然而，国际民航组织（ICAO）定义的RVR（跑道视程）的概念却是一个与多种因素相关的量，因此，有必要对这些因素的影响进行具体分析。RVR应该说是一种能见度，能见度是一个较复杂的概念，它不仅与大气的透明程度有关，还涉及到观测人的主观因素以及被观测物的光学特性和几何形状[1]。

在实际中，主观的数值是难以作为参考的，因此，ICAO提出实际中的RVR是建立在计算上的估值[1]。这就为仪器测量给出了依据。

要使用设备客观的对能见度进行探测，首先要有相关的客观量。由于MOR是一个客观量，因此，能见度探测设备基本都是对MOR进行探测，然后根据计算得到能见度和RVR，这一仪器测算的能见度（后文简称为能见度）和仪器测算的RVR（后文简称RVR）是本文讨论的内容。

2 RVR的计算原理

RVR计算是根据阿拉德定律（ALLARD'S LAW）和柯西米德定律（KOSCHMIEDER'S LAW进行。

根据柯西米德定律：

可计算气象光学视程（MOR），其中σ为消光系数，与大气透射率可相互转换，由能见度探测设备测量得到。代入阿拉德定律公式

得到：

其中：

Et：照度视觉阈，与背景光亮度B有关，一般夜间按小于50cd/m2，白天一千到一萬cd/m2计算，也有采用ICAO推荐的公式：

来计算（B为背景光亮度）[1]。

R：计算出的RVR。

I：跑道灯光强度。

由式1、式2可以看出，RVR与MOR、跑道灯光强度、背景光亮度有关。

比较复杂的是跑道灯光强度，因跑道灯在不同角度（与观察的高度和位置有关）发出的灯光强度不同，而航空器上飞行员距地面有一定的高度，在不同能见度下看到跑道灯的角度不同，因此，在公式中跑道灯光强度是根据RVR的变化而变化的。这使得计算相当复杂，因此，一般采用灯光强度表的方式进行计算[2]，即根据跑道灯光的特性预先设置不同的RVR值对应的灯光强度表在计算中进行调用。

为了便于计算，式1两边取自然对数得到：

这样，在获得MOR、跑道灯光强度、背景光亮度的情况下，我们就可以使用式2、式3、式4来计算RVR，由于式3不是一个可解的方程，需要编程来计算。

3 RVR的计算结果

考虑到对比的方便，我们列出计算结果中MOR的几个典型值。不同背景光亮度的计算RVR结果对比如表1所示。

上面表中未标明的单位为米。

由表1可以看出，背景光亮度对计算得到的RVR值影响比较大，尤其是在白天到夜间转换的过程中，计算得到的RVR会随着背景光亮度的降低明显上升，这一变化在MOR为800米时最大，达到400米的差值，明显超出了RVR报告的步长范围。

4 实际RVR的统计

前面分析了RVR的理论计算，实际中的情况如何呢？为此，作者统计了西安咸阳国际机场1995年到2016年RVR值低于2000米时的数据，在统计过程中，发现按每日时次的统计呈现出比较明显的特点，统计按每日24小时呈现，另外考虑到不同季节日出、日落时间的差异，本文选取了6月和12月两个月份，最终的统计结果如图1所示。

5 计算结果与统计结果的对比分析

从历史实际RVR的统计结果看，根据图1，6月份8时到19时的其它时间的明显偏低，12月份9时到17时的其它时间的明显偏低，这与夏季和冬季白天的时间一致；另外，白天夜间交替期间RVR变化比较迅速，在2个小时左右就发生明显变化。对照理论计算的分析，背景光亮度对RVR有较大的影响，可以推断出白天时，背景光亮度较大，导致RVR相对夜间明显较低，日夜交替时，背景光强度变化迅速，影响RVR在此期间迅速变化。据此，我们计算了白天和夜间的平均RVR以及它们的差值（6月白天按6时到19时计算，12月白天按8时到17时计算），如表2所示，從表中可以看出，白天夜间平均RVR差值达到30%左右。

6 结束语

根据上面对计算、统计的分析，可以得到以下结论：

白天转到夜间过程中，计算得到的RVR值会明显变化，变化的差值是不可以被忽略的，在2000米以下的低能见度情况下，RVR平均值白天大约比夜间降低30%左右。

目前，国内外多家公司的RVR探测系统进入实用阶段，但大都没有对RVR的算法进行明确的说明。一般，我们大都对仪器测得的MOR的误差比较关心，对其准确性也使用校准的方式进行保证[3]，但从文中的分析可以看出，从MOR到RVR的计算还是比较复杂的，尤其是背景光亮度在白天黑夜变换期间会产生较大的差异，对于航空预报工作来讲，在低能见度（小于2000米）情况下，必须考虑傍晚到夜间过程RVR明显增大30%的状况，并且在日夜转换期间，2小时内RVR就会达到这一变化程度。

对航空气象领域的能见度预报来讲，要充分考虑日夜交替期间的能见度快速且明显的变化，使用文中的结论会对能见度精准预报起到良好的效果，同时日夜交替期间又是民航飞行量比较大的阶段，低能见度对航班起降会造成较大的影响，精准的能见度预报结果会对航班正点起到很大帮助。

参考文献：

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

[2]ICAO.国际民用航空公约附件3国际空中航行气象服务（第18版）[Z].2013.

[3]韩金涛.机场跑道视程自动观测系统的维护[J].空中交通管理，1997（1）.