En meteorología , la visibilidad es la medida de la distancia a la que se puede distinguir claramente un objeto o una luz. Depende de la transparencia del aire circundante y, como tal, no cambia independientemente del nivel de luz ambiental o la hora del día. Se informa en las observaciones meteorológicas de superficie y en el código METAR en metros o millas terrestres , según el país. La visibilidad afecta a todas las formas de tráfico: carreteras , ferrocarriles , navegación y aviación .
El rango geométrico de visión está limitado por la curvatura de la Tierra y depende del nivel de los ojos y de la altura del objeto observado. En geodesia , la refracción atmosférica debe tenerse en cuenta al calcular la visibilidad geodésica.
El Anexo 3 de la OACI sobre el Servicio Meteorológico para la Navegación Aérea Internacional [1] contiene las siguientes definiciones y notas:
El Anexo 3 [1] también define el alcance visual en la pista (RVR) como:
En el aire extremadamente limpio de las zonas árticas o montañosas, la visibilidad puede ser de hasta 240 km (150 millas) donde hay grandes marcadores como montañas o crestas altas. Sin embargo, la visibilidad a menudo se reduce un poco por la contaminación del aire y la alta humedad . Varias estaciones meteorológicas informan esto como neblina (seca) o niebla (húmeda). La niebla y el humo pueden reducir la visibilidad a casi cero, lo que hace que conducir sea extremadamente peligroso. Lo mismo puede suceder en una tormenta de arena en y cerca de áreas desérticas , o con incendios forestales . La lluvia intensa (como la de una tormenta eléctrica ) no solo causa baja visibilidad, sino también la incapacidad de frenar rápidamente debido al hidroplaneo . Las ventiscas y las ventiscas terrestres (ventiscas de nieve) también se definen en parte por la baja visibilidad.
Para definir la visibilidad se examina el caso de un objeto perfectamente negro que se observa contra un fondo perfectamente blanco. El contraste visual , C V (x), a una distancia x del objeto negro se define como la diferencia relativa entre la intensidad de la luz del fondo y la del objeto.
donde F B (x) y F (x) son las intensidades del fondo y del objeto, respectivamente. Como se supone que el objeto es perfectamente negro, debe absorber toda la luz que incide sobre él. Por lo tanto, cuando x = 0 (en el objeto), F (0) = 0 y C V (0) = 1.
Entre el objeto y el observador, F (x) se ve afectada por la luz adicional que se dispersa en la línea de visión del observador y la absorción de luz por gases y partículas . La luz dispersada por partículas fuera de un haz particular puede, en última instancia, contribuir a la irradiancia en el objetivo, un fenómeno conocido como dispersión múltiple . A diferencia de la luz absorbida, la luz dispersada no se pierde de un sistema. Más bien, puede cambiar de dirección y contribuir a otras direcciones. Solo se pierde del haz original que viaja en una dirección particular. La contribución de las dispersiones múltiples a la irradiancia en x se modifica por el coeficiente de dispersión de partículas individuales, la concentración numérica de partículas y la profundidad del haz. El cambio de intensidad dF es el resultado de estos efectos sobre una distancia dx . Debido a que dx es una medida de la cantidad de gases y partículas suspendidas, se supone que la fracción de F que disminuye es proporcional a la distancia, dx . La reducción fraccionaria en F es
donde b ext es el coeficiente de atenuación . La dispersión de la luz de fondo en la línea de visión del observador puede aumentar F a lo largo de la distancia dx . Este aumento se define como b' F B ( x ) dx , donde b' es una constante. El cambio general en intensidad se expresa como
Dado que F B representa la intensidad de fondo, es independiente de x por definición. Por lo tanto,
De esta expresión se desprende claramente que b' debe ser igual a b ext . Por tanto, el contraste visual, C V ( x ), obedece a la ley de Beer-Lambert
lo que significa que el contraste disminuye exponencialmente con la distancia al objeto:
Los experimentos de laboratorio han determinado que las relaciones de contraste entre 0,018 y 0,03 son perceptibles en condiciones típicas de visión a la luz del día. Por lo general, se utiliza una relación de contraste del 2 % ( C V = 0,02) para calcular el alcance visual. Si introducimos este valor en la ecuación anterior y calculamos x, obtenemos la siguiente expresión de alcance visual (la ecuación de Koschmieder):
con x V en unidades de longitud. A nivel del mar, la atmósfera de Rayleigh tiene un coeficiente de extinción de aproximadamente 13,2 × 10 −6 m −1 a una longitud de onda de 520 nm. Esto significa que en la atmósfera más limpia posible, la visibilidad está limitada a unos 296 km.
La percepción de la visibilidad depende de varios factores físicos y visuales. Una definición realista debería tener en cuenta el hecho de que el sistema visual humano (SVH) es muy sensible a las frecuencias espaciales y, por lo tanto, utilizar la transformada de Fourier y la función de sensibilidad al contraste del SVH para evaluar la visibilidad. [2]
La definición internacional de niebla es una visibilidad de menos de 1 km (3300 pies); neblina es una visibilidad de entre 1 km (0,62 mi) y 2 km (1,2 mi) y neblina de 2 km (1,2 mi) a 5 km (3,1 mi). En general, se supone que la niebla y la neblina están compuestas principalmente de gotitas de agua, mientras que la neblina y el humo pueden tener partículas de menor tamaño. Esto tiene implicaciones para sensores como las cámaras termográficas (TI/ FLIR ) que funcionan en el infrarrojo lejano a longitudes de onda de aproximadamente 10 μm, que son más capaces de penetrar la neblina y algunos humos porque el tamaño de sus partículas es menor que la longitud de onda; por lo tanto, la radiación IR no se desvía ni absorbe significativamente por las partículas. [ cita requerida ]
Con la niebla, puede producirse ocasionalmente llovizna helada y nieve . Esto suele ocurrir cuando las temperaturas son inferiores a 0 °C (32 °F). Estas condiciones son peligrosas debido a la formación de hielo, que puede ser mortal, en particular debido a la baja visibilidad, que suele acompañar a estas condiciones a menos de 1000 yardas. La combinación de baja visibilidad y formación de hielo puede provocar accidentes en las carreteras. Estos fenómenos meteorológicos fríos son causados en gran medida por nubes estratos bajas .
Una visibilidad inferior a 100 metros (330 pies) suele considerarse nula. En estas condiciones, es posible que se cierren las carreteras o que se activen luces y señales de advertencia automáticas para advertir a los conductores. Estas señales se han instalado en determinadas zonas sujetas a una visibilidad reducida de forma reiterada, sobre todo después de colisiones de tráfico o choques en cadena en los que se ven implicados varios vehículos.
Además, las agencias meteorológicas gubernamentales suelen emitir avisos por baja visibilidad, como los avisos de niebla densa del Servicio Meteorológico Nacional de los EE. UU . En general, estos avisos recomiendan a los automovilistas que eviten viajar hasta que la niebla se disipe o mejoren otras condiciones. Los viajes al aeropuerto también suelen verse retrasados por la baja visibilidad, lo que a veces provoca largas esperas debido a los mínimos de visibilidad de aproximación y la dificultad de mover aeronaves en tierra de manera segura en condiciones de baja visibilidad. [3] [4]
La reducción de la visibilidad es probablemente el síntoma más evidente de la contaminación del aire . La degradación de la visibilidad es causada por la absorción y dispersión de la luz por las partículas y los gases en la atmósfera . La absorción de la radiación electromagnética por los gases y las partículas es a veces la causa de las decoloraciones en la atmósfera, pero por lo general no contribuye de manera muy significativa a la degradación de la visibilidad.
La dispersión de partículas perjudica la visibilidad con mucha más facilidad. La visibilidad se reduce por la dispersión significativa de partículas entre un observador y un objeto distante. Las partículas dispersan la luz del sol y del resto del cielo a través de la línea de visión del observador, disminuyendo así el contraste entre el objeto y el cielo de fondo. Las partículas que son más eficaces para reducir la visibilidad (por unidad de masa de aerosol ) tienen diámetros en el rango de 0,1-1,0 μm. El efecto de las moléculas de aire en la visibilidad es menor para rangos visuales cortos, pero debe tenerse en cuenta para rangos superiores a 30 km.
El alcance óptico meteorológico (MOR) es una medida de visibilidad en kilómetros. El MOR es la longitud del camino en la atmósfera necesaria para reducir el flujo luminoso en un haz colimado de una lámpara incandescente al 5% de su valor original. Hay pocos enfoques analíticos disponibles para medir la visibilidad (MOR) directa o indirectamente. Un instrumento novedoso que es capaz de calcular el MOR es el analizador de extinción óptica (OEA). En realidad, calcula el coeficiente de extinción óptica (ß) midiendo directamente el tiempo de decaimiento (también conocido como la constante de tiempo de reducción) de la luz láser inyectada dentro de una cavidad óptica que contiene una muestra de gas ambiental. El OEA es una técnica de espectroscopia de absorción mejorada por cavidad (CEAS) . Brevemente, la luz láser inyectada en la cavidad óptica de alta delicadeza "rebota" repetidamente, en resonancia, entre dos espejos opuestos por una longitud de camino total de varios kilómetros hasta que se desintegra por completo o "reduce su intensidad", principalmente debido a su extinción por las especies de muestra de gas ambiental que fluyen a través de la cavidad. Después de tener en cuenta la extinción de la luz causada por especies no aerosoles, la extinción de la luz inducida por aerosoles se deriva fácilmente mediante el algoritmo incorporado de OEA. Para ello, la cantidad de luz atenuada debido a 1) la fuga de los espejos de alta reflectividad y 2) la absorción por especies no aerosoles presentes en la muestra de gas se tiene en cuenta automáticamente haciendo fluir la misma muestra de gas analizada a través de un filtro de aerosol hacia la cavidad para medir la extinción de la luz causada por el gas sin aerosoles. Puede encontrar más detalles sobre el principio de funcionamiento de OEA aquí. El proceso de determinación de MOR descrito anteriormente es rápido (1 Hz) y completamente automatizado para una operación de OEA sin supervisión en el campo.
La visibilidad geográfica depende de la altitud del lugar de observación y de la topología de su entorno. Los planos y las superficies de agua proporcionan un rango máximo de visión, pero la vegetación, los edificios y las montañas son obstáculos geográficos que limitan la visibilidad geográfica. Cuando el cielo está despejado y la visibilidad meteorológica es alta, la curvatura de la tierra limita la máxima visibilidad geodésica posible. La visibilidad desde un punto de observación elevado hasta la superficie del mar se puede calcular utilizando el teorema de Pitágoras , ya que la línea de visión y el radio de la Tierra forman los dos catetos de un triángulo rectángulo . La altura del punto elevado más el radio de la Tierra forman su hipotenusa . Si tanto los ojos como el objeto se elevan por encima del plano de referencia, hay dos triángulos rectángulos. La tangente que toca la superficie de la Tierra o del agua consta de los dos catetos cortos de los dos triángulos rectángulos, que se suman para calcular el rango geométrico de visión.
En geodesia siempre se tiene en cuenta la refracción atmosférica en el cálculo, lo que aumenta el alcance de visión, de modo que incluso los objetos situados detrás del horizonte pueden verse.
![{\displaystyle dF(x)=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F(x)\right]dx}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c3754a329aafd476fd18d4cc7ead41d7b80bf14)
![{\displaystyle dF_{\text{B}}(x)=0=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F_{\text{B}}(x)\right]dx}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f660c4c0d37d35e56d6129377e63bad91d4e1997)
