En meteorología , la visibilidad es la medida de la distancia a la que se puede discernir claramente un objeto o una luz. Depende de la transparencia del aire circundante y, como tal, no cambia sin importar el nivel de luz ambiental o la hora del día. Se informa dentro de las observaciones meteorológicas de superficie y 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 que se mira. En geodesia , hay que tener en cuenta la refracción atmosférica a la hora de calcular la visibilidad geodésica.
El Anexo 3 de la OACI 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 aire extremadamente limpio en 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 suele verse algo reducida 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 ocurrir en una tormenta de arena en y cerca de zonas desérticas , o con incendios forestales . Las lluvias intensas (como las de una tormenta eléctrica ) no sólo provocan baja visibilidad, sino también la imposibilidad de frenar rápidamente debido al hidroplaneo . Las ventiscas y las ventiscas terrestres (ventis de nieve) también se definen en parte por la baja visibilidad.
Para definir la visibilidad se examina el caso de un objeto perfectamente negro visto sobre 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 el 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. Así, 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 en un sistema. Más bien, puede cambiar de dirección y contribuir a otras direcciones. Sólo 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 a lo largo de una distancia dx . Debido a que dx es una medida de la cantidad de gases y partículas en suspensión, se supone que la fracción de F que disminuye es proporcional a la distancia, dx . La reducción fraccionaria en F es
donde b text es el coeficiente de atenuación . La dispersión de la luz de fondo en la línea de visión del observador puede aumentar F en la distancia dx . Este aumento se define como b' F B ( x ) dx , donde b' es una constante. El cambio general de 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 text . Por tanto, el contraste visual, C V ( x ), obedece la ley de Beer-Lambert
lo que significa que el contraste disminuye exponencialmente con la distancia del objeto:
Los experimentos de laboratorio han determinado que las relaciones de contraste entre 0,018 y 0,03 son perceptibles en condiciones típicas de visualización a la luz del día. Por lo general, se utiliza una relación de contraste del 2% ( C V = 0,02) para calcular el rango visual. Al sustituir este valor en la ecuación anterior y resolver x se produce la siguiente expresión de rango 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 se limita a unos 296 km.
La percepción de la visibilidad depende de varios factores físicos y visuales. Una definición realista debería considerar el hecho de que el sistema visual humano (HVS) es muy sensible a las frecuencias espaciales, y luego utilizar la transformada de Fourier y la función de sensibilidad al contraste del HVS para evaluar la visibilidad. [2]
La definición internacional de niebla es una visibilidad de menos de 1 km (3300 pies); la niebla tiene una visibilidad de entre 1 km (0,62 millas) y 2 km (1,2 millas) y la neblina de 2 km (1,2 millas) a 5 km (3,1 millas). Generalmente se supone que la niebla y el humo están compuestos principalmente de gotas 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 en 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 más pequeño que la longitud de onda; Por lo tanto, las partículas no desvían ni absorben significativamente la radiación IR. [ cita necesaria ]
Con niebla, ocasionalmente puede producirse 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, especialmente debido a la baja visibilidad que suele acompañar a estas condiciones a menos de 1.000 metros. La combinación de baja visibilidad y formación de hielo puede provocar accidentes en las carreteras. Estos fenómenos de clima frío son causados en gran medida por nubes estratos bajas .
La visibilidad de menos de 100 metros (330 pies) generalmente se informa como cero. En estas condiciones, las carreteras pueden estar cerradas o se pueden activar luces y señales de advertencia automáticas para advertir a los conductores. Estos se han implementado en determinadas zonas sujetas a una visibilidad constantemente baja, especialmente después de colisiones de tráfico o choques entre varios vehículos.
Además, una agencia meteorológica gubernamental suele emitir un aviso de baja visibilidad, como un aviso de niebla densa del Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU . Por lo general, estos 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 con seguridad las aeronaves en tierra 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 partículas y gases en la atmósfera . La absorción de radiación electromagnética por gases y partículas es a veces la causa de la decoloración de la atmósfera, pero normalmente no contribuye de manera muy significativa a la degradación de la visibilidad.
La dispersión de partículas perjudica mucho más fácilmente la visibilidad. La visibilidad se reduce por una dispersión significativa de partículas entre un observador y un objeto distante. Las partículas dispersan la luz del sol y el 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 efectivas para reducir la visibilidad (por unidad de masa de aerosol ) tienen diámetros en el rango de 0,1 a 1,0 µm. El efecto de las moléculas de aire sobre la visibilidad es menor para alcances visuales cortos, pero debe tenerse en cuenta para alcances superiores a 30 km.
El rango óptico meteorológico (MOR) es una medida de visibilidad en kilómetros. 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 MOR es el Analizador de Extinción Óptica (OEA). En realidad, calcula el coeficiente de extinción óptica (ß) midiendo directamente el tiempo de desintegración (también conocido como constante de tiempo de anulación) de la luz láser inyectada dentro de una cavidad óptica que contiene una muestra de gas ambiental. La 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 a lo largo de un recorrido total de varios kilómetros hasta que se desintegra por completo o "suena", principalmente debido a su extinción por el ambiente. Especies de muestra de gas que fluyen a través de la cavidad. Después de tener en cuenta la extinción de la luz causada por especies que no son aerosoles, el algoritmo incorporado de la OEA deriva fácilmente la extinción de la luz inducida por aerosoles. Con ese fin, la cantidad de luz atenuada debido a 1) fuga de los espejos de alta reflectividad y 2) absorción por especies no aerosoles presentes en la muestra de gas se contabiliza 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 libre de aerosoles. Puede encontrar más detalles sobre el principio de funcionamiento de la OEA aquí. El proceso de determinación de MOR descrito anteriormente es rápido (1 Hz) y completamente automatizado para una operación de OEA desatendida en el campo.
La visibilidad geográfica depende de la altitud del sitio de observación y de la topología de su entorno. Los aviones y las superficies de agua proporcionan un rango de visión máximo, 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, se obtienen 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, en los cálculos siempre se tiene en cuenta la refracción atmosférica , lo que aumenta el campo de visión, de modo que incluso los objetos detrás del horizonte pueden seguir siendo visibles.
![{\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)\derecha]dx}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f660c4c0d37d35e56d6129377e63bad91d4e1997)
