可視性

ICAO附属書3国際航空航行気象サービス^{[ 1 ]}には、以下の定義と注記が含まれています。

a) 地面近くに置かれた適切な寸法の黒い物体が、明るい背景に対して観察されたときに、視認および認識できる最大の距離。

b) 1,000カンデラの灯りが、無灯の背景に対して視認および識別できる最大距離。

注記：2つの距離は、特定の消光係数を持つ空気中では異なる値を示し、後者（b）は背景照明によって変化します。前者（a）は気象光学範囲（MOR）で表されます。

附属書3 ^{[ 1 ]}では、滑走路視距離（RVR）を次のように定義している。

滑走路の中心線上にある航空機のパイロットが、滑走路の路面標示や、滑走路を区切る灯火、または中心線を示す灯火を視認できる範囲。

極めて清浄な空気（例えば北極圏）では、視界は最大240km  （150マイル）に達することがあります。遠くまで視界を確保するには、山や高い尾根などの大きな目印が必要ですが、大気汚染や高湿度によって視界が多少低下することがよくあります。さまざまな気象観測所では、これをもや（乾燥）または霧（湿潤）として報告します。激しい雨（雷雨など）は視界を悪化させる可能性があります。吹雪や地吹雪（吹き付ける雪）も、視界不良によって特徴づけられます。これらの状況は、霧や煙と同様に、視界をほぼゼロにまで低下させ、運転を非常に危険にします。砂嵐や森林火災でも同様のことが起こります。

視認性を定義するために、完全に黒い物体が完全に白い背景に対して見える場合を考察する。黒い物体から距離x の位置における視覚的コントラストC _V (x) は、背景と物体の光強度の相対的な差として定義される。

${\displaystyle C_{\text{V}}(x)={\frac {F_{\text{B}}(x)-F(x)}{F_{\text{B}}(x)}}}$

ここで、F _B (x) とF (x) はそれぞれ背景と物体の強度です。物体は完全に黒であると仮定されているため、入射する光をすべて吸収する必要があります。したがって、x = 0 (物体の位置) のとき、F (0) = 0 およびC _V (0) = 1 となります。

物体と観測者の間では、F (x) は観測者の視線に散乱される追加の光と、ガスや粒子による光の吸収の影響を受けます。特定のビームの外側の粒子によって散乱された光は、最終的にターゲットでの放射照度に寄与する可能性があり、これは多重散乱として知られる現象です。吸収された光とは異なり、散乱光はシステムから失われることはありません。むしろ、方向を変えて他の方向に寄与することができます。散乱光は、特定の方向に進む元のビームからのみ失われます。x での放射照度に対する多重散乱の寄与は、個々の粒子の散乱係数、粒子の数濃度、およびビームの深さによって変化します。強度変化dFは、距離dxにわたるこれらの効果の結果です。dxは浮遊ガスと粒子の量を表す尺度であるため、減少するFの割合は距離dxに比例すると仮定されます。Fの減少率は

$dF=-b_{\text{ext}}{F}dx$

ここで、b _{ext は}減衰係数です。背景光が観測者の視線に散乱すると、距離dxにわたってF が増加する可能性があります。この増加はb' F _B ( x ) dxと定義され、b'は定数です。強度の全体的な変化は次のように表されます。

${\displaystyle dF(x)=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F(x)\right]dx}$

F _{B は}背景強度を表すので、定義上xに依存しません。したがって、

$\displaystyle dF_{\text{B}}(x)=0=\left[b'F_{\text{B}}(x)-b_{\text{ext}}F_{\text{B}}(x)\right]dx}$

この式から、 b' はb _extと等しくなければならないことが明らかである。したがって、視覚コントラストC _V ( x ) は、ベール・ランバートの法則に従う。

${\displaystyle {\frac {dC_{\text{V}}(x)}{dx}}=-b_{\text{ext}}C_{\text{V}}(x)}$

つまり、コントラストは対象物からの距離とともに指数関数的に減少するということである。

${\displaystyle C_{\text{V}}(x)=\exp(-b_{\text{ext}}x)}$

_{実験室での実験により、}通常の昼光下での視認条件では、コントラスト比が0.018～0.03の範囲であれば知覚可能であることが確認されています。通常、視距離を計算する際には、コントラスト比2%（CV = 0.02）が使用されます。この値を上記の式に代入してxについて解くと、次の視距離の式（コシュミダーの式）が得られます。

${\displaystyle x_{\text{V}}={\frac {3.912}{b_{\text{ext}}}}}$

ここで、x _{V は}長さの単位です。海面では、レイリー大気の消光係数は波長520 nmで約 13.2 × 10 ⁻⁶ m ⁻¹です。これは、最も清浄な大気では、視程が約 296 km に制限されることを意味します。  

視認性の知覚は、いくつかの物理的および視覚的要因に依存します。現実的な定義では、人間の視覚系（HVS）が空間周波数に非常に敏感であるという事実を考慮し、フーリエ変換とHVSのコントラスト感度関数を使用して視認性を評価する必要があります。^{[ 2 ]}

霧の国際的な定義は、視程が1 km (3,300フィート)未満です。もやは、視程が1 km (0.62マイル)から2 km (1.2マイル)の間、霞は2 km (1.2マイル)から5 km (3.1マイル)の間です。霧と霞は一般的に主に水滴で構成されていると考えられていますが、霞と煙は粒子サイズが小さい場合があります。これは、波長が約 10 μm の遠赤外線で動作するサーマルイメージャー(TI/ FLIR )などのセンサーに影響を与えます。これらのセンサーは、粒子サイズが波長よりも小さいため、霞や一部の煙をよりよく透過できます。したがって、赤外線は粒子によって大きく偏向または吸収されません。          

霧は、凍雨や雪とともに発生することがあります。こうした寒冷な気象現象は、主に低層雲によって引き起こされます。これは通常、気温が0 ℃（32 °F）を下回るときに発生します。このような状況は、氷の形成により危険であり、視界不良（1,000ヤード未満）を伴うことが多いため、命に関わる事故につながる可能性があります。視界不良と氷の形成が重なると、道路上で事故が発生する可能性があります。  

視界が100メートル（330フィート）未満の場合、通常は視界ゼロと報告されます。このような状況では、道路が閉鎖されたり、ドライバーに警告するために自動警告灯や標識が作動したりすることがあります。これらは、特に交通事故や 多重衝突事故の後など、視界不良が繰り返し発生する特定の地域に設置されています。 

さらに、視界不良の場合、政府の気象機関から注意報が発令されることがよくあります。例えば、米国国立気象局からの濃霧注意報などです。これらの注意報は一般的に、霧が晴れるか他の状況が改善するまで運転を避けるようドライバーに勧告します。航空旅行も視界不良によって遅延することが多く、進入視界の最低基準や視界不良時の地上での航空機の安全な移動の難しさから、長時間の遅延が発生することもあります。^{[ 3 ] [ 4 ]}

視界不良は、大気汚染の最も顕著な症状であることが多い。視界不良は、大気中の粒子やガスによる光の吸収と散乱によって引き起こされる。ガスや粒子による電磁波の吸収は、大気の変色の原因となることもあるが、通常は視界不良に大きく影響することはない。

観測者と遠方の物体との間の微粒子による散乱は、視界をはるかに容易に低下させる。微粒子は太陽光や空からの光を観測者の視線を通して散乱させ、それによって物体と背景の空とのコントラストを低下させる。視界を低下させる効果が最も高い（エアロゾル質量あたりの）粒子は、直径が0.1～1.0μmの範囲にある 。空気分子が視界に及ぼす影響は、近距離ではわずかであるが、30kmを超える距離では考慮する必要がある 。

卓越視程とは、水平方向の視程のうち、水平円の少なくとも半分以上で同等またはそれ以上となる最大視程のことで、水平円は必ずしも連続している必要はありません。卓越視程は、法定マイルまたはマイルの端数で報告されます。^{[ 5 ]}