الرؤية

يتضمن الملحق 3 لمنظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) الخاص بخدمة الأرصاد الجوية للملاحة الجوية الدولية ^{[ 1 ]} التعريفات والملاحظة التالية:

أ) أقصى مسافة يمكن عندها رؤية جسم أسود ذي أبعاد مناسبة، يقع بالقرب من الأرض، والتعرف عليه عند ملاحظته على خلفية ساطعة؛

ب) أقصى مسافة يمكن عندها رؤية وتحديد أضواء بقوة 1000 شمعة على خلفية غير مضاءة.

ملاحظة: للمسافتين قيمتان مختلفتان في الهواء عند معامل امتصاص معين ، وتتغير الثانية (ب) بتغير إضاءة الخلفية. أما الأولى (أ) فيمثلها المدى البصري للأرصاد الجوية (MOR).

كما يحدد الملحق 3 ^{[ 1 ]} مدى الرؤية على المدرج (RVR) على النحو التالي:

المدى الذي يستطيع فيه قائد الطائرة الموجود على الخط المركزي للمدرج رؤية علامات سطح المدرج أو الأضواء التي تحدد المدرج أو تحدد خطه المركزي.

في الهواء النقي للغاية (كما هو الحال في المناطق القطبية الشمالية)، قد تصل الرؤية إلى 240  كيلومترًا (150 ميلًا). تتطلب الرؤية البعيدة وجود معالم بارزة كالجبال أو القمم العالية؛ إلا أن تلوث الهواء وارتفاع الرطوبة غالبًا ما يقللان من مستوى الرؤية. وتشير محطات الأرصاد الجوية المختلفة إلى هذه الظاهرة على أنها ضباب (جاف) أو رذاذ (رطب). كما يمكن أن يؤدي هطول الأمطار الغزيرة (كما في العواصف الرعدية ) إلى انخفاض مستوى الرؤية. وتُعرف العواصف الثلجية والعواصف الثلجية الأرضية (الثلوج المتطايرة) جزئيًا بانخفاض مستوى الرؤية. هذه الظروف، بالإضافة إلى الضباب والدخان ، قد تُقلل مستوى الرؤية إلى ما يقارب الصفر، مما يجعل القيادة بالغة الخطورة. وينطبق الأمر نفسه على العواصف الرملية أو حرائق الغابات .

لتحديد مدى وضوح الرؤية، تُدرس حالة جسم أسود تمامًا يُرى على خلفية بيضاء تمامًا. يُعرَّف التباين البصري _، CV ( x)، على مسافة x من الجسم الأسود بأنه الفرق النسبي بين شدة إضاءة الخلفية والجسم.

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

حيث تمثل F _{_B} (x) و F_x(x) شدة إضاءة الخلفية والجسم على التوالي. وبما أن الجسم يُفترض أنه أسود تمامًا، فإنه يمتص كل الضوء الساقط عليه. وبالتالي، عندما x = 0 (عند الجسم)، فإن F ₀(0) = 0 و C_{_V} (0) = 1.

بين الجسم والمراقب، تتأثر شدة الإضاءة F (x) بالضوء الإضافي المتشتت في خط رؤية المراقب، وامتصاص الضوء بواسطة الغازات والجسيمات . قد يُساهم الضوء المتشتت بواسطة الجسيمات خارج حزمة ضوئية معينة في النهاية في شدة الإضاءة عند الهدف، وهي ظاهرة تُعرف بالتشتت المتعدد . على عكس الضوء الممتص، لا يُفقد الضوء المتشتت من النظام، بل يُمكنه تغيير اتجاهه والمساهمة في اتجاهات أخرى. يُفقد فقط من الحزمة الأصلية التي تسير في اتجاه واحد مُحدد. تتأثر مساهمة التشتت المتعدد في شدة الإضاءة عند x بمعامل تشتت كل جسيم على حدة، وتركيز عدد الجسيمات، وعمق الحزمة. يُعد تغير شدة الإضاءة dF نتيجة لهذه التأثيرات على مسافة dx . ولأن dx مقياس لكمية الغازات والجسيمات العالقة، يُفترض أن نسبة F التي تتناقص تتناسب مع المسافة dx . نسبة التناقص في F هي

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

حيث b _{_ext} هو معامل التوهين . يمكن أن يؤدي تشتت ضوء الخلفية في خط رؤية الراصد إلى زيادة F على مسافة dx . تُعرَّف هذه الزيادة بأنها b'F = _B ( x ) dx ، حيث b' ثابت. يُعبَّر عن التغير الكلي في الشدة كما يلي:

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

بما أن F _B يمثل شدة الخلفية، فهو مستقل عن x بحكم التعريف. لذلك،

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

يتضح من هذا التعبير أن b' يجب أن يساوي b _ext . وبالتالي، فإن التباين البصري، CV ( x )، يخضع لقانون بير-لامبرت _.

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

وهذا يعني أن التباين يتناقص بشكل كبير مع المسافة من الجسم:

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

أظهرت التجارب المخبرية أن نسب التباين بين 0.018 و0.03 قابلة للإدراك في ظروف الرؤية الطبيعية في ضوء النهار. عادةً، تُستخدم نسبة تباين 2% ( C_{_V = 0.02) لحساب المدى البصري. بتعويض هذه القيمة في المعادلة أعلاه وحلها لإيجاد} قيمة x، نحصل على تعبير المدى البصري التالي (معادلة كوشميدر):

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

بوحدات الطول x _V. عند مستوى سطح البحر، يبلغ معامل امتصاص الغلاف الجوي لرايلي حوالي 13.2 × ^10⁻⁶ م⁻¹ عند طول موجي 520 نانومتر. ^هذا يعني أنه في أنقى غلاف جوي ممكن، تقتصر الرؤية على حوالي 296 كيلومترًا.  

يعتمد إدراك الرؤية على عدة عوامل فيزيائية وبصرية. ينبغي أن يأخذ التعريف الواقعي في الاعتبار حساسية الجهاز البصري البشري العالية للترددات المكانية، ثم استخدام تحويل فورييه ووظيفة حساسية التباين للجهاز البصري البشري لتقييم الرؤية. ^{[ 2 ]}

يُعرَّف الضباب دوليًا بأنه مدى رؤية أقل من كيلومتر واحد (3300 قدم) ؛ أما الرذاذ فهو مدى رؤية يتراوح بين كيلومتر واحد (0.62 ميل) وكيلومترين (1.2 ميل) ، بينما يتراوح مدى رؤية الضباب الدخاني بين كيلومترين (1.2 ميل) وخمسة كيلومترات (3.1 ميل ) . يُفترض عمومًا أن الضباب والرذاذ يتكونان أساسًا من قطرات الماء، بينما قد يكون حجم جزيئات الضباب الدخاني والدخان أصغر. وهذا يؤثر على أجهزة الاستشعار، مثل أجهزة التصوير الحراري (TI/ FLIR ) التي تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة بأطوال موجية تبلغ حوالي 10 ميكرومتر، والتي تتميز بقدرة أفضل على اختراق الضباب الدخاني وبعض أنواع الدخان لأن حجم جزيئاتها أصغر من الطول الموجي؛ وبالتالي، لا تنحرف الأشعة تحت الحمراء أو تُمتص بشكل ملحوظ بواسطة هذه الجزيئات.          

يتشكل الضباب أحيانًا مصحوبًا برذاذ متجمد وثلوج . وتنتج هذه الظواهر الجوية الباردة في الغالب عن السحب الطبقية المنخفضة . ويحدث هذا عادةً عندما تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون الصفر المئوي (32 درجة فهرنهايت) . وتُعدّ هذه الظروف خطرة بسبب تكوّن الجليد، الذي قد يكون مميتًا نظرًا لانخفاض مستوى الرؤية (أقل من 1000 ياردة) الذي يصاحبها عادةً. ويمكن أن يؤدي اجتماع انخفاض مستوى الرؤية وتكوّن الجليد إلى وقوع حوادث على الطرق.  

عادةً ما تُعتبر الرؤية التي تقل عن 100 متر (330 قدمًا) معدومة. في هذه الظروف، قد تُغلق الطرق، أو تُفعّل أضواء التحذير واللوحات الإرشادية لتنبيه السائقين. وقد وُضعت هذه الإجراءات في مناطق معينة تتعرض لانخفاض متكرر في مستوى الرؤية، لا سيما بعد حوادث المرور أو التصادمات المتعددة التي تشمل عدة مركبات. 

بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تصدر هيئة الأرصاد الجوية الحكومية تحذيرًا بشأن انخفاض مستوى الرؤية، مثل تحذير الضباب الكثيف الصادر عن هيئة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية . وتنصح هذه التحذيرات عادةً سائقي السيارات بتجنب السفر حتى يتبدد الضباب أو تتحسن الأحوال الجوية. كما يتأخر السفر الجوي في كثير من الأحيان بسبب انخفاض مستوى الرؤية، مما قد يتسبب أحيانًا في تأخيرات طويلة نظرًا للحد الأدنى من الرؤية عند الاقتراب وصعوبة تحريك الطائرات بأمان على الأرض في ظل انخفاض مستوى الرؤية. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يُعدّ انخفاض مستوى الرؤية من أبرز أعراض تلوث الهواء . وينتج تدهور مستوى الرؤية عن امتصاص وتشتيت الضوء بواسطة الجسيمات والغازات الموجودة في الغلاف الجوي . وقد يكون امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الغازات والجسيمات سببًا في بعض الأحيان لتغير لون الغلاف الجوي، ولكنه عادةً لا يُسهم بشكل كبير في تدهور مستوى الرؤية.

يؤدي تشتت الجسيمات بين الراصد وجسم بعيد إلى إضعاف الرؤية بشكل ملحوظ. فهي تُشتت ضوء الشمس وبقية السماء عبر خط رؤية الراصد، مما يُقلل التباين بين الجسم والسماء المحيطة. وتتراوح أقطار الجسيمات الأكثر فعالية في تقليل الرؤية (لكل وحدة كتلة من الهباء الجوي ) بين 0.1 و1.0  ميكرومتر. ويكون تأثير جزيئات الهواء على الرؤية طفيفًا في المسافات البصرية القصيرة، ولكنه يُؤخذ في الحسبان عند المسافات التي تزيد عن 30  كيلومترًا.

الرؤية السائدة هي أعلى مستوى للرؤية الأفقية التي تساوي أو تتجاوزها على امتداد نصف دائرة الأفق على الأقل، ولا يشترط أن تكون متصلة. تُقاس الرؤية السائدة بالأميال أو أجزاء منها. ^{[ 5 ]}