Visibilidad

El Anexo 3 de la OACI , Servicio Meteorológico para la Navegación Aérea Internacional ^{[ 1 ],} contiene las siguientes definiciones y notas:

a) la mayor distancia a la que se puede ver y reconocer un objeto negro de dimensiones adecuadas, situado cerca del suelo, cuando se observa contra un fondo brillante;

b) la mayor distancia a la que se pueden ver e identificar luces de 1.000 candelas contra un fondo sin iluminación.

Nota: Las dos distancias tienen valores diferentes en el aire con un coeficiente de extinción dado , y la segunda b) varía con la iluminación de fondo. La primera a) está representada por el rango óptico meteorológico (MOR).

El Anexo 3 ^{[ 1 ]} también define el Alcance Visual de la Pista (RVR) como:

El alcance dentro del cual el piloto de una aeronave que se encuentra en la línea central de una pista puede ver las marcas de la superficie de la pista o las luces que delimitan la pista o identifican su línea central.

En aire extremadamente limpio (por ejemplo, en zonas árticas), la visibilidad puede alcanzar los 240  km (150 millas). La visibilidad observable a distancia requiere grandes puntos de referencia como montañas o crestas altas; sin embargo, la visibilidad suele verse reducida por la contaminación atmosférica y la alta humedad . Diversas estaciones meteorológicas la describen como bruma (seca) o neblina (húmeda). Las lluvias intensas (como las de una tormenta eléctrica ) pueden disminuir la visibilidad. Las ventiscas y las ventiscas de tierra (nieve arrastrada por el viento) también se caracterizan, en parte, por una baja visibilidad. Estas condiciones, así como 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 o con incendios forestales .

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.

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

donde F _B (x) y F (x) son las intensidades del fondo y del objeto, respectivamente. Dado que se supone que el objeto es perfectamente negro, debe absorber toda la luz incidente 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 por la absorción de luz por gases y partículas . La luz dispersada por partículas fuera de un haz particular puede contribuir en última instancia 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. En cambio, 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 a lo largo de una distancia dx . Dado 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 fraccional en F es

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

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 total en la intensidad se expresa como

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

Dado que F _B representa la intensidad de fondo, es independiente de x por definición. Por lo tanto,

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

De esta expresión se deduce claramente que b' debe ser igual a b _ext . Por lo tanto, el contraste visual, C _V ( x ), obedece la ley de Beer-Lambert.

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

lo que significa que el contraste disminuye exponencialmente con la distancia al objeto:

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

Los experimentos de laboratorio han determinado que las relaciones de contraste entre 0,018 y 0,03 son perceptibles en condiciones típicas de visión diurna. Generalmente, se utiliza una relación de contraste del 2 % ( C _V = 0,02) para calcular el rango visual. Sustituyendo este valor en la ecuación anterior y despejando x, se obtiene la siguiente expresión para el rango visual (la ecuación de Koschmieder):

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

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 que el sistema visual humano (SVH) es altamente 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 inferior a 1 km (3300 pies) ; la bruma es una visibilidad de entre 1 km (0,62 millas) y 2 km (1,2 millas) y la neblina de entre 2 km (1,2 millas) y 5 km (3,1 millas) . Generalmente se asume que la niebla y la bruma están compuestas 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 operan en el infrarrojo lejano a longitudes de onda de aproximadamente 10 μm, las cuales son más capaces de penetrar la neblina y algunos tipos de humo porque el tamaño de sus partículas es menor que la longitud de onda; por lo tanto, la radiación infrarroja no se desvía ni se absorbe significativamente por las partículas.          

Ocasionalmente, la niebla se presenta junto con llovizna helada y nieve . Estos fenómenos de frío intenso se deben principalmente a la presencia de nubes estratos bajas . 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 debido a la escasa visibilidad (menos de 1000 metros) que suele acompañarlas. La combinación de baja visibilidad y formación de hielo puede provocar accidentes en las carreteras.  

Una visibilidad inferior a 100 metros (330 pies) se suele reportar como nula. En estas condiciones, las carreteras pueden cerrarse o activarse luces y señales de advertencia automáticas para alertar a los conductores. Estas medidas se han implementado en ciertas áreas con visibilidad reducida recurrente, especialmente después de colisiones o accidentes múltiples. 

Además, las agencias meteorológicas gubernamentales suelen emitir avisos por baja visibilidad, como los avisos de niebla densa del Servicio Meteorológico Nacional de EE . UU. Estos avisos generalmente recomiendan a los automovilistas evitar viajar hasta que la niebla se disipe o mejoren las condiciones. Los viajes aéreos también suelen sufrir retrasos por la baja visibilidad, lo que a veces provoca largas demoras debido a los mínimos de visibilidad en las aproximaciones y a la dificultad de maniobrar las aeronaves de forma segura en tierra con poca visibilidad. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La disminución de la visibilidad suele ser el síntoma más evidente de la contaminación atmosférica . La degradación de la visibilidad se debe a la absorción y dispersión de la luz por las partículas y los gases presentes en la atmósfera . La absorción de la radiación electromagnética por gases y partículas a veces provoca decoloraciones en la atmósfera, pero generalmente no contribuye de forma significativa a la degradación de la visibilidad.

La dispersión de partículas entre un observador y un objeto distante reduce la visibilidad con mucha mayor facilidad. Estas 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 fondo del cielo. Las partículas más eficaces para reducir la visibilidad (por unidad de masa de aerosol ) tienen diámetros comprendidos entre 0,1 y 1,0  μm. El efecto de las moléculas de aire sobre la visibilidad es mínimo a corta distancia visual, pero debe tenerse en cuenta a distancias superiores a 30  km.

La visibilidad predominante es la mayor visibilidad horizontal igualada o superada en al menos la mitad del círculo del horizonte, que no necesariamente tiene que ser continuo. La visibilidad predominante se informa en millas terrestres o fracciones de milla. ^{[ 5 ]}