Оптические явления в атмосфере

Атмосфера представляет собой мутную, оптически неоднородную среду. Оптические явления – это результат отражения, преломления и дифракции световых лучей в атмосфере.

В зависимости от причин возникновения все оптические явления делят на четыре группы:

1) явления, обусловленные рассеиванием света в атмосфере (сумерки, заря);

2) явления, обусловленные преломлением световых лучей в атмосфере (рефракцией) – миражи, мерцание звезд и др.;

3) явления, обусловленные преломлением и отражением световых лучей на каплях и кристаллах облаков (радуга, гало);

4) явления, обусловленные дифракцией света в облаках и тумане – венцы, глории.

Сумерки обусловлены рассеиванием солнечного света в атмосфере. Сумерки – это переходный период ото дня к ночи (вечерние сумерки) и от ночи ко дню (утренние сумерки). Вечерние сумерки начинаются с момента захода Солнца и до наступления полной темноты, утренние – наоборот.

Продолжительность сумерек определяется углом между направлением видимого суточного движения Солнца и горизонтом; таким образом, продолжительность сумерек зависит от географической широты: чем ближе к экватору, тем короче сумерки.

Различают три периода сумерек:

1) гражданские сумерки (погружение Солнца под горизонтом не превышает 6^о) – светло;

2) навигационные (погружение Солнца под горизонтом до 12^о) – условия видимости сильно ухудшены;

3) астрономические (погружение Солнца под горизонтом до 18^о) – у земной поверхности уже темно, но на небе еще заметна заря.

Заря – совокупность красочных световых явлений в атмосфере, наблюдаемых перед восходом Солнца или при его заходе. Разнообразие красок зари зависит от положения Солнца относительно горизонта и от состояния атмосферы.

Цвет небесного свода определяется рассеянными видимыми лучами Солнца. В чистой и сухой атмосфере рассеивание света происходит по закону Рэлея. Синие лучи рассеиваются примерно в 16 раз сильнее, чем красные, поэтому цвет неба (рассеянный солнечный свет) – синий (голубой), а цвет Солнца и его лучей у горизонта – красный, т.к. свет в этом случае проходит больший путь в атмосфере.

Большие частицы в атмосфере (капли, пылинки и т.п.) рассеивают свет нейтрально, поэтому облака и туман имеют белый цвет. При большой влажности, запыленности весь небосвод становится не голубым, а белесоватым. Следовательно, по степени синевы неба можно судить о чистоте воздуха и о характере воздушных масс.

Атмосферная рефракция – атмосферные явления, связанные с преломлением световых лучей. Рефракцией обусловлены: мерцание звезд, сплющивание видимого диска Солнца и Луны у горизонта, увеличение продолжительности дня на несколько минут, а также миражи. Мираж – это видимые мнимые изображения на горизонте, над горизонтом или под горизонтом, обусловленные резким нарушением плотности слоев воздуха. Различают нижние, верхние, боковые миражи. Редко наблюдаются движущиеся миражи – «фата-моргана».

Радуга – это светлая дуга, окрашенная во все цвета спектра, на фоне освещенного Солнцем облака, из которого выпадают капли дождя. Внешний край дуги красный, внутренний – фиолетовый. Если Солнце стоит низко над горизонтом, то мы видим лишь половину окружности. Когда Солнце находится высоко, то дуга становится меньше, т.к. центр окружности опускается за горизонт. При высоте Солнца больше 42^о радуга не видна. С самолета можно наблюдать радугу почти полного круга.

Радуга образуется при преломлении и отражении солнечных лучей в капельках воды. Яркость и ширина радуги зависит от размеров капелек. Крупные капли дают менее широкую, но более яркую радугу. При мелких каплях она почти белая.

Гало – это круги или дуги вокруг Солнца и Луны, возникающие в ледяных облаках верхнего яруса (чаще всего в перисто-слоистых).

Венцы – светлые, слегка окрашенные кольца вокруг Солнца и Луны, возникающие в водяных и ледяных облаках верхнего и среднего ярусов, обусловленные дифракцией света.

Атмосферные осадки

Атмосферными осадками называют капли воды и кристаллы льда, выпадающие из атмосферы на земную поверхность. За год на земную поверхность выпадает в среднем 510 тысяч км² осадков (это слой воды около 1 м) и испаряется тоже около 510 тысяч км², т.е. водный баланс Земли равен 0.

Почти половина всех осадков выпадает между 20^о северной и южной широты (экваториальные и субэкваториальные широты). На полярные широты приходится всего 4% осадков.

Различают твердые, жидкие и смешанные осадки. Твердые осадки: снег (снежные кристаллы – звездочки или хлопья), снежная крупа (непрозрачные сферические крупинки белого цвета), ледяная крупа (ледяные прозрачные крупинки), град (кусочки льда различной формы и размеров, состоящие из непрозрачного ядра, которое окружено несколькими ледяными оболочками). Жидкие: дождь (капли имеют диаметр 0,5-7 мм), морось (капли с диаметром 0,05-0,5 мм). Смешанные: мокрый снег и снег с дождем.

По физическим условиям образования и характеру выпадения выделяют осадки: ливневые – выпадают на малой площади, имеют большую интенсивность; обложные – выпадают на большой площади, имеют среднюю интенсивность; моросящие – осадки малой интенсивности, выпадающие на большой площади.

По синоптическим условиям образующиеся осадки можно разделить на:

1) внутримассовые – возникают внутри однородной воздушной массы:

- ливневые (конвективные) – в холодном воздухе;

- моросящие – в теплом воздухе.

2) фронтальные – образуются на границе атмосферных фронтов:

- обложные – для теплого фронта;

- ливневые – для холодного фронта, с последующим переходом в

обложные.

3) орографические – наблюдаются в горах.

По интенсивности выпадения, т.е. количеству мм осадков в 1 мин., различают осадки слабые, умеренные и сильные (более 1 мм в мин. – ливень).

Атмосферные осадки образуются в облаках, особенно благоприятные условия для возникновения осадков имеются в облаках, неоднородных по своей структуре, и в облаках вертикального развития, где в нижней части – капли воды, а в верхней – кристаллы льда. Чтобы достичь размеров, достаточных для выпадения из облака, облачные элементы (частицы) должны укрупняться. Укрупнение облачных элементов может происходить при конденсации и при слиянии (в результате столкновений), т.е. коагуляции (под действием mg; хаотического теплового движения; турбулентного движения).

При температуре больше 0^о выпадают жидкие осадки, при температуре меньше 0^о – твердые. Град образуется в мощных «С_в» при неоднократном поднятии и опускании частиц облака.

Максимум осадков над континентом приходится на послеполуденные часы, а минимум – на ночные. Над морями ночью осадков выпадает больше, чем днем.

Годовой ход осадков зависит от географической широты:

1) экваториальные широты – здесь осадки равномерны в течение всего года; наблюдаются два максимума – в конце марта и в конце сентября, и два минимума – в дни солнцестояний; в экваториальных широтах выпадает очень много осадков - до 3000 мм и более;

2) субэкваториальные широты – здесь есть два сезона: сухой и влажный; осадков выпадает 500-1500 мм, причем почти все - во влажный сезон;

3) тропические широты – осадков выпадает очень мало; максимум их приходится на лето, остальное время – сухо; годовая сумма менее 100 мм;

4) субтропические широты – здесь засушливое лето и влажная зима (в муссоновых областях наоборот);осадков выпадает в среднем 600-800 мм;

5) умеренные широты – над континентом большая часть осадков выпадает летом, над океаном – зимой; количество осадков изменяется от 1500 мм над океаном и вблизи океана до 200-300 мм во внутренних районах материков;

6) субполярные и полярные широты – осадков здесь выпадает мало, большая часть – летом, в среднем 100-300 мм.

На распределение осадков, кроме географической широты, влияют также циркуляция атмосферы, рельеф, океанические течения, характер подстилающей поверхности.

Максимальное среднегодовое количество осадков выпадает на западных склонах экваториальных Анд и на наветренных склонах Гавайских островов – более 12000 мм в год, минимальное – в тропических пустынях (на северо-западе Сахары менее 1 мм в год).

Круглый год в полярных широтах и зимой в умеренных широтах в результате выпадения твердых осадков образуется снежный покров. В умеренных широтах он может лежать от 1 до 8 месяцев. Снег может выпадать и в субтропических широтах, например, на севере Средиземноморья, юге Китая. В южном полушарии, кроме Антарктиды, снежный покров не образуется, хотя снег может быть на юге Южной Америки, в горах Австралии и даже на юге Африки.

Снежный покров имеет большое значение в географической оболочке. Он выхолаживает приземные слои, т.к. имеет большое альбедо, предохраняет почву от глубокого промерзания, аккумулирует влагу, влияет на ареалы распространения некоторых видов животных.

Для оценки условий увлажнения вводят коэффициент увлажнения:

r

k = ---, где r – годовая сумма осадков, Е – испаряемость за год.

Е

Если k<1, то увлажнение считается недостаточным, если k=1 – нормальным, если k>1 – избыточным.

Увлажнение характеризуется также радиационным индексом сухости:

R

K = ----- - отношение годового радиационного баланса к сумме тепла, не-

L• r

обходимой для испарения годового количества осадков. R – радиационный баланс, r – годовая сумма осадков, L – скрытая теплота парообразования.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: