9.Оптические и электрические явления в атмосфере

1.9.1.ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

Оптические явления в атмосфере -это явления,вос ­

принимаемые нашим органом зрения (глазом).Они возни ­

кают при прохождении через атмосферу световых лучей

видимой части спектра.Атмосфера представляет собой

мутную,оптически неоднородную среду.Молекулы возду ­

ха,взвешенные жидкие и твердые частицы (аэрозоли)рас ­

сеивают и поглощают световую радиацию,причем неоди ­

наково в разных участках спектра.Кроме того,световые

лучи при прохождении через атмосферу встречают на сво ­

ем пути слои воздуха различной плотности,вихри и струй ­

ки,создаваемые турбулентностью,что вызывает преломле ­

ние лучей.

Метеорологическая дальность видимости -это мини ­

мальное расстояние,на котором днем теряется видимость

абсолютно черного объекта,наблюдаемою на фоне неба у

горизонта и имеющего угловые размеры более 20 мин .На

метеостанциях метеорологическая дальность видимости

оценивается по девятибалльной шкале.

Öâåò íåáî.Наиболее сильно рассеиваются в атмосфере

голубые,синие и фиолетовые лучи,поэтому безоблачное

небо принимает голубую окраску.Чем чище атмосфера,

тем ярче синева неба.По мере увеличения примесей в воз ­

духе небо принимает более светлую окраску,приобретая

белесый цвет.Ярко выраженный синий оттенок неба сви ­

детельствует о наличии в данном месте чистого и сухого

воздуха,имеющего обычно арктическое происхождение.

Белесый оттенок служит признаком,как правило,большой

запыленности воздуха,имеющего южное континентальное

происхождение.

1.9-Оптические и электрические явления в атмосфере 99

Сумерками называется промежуток времени от момента

захода солнца до наступления темноты (вечером)и от кон ­

ца темноты до момента восхода солнца (утром).Явление

сумерек производит солнечный свет,рассеивающийся в

более высоких слоях атмосферы при положении солнца за

линией горизонта.

Гражданские сумерки заканчиваются,когда солнце ока ­

зывается за горизонтом под углом 8 °.В этот момент есте ­

ственная освещенность настолько незначительна,что за ­

трудняется передвижение неосвещенного транспорта,а

также чтение книги.

Астрономические сумерки заканчиваются,когда солнце

опустится за горизонт на угол 16-18 °.В это время полно ­

стью исчезает голубизна неба и становятся видимыми са ­

мые слабые звезды.

Продолжительность гражданских сумерек зависит от

географической широты места,времени года и погодных

условий.Самые короткие сумерки на экваторе -23-24 мин,

В высоких широтах увеличиваются:на широте 60 ° в июле -

до 2 ч,а на широте 80-90 ° весной и осенью -до 30 дней.

Высокие (перистые)облака несколько удлиняют продол ­

жительность сумерек,а низкие и плотные -укорачивают.

Çàðÿ представляет собой разноцветную окраску неба у

горизонта при заходе и восходе солнца.Окраска зари быва ­

ет разнообразной,но преобладает оранжевый или красный

цвет.При большой влагонасыщенности воздуха заря при ­

обретает багрово-красную или оранжевую окраску,а при

запыленности -светло-желтую или золотистую.

Багрово-красная заря -один из признаков приближения

циклона.Светло-желтая,розовая или золотистая заря на ­

блюдается в сухих воздушных массах,циркулирующих

обычно в антициклонах,а поэтому она является признаком

предстоящей ясной и сухой погоды.

Рефракцией называется искривление светового луча в

атмосфере,обусловленное неодинаковым распределением

плотности воздуха.Если луч света следует от небесного

светила,то наблюдаемая рефракция называется астроно ­

мической,а если от земного объекта -земной.

Вследствие астрономической рефракции небесные све ­

тила продолжают быть видимыми,когда они фактически.10Q Глава 1.ОСНОВЫ МЕТЕОРОЛОГИИ

находятся ниже линии горизонта до 30-35 мин,ввиду чего

продолжительность сумерек удлиняется против теоретиче ­

ской в умеренных широтах на 8-13 мин,а в высоких широ ­

тах -на 10-12 дней.При особо выраженной рефракции

можно наблюдать искажение диска солнца или луны при их

восходе или заходе.

В результате земной рефракции при определенном рас ­

пределении плотности воздуха в нижних слоях атмосферы

могут возникать миражи.При миражах наблюдатель обыч ­

но видит и действительный предмет,и ложный,располо ­

женный сверху,снизу или сбоку.Иногда видно только

мнимое изображение.Поэтому,s зависимости от распреде ­

ления плотности воздуха в пространстве,луч,идущий от

точки объекта к глазу наблюдателя,проходя через слои

воздуха различной плотности,прогибается в сторону слоя с

меньшей плотностью.Миражи бывают верхние,нижние и

боковые.

Рис.1.26.Миражи:

a -верхний;6 —нижний

1.9.Оптические и электрические явления в атмосфере ö}1

Верхний мираж бывает при резко выраженной призем ­

ной инверсии температуры (рис.1.26),чаще всего наблю ­

дается в полярных морях при тихой малооблачной погоде в

утренние часы.

Нижние миражи образуются,когда у земли располагает ­

ся сильно нагретый и менее плотный воздух,а несколько

выше -более холодный и плотный.Нижние миражи на ­

блюдаются над обширными равнинами,в пустынях,в пер ­

вую половину дня,при полном отсутствии ветра и ясной

погоде.Миражи являются признаком устойчивой спокой ­

ной погоды.

Радуга представляет собой разноцветную дугу на фоне

дождевых облаков,расположенных в стороне,противопо ­

ложной Солнцу,и образуется лишь тогда,когда из облаков

выпадает дождь,причем,чем крупнее капли,тем отчетли ­

вее и ярче будет радуга,и наоборот,при мелкокапельном

дожде она становится белесой,малозаметной или совсем не

видна.Расположение и чередование цветов в радуге всегда

одинаково:наружный (верхний)край окрашивается в крас ­

ный цвет,затем следует оранжевый,зеленый,а нижний

край -в фиолетовый.

Образование радуги объясняется преломлением,внут ­

ренним отражением и разложением на составные цвета

солнечных лучей в дождевых каплях.

1.9.2.Электрические явления в атмосфере

Окружающий нас воздух является носителем элек ­

трических зарядов,которые создают электрическое поле в

атмосфере.Непосредственные носители электрических за ­

рядов -атомы и молекулы газов,составляющих атмосферу,

и капли воды,ледяные кристаллы,а также частички пыли

солей и других аэрозолей.

Под действием ионизирующих факторов (космические

лучи,ультрафиолетовое излучение солнца,радиоактивное

излучение веществ)нейтральные атомы и молекулы пре ­

вращаются в положительно или отрицательно заряженные

ионы.Чем больше содержание ионов в воздухе,тем выше

его электропроводность.Наиболее ионизированные слои.J02 Глава 1.ОСНОВЫ МЕТЕОРОЛОГИИ

атмосферы образуют слои ионосферы,обладающие наряду

с высокой электропроводностью также способностью от ­

ражать радиоволны.

Средняя напряженность электрического ноля в нижних

слоях тропосферы составляет около 130 В/м,а при грозе

увеличивается до 50000 В/м и более.

Греза представляет собой атмосферное явление,харак ­

теризующееся многократными электрическими (искровы ­

ми)разрядами между облаком и землей,между отдельными

частями облака или между отдельными облаками,сопро ­

вождаемыми громом.Гроза возникает при наличии мощ ­

ных кучево-дождевых облаков (Св),развивающихся в ре ­

зультате неустойчивого состояния атмосферы при высокой

влажности воздуха.Под воздействием сильных восходящих

потоков воздуха и интенсивного перемешивания капель

воды и кристаллов льда происходит электризация облачных

элементов.Верхняя часть облака заряжается положитель ­

ными зарядами,средняя -отрицательными,нижняя -вновь

положительными.Облако,таким образом,становится раз ­

деленным на части с концентрированными противополож ­

ными зарядами,создающими электрические поля с громад ­

ным электрическим напряжением как внутри самого

облака,так и в окружающем околооблачном пространстве.

При достижении критического значения напряжения между

отдельными разноименно заряженными очагами происхо ­

дит разряд в виде молнии.По внешнему виду различают

линейные,плоские,четочные и шаровые молнии.

Чаще всего наблюдается линейная молния,представ ­

ляющая собой гигантскую искру,иногда сильно разветв ­

ленную,длиной 2-3 км,а иногда,при разряде между обла ­

ками,-15-20 км.Линейная молния чаще всего состоит из

нескольких разрядов (импульсов),следующих друг за дру ­

гом ñ промежутком в несколько сотых долей секунды.Об ­

щая продолжительность молнии не превышает десятых до ­

лей секунды.

Плоская молния представляет собой слабый (тихий)

электрический разряд внутри облака или между облаками.

Обычного грома этот вид молнии не создает.Этот вид мол ­

нии следует отличать от освещения отдельных облаков

удаленной линейной молнией,когда из-за большого рас-