2. Звуковые явления.

Звуком называется волновое возмущение воздуха. Воспринимаемое органом слуха.

Колебания воздуха (воды) с частотой от 20 до 20000Гц., воспринимаемые человеческим ухом называются звуковыми, колебания с частотой более 20000Гц. называются ультразвуковыми, а частотой меньше 20Гц., - инфракрасными.

Скорость распространения звука зависит от метеорологических условий. В сухом воздухе при нормальных условиях ( р = 760 мм. рт.ст. и Т = 273⁰) скорость звука равна 331 м/с. Набольшее влияние на скорость звука оказывает ветер. В зависимости от направления ветра его составляющая либо добавляется к звуковой волне либо отнимается.

В реальной атмосфере на скорость звука оказывает влияние также влажность и давление.

б) Преломление и отражение звука в атмосфере.

В однородной среде траектории звукового луча представляют собой прямые линии, расходящиеся во все стороны от источника звука. В реальной атмосфере звуковой луч будет испытывать преломление и отражение при встрече с поверхностью раздела, где физические свойства атмосферы меняются.

При понижении температуры с высотой на некотором расстоянии L от источника звука S начинается область в которую звуковые лучи не попадают, это зона молчания (звуковая тень). (рис 1)

В случае (б) зона молчания отсутствует и дальность слышимости звуковых сигналов значительно больше. В случае когда ветер с высотой усиливается зона молчания в направлении ветра отсутствует, дальность слышимости увеличивается.

В следствии различии температурного и ветрового режима в разных слоях атмосферы звук ослабляется. Наличие турбулентных потоков воздуха. А так же жидких и твердых частиц способствуют рассеиванию звуковых сигналов наблюдается при:

- неустойчивом состоянии атмосферы с большой турбулентностью;

- сильном прогреве постилающее поверхности и резком понижении температуры с высотой;

- попутном ветре, ослабевающем с высотой и усиливающимся с высотой;

- инверсии в нижних слоях атмосферы;

в) Распространение звуковых сигналов в тумане.

Слышимость звуковых сигналов в тумане зависит от:

- количества и размеров капелек воды или кристалликов льда;

- расслоенности тумана;

- силы и направления ветра;

- частоты колебаний;

Звуковые колебания в тумане, особенно зимой и ночью, распространяются на большие расстояния. В среднем звуковой сигнал от сирены распространяется на 3 – 5 миль, от диафона – до 8 миль.

Для обеспечения наилучшей слышимости сигнальные приборы делают таким образом, чтобы они могли подавать сигналы одновременно высокой и низкой частоты.

Сигналы низкого тона слышны лучше в крупнокапельном тумане с высок абсолютной влажностью, а звуки высокого тона лучше слышны в мелкокапельном слабо насыщенном тумане.

3. Световые явления.

а) Прозрачность атмосферы.

Прозрачность атмосферы т.е. способность воздуха пропускать солнечную радиацию, во многом зависит от содержания водяного пара, твердых и жидких примесей, их размеров, а также вертикальной и горизонтальной скорости ветра.

В идеальной атмосфере при отсутствии примесей рассеяние будет чисто молекулярным и небо изменяет свой цвет от бледно –голубого белесого, и чем меньше прозрачность тем оно выглядит более белесым.

Дневная освещенность земной поверхности создается суммарным действием рассеянного и прямого светового потока Солнца.

С уменьшением прозрачности воздух прямая солнечная освещенность убывает, а при сплошной облачности, отсутствует совсем. В этом случае освещенность будет обусловлена рассеянной радиацией. Спокойная водная поверхность и снежный покров, обладая большой отражательной способностью, увеличивает освещенность.

Присутствие облачности на ночном небе, ее форма и количество, все виды туманов и осадков резко снижают освещенность.

В лунные безоблачные ночи земная поверхность освещается отраженным лунным светом. Водная поверхность и снежный покров увеличивают рассеянный лунный свет.

В период сумерек (переход от дня к ночи и наоборот) освещенность небесного свода и земной поверхности осуществляется рассеянным светом.

Сумерки подразделяются на : астрономические, гражданские и навигационные.

Астрономические сумерки заканчиваются, когда центр солнечного диска опускается под горизонт на 18⁰; утренние сумерки начинаются при том же положении Солнца. Продолжительность сумерек в январе и июле составляют на экваторе 1ч. 16мин., на широте 60⁰ 2ч. 48м., а в апреле и сентябре на экваторе 1ч. 10м., на широте 60⁰ 2ч. 46м. В момент окончания вечерних или начала утренних астрономических сумерек видны звезды шестой величины.

Гражданские сумерки – промежуток времени, в течение которого Солнце остается под горизонтом ниже 6 – 8⁰, вблизи горизонта видны звезды первой величины.

Навигационные сумерки – промежуток времени между заходим и восходом Солнца и моментом, когда центр солнечного диска находится на 12⁰ ниже истинного (астрономического) горизонта.

Незадолго до восхода или заката Солнца и в период сумерек наблюдается изменение цвета неба – вечерняя или утренняя заря. При этом цвет неба при заходе Солнца в западной части горизонта изменяется от золотисто – желтого до красного и после захода Солнца в оранжевый и пурпурный. Заря заканчивается при опускании центра солнечного диска под горизонт на 6⁰ .

Интенсивность красок зари зависит от содержания пыли и влаги в атмосфере и, чем оно больше, тем интенсивнее окрашено небо. Особенно богатые кранным цветом зори бывают после извержений вулканов и от дыма лесных пожаров.

б) Мираж.

Мираж – это появление мнимых изображений объектов, находящихся на значительном уровне за горизонтом видимости (островов, кораблей, оазисов) или появление перевернутых изображений видимых предметов.

Миражи возникают в районах с неравномерным распределением температуры и влажности воздуха. Различают три вида миража – верхний, нижний и боковой.

Верхний мираж наблюдается при наличии приземной инверсии и быстрого чем обычно уменьшения плотности воздуха с высотой. Переходя из слоя в слой лучи от предмета испытывают преломление, искривляются выпуклостью вверх и достигают глаза наблюдателя. Изображение предмета получается выше его действительного положения. (рис 2)

Нижний мираж наблюдается при сильном прогреве приземного воздуха, когда вертикальный температурный градиент γ 3⁰ / 100м. (плотность воздуха растет с высотой). В этом случае световые лучи искривляются выпуклостью вниз и наблюдателю кажется, что предмет перевернут и отражается от водяной поверхности.

Боковой мираж возникает, когда слои с одинаковой плотностью наклонены к земной поверхности т.е. наблюдается резкое изменение температуры воздуха в горизонтальном направлении. Боков мираж наблюдается иногда у сильно нагретых скал.

в) Оптические явления в облаках и туманах.

К таким явления относятся гало, венцы и радуги.

Гало - это цветовой круг вокруг Солнца или Луны. Он образуется при ледяных перисто – слоистых облаках и иногда при сильном морозе в ледяном тумане у поверхности Земли.

Венцы – возникают около Солнца или Луны, когда светила просвечивают сквозь капельно – жидкие высококучевые облака. Их радиус значительно меньше чем у Гало. Венцы примыкают к дискам светил и имеют радужную окраску – красный цвет с внешней стороны.

Радуга – наблюдается на фоне облаков, из которых выпадают осадки. Цвета в радуге располагаются как и в венцах: по внешнему краю – красный, по внутреннему синий или фиолетовый. Образование радуги является следствием преломления, отражения и дифракции света в каплях дождя.

г) Видимость.

Видимость характеризуется величиной, которая называется дальность видимости – максимально возможная дальность обнаружения объектов и огней в море и на суше.

Различают геометрическую (географическую) дальность видимости и оптическую.

Геометрическая дальность видимости определяется кривизной Земли и зависит от высоты глаза наблюдателя и высоты наблюдаемого объекта. Она используется при определении расстояния судна до маяка или других предметов, высоты над уровнем моря, которые указаны в навигационных пособиях и морских картах.

Оптическая видимость зависит от прозрачности, интенсивности рассеянного света, степени поляризации, синевы неба, солнечного ореола и объективных способностей зрения – глаза. Она не может быть достаточно точным критерием дальности видимости, поэтому в службе погоды вводят упрощенную метеорологическую видимость.

Метеорологическая дальность видимости – это наибольшее расстояние, с которого в светлое время суток можно различить на фоне неба вблизи горизонта черный объект с угловыми размерами более 15 угловых минут.

На судах видимость определяется по 10 бальной шкале. Объекты должны быть видимы при плавании вблизи берегов с верхнего мостика по углам 5 – 6⁰ к горизонту.

В открытом море, при отсутствии в поле зрения каких-либо объектов видимость оцениваются по поверхности морю или по четкости линии горизонта. Ночью видимость определяется по сигнальным огням. Импульсные сигнальные источники лучше обнаруживаются.