Световые явления в облаках и осадках

Оптические (световые) явления в атмосфере

Различные оптические (световые) явления в атмосфере обусловливаются тем, что световые лучи Солнца и других небесных светил, проходя через атмосферу, испытывают рассеяние и дифракцию. В атмосфере возникает ряд удивительных по красоте оптических явлений: цвет неба, окраска зари, сумерки, мерцание звезд, круги около видимого местоположения Солнца и Луны, радуга, мираж и др. Они, отражая определенные физические процессы в атмосфере, очень тесно связаны с изменением и состоянием погоды и поэтому могут служить хорошими местными признаками для ее предсказания.

Мираж. В определенных условиях при аномальном распределе­нии плотности воздуха лучи света могут претерпевать полное внут­реннее отражение. В этих случаях, кроме предметов в их истинном положении, видны также и их мнимые изображения. Это явление носит название миража.

Миражи различают по их расположению относительно истин­ного положения предмета. Если мнимое изображение располага­ется над предметом, то это верхний мираж, под предметом — чижнии мираж и, наконец, сбоку от предмета — боковой мираж.

Верхние миражи возникают при резком уменьшении плотности воздуха с высотой (при сильных инверсиях), нижние — при боль­ших вертикальных градиентах температуры и неустойчивости стратификации, боковые — при неравномерном распределении плотности на уровне наблюдателя. Верхние и боковые миражи чаще всего наблюдаются в прибрежных водах полярных районов, нижние — в пустынях.

Радуга. Явление радуги объясняется тем, что луч Солнца, падающий на каплю и входящий в нее, испытывает преломление, полное внутреннее отражение и затем снова преломление при

выходе из нее. Преломляясь, луч разлагается на составные цвета, поэтому из капли выходит пучок расходящихся цветных лучей, причем красный луч, как наименее преломляемый, будет располо­жен снизу, а над ним остальные цвета в порядке спектра.

Интенсивность и яркость радуги в значительной степени зави­сят от размеров капель падающего дождя. Большие капли {диа­метром 2 мм) образуют очень четкую и разноцветную радугу с ясным разделением цветов, малые (0,2—0,3 мм) дают менее ясную дугу и очень малые капли (0,05 мм) — белую дугу.

Угловой радиус радуги около 42°. Иногда над первой главной радугой появляется вторая; называемая побочной, с обратным расположением цветов, менее яркая и с угловым радиусом около 52°.

Появление на небе радуги является бесспорным свидетельством выпадения дождя, освещаемого солнечными лучами из-за спины наблюдателя. Прогностического значения этот признак, к сожалению, не имеет, если не считать того, что наличие радуги говорит о кратковременном характере осадков, выпадающих из отдельных облаков со значительными просветами между ними. Утренняя радуга указывает на приближение зоны осадков с запада, которая может захватить наш район. Вечерняя радуга, наблюдаемая на востоке, указывает на то, что зона осадков уже прошла данный район и не предвещает ненастья:(т.99) *

Радуга утром - дело плохое,

Радуга вечером - дело иное.

Гало.

В ледяных облаках верхнего яруса, особенно в перисто-слоистых, в результате преломления и отражения лучей, идущих от Солнца или Луны, возникает ряд оптических явлений, называ­емых гало.

Многообразные формы гало можно разделить на две основные группы:

гало, слегка окрашенные в радужные цвета, причем красный цвет всегда располагается со стороны Солнца и Луны; это круги радиусом 22 и 46°, касательные дуги к ним — ложные солнца; цвет объясняется преломлением света в шестигранных призматических кристаллах облаков;

гало, не имеющие окраски, — горизонтальный круг, столбы, кресты; они образуются в результате отражения света от граней кристаллов.

- Красный цвет Солнца, Луны и других небесных светил указывает на наличие большой влажности, т.е. на близкое наступление сильного ветра и выпадения осадков в ближайшие 6-10 часов.

- Радужные венцы вокруг Солнца и Луны с неяркой окраской, постепенно уменьшающиеся в размерах, - признак приближения теплого фронта или фронта окклюзии: нужно ожидать наступления продолжительной ненастной погоды. И наоборот, венцы вокруг Солнца и Луны с яркой радужной окраской, увеличивающиеся в размерах, - признак наступления ясной, тихой, антициклональной погоды;

- Уменьшение диаметра венца – признак ненастной погоды, увеличение – признак прояснения, прекращения осадков, установления хорошей погоды.

Венцы. При наличии тонкой пелены облаков вокруг Солнца и Луны возникают яркие радужные кольца, носящие название венцов.

Образуются они в результате дифракции света при прохожде­нии через очень малые промежутки между элементами облаков (каплями или кристаллами).

Внутренняя часть венца — ореол непосредственно примыкает к светилу и представляется в виде светлого круга, в котором цвета от голубовато-белого через желтый переходит в красный, распола­гающийся снаружи. К ореолу примыкают концентрические цветные кольца, но менее яркие, чем ореол, — это венцы второго, третьего порядка и т. д.

Размеры венцов бывают от 1 до 10°.

Вокруг искусственных источников света в тумане также возни­кают венцы, причем они имеют более радужные цвета, чем венцы вокруг Солнца и Луны.

Глория — это венец вокруг противосолнечной или противолунной точки. Глории так же, как и венцы, объясняются дифрак­цией.

Метеорологические условия при различных видах атмосферной рефракции. Отрицательная рефракция представляет со­бой довольно редкое явление, но с возможностью ее возникновения необходимо считаться. Такая рефракция может возникнуть при чрезвычайно сильном понижении температуры воздуха с высотой. Аналогичные условия необходимы и при отсутствии рефракции.

Типичные метеорологические условия для пониженной реф­ракции возникают при прохождении теплого влажного воздуха над холодной водной поверхностью при слабом ветре. В результате заметно повышается содержание водяного пара с высотой. Обычно при таких условиях возникает адвективный туман.

Типичные условия для нормальной рефракции создают­ся при длительном движении воздуха над морской поверхностью при слабом и умеренном ветре. В этом случае испарение уравнове­шивается оттоком водяного пара вверх и насыщенность воздуха во­дяным паром приобретает некоторое, почти постоянное значение. Относительная влажность воздуха при этом принимает значение, близкое к 80—90%, а разность температуры воды и воздуха ста­новится близкой к нулю.

В аналогичных условиях, но при скорости ветра 7—8 м/сек, уве­личивается испарение и создается большой перепад упругости во­дяного пара по высоте. В таком случае над морем возникает повышенная рефракция.

Критическая и сверхрефракции возникают при пе­ремещении теплых сухих масс воздуха с континента на более хо­лодную морскую поверхность в летнее время. Вынос такого возду­ха может осуществляться при береговом ветре, в частное ги при бе­реговое бризе. Вследствие малой относительной влажности испа­рение с водной поверхности здесь будет большим, а перемешива­ние воздуха замедленным. В связи с этим упругость водяного пара с высотой резко падает, а температура растет, что обусловливает резкое падение показателя преломления с высотой, а следователь­но, критическую либо сверхрефракцию.

Сверхрефракция может образоваться также и в холодном возду­хе, если его температура не слишком низкая. Это наблюдается при очень малой относительной влажности, когда сильное испарение с водной поверхности, несмотря на большую турбулентность воздуха, не может уравновешиваться перемешиванием и потому упругость водяного пара с высотой резко падает, что в свою очередь вызы­вает быстрое падение показателя преломления фронта.

Заря. Зарей называется цветовая окраска небесного свода при восходе и заходе Солнца.

Местные признаки погоды, связанные с зарей:

яркие и багрово-красные зори, похожие на зарево далекого пожара с мутными оттенками, указывают на большую влажность воздуха и являются признаком ухудшения погоды – приближение циклона, фронта в ближайшие 6-12 часов;

- светло-красное (розовое) небо вечером указывает на маловетреную без осадков погоду;

- мутная желтовато-розовая вечерняя заря – признак вероятного ухудшения погоды.

Преобладание золотистых и розовых тонов зари указывает на малое количество водяных паров в нижних слоях атмосферы. Это наблюдается в тыловой части циклона или в центральной части антициклона, предвещающих ясную, сухую погоду: