Огни Святого Эльма и миражи, полярное сияние и радуга, небесные венцы и ореолы… Эти и другие атмосферные явления на протяжении многих столетий оставались для людей загадкой, чудесной и пугающей, которую часто толковали как знамение.
В настоящее время все эти явления получили научное объяснение. Например, миражи. При необычном распределении плотности в нижних слоях воздуха может происходить аномальная рефракция (преломление) света. В этом случае кроме реальных предметов видны также мнимые их изображения - миражи. Многие путешественники становились их жертвами. Миражи бывают разные, в зависимости от того, в каком направлении увеличивается или уменьшается плотность воздуха. Пустынный мираж - это так называемый нижний мираж. Он возникает, когда над раскаленной поверхностью в результате интенсивных восходящих движений плотность воздуха в приземном слое с высотой начинает возрастать. Тогда траектория луча оказывается выпуклой вниз, и изображение дальнего предмета может быть видно ниже его реального положения, причем вверх ногами. В давние времена путники, для того чтобы убедиться, видят ли они мираж или реальные предметы, разжигали костер: если в пустыне было хотя бы небольшое движение воздуха, то стелющийся по земле дым быстро разгонял мираж. Существуют боковые и верхние миражи. Верхние миражи чаше возникают в полярных районах.
Изображения далеких предметов кажутся иногда колеблющимися. Лучше всего это видно ночью, мерцающие звезды меняют яркость, а иногда и цвет. Происходит это из-за того, что температура перемещающегося воздуха и его плотность изменяются в атмосфере, благодаря чему меняется показатель преломления воздуха.
Часто такое происходит в результате усиления ветра в слое под тропопаузой, поэтому мерцание звезд может служить признаком надвигающейся смены погоды.
Голубой цвет неба тоже не случаен. Это результат рассеяния солнечного света на молекулах газа, которые в силу своего размера из всего солнечного спектра лучше рассеивают голубые лучи. Чем безоблачнее и чище от примесей небо, тем более голубой цвет оно имеет, поскольку голубые лучи, многократно рассеянные молекулами газа, начинают преобладать над остальными. Синими в морозный солнечный день видятся тени на снегу, освещенные рассеянным светом неба. На фоне далеких черных гор освещенный солнцем воздух тоже кажется голубоватым. С высотой уменьшается количество рассеивающих частиц, цвет неба становится темнее, переходя постепенно к густо-фиолетовому и черному.
Диск Солнца нам видится желтым. Это объясняется тем, что энергия разных длин волн видимого излучения Солнца по мере прохождения сквозь уменьшается неравномерно. Быстрее всего это происходит у наиболее коротких волн - синих и фиолетовых. Чем длиннее путь света через атмосферу, тем больше его рассеяние. Поэтому, чем ниже Солнце стоит над , чем больше толща атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, «теряя» короткие волны, тем более желтым оно нам видится. Если в воздухе много пыли или капель и кристаллов, то у горизонта цвет Солнца может приближаться к красному. Удивительны цвета зари - от золотисто-желтого до пурпурного. Заря - совокупность световых явлений, связанных с восходом или закатом Солнца. Заря - это сложное сочетание процессов рассеяния, преломления, дифракции лучей солнечного света в различных . Краски зари и их интенсивность зависят от содержания частиц пыли и в атмосфере. При сильных вулканических извержениях в атмосферу попадает огромное количество пыли и пепла. Такие частицы усиливают рассеяние солнечного света и обусловливают необычайно яркие зори. Примером может служить Кракатау () в 1883 г., когда огромные массы вулканического пепла были подняты на высоту свыше 50 км. Воздушными течениями они были разнесены по всему земному шару и больше года вызывали аномально светлые и продолжительные зори. В части небосвода, противоположной закату Солнца, наблюдается противозаря. Там также происходит смена цветовых тонов от пурпурных до фиолетовых. С наступлением сумерек в этой части небосвода появляется тень Земли серо-голубого цвета. На темном небе, после окончания или перед началом астрономических сумерек, можно наблюдать явление зодиакального света. Это нежное сияние над невидимым Солнцем в форме наклонного конуса, направленного по эклиптике. Предполагают, что зодиакальный свет - результат рассеяния солнечного света космической (метеорной) пылью.
Явление «зеленого луча» объясняется рефракцией - преломлением света. Увидеть «зеленый луч» считается хорошей приметой. «Зеленый луч» - кратковременная вспышка зеленого цвета на верхней границе солнечного диска. Это явление наблюдается при восходе или заходе Солнца и объясняется атмосферной рефракцией, которая как бы приподнимает светило над горизонтом. С уменьшением длины волны влияние рефракции усиливается, поэтому получается, что «зеленое» Солнце заходит чуть позже «красного» и мы видим «зеленый луч». Радуга - цветная дуга с центром в точке, противоположной Солнцу. Радуга появляется на фоне дождя или дождевого облака. Радуг может быть несколько. Внешняя часть главной радуги (радиусом 42°) имеет красный цвет, за ним следуют оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Над главной радугой бывает и вторая, с обратным расположением цветов. Явление радуги объясняется преломлением света в сравнительно крупных каплях воды.
Гало - светлые, преимущественно окрашенные круги или дуги, светлые столбы или пятна около Солнца или Луны. Гало возникает в случаях, когда преломление света происходит не в каплях, а в кристаллах льда, находящихся, например, в перисто-слоистых облаках. Чаще всего наблюдается гало с угловым радиусом 22° - светлый круг вокруг диска Солнца или Луны. С внутренней стороны гало имеет наиболее яркую окраску и может приобретать красноватый оттенок, переходящий к внешнему краю в желтый и голубоватый, а затем в белесый, сливаясь с окраской неба. Реже бывает виден больший круг с угловым радиусом 46°. Иногда возникает также и белый горизонтальный круг, зачастую охватывающий все небо. На его пересечении с вертикальным малым кругом могут появляться ложные солнца и луны.
Венцы (называемые также ореолом) могут наблюдаться вокруг Солнца или Луны в полупрозрачных облаках (высококучевых или высокослоистых). Эти светлые круги, яснее всего в которых различимы красный и зеленый цвета, примыкают близко к диску светила. Венцы могут располагаться в виде нескольких вложенных друг в друга колец. Такое оптическое явление вызвано дифракцией (от лат. diffractus - разломанный) света на мельчайших капельках воды облаков или туманов. Это явление может наблюдаться и при искусственных источниках света.
Цветной венец может образоваться вокруг тени, отбрасываемой самолетом на нижележащие облака, или тени человека на росистом лугу. Такую разновидность венцов называют глория. «Броккенским призраком» (по имени горы Броккен в Саксонии) прозвали глорию, возникшую вокруг тени головы наблюдателя на близкой поверхности облачной гряды или на стене (это чаще всего происходит в горах). Искажение расстояния до тени дает эффект гигантской призрачной фигуры, вокруг головы которой могут возникать цветные кольца.
Полярное сияние - эффектное, со сполохами свечение неба. Оно нередко наблюдается в высоких широтах Северного и Южного полушарий. Полярное сияние возникает благодаря люминесценции (свечению) разреженного воздуха на высотах от нескольких десятков до сотен километров. В период возмущений магнитного поля Земли заряженные частицы (электроны и протоны), движущиеся вдоль магнитных силовых линий, вторгаются в атмосферу, опускаясь до высот 100 - 150 км. Там они начинают сталкиваться с атомами и молекулами атмосферного газа, которые, возбуждаясь, в свою очередь излучают свет. Полярное сияние наблюдается одновременно в обоих полушариях на всех долготах в полосе шириной около 100 км и меньше. Наиболее частая повторяемость этого явления зафиксирована в полосе 20 - 25° от полюсов. Именно здесь магнитные силовые линии входят в атмосферу. Бывают и исключения. Так, в 1872 г. жители города Переславля наблюдали необыкновенное полыхающее небо.
Быстрые изменения окраски, интенсивности и положения полярного сияния создают неповторимые по красоте картины, бегущие по небу. Формы полярного сияния разнообразны - дуги, лучи, ленты, короны и общее свечение. Наиболее часто полярное сияние окрашено в голубовато-белые или желто-зеленые тона, реже в красные и фиолетовые. Его продолжительность может составлять от десятков минут до нескольких суток.
Огни святого Эльма - еще одно явление, связанное с электрическими свойствами атмосферы. Оно во все времена пугало суеверных моряков, а это всего лишь разряды в виде светящихся пучков, которые возникают на острых концах высоких предметов (мачт, башен и т. д.) при очень большой напряженности электрического поля в атмосфере (при , пыльных бурях). Это «странное» явления периодически наблюдалось в грозовую погоду в виде свечения над средневековыми башнями церкви Святого Эльма, отсюда и получило свое название «огни Святого Эльма». В древние времена возникающее вокруг башен и корабельных мачт свечение в виде пучков часто принимали за недобрый знак судьбы.
Шаровая молния - это светящийся шар диаметром в десятки сантиметров. Он перемещается вместе с движением воздуха и может взрываться при соприкосновении с наземными предметами. По некоторым предположениям, источник зарождения шаровой молнии - раскаленный канал обычной молнии, а ее состав - неустойчивые соединения азота и кислорода, на образование которых требуются большие затраты энергии. При охлаждении до некоторой критической температуры вещество шаровой молнии мгновенно распадается на азот и кислород с выделением поглощенной энергии, в результате чего происходит взрыв.
Погода может быть хорошей или плохой, однако ее аномалии зачаровывают нас всегда. Мы выбрали самые необычные природные явления, которые случаются по всему земному шару и наблюдаются крайне редко.
(Всего 19 фото и видео)
Брайникл (палец смерти)
Мы привыкли видеть сосульки, свисающие с крыш. Однако в Арктике есть особые сосульки, которые висят под водой и несут смертельную опасность для обитателей океанского дна. Это явление было обнаружено почти 30 лет назад, однако заснять процесс его рождения удалось только в 2011 году команде канала BBC.
Образование этой незаурядной сосульки легко объясняется наукой. Соленая морская вода замерзает несколько иначе и превращается не в ледяную твердь, а во что-то похожее на пористую мокрую мочалку. Айсберги буквально пронизаны небольшими каналами, заполненными соленой водой.
В северных широтах температура воздуха на поверхности может быть –20 градусов по Цельсию, температура же воды значительно выше - около –2 градусов. Тепло от океанической воды поднимается вверх и подтапливает айсберг, образуя новый лед. Соль из этого льда концентрируется в насыщенный солевой раствор и выходит через мелкие каналы в океан. Плотность рассола выше, а температура ниже, поэтому он устремляется ко дну непрерывным потоком и замораживает вокруг себя морскую воду. За несколько часов поток покрывается тонкой ледяной коркой, внешне напоминающей сталактит.
Достигнув дна, «палец смерти» не останавливается, а продолжает распространяться по дну. За 15 минут такая структура способна уничтожить все неспешные живые организмы на площади в несколько метров. Именно за это роковую сосульку и назвали «ледяным пальцем смерти».
Трубчатые облака
Существует большое количество облаков, которые имеют особенную форму и особые причины возникновения. Странными и необычными выглядят вымяобразные, или трубчатые, облака. Они похожи то ли на срезы труб, то ли на множество подвешенных шаров, оттенок которых меняется от белого к иссиня-серому. Цвет зависит от толщины облака.
Как же они получаются? Обычно у облаков плоское основание. Теплый влажный воздух остывает и конденсируется в капельки воды. Это происходит при определенной температуре, а ее понижение в атмосфере связано с высотой над уровнем моря. Капли растут и формируют непрозрачное облако.
Однако при особых условиях (влажный воздух вверху и сухой внизу) в атмосфере начинают формироваться облачные карманы, заполненные бoльшими капельками воды или даже кристалликами льда, которые под своей тяжестью буквально проваливаются в чистый воздух. Такое поведение облаков связано с турбулентным движением воздушных масс. А турбулентное движение воздуха свидетельствует о соседстве мощного грозового фронта.
Как и любые рельефные поверхности, трубчатые облака особенно эффектны при режимном освещении, в часы заката или рассвета. В основном они наблюдаются в тропиках, но появляются и в более северных широтах.
Туманная радуга
Туманная радуга - это еще одно оптическое явление в атмосфере, похожее на хорошо известную всем радугу. Явление представляет собой широкую блестящую белую дугу. Однако этот вид радуги окрашен нейтрально, и увидеть его можно не во время дождя, а во время тумана.
Для возникновения туманной радуги требуются строгие условия. Капельки воды, из которой образован туман, должны иметь определенный размер - около 0,02 мм. Однако из-за дифракции света расщепленный спектр смешивается и получается равномерный белый цвет.
По причине краевых эффектов внутренний радиус радуги может быть окрашен в фиолетовый цвет, внешний же имеет оранжевый оттенок.
Молнии Кататумбо
Молнии - природное явление, которое возникает на северо-западе Венесуэлы, где одноименная река впадает в озеро Маракайбо. Над местом впадения наблюдается регулярная грозовая активность: молнии в облаках есть почти 200 дней в году, непрерывные грозовые сессии длятся около 10 часов.
Именно тут теплые и влажные воздушные массы с Карибского моря встречаются с холодным воздухом, который спускается с Анд, в результате чего образуются завихрения. Разлагающаяся органика многочисленных болот выделяет в атмосферу газ метан. Он улучшает электрическую проводимость в облаке, вследствие чего возникает молния.
Долгое время данное место служило ориентиром для мореплавателей - его видно с расстояния больше 400 км. Правительство Венесуэлы хочет сделать уникальную локацию памятником всемирного наследия ЮНЕСКО. Считается, что это самый крупный природный генератор озона.
Лунная радуга
Это явление гораздо проще увидеть в фэнтезийном квесте, чем наяву. Требуется множество факторов: полная Луна должна находиться невысоко, небо при этом должно быть темным, а напротив светила должен располагаться мощный водопад или идти дождь.
И все равно лунную радугу вы увидите полностью белой. Дело в том, что даже при самых лучших условиях ее яркость крайне мала и физиология человека позволяет увидеть только белую радугу.
Тут на помощь может прийти современная камера, которая снимает на длинной выдержке. Экспозиция в 15-30 секунд позволит сенсору собрать достаточно света, и радугу можно будет рассмотреть уже цветной, но только на фотографии.
Глория - еще одно явление, связанное с дифракцией света в капельках облака или тумана. Этот феномен погоды можно обнаружить лишь тогда, когда источник света находится за спиной, а отраженный от облака свет возвращается прямо к наблюдателю. Глорию можно наблюдать в горах как собственный силуэт или же во время перелета как тень самолета на облаке.
Радужное гало вокруг собственной тени трактовалось буддистами как степень просветления человека. Кажущаяся огромной и живой тень тревожила немцев, поднявшихся в горы.
Прибрежное капучино
Море может превратиться в пену в любой части планеты, однако чаще всего это происходит в южном полушарии. За несколько минут все побережье, дома и шезлонги исчезают во внезапно появившейся пене, которая медленно растворяется на песке.
Для появления пены в морской воде должно быть большое скопление водорослей, соли и некоторых отходов. Эти составляющие выступают как поверхностно-активные вещества (вроде шампуня в вашей ванной) и снижают поверхностное натяжение на границе раздела воды и воздуха. Ну а сильным течениям и ветру ничего не стоит взбить все ингредиенты в обильную пену и вынести ее навстречу ошарашенным купающимся.
Пока пенообразование бывает лишь изредка. А вот с дальнейшим загрязнением океана оно может приобрести постоянный характер.
Спрайты, эльфы и «синие струи»
Кроме молний, которые мы видим с Земли, над грозовыми облаками происходят мощнейшие вспышки, направленные в космос. Они подразделяются на красные спрайты, «синие струи» и эльфы. Форма и цвет вспышек зависят от высоты, на которой они происходят.
В отличие от молний, эти вспышки характеризуются ярко выраженным синим или красным цветом и покрывают расстояния до 100 км в длину и в диаметре. Это делает их элементом космической погоды, так как в данных областях зарождаются северные сияния и летают метеоры.
Явление это слабо изучено по одной причине: с Земли можно наблюдать вспышки лишь на небольшой высоте. Сейчас ведется их изучение с МКС. По некоторым сведениям, сильные выбросы электричества могут «выгонять» озон из защитного слоя.
Водяной смерч
Водяные смерчи выглядят как небольшие торнадо из воды и, как правило, они возникают под облаком над водной поверхностью. Хотя со стороны может показаться, что из воды буквально высасывается жидкость, смерч расположен над поверхностью и состоит из капель воды, образовавшихся при конденсации.
Изредка случаются сильные водяные смерчи, но в большинстве своем они слабые и вызваны столкновением атмосферной динамики, что формирует вихрь.
Огненный смерч
Этот природный феномен появляется крайне редко и при определенных условиях окружающей среды (температура, воздушные потоки). Он возникает, когда столб горячего, восходящего воздуха взаимодействует с огнем на земле или становится его причиной. Представляет собой вертикальный водоворот огня в воздухе.
Утренняя глория
Утренняя глория - редкое метеорологическое явление, «грозовой воротник», который формируется на границе наступающего холодного фронта. Нисходящий поток воздуха вынуждает теплый влажный воздух подниматься и охлаждаться - в результате он остывает ниже точки росы и превращается в облако.
Это происходит по всей протяженности фронта: облако получается длиной до 1000 км и к тому же вращается вокруг продольной оси. Скорость перекатывания облака может достигать 60 км/ч, что предвещает шквальный ветер и плохую погоду в направлении движения «воротника».
По характеру происхождения утреннюю глорию можно считать торнадо, который лежит на боку. Она регулярно появляется осенью на севере Австралии, изредка в других частях света.
Вулканические молнии
Вулканическая активность обеспечивает очень «питательную» среду для впечатляющих разрядов, причем несколькими способами. Невероятное количество выбрасываемой вулканической пыли и газа создает плотный поток заряженных частиц.
Это вызывает электростатическую ионизацию и, как следствие, очень мощные и очень частые молнии, которые стараются нейтрализовать заряд. Наблюдается два типа таких молний: 1) бьющие из кратера и связанные с электрическими процессами в магме, 2) происходящие в облаках и связанные с трением вулканического пепла.
Впрочем, процессы грозообразования у вулканов очень сложные и зависят от множества факторов: температуры, высоты извержения, дисперсности пыли и ее состава. Из-за большого числа твердых частиц вулканического пепла такие грозы также называют грязными.
· Гроза – атмосферное явление, связанное с развитием мощных кучево-дождевых облаков, сопровождающееся многократными электрическими разрядами между облаками и земной поверхностью, звуковыми явлениями, сильными осадками, нередко с градом. Часто при грозе наблюдается усиление ветра до шквала, а иногда может появиться и смерч. Грозы зарождаются в мощных кучевых облаках на высоте 7–15 км, где наблюдаются температуры ниже – 15–20 0 С. Потенциальная энергия такого облака равна энергии взрыва мегатонной термоядерной бомбы. Электрические заряды грозового облака, питающие молнии, равны 10–100 Кл и разнесены на расстояния от 1 до 10 км, а электрические токи, создающие эти заряды, достигают 10–100 А.
· Молнии представляют собой гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающийся громом. Чаще молния возникает в кучевых дождевых облаках, но иногда в слоисто-дождевых облаках и смерчах. Они могут проходить в самих облаках, ударять в землю, а иногда (один случай из 100) может проходить разряд от земли к облаку. Большинство молний линейные, но наблюдаются и шаровые. Молния характеризуется токами в десятки тысяч ампер, скоростью 10 м/с, температурой более 25000 0 С и длительностью от десятых до сотых долей секунды.
· Шаровая молния , образующаяся нередко вслед за ударом линейной молнии, обладает большой удельной энергией. Длительность существования шаровой молнии составляет от нескольких секунд до минут, а ее исчезновение может сопровождаться взрывом, разрушая стены, дымоходы при попадании в дома. Шаровая молния может проникнуть в помещение не только через открытое окно, форточку, но и через ничтожную щель или пробить стекло.
Молнии могут быть причиной тяжелых поражений и гибели людей, животных, пожаров, разрушений. Чаще прямым ударам молнии подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями. Например, неметаллические дымовые трубы, башни, пожарные депо и строения, одиночные деревья, стоящие на открытой местности. Часто молния поражает людей, не оставляя следов, может вызвать мгновенное трупное окоченение. Иногда молния, проникнув в помещение, снимает позолоту с картинных рам, обоев.
Опасны прямые удары молнии в воздушные линии связи с деревянными опорами, так как электрические заряды с проводов могут попасть на оконечную аппаратуру, вывести ее из строя, вызвать пожары, гибель людей. Прямые удары молнии опасны для линий электропередач, самолетов.
Чаще молния поражает людей, животных и растения на открытых местах, реже – в помещениях, еще реже в лесу под деревьями. В автомобиле человек лучше защищен от удара молнии, чем вне него. Дома с центральным отоплением и водопроводом лучше всего защищены от удара молнии. В частных домах надо заземлять металлическую крышу.
· Град – атмосферные осадки, обычно в теплое время года, в виде частичек плотного льда диаметром от 5 мм до 15 см, выпадающие вместе с ливневым дождем при грозе. Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству, разрушая парники, теплицы, уничтожая растительность.
· Засуха – комплекс метеорологических факторов в виде продолжительного отсутствия осадков в сочетании с высокой температурой и понижением влажности воздуха, приводящий к нарушению водного баланса растений и вызывающий их угнетение или гибель. Засухи различают весенние, летние и осенние. Особенность почв в РБ такова, что осенние и летние засухи, даже небольшой длительности, приводят к резкому падению урожая, к лесным и торфяным пожарам.
· Продолжительные дожди и ливни также являются для РБ опасным стихийным бедствием. Переувлажнение почвы ведет к гибели урожая. Особенно опасны продолжительные дожди во время уборки урожая.
· Продолжительный дождь – жидкие атмосферные осадки, выпадающие непрерывно или почти непрерывно в течение нескольких суток, которые вызывают паводки, затопление и подтопление. В отдельные годы такие дожди наносят огромный ущерб экономике.
· Ливень – кратковременные атмосферные осадки большой интенсивности, обычно в виде дождя или мокрого снега.
Кроме выше названных в Республике Беларусь часто имеют место и такие опасные явления как гололед, на дорогах гололедица, заморозки, туман, сильный снегопад и др.
· Гололед – слой плотного льда, образующийся на земной поверхности и на предметах при намерзании переохлажденных капель дождя или тумана. Во время гололеда обычно происходят многочисленные дорожно-транспортные происшествия, а пешеходы получают различные травмы и увечья при падении. В РБ ежегодно получают травмы 780000 человек, из них 15% дети.
· Туман – скопление продуктов конденсации в виде капель или кристаллов, явление взвешенных в воздухе, непосредственно над поверхностью земли. Данное явление сопровождается значительным ухудшением видимости. В Республике Беларусь туман в летнее время бывает часто и является причиной роста дорожно-транспортных происшествий. Прекращение авиаперелетов из-за тумана наносит значительный экономический ущерб.
Основные метеорологические величины. Атмосферные явления.
К метеорологическим величинам относятся – температура, давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра, облачность, количество осадков, метеорологическая дальность видимости.
Атмосферные явления – это физические процессы, которые сопровождаются резким качественным изменением состояния атмосферы (дождь, снег, иней, радуга, гроза, полярное сияние, мираж и т.д.)
Погода – это совокупность метеорологических величин и атмосферных явлений в данный момент или промежуток времени в данном месте.
Климат – это многолетний режим погоды в данном географическом районе.
Метеорологические величины :
Температура (воздуха, почвы, воды) – это характеристика теплового состояния тела, мера нагретости тела.
Воздух, как и всякое тело, всегда имеет температуру, отличную от абсолютного нуля. Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно изменяется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна. У земной поверхности температура воздуха варьирует в довольно широких пределах: крайние ее значения, наблюдавшиеся до сих пор, немного ниже +60 °С (в тропических пустынях) и около -90 °С (на материке Антарктиды).
С высотой температура воздуха изменяется в разных слоях и в разных случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10-15 км, затем растет до 50-60 км, потом снова падает и т. д.
Температура воздуха, а также почвы и воды в системе СИ выражается в градусах международной температурной шкалы , или шкалы Цельсия (°С), общепринятой в физических измерениях. Нуль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лед, а 100°С-на температуру кипения воды (то и другое при давлении 1013 гПа).
Наряду со шкалой Цельсия широко распространена (особенно в теории) абсолютная шкала температуры (шкала Кельвина). Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению движения молекул, т.е. самой низкой температуре. По шкале Цельсия это будет –273,1°С. Единица абсолютной шкалы, называемая Кельвином, равна единице шкалы Цельсия: 1К = 1°С. По абсолютной шкале температура может быть только положительной, т.е. выше абсолютного нуля. В формулах температура по абсолютной шкале обозначается через Т, а температура по Цельсию – через t .
Для перехода от температуры по Цельсию к температуре по Кельвину используется формула:
ТК = t°С+273,1
Еще одна температурная шкала, которая применяется, в частности, в США,предложенная Г. Фаренгейтом в 1724, – шкала Фаренгейта, 1 градус которой (1 °F) равен 1 / 180 разности температур кипения воды и таяния льда, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением
t °С = 5 / 9 (t °F-32),
Таким образом, градус Фаренгейта почти вдвое меньше градуса стоградусной шкалы и нули у этих шкал не совпадают.
Нуль по шкале Фаренгейта соответствует температуре -17.8° по стоградусной шкале
Давление – сила гидростатического давления воздуха. приходящаяся на единицу площади.
Атмосферное давление измеряется весом вышерасположенного столба воздуха на единицу горизонтальной поверхности. Общая масса атмосферы, которой она давит на поверхность Земли, составляет 5,15*1015 т.
Со времен Торичелли (ХУ11) давление воздуха измеряют высотой ртутного столба в миллиметрах или дюймах, когда в практику стали вводиться различные расчетные методы анализа и прогноза состояния атмосферы, оказалось, что линейная мера – миллиметры. не связанная с физической сущностью давления как силы, крайне неудобна. Поэтому в 20-х гг. норвежским метеорологом В.Бьеркенсом была предложена новая единица для измерения атмосферного давления – миллибар (мбар).
Миллибар – это единица атмосферного давления, равная 1000 дин на 1 см 2 (1 дин – сила, которая сообщает массе в 1 г ускорение движения в 1 см/с 2).
В миллибарах нормальное давление (среднее давление на уровне моря на широте 45° при температуре воздуха 0°С) составляет 1013,25 мбар или 760 мм рт.ст., а за стандартное давление принимается 1000 мбар или 750 мм.рт.ст.
В настоящее время в системе единиц (СИ) давление измеряют в Паскалях (Па). Паскаль – давление, вызываемое силой в 1 Н, равномерно распределенное по площади 1 м 2 , 100 Па = 1гПа. Один гектопаскаль численно равен одному миллибару.
Единицы измерения давления: гПа, мб, мм.рт.ст.
[P] = = [Па],
1гПа = 100Па = 1мб
1мм.рт.ст. = 4/3 =1 ,333 гПа
1гПа = ¾ = 0,75мм.рт.ст
Влажность воздуха
Одной из составляющих воздуха атмосферы является пар. Его большее или меньшее количество в воздухе определяет влажность или сухость климата, условия жизни человека и роста растений.
Поглощая большую часть собственного излучения земли и передавая часть полученного тепла подстилающей поверхности, образуя встречное излучение, водяной пар уменьшает интенсивность охлаждения подстилающей поверхности, когда нет поступления солнечной радиации. Следовательно, чем больше содержится водяных паров в атмосфере, тем медленнее понижается температура подстилающей поверхности, а отсюда и окружающего воздуха после захода солнца. А так как повышенная влажность воздуха, как правило, наблюдается при приближении теплого фронта или циклона, то повышение температуры воздуха вечером является одним из признаков ухудшения погоды.
Конденсация водяного г ара на наземных предметах приводит к образованию росы, инея. изморози и т.п. Конденсация водяного пара в приземном слое атмосферы приводит к образованию туманов, которые значительно ухудшают видимость. Конденсация водяного пара в свободной атмосфере приводит к образованию различных форм облаков и осадков. Конденсация и испарение сопровождается выделением и поглощением большого количества тепла, иэто еще увеличивает роль пара в энергетике и термодинамике атмосферы.
Атмосферный воздух, особенно в нижних слоях, всегда содержит некоторое количество водяного пара. При определенной температуре, которая зависит от количества водяного пара, водяной пар в воздухе может достичь насыщения. В этом случае воздух называют насыщенным.
Для характеристики влажности воздуха применяют несколько величин, отражающих:
1. абсолютное содержание водяного пара в воздухе (упругость, абсолютная, удельная влажность),
2. степень близости водяного пара к состоянию насыщения (относительная влажность, дефицит влажности, точка росы).
1. Водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью (давлением). Упругость пара (е) , Па меньше упругости насыщения (Е).
Чем больше разность Е - е, тем суше воздух и интенсивнее испарение.
Абсолютная влажность (а) - масса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, кг/м 3 .
Соотношение между абсолютной влажностью и упругостью водяного пара следующее:
а =2,17*10 -3 е/Т,
где а - абсолютная влажность, кг/м 3 ; е - упругость водяного пара, Па;
Т - температура воздуха, К
Удельная влажность (q) - масса водяного пара, содержащегося в единице массы влажного воздуха, г/кг:
q=622e/P,
где Р- давление воздуха, Па; е - упругость водяного пара, Па.
2. Ощущение сухости или сырости воздуха связано не с абсолютным влагосодержанием (упругостью, абсолютной или удельной влажностью), а с тем, насколько водяной пар близок к насыщению, и характеризуется дефицитом влажности и относительной влажностью.
Дефицит влажности(d), гПа - это разность между упругостью насыщения (Е) при данной температуре и упругостью водяного пара (е), содержащегося в воздухе;
d = Е – е
Относительная влажность (r ), % - отношение массы водяного пара, содержащегося в воздухе к массе водяных паров, необходимых для насыщения воздуха при данной температуре
r=e/E*100
Если количество водяного пара остается тем же, а температура воздуха увеличивается, то относительная влажность уменьшается. Когда температура воздуха понижается, то при неизменном количестве водяного пара в воздухе относительная влажность увеличивается.
Каждому значению температуры воздуха соответствует вполне определенное количество водяных паров, которые будут насыщать воздух, причем чем ниже температура, тем меньшее количество водяных паров требуется для его насыщения.
Температура, до которой нужно охладить воздух при постоянном давлении, чтобы водяной пар, содержащийся в нем, достиг состояний насыщения, называется точкой росы и обозначается греческой буквой τ. Точка росы – важная и удобная характеристика влагосодержания воздуха. В частности, по ней легко судить о вероятности образования тумана. При насыщенном воздухе она совпадает с температурой воздуха, во всех остальных случаях - ниже.
Ветер
В зависимости от распределения атмосферного давления воздух постоянно перемещается в горизонтальном направлении. Это горизонтальное перемещение называется ветром. Скорость и направление ветра все время меняются. Средние скорости ветра у земной поверхности близки к 5-10 м/с. Но иногда, в сильных атмосферных вихрях, скорости ветра у земной поверхности могут достигать и превышать 50 м/с. В высоких слоях атмосферы, в так называемых струйных течениях, регулярно наблюдаются скорости ветра до 100 м/с и более.
К горизонтальному переносу воздуха присоединяются и вертикальные составляющие. Они обычно малы по сравнению с горизонтальным переносом, порядка сантиметров или десятых долей сантиметра в секунду. Только в особых условиях, при так называемой конвекции, в небольших участках атмосферы вертикальные составляющие скорости движения воздуха могут достигать нескольких метров в секунду.
Ветер всегда обладает турбулентностью. Это значит, что отдельные количества воздуха в потоке ветра перемещаются не по параллельным путям. В воздухе возникают многочисленные беспорядочно движущиеся вихри и струи разных размеров. Отдельные количества воздуха, увлекаемые этими вихрями и струями, так называемые элементы турбулентности, движутся по всем направлениям, в том числе и перпендикулярно к общему или среднему направлению ветра и даже против него. Эти элементы турбулентности-не молекулы, а крупные объемы воздуха, линейные размеры которых измеряются сантиметрами, метрами, десятками метров. Таким образом, на общий перенос воздуха в определенном направлении и с определенной скоростью налагается система хаотических, беспорядочных движений отдельных элементов турбулентности по сложным переплетающимся траекториям.
Турбулентный характер движения воздуха можно хорошо видеть, наблюдая за падением снежинок при ветре. Снежинки падают не вертикально вниз и не под одним и тем же углом к вертикали. Они беспорядочно пляшут в воздухе, то взлетая вверх, то опускаясь, описывая сложные петли. Это объясняется именно тем, что снежинки участвуют в движении элементов турбулентности, тем самым делая это движение видимым. Турбулентный характер ветра обнаруживается и при наблюдениях над распространением дыма в атмосфере.
Характеристики ветра – скорость и направление.
Скорость ветра. Измеряется в м/с и км/ч, узлы и баллы шкалы Бофорта..
1м/с = 3,6 км/ч
1 узел = 1 морская миля/час = 0,51 м/с
Шкала Бофорта:
Направление ветра – направление, откуда дует ветер. Выражается в румбах горизонта или угловых градусах.
Облачность В атмосфере в результате конденсации водяного пара образуются скопления продуктов конденсации - капель и кристаллов. Их называют облаками. Облачные элементы-капли и кристаллы-настолько малы, что они уравновешиваются силой трения. Установившаяся скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким долям сантиметра в секунду, а падения кристаллов-еще меньше. При наличии турбулентного движения малые капли и кристаллы длительное время остаются во взвешенном состоянии-несколько смещаются то вниз, то вверх.
Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность воздуха уменьшается, то облака испаряются. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется настолько, что выпадает из облака в виде осадков. Таким путем вода возвращается из атмосферы на земную поверхность.
При конденсации непосредственно у земной поверхности образующиеся скопления продуктов конденсации называют туманами. Принципиальной разницы в строении облаков и туманов нет. В горах возможны такие случаи, когда облако возникает на самом горном склоне. Для наблюдателя, смотрящего снизу, из долины, явление представится облаком; для наблюдателя на самом склоне-туманом. Облака существуют иногда очень короткое время. Например, время существования отдельного кучевого облака может исчисляться 10-15 мин. Но даже когда облако существует длительное время, это не означает, что оно находится в неизменном состоянии. В действительности элементы облака постоянно испаряются и возникают заново. Длительно существует определенный процесс облакообразования; облако же является только видимой в данный момент частью общей массы воды, вовлекаемой в этот процесс. Это особенно заметно при образовании облаков над горами. При непрерывном перетекании воздуха через гору он адиабатически охлаждается при подъеме настолько, что на некоторой высоте возникают облака. Эти облака кажутся неподвижно привязанными к гребню хребта. Но в действительности они перемещаются вместе с воздухом и все время испаряются в передней части, где перетекающий воздух начинает опускаться, и заново образуются в тыловой части из водяного пара, поступающего с поднимающимся воздухом.
Взвешенность облаков также обманчива. Если облако не меняет своей высоты, то это еще не означает, что составляющие его элементы не выпадают. Капли в облаке могут опускаться, но, достигая нижней границы облака, они переходят в ненасыщенный воздух и здесь испаряются. В результате облако будет казаться длительно находящимся на одном уровне.
Метеорологическая дальность видимости
Отдаленные предметы видны хуже, чем близкие, не только потому, что уменьшаются их видимые размеры. Даже и очень большие предметы на том или ином расстоянии от наблюдателя становятся плохо различимыми вследствие мутности атмосферы, сквозь которую они видны. Эта мутность обусловлена рассеянием света в атмосфере. Понятно, что она увеличивается при возрастании аэрозольных примесей в воздухе.
Метеорологическая дальность видимости является одной из характеристик прозрачности атмосферы, и ее следует отличать от реальной дальности видимости различных объектов, которая зависит не только от прозрачности атмосферы, но и от цвета объектов, их размеров, удаленности от пункта наблюдений, освещенности и фона.
Метеорологической дальностью видимости называется то наибольшее расстояние, с которого в светлое время суток можно обнаружить на фоне неба вблизи горизонта (или на фоне воздушной дымки) абсолютно четкое тело достаточно больших угловых размеров (больше 15 угловых минут).
Дальность видимости чаще всего определяется на глаз по определенным, заранее выбранным объектам (темным на фоне неба), расстояние до которых известно. Но имеется и ряд фотометрических приборов для определения видимости.
В очень чистом воздухе, например арктического происхождения, дальность видимости может достигать сотен километров. Рассеяние света в таком воздухе производится преимущественно молекулами атмосферных газов. В воздухе, содержащем много пыли или продуктов конденсации, дальность видимости может понижаться до нескольких километров и даже до метров. Так, при слабом тумане дальность видимости составляет 500-1000 м, а при сильном тумане или сильной песчаной буре может снижаться до десятков и даже нескольких метров.
Атмосферные явления
Как уже было сказано, атмосферные явления – это осадки (дождь, снег, морось, град), роса, иней, гололед, туман, мгла, дымка, пыльная буря, гроза, смерч и т.д.
Осадки, выпадающие из облаков
Дождь - осадки, выпадающие в виде капель. Отдельные капли дождя, падая в воду, всегда оставляют след в виде расходящегося круга, а на сухой палубе - след в виде мокрого пятна.
Обложной дождь - осадки, выпадающие из слоисто-дождевых облаков. Для него характерны постепенное начало и конец, выпадение непрерывное или с короткими перерывами, но без резких колебаний интенсивности, облака при этом в большинстве случаев покрывают все небо сплошным однородным покровом. Иногда слабый и короткий обложной дождь может выпадать и из высокослоистых, слоисто-кучевых и других облаков.
Ливневый дождь - дождь, отличающийся внезапностью начала и конца выпадения, резким изменением интенсивности. Название "ливневый дождь" определяет характер выпадения дождя, а не количество выпавших осадков, которое может быть и незначительным. Вид неба при ливневом дожде; облака преимущественно кучево-дождевые, иногда иссиня-свинцового цвета, имеют место временные прояснения. Ливневый дождь часто сопровождается грозой.
Морось - осадки, выпадающие в виде очень мелких капелек. Капельки настолько мелки, что падение их почти незаметно для глаза; они взвешены в воздухе и участвуют даже в слабом его движении. Морось не следует смешивать со слабым дождем, капли которого хотя и очень малы, но падение их можно наблюдать: капли же мороси медленно оседают и падение их незаметно. При мороси кругов на воде не наблюдается. Морось обычно выпадает из слоистых облаков или тумана.
Снег - осадки в виде отдельных снежных кристаллов или хлопьев, иногда достигающих крупных размеров
Обложной снег - осадки, выпадающие из слоисто-дождевых облаков непрерывно или с короткими перерывами. Облака при этом в большинстве случаев покрывают все небо сплошным однородным покровом. Обложной снег может выпадать также из облаков высокослоистых, слоисто-кучевых, слоистых и др
Ливневый снег - снег, отличающийся внезапностью начала и конца выпадения, резкими колебаниями интенсивности и кратковременностью наиболее сильного его выпадения. Вид неба при ливневом снеге: серые или темно-серые кучево-дождевые облака, чередующиеся с кратковременными прояснениями.
В полярных морях нередко наблюдаются частые, очень короткие, но сильные снегопады, которые называютсяснежными зарядами.
Мокрый снег - осадки, выпадающие в виде тающего снега или снега с дождем.
Снежная крупа - осадки, выпадающие в виде непрозрачных снежных крупинок белого или матово-белого цвета шарообразной формы диаметром от 2 до 5 мм. Крупинки иногда имеют форму конуса с основанием в виде сегмента. Они мелкие, хрупкие и легко раздавливаются пальцами. Снежная крупа выпадает главным образом при температуре около 0° С, часто перед снегом или одновременно с ним. Весной и осенью снежная крупа часто выпадает из кучево-дождевых облаков короткими ливнями при шквалах в холодных воздушных массах.
Снежные зерна - осадки в виде палочекили крупинок, похожих на снежную крупу, но гораздо мельче ее, матово-белого цвета. Диаметр крупинок не превышает 1мм. Снежные зерна выпадают обычно в небольшом количестве и большей частью из слоистых облаков.
Ледяная крупа - осадки, выпадающие в виде небольших ледяных прозрачных крупинок, в центре которых имеется небольшое белое непрозрачное ядро. Диаметр крупинок не превышает 3мм. Крупинки тверды, и чтобы раздавить их, требуется небольшое усилие. При температуре воздуха выше 0° С их поверхность бывает влажной. Ледяная крупа обычно выпадает из кучево-дождевых облаков, часто вместе с дождем, наблюдается главным образом веской и осенью.
Град - осадки, выпадающие в виде кусочков льда разнообразных форм. Ядра градин обычно непрозрачны, иногда окружены прозрачным слоем или несколькими прозрачными и непрозрачными слоями. Диаметр градин - около 5 мм, в редких случаях доходит до нескольких сантиметров. Крупные градины достигают веса нескольких граммов, а в исключительных случаях - нескольких десятков граммов. Град выпадает преимущественно в теплое время года из кучево-дождевых облаков и обычно сопровождается ливневым дождем. Обильный крупный град почти всегда связан с грозой и сильным ветром.
Ледяной дождь - осадки, представляющие собой мелкие, твердые, совершенно прозрачные ледяные шарики диаметром от,1 до 3 мм, образующиеся из дождевых капель при их замерзании в нижних слоях атмосферы. Отличаются от ледяной крупы отсутствием непрозрачного белого ядра.
В школе изучает тему «Оптические явления в атмосфере» 6 класс. Однако она представляет интерес не только для пытливого детского ума. в атмосфере, с одной стороны, объединяют радугу, изменение цвета неба во время рассветов и закатов, не раз виденные всеми. С другой - в их число входят таинственные миражи, ложные Луны и Солнца, впечатляющие гало, в прошлом наводившие ужас на людей. Механизм образования некоторых из них до конца остается непонятным и сегодня, однако общий принцип, по которому «живут» оптические явления в природе, современная физика хорошо изучила.
Воздушная оболочка
Атмосфера Земли представляет собой оболочку, состоящую из смеси газов и простирающуюся примерно на 100 км над уровнем моря. Плотность воздушного слоя меняется по мере удаления от земли: наибольшее ее значение у поверхности планеты, с высотой оно уменьшается. Атмосферу нельзя назвать статичным формированием. Слои газовой оболочки постоянно двигаются, перемешиваются. Меняются их характеристики: температура, плотность, скорость перемещения, прозрачность. Все эти нюансы оказывают влияние на солнечные лучи, устремляющиеся к поверхности планеты.
Оптическая система
Процессы, происходящие в атмосфере, а также ее состав способствуют поглощению, преломлению и отражению световых лучей. Часть их достигает цели — земной поверхности, другая рассеивается или же перенаправляется обратно в космическое пространство. В результате искривления и распада части лучей на спектр и так далее образуются разнообразные оптические явления в атмосфере.
Атмосферная оптика
Во времена, когда наука только зарождалась, люди объясняли оптические явления исходя из сложившихся представлений об устройстве Вселенной. Радуга соединяла человеческий мир с божественным, появление на небе двух ложных Солнц свидетельствовало о приближающихся катастрофах. Сегодня большинство феноменов, пугавших наших далеких предков, получило научное объяснение. Изучением подобных феноменов занимается атмосферная оптика. Оптические явления в атмосфере эта наука описывает, основываясь на законах физики. Она способна объяснить, днем, а во время захода и рассвета меняет цвет, как образуется радуга и откуда берутся миражи. Многочисленные исследования и эксперименты сегодня позволяют понять такие оптические явления в природе, как появление светящихся крестов, Фата-моргана, радужные гало.
Синее небо
Цвет неба настолько привычен, что мы редко задумываемся, почему он такой. Тем не менее физикам ответ хорошо известен. Ньютон доказал, что при определенных условиях раскладывается на спектр. При прохождении атмосферы его часть, соответствующая синему цвету, рассеивается лучше. Красный участок характеризуется большей длинной волны и уступает фиолетовому по степени рассеивания в 16 раз.
При этом небо мы видим не фиолетовым, а голубым. Причина этого кроется в особенностях устройства сетчатки и соотношении участков спектра в солнечном свете. Наши глаза более чувствительны к синему, а фиолетовый участок в спектре светила менее интенсивный, чем синий.
Алый закат
Когда люди разобрались, оптические явления перестали быть для них свидетельством или предзнаменованием грозных событий. Однако научный подход не мешает получать от красочных закатов и нежных рассветов. Яркие красные и оранжевые цвета вместе с розовым и голубым постепенно уступают ночной темноте или утреннему свету. Невозможно наблюдать два одинаковых рассвета или заката. А причина этого кроется во все той же подвижности атмосферных слоев и смене погодных условий.
Во время закатов и рассветов солнечные лучи преодолевают более длинный путь до поверхности, чем днем. В результате рассеянный фиолетовый, синий и зеленый уходят в стороны, а прямой свет окрашивается в красный и оранжевый. Свою лепту в картину заката и рассвета вносят облака, пыль или частички льда, взвешенные в воздухе. Свет преломляется, проходя через них, и окрашивает небо в самые разные оттенки. На противоположном от Солнца участке горизонта нередко можно наблюдать так называемый Пояс Венеры — розовую полосу, разделяющую ночное темное небо и голубое дневное. Красивое оптическое явление, названное в честь римской богини любви, видно перед рассветом и после заката.
Радужный мост
Пожалуй, никакие другие световые явления в атмосфере не вызывают в памяти столько мифологических сюжетов и сказочных образов, сколько связаны с радугой. Дуга или окружность, состоящая из семи цветов, каждому известна с детства. Красивое атмосферное явление, возникающее во время дождя, когда солнечные лучи проходят сквозь капли, завораживает даже тех, кто досконально изучил его природу.
А физика радуги сегодня ни для кого не секрет. Солнечный свет, преломляясь каплями дождя или тумана, расщепляется. В результате наблюдатель видит семь цветов спектра, от красного до фиолетового. Границы между ними определить невозможно. Цвета плавно переходят друг в друга через несколько оттенков.
При наблюдении радуги солнце всегда располагается за спиной человека. Центр улыбки Ириды (так называли радугу древние греки) располагается на линии, проходящей через наблюдателя и дневное светило. Обычно радуга предстает в виде полуокружности. Ее размер и форма зависят от положения Солнца и точки, в которой находится наблюдатель. Чем выше светило над горизонтом, тем ниже опускается окружность возможного появления радуги. Когда Солнце преодолевает отметку в 42º над горизонтом, наблюдатель на поверхности Земли не может увидеть радугу. Чем выше над уровнем моря располагается человек, желающий полюбоваться улыбкой Ириды, тем вероятнее, что он увидит не дугу, но окружность.
Двойная, узкая и широкая радуга
Нередко вместе с основной можно увидеть так называемую побочную радугу. Если первая образуется в результате однократного отражения света, то вторая является результатом двойного. Кроме того, основная радуга отличается определенным порядком цветов: красный располагается на внешней стороне, а фиолетовый — на внутренней, которая ближе к поверхности Земли. Побочный же «мостик» представляет собой обратный по последовательности спектр: фиолетовый оказывается вверху. Происходит так потому, что при двойном отражении из капли дождя лучи выходят под другими углами.
Радуги различаются по интенсивности цвета и ширине. Самые яркие и довольно узкие появляются после летней грозы. Большие капли, характерные для такого дождя, рождают хорошо заметную радугу с отчетливо различимыми цветами. Малые капли дают более расплывчатую и менее заметную радугу.
Оптические явления в атмосфере: полярное сияние
Одно из самых красивых атмосферных оптических явлений — полярное сияние. Оно характерно для всех планет, обладающих магнитосферой. На Земле полярные сияния наблюдаются в высоких широтах обоих полушарий, в зонах, окружающих магнитные полюса планеты. Чаще всего можно видеть зеленоватое или сине-зеленое свечение, иногда дополненное по краям всполохами красного и розового. Интенсивное полярное сияние по форме напоминает ленты или складки ткани, при затухании превращающиеся в пятна. Полосы высотой в несколько сотен километров хорошо выделяются по нижнему краю на фоне темного неба. Верхняя граница полярного сияния теряется в вышине.
Эти красивые оптические явления в атмосфере еще хранят свои тайны от людей: до конца не изучен механизм возникновения некоторых видов свечения, причина возникающего во время резких всполохов треска. Однако общая картина формирования полярных сияний сегодня известна. Небо над северным и южным полюсами украшается зеленовато-розовым свечением, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами верхних слоев земной атмосферы. Последние в результате взаимодействия получают дополнительную энергию и испускают ее в виде света.
Гало
Солнце и Луна нередко предстают перед нами окруженные свечением, напоминающим нимб. Это гало — хорошо заметное кольцо вокруг источника света. В атмосфере чаще всего оно образуется благодаря мельчайшим частичкам льда, составляющим высоко над Землей. В зависимости от формы и размеров кристаллов меняются характеристики явления. Часто гало приобретает вид радужного круга в результате разложения светового луча на спектр.
Интересная разновидность явления носит название паргелий. В результате преломления света в кристаллах льда на уровне Солнца образуется два светлых пятна, напоминающих дневное светило. В исторических хрониках можно встретить описания этого феномена. В прошлом оно часто считалось предвестником грозных событий.
Мираж
Миражи — это тоже оптические явления в атмосфере. Они возникают в результате преломления света на границе между значительно различающимися по плотности слоями воздуха. В литературе описано множество случаев, когда путник в пустыне видел оазисы или даже города и замки, которых быть поблизости не могло. Чаще всего это «нижние» миражи. Они возникают над ровной поверхностью (пустыня, асфальт) и представляют собой отраженное изображение неба, кажущееся наблюдателю водоемом.
Так называемые верхние миражи встречаются реже. Они образуются над холодной поверхностью. Верхние миражи бывают прямыми и перевернутыми, иногда совмещают оба положения. Самым известным представителем этих оптических феноменов является Фата-моргана. Это сложный мираж, совмещающий сразу несколько типов отражений. Перед наблюдателем предстают реально существующие объекты, многократно отраженные и перемешенные.
Атмосферное электричество
Электрические и оптические явления в атмосфере нередко упоминаются вместе, хотя причины их возникновения различны. Поляризация облаков и образование молний связаны с процессами, протекающими в тропосфере и ионосфере. Гигантские искровые разряды формируются обычно во время грозы. Молнии возникают внутри облаков, могут ударять в землю. Они являются угрозой для жизни людей, и это одна из причин научного интереса к подобным явлениям. Некоторые свойства молний до сих пор остаются загадкой для исследователей. Сегодня неизвестна причина возникновения шаровых молний. Как и в случае с некоторыми аспектами теории полярных сияний и миражей, электрические феномены продолжают интриговать ученых.
Оптические явления в атмосфере, кратко описанные в статье, с каждым днем становятся все более понятными для физиков. При этом они, как и молнии, не перестают восхищать людей своей красотой, таинственностью и порой грандиозностью.
