Все природные явления в атмосфере. Атмосферные явления - классификация и описание

Язык проекта:

Исследование

Цель

Рассказать про мало известные атмосферные явления.

Оборудование и материалы

• Фотоаппарат
• Картинки из интернета

Зачем в исследовании нужны материалы других участников

Для того чтобы совместными усилиями поведать всем про самые необычные атмосферные явления.

Протокол проведения исследования

1)Молнии Кататумбо:

Молнии Кататумбо - природное явление, возникающее над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Феномен выражается в возникновении свечения на высоте около пяти километров без сопровождающихся акустических эффектов.Молнии появляются почти каждой ночью (до 200 дней в году) и длятся около 10 часов в сутки. В сумме получается около 1,5 миллиона разрядов в год.

Молнии видно с расстояния до 400 километров. Их даже использовали для навигации, из-за чего явление также известно под названием «Маяк Маракайбо ».

Считается, что молнии Кататумбо являются крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле, Молнии Кататумбо каждый год вырабатывают электричества более 1 млн. вольт. Ветра, приходящие со стороны Анд, вызывают грозы. Метан, которым богата атмосфера этих заболоченных мест, поднимается к облакам, подпитывая разряды молний.

2)Гало:

Гало - оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни и д.р. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов.

3) Огненная и Лунная радуга:

Огненная радуга - относительно редкий оптический эффект в атмосфере, выражающийся в возникновении горизонтальной радуги, локализованной на фоне лёгких, высоко расположенных перистых облаков.

Лунная радуга (также известная как ночная радуга ) - радуга, порождаемая Луной. Отличается от солнечной радуги только меньшей яркостью, всегда находится на противоположной от Луны стороне неба.

Удивительные факты о радуге:

1) Радугу редко можно увидеть в полдень.

2)Два человека не могут видеть одну и ту же радугу.

3) Мы никогда не сможем достичь конца радуги.

4)Мы не можем видеть все цвета радуги.

4)Огни святого Эльма :

Огни святого Эльма - разряд в форме светящихся окружностей, возникающий на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящих деревьях, острых вершинах скал и т.п.). Название явление получило от имени святого Эльма (Эразма) - покровителя моряков в католицизме. Морякам их появление сулило надежду на успех, а во время опасности - и на спасение.

5)Необычайные облака:

Серебристые

Серебристые облака - сравнительно редкое атмосферное явление, возникающие в мезосфере на высоте 75-85 км над поверхностью Земли и видимые лишь в глубоких сумерках.

Перламутровые

Перламутровые облака - образующиеся в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды. Это тонкие, просвечивающие облака. Наблюдаются они сравнительно редко, непосредственно после захода или перед восходом Солнца. Днём на фоне яркого рассеянного света они становятся невидимыми.

Вымеобразные

Вымеобразные или трубчатые облака - облака, основание которых имеет специфическую ячеистую форму. Встречаются редко, преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием тропических циклонов. Ячейки обычно имеют размер около полу километра, чаще всего резко очерчены, но бывают и с размытыми краями. Их цвет обычно серо-голубой, как и у основного облака, но из-за попадания прямых лучей Солнца или подсветки от других облаков, могут казаться золотистыми или красноватыми.

Лентикулярные

Лентикулярные (линзовидные) облака - образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер.

Утренняя глория

Утренняя глория - редкое метеорологическое явление, вид облаков, наблюдаемый на севере Австралии. Облака представляют собой грозовой воротник высотой от 1 до 2 км, зачастую находящийся всего в 100-200 метрах над землёй (но обычно выше), который может достигать 1000 км в длину и перемещаться со скоростью до 60 км/ч. «Утренняя глория» часто сопровождается шквалами, сдвигом ветра и скачком давления на поверхности. Впереди облака происходит быстрое вертикальное движение, которое перемещает воздух вверх и «закручивает» облако, а в середине и задней части облака воздух опускается вниз.

Undulatus asperatus

Undulatus asperatus (волнисто-бугристые) - редкий тип облаков, имеющий необычный и устрашающий вид. В 2009 году он был предложен к включению в общую классификацию облаков как отдельный вид. Предполагается, что эти облака стали сравнительно часто появляться именно в начале XXI века. Несмотря на грозный вид, облака асператус не сопровождаются ураганом или грозой. На 2015 год асператус остаётся малоизученным типом облаков.

6)Перистые завитки Кельвина-Гельмгольца:

Перистые завитки Кельвина-Гельмгольца - Появляются, как стройные, горизонтальные спиралевидныем завитки и выглядят просто нарисованными. Э то одно из наиболее редко встречающихся в природе формирований облаков. Продолжительность их «жизни» равна одной-двум минутам, именно поэтому увидеть их воочию - большая удача. Образуются на высоте приблизительно 5000 метров.

7) Вирга:

Вирга - это дождь, который испаряется, не достигая земли. Наблюдается в виде заметной полосы осадков, выходящей из-под облака. Испарение обычно происходит из-за нагревания вызываемого сжатием воздуха, поскольку давление увеличивается ближе к поверхности земли. Это явление очень распространено в пустынях и в умеренных широтах.

8)Пояс Венеры:

Пояс Венеры - атмосферное оптическое явление, названное в честь пояса Афродиты из античной мифологии. Выглядит как полоса от розового до оранжевого цвета между тёмным ночным небом внизу и голубым небом вверху. Появляется перед восходом или после заката и проходит параллельно горизонту.

В.В.Бровкин

Атмосферные явления представляют собой важный элемент погоды: от того, идёт ли дождь или снег, отмечается ли туман или пыльная буря, бушует ли метель или гроза, в значительной степени зависит как восприятие текущего состояния атмосферы живыми существами (человек, животные, растения), так и воздействие погоды на находящиеся под открытым небом машины и механизмы, постройки, дороги и т.д. Поэтому наблюдения за АТМОСФЕРНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ (их правильное определение, фиксация времени начала и прекращения, колебаний интенсивности) на сети метеостанций имеют большое значение. Впрочем, такие наблюдения доступны не только профессионалам, но и широкому кругу любителей природы; для этого нужно изучить описания явлений и понимать, с чем (условия ОБЛАЧНОСТИ, ВЕТЕР, диапазон ТЕМПЕРАТУРЫ и т.п.) связано то или иное ЯВЛЕНИЕ ПОГОДЫ .

Примечание: описания явлений даны в основном так, как они используются при кодировании метеосводок (кодовые формы METAR, SYNOP и другие), передаваемых по каналам связи (в том числе, публикуемых в интернете вообще и на нашем сайте в частности). Для ряда явлений существуют отличия их названий и обозначений при фиксации результатов наблюдений в документации (книжках и журналах наблюдений), ведущейся на метеостанциях.

В таких случаях в конце описания явления добавляется дополнительное пояснение с пометкой ЖУРНАЛ. Для тех явлений, которые фиксируются только в станционной документации и не передаются в сводках, описание начинается непосредственно со слова ЖУРНАЛ.

Осадки, выпадающие на земную поверхность Обложные осадки

Характеризуются монотонностью выпадения без значительных колебаний интенсивности. Начинаются и прекращаются постепенно. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов (а иногда 1-2 суток), но в отдельных случаях слабые осадки могут длиться полчаса-час. Выпадают обычно из слоисто-дождевых или высоко-слоистых облаков; при этом в большинстве случаев облачность сплошная (10 баллов) и лишь изредка значительная (7-9 баллов, - обычно в начале или конце периода выпадения осадков). Иногда слабые кратковременные (полчаса-час) обложные осадки отмечаются из слоистых, слоисто-кучевых, высоко-кучевых облаков, при этом количество облаков составляет 7-10 баллов. В морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба.

Дождь

Жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов - в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь

Жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0...-10°, иногда до -15°) - падая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд .

ЖУРНАЛ: отмечается дождь .

Ледяной дождь

Твердые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0...-10°, иногда до -15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Внутри шариков находится незамёрзшая вода - падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд .

Снег

Твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений - дымки, тумана и т.п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге - менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба.

ЖУРНАЛ: отдельно отмечается явление мокрый снег - смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

Дождь со снегом

Смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд .

ЖУРНАЛ: отмечаются одновременно два явления - дождь и снег .

Мир атмосферных явлений очень богат. Он может быть как и прекрасен, так и ужасен. Поэтому знать их природу, саму суть явления, которое мы наблюдаем, уметь предвидеть возможные негативные последствия - это важный багаж знаний, который поможет больше понимать то, что происходит вокруг. Весь спектр необычных природных явлений в атмосфере Земли в одной статье конечно не опишешь, но попробуем рассказать о самых странных, непривычных и пугающих.

С приближением атмосферного фронта или с энергичным переносом воздуха из отдаленных районов, с подветренной стороны горных хребтов, за хребтами и отдельными вершинами на высоте от двух до пятнадцати километров иногда можно увидеть редкое природное явление - лентикулярные или линзовидные облака. Учитывая характерную форму и то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер, их появление люди часто связывают с доказательством присутствия инопланетян на нашей планете. Действительно, очень напоминают кадры из фильма «День независимости», не правда ли?

На самом деле сильные горизонтальные потоки воздуха, натыкаются на горные препятствия и образуют воздушные волны над вершинами гор. В результате, в воздухе происходит конденсация водяных паров при достижении высоты точки росы и испарения при нисходящем движении воздуха. Поэтому облака не меняют своего положения в пространстве, а стоят в небе, как вкопанные.

Когда видишь в небе вот такое светящееся кольцо вокруг солнца или луны, то невольно становится страшновато. Такое зрелище действительно выглядит зловеще. Эффект редкий, с непривычки можно и в религию ударится. Не даром в старину это явление считалось дурным предзнаменованием. Особенно, если гало принимало форму креста или появлялись двойники светила. Образуется гало только при сильных морозах и повышенной влажности воздуха. При этих условиях в воздухе образовываются маленькие кристаллы льда, которые действуют как множество линз, отражая или преломляя источник света. Существует множество типов гало, их вид зависит от формы и расположения кристаллов льда, а также от источника света.

К примеру, на небе иногда можно увидеть несколько Солнц. Причиной этому всё те же ледяные кристаллы, зависшие в атмосфере и создающие эффект миллионов линз. Вода замерзает в верхних слоях атмосферы, превращаясь в маленькие, плоские, шестиугольные ледяные кристаллы льда. Плоскости этих кристаллов, кружась, постепенно опускаются на землю, ориентировано параллельно поверхности земли. На восходе или закате, луч зрения наблюдателя может проходить через эту самую плоскость, и каждый кристалл ведет себя как миниатюрная линза, преломляющая или отражающая солнечный свет.
Эффект преломления света ни миллионах частиц льда и приводит к явлению ложного солнца. В реале смотрится жутковато. Поверьте, впечатления от увиденного с годами не угаснет.

Если ночью в горах разжечь костер, выбрав погоду с низкими облаками и встав спиной к костру, то вокруг вашей головы появится цветной ореол, а на облаках - Ваша тень. Внутри будет находится голубоватое кольцо, снаружи - красноватое, далее кольца могут повторяться с меньшей интенсивностью. Такое явление и называется глорией. По сути это оптическое явление, наблюдаемое на облаках, которые расположены ниже наблюдателя или прямо перед ним в точке, прямо противоположной источнику освещения. На Востоке глорию называли "светом Будды". Возникающее таким образом цветное гало толковалось как степень просветления или же близости к божествам испытуемого, в частности - Будде.

На самом деле глория объясняется дифракцией света, и этот призрачный ореол ни что иное, как их собственная тень, сильно преувеличенная и отброшенная лучами солнца на ближайшие облака или туман. Степень увеличения будет тем больше, чем дальше стена тумана или облака. Неожиданное появление яркой гигантской глории производит сильное впечатление. Человек что-то делает, например, поднимает руку с ледорубом, и его тень в центре глории повторяет все его движения. Это явление впервые было описано по наблюдениям на г. Брокен в горном массиве Гарц в Средней Германии и поэтому еще получило название брокенского призрака.

Катящееся облако «Morning Glory».

Можете представить себе мощную волну, которая имеет единственный гребень и перемещается, не изменяя скорость или форму? Нет? Тогда смотрите – именно так выглядят Morning Glory, единственные облака, которые имеют собственное имя. Катящееся облако Morning Glory - это облако длинной до 1500 км, высотой 1-2 км и передвигающееся со скоростью до 40 км/ч. Возникают эти облака, в основном, у берегов Австралии, в местах с повышенной влажностью и повышенным атмосферным давлением. Физика тут такова: солнце нагревает переднюю часть облака и в нем возникает движение воздуха вверх, которое и закручивает облако.

Огненный торнадо - необычайное явление, возникающее на месте пожаров. Известен также как огненный дьявол или огненный вихрь. Это редкий феномен, при котором огонь в определенных условиях, зависящих от температуры и потоков воздуха, приобретает вертикальную завихренность. Вертикально вращающиеся столбы могут достигать от 10 до 65 метров в высоту, но только в последние несколько минут своего существования. А при определенном ветре могут быть еще выше.

Огненный смерч образуется, когда разрозненные очаги пожаров объединяются в один огромный костер. Воздух над ним нагревается, его плотность уменьшается и он поднимается вверх. Снизу на его место поступают холодные массы воздуха с периферии. Прибывший воздух тоже нагревается. И получается что-то подобное кузнечным мехам, качающим кислород. Образуются устойчивые центростремительные направленные потоки, ввинчивающиеся против часовой стрелки от земли на высоту до пяти километров. Возникает эффект дымовой трубы. Температура поднимается до 600˚С. Вихрь пламени горит до тех пор, пока не сгорит все, что может гореть.

Перламутровые и серебристые облака

Когда в Центрально-Европейской части России зима и большинство дней серы, промозглы и пасмурны, жители стран Скандинавии, а также Кольского полуострова, на протяжении всей второй половины января время от времени становятся свидетелями очень красивого и редкого природного явления - появления на небе перламутровых облаков. Эти облака возникают на высоте 22-30 км в холодных областях стратосферы, где температура ниже –78° С. Эти облака имеют радужную, перламутровую окраску. Такую цветовую гамму дают мелкие кристаллы воды и азотной кислоты примерно одинаковых размеров, составляющие облако и преломляющие солнечные лучи. Исследования перламутровых облаков очень затруднено, так как эти облака появляются в небе очень редко.

Что касается серебристых облаков, то впервые на них ученые обратили внимание в 1885 году, когда наблюдали их в большом количестве над всей Европой. По форме они напоминали обычные перистые облака, однако, в отличие от последних располагались на высотах от 75 до 90 километров. В дальнейшем было установлено, что такие облака возникают в средних широтах и чаще всего летом у нижней границы ионосферы. Более точный их адрес - мезосфера, точнее - мезопауза, где наблюдается крайне низкие температуры, доходящие до минус 140°С. В северном полушарии Земли период их видимости приходится на май – август. И эти прекрасные облака может наблюдать каждый желающий короткими летними ночами.

Серебристые облака - светлые прозрачные облака, (настолько прозрачные, что через них хорошо видны звезды) самые высокие облачные образования. Кроме того, серебристые облака обладают собственным свечением, т.е. всегда выглядят светлыми на фоне темного неба.

Длительные исследования серебристых облаков показали, что эти облака, состоят из мельчайших кристалликов льда. Весьма вероятно, что основой для образования этих кристалликов льда служат частицы метеорной пыли, проникающие в нашу атмосферу из космического пространства или образующиеся в результате разрушения в атмосфере метеорных частиц. Так как, чаще всего серебристые облака наблюдались после сильных, особенно катастрофических извержений, то есть гипотеза о том, что они обусловлены вулканическим пеплом. Это предположение подтверждается тем, что после таких сильных извержений, как извержение вулкана Кракатау в 1883 году, серебристые облака появлялись чаще всего. Очень яркие серебристые облака и светлые белые ночи отмечались после падения Тунгусского метеорита. Не исключаются, правда, антропогенные серебристые и перламутровые облака, возникающие в результате ядерных взрывов или работы реактивных двигателей самолетов.

Световой (или солнечный) столб

В ангийском варианте это звучит как «Light pillar». Солнечный столб – это вполне изученный оптический эффект, представляющий собой вертикальную полосу света, которая тянется ввысь от заходящего или восходящего солнца. Это явление вызывается шестиугольными плоскими или столбовидными ледяными кристаллами с почти горизонтальными параллельными плоскими поверхностями. Повисая в холодном воздухе, эти плоские кристаллы, преломляя солнечный свет, способны вызывать солнечный столб, вид которого зависит от взаимного расположения кристаллов.

Впрочем, не только Солнце может порождать дорожки света на небе. При наличии тех же условий, при которых световые столбы становятся видны около Солнца, их можно наблюдать около любого яркого объекта: Луны, Венеры, Юпитера и даже над уличным освещением.

Световой лес – очень выразительный оптический эффект, возникающий в морозной дымке при отражении источника света от снежинок имеющих форму ледяных пластинок. Данное явление можно увидеть лишь когда температура воздуха не менее -20С. Поэтому Световой лес чаще всего наблюдается в северных странах: в Финляндии, в Норвегии. В прошлом году один раз наблюдался и в Минске и один раз в Шереметьево.

Вымяобразные облака

Эти облака имеют причудливую форму, напоминающую вымя. При низкой высоте Солнца над горизонтом они могут приобретать серо-голубой, серо-розовый, золотистый и даже красноватый цвет. Появление этих облаков всегда предвещает грозовые штормы, причем сами облака могут находиться за несколько километров от очага грозы. В метеорологии «вымяобразные» облака носят название Mammatus .

Mammatus сохраняются на небе от нескольких минут до нескольких часов, постепенно исчезая вместе с угасающим грозовым штормом.

В США появление Mammatus раньше связывали с появлением торнадо, однако сейчас принято считать, что появление Mammatus не говорит о том, что вот-вот может появиться торнадо или смерч. Однако для грозовых штормов, порождающих ансамбли Mammatus, характерна высокая вероятность появления шаровых молний, а также сдвига ветра. Тем не менее, возникновение в небе Mammatus предвещает, что самая мощная и опасная часть грозы уже миновала.

Mammatus можно наблюдать и в средних широтах России, но довольно редко. Возникают обычно на затухающих грозовых штормах. Именно тот факт, что эти облака образуются на нисходящих движениях воздуха, и делает их уникальными, ведь как известно, облачность формируется при восходящих потоках.

Появляются, как стройные, горизонтальные спиралевидные завитки и выглядят просто нарисованными. Э то одно из наиболее редко встречающихся в природе формирований облаков. Продолжительность их «жизни» равна одной-двум минутам, именно поэтому увидеть их воочию – большая удача. Образуются на высоте приблизительно 5000 метров.)

Атмосферные явления – важная составляющая погоды. Почему очень часто изменяется погода? Как классифицируются в современном мире атмосферные явления?

Атмосферные явления это сложные физико-химические процессы, протекающие в нижних слоях тропосферы. Атмосферные явления зависят от энергии Солнца, достигающей поверхности нашей планеты.

Как классифицируются атмосферные явления

Специалисты, ведущие наблюдения за погодой, классифицировали эти явления по пяти большим группам

1. Гидрометеоры,
2. Литометеоры,
3. Электрические явления,
4. Оптические явления,
5. Не классифицированные.

Атмосферные явления — Гидрометеоры

1. Гидрометеоры это множество мелких капелек воды или льда, выпадающих из атмосферы, образующихся на наземных предметах, поднятых ветром в воздух с поверхности Земли.

Выпадающие осадки бывают обложные, моросящие и ливневые.

Обложные осадки можно охарактеризовать, как монотонное выпадение. Длительность непрерывного выпадения может составлять от часа до нескольких суток. Причиной являются слоисто-дождевые и высокослоистые облака при сплошной облачности. Кстати, если температура ниже минус десяти градусов, слабый снег может выпадать при малооблачном небе (дождь, переохлажденный дождь, ледяной дождь, снег, дождь со снегом).

— это конденсат водяного пара, падающий на поверхность в виде капелек воды. В диаметре такие капельки бывают от 0,4 до 6 миллиметров.

Переохлажденный дождь — это обыкновенные капли дождя, но выпадающие при температуре воздуха ниже ноля градусов. При соприкосновении с предметами эти капельки воды моментально замерзают и превращаются в лед.

Ледяной дождь – капли воды в ледяной оболочке имеющие диаметр от одного до трех миллиметров. При ударе о предметы оболочка разрушается, вода вытекает и превращается в лед. Так образуется гололед.

– замерзшие капли воды. Выпадают в виде снежинок (снежных кристаллов) или снежных хлопьев.

Дождь со снегом – смесь дождевых капель со снежинками.

Моросящие осадки имеют маленькую интенсивность, но характерны монотонностью (морось, переохлажденная морось, снежные зерна). Обычно начинаются и заканчиваются постепенно. Длительность выпадения таких осадков составляет от нескольких часов до нескольких суток. Причиной выпадения являются слоистые облака или туман при сплошной или значительной облачности. Сопутствующие явления: дымка, туман.

– очень маленькие капельки воды, имеющие диаметр менее 0,5 мм. Попадая на поверхность воды морось, не образуют расходящихся кругов.

Переохлажденная морось это обычная морось, но выпадающая при температуре воздуха ниже ноля градусов. При соприкосновении с предметами морось моментально замерзает, и превращаются в лед.

Снежные зерна – замерзшие капельки воды диаметром меньше двух миллиметров. Имеют вид белых зерен, крупинок или палочек.

Ливневые осадки начинаются и заканчиваются внезапно. Во время выпадения меняется интенсивность осадков. Длительность составляет от нескольких минут до двух часов (ливневый дождь, ливневый снег, ливневый дождь со снегом, снежная крупа, ледяная крупа, град). Сопутствующим явлением являются сильный ветер и часто гроза. Причиной выпадения являются кучево-дождевые облака. Облачность может быть как значительной, так и небольшой.

– обыкновенный ливень.

Ливневый снег – характерной особенностью являются снежные заряды продолжительностью от нескольких минут до получаса. Видимость изменяется от 10 километров до 100 метров.

Ливневый дождь со снегом это смесь дождевых капель со снежинками, имеющими ливневый характер.

Снежная крупа – ливневое выпадение белых хрупких крупинок диаметром до 5 миллиметров.

Ледяная крупа представляет собой ливневое выпадение твердых крупинок льда диаметром от одного до трех миллиметров. Иногда крупинки льда покрыты водяной пленкой. При температуре воздуха ниже нуля градусов, крупинки смерзаются, и образуется гололед.

– выпадение твердых осадков при температуре воздуха выше десяти градусов. Кусочки льда имеют различную форму и размеры. Средний диаметр градин составляет от двух до пяти миллиметров, но бывает и значительно больше. Каждая градина состоит из нескольких слоев льда. Продолжительность таких осадков составляет от одной до двадцати минут. Очень часто граду сопутствует ливень с грозой, что характерно природе средней Волги.

Оптические явления в природе

Явления, связанные с преломлением света.

Миражи.

В неоднородной среде свет распространяется непрямолинейно. Если мы представим себе среду, в которой показатель преломления изменяется снизу вверх, и мысленно разобьем ее на тонкие горизонтальные слои, то, рассматривая условия преломления света при переходе от слоя к слою, заметим, что в такой среде луч света должен постепенно изменять свое направления.

Такое искривление световой луч претерпевает в атмосфере, в которой по тем или иным причинам, главным образом благодаря неравномерному нагреванию ее, показатель преломления воздуха изменяется с высотой.

Воздух обычно нагревается от почвы, поглощающей энергию солнечных лучей. Поэтому температура воздуха понижается с высотой. Известно также, что с высотой понижается и плотность воздуха. Установлено, что с увеличением высоты, показатель преломления уменьшается, поэтому лучи, идущие сквозь атмосферу искривляются, пригибаясь к Земле. Это явление получило название нормальной атмосферной рефракции. Вследствие рефракции небесные светила кажутся нам несколько «приподнятыми» (выше своей истинной высоты) над горизонтом.


Миражи делят на три класса.
К первому классу относят наиболее распространенные и простые по своему происхождению, так называемые озерные (или нижние) миражи, вызывающие столько надежд и разочарований у путников пустынь.

Объяснение этого явления простое. Нижние слои воздуха, разогретые от почвы, не успели еще подняться вверх; их показатель преломления света меньше, чем верхних. Поэтому лучи света, исходящие от предметов, изгибаясь в воздухе, попадают в глаз снизу.

Чтобы увидеть мираж, нет надобности ехать в Африку. Его можно наблюдать и в жаркий тихий летний день и у нас над разогретой поверхностью асфальтового шоссе.

Миражи второго класса называют верхними или миражами дальнего видения.

Они появляются в том случае, если верхние слои атмосферы окажутся по каким-либо причинам, например, при попадании туда нагретого воздуха, особенно разреженными. Тогда лучи, исходящие от земных предметов, искривляются сильнее и достигают земной поверхности, идя под большим углом к горизонту. Глаз же наблюдателя проецирует их в том направлении, по которому они входят в него.

Видимо в том, что большое количество миражей дальнего видения наблюдается на побережье Средиземного моря, повинна пустыня Сахара. Горячие массы воздуха поднимаются над ней, затем уносятся на север и создают благоприятные условия для возникновения миражей.

Верхние миражи наблюдаются и в северных странах, когда дуют теплые южные ветры. Верхние слои атмосферы оказываются нагретыми, а нижние – охлажденными из-за наличия больших масс тающих льдов и снегов.

Миражи третьего класса – сверхдальнего видения – трудно объяснить. Однако, высказывались предположения об образовании в атмосфере гигантских воздушных линз, о создании вторичного миража, то есть миража от миража. Возможно, что здесь играет роль ионосфера, отражающая не только радиоволны, но и световые волны.

Явления, связанные с дисперсией света

Радуга – это красивое небесное явление – всегда привлекала внимание человека. В прежние времена, когда люди еще очень мало знали об окружающем их мире, радугу считали «небесным знамением». Так, древние греки думали, сто радуга – это улыбка богини Ириды. Радуга наблюдается в стороне, противоположной Солнцу, на фоне дождевых облаков или дождя. Разноцветная дуга обычно находится от наблюдателя Ра расстоянии 1-2 км., иногда ее можно наблюдать на расстоянии 2-3 м. на фоне водяных капель, образованных фонтанами или распылителями воды

У радуги различают семь основных цветов, плавно переходящих один в другой.

Вид дуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров капелек воды и их количества. Большие капли создают радугу более узкую, с резко выделяющимися цветами, малые – дугу расплывчатую, блеклую и даже белую. Вот почему яркая узкая радуга видна летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли.

Впервые теория радуги была дана в 1637 году Р. Декартом. Он объяснил радугу как явление, связанное с отражением и преломлением света в дождевых каплях.

Образование цветов и их последовательность были объяснены позже, после разгадки сложной природы белого света и его дисперсии в среде. Дифракционная теория радуги разработана Эри и Пертнером.

Явления, связанные с интерференцией света

Белые световые окружности вокруг Солнца или Луны, которые возникают в результате преломления или отражения света находящимися в атмосфере кристаллами льда или снега, называются гало. В атмосфере присутствуют небольшие кристаллы воды, и когда их грани образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, того, кто наблюдает эффект, и кристаллы, на небе становится виден характерный белый ореол, окружающий Солнце. Так грани отражают лучи света с отклонением на 22°, образуя гало. В холодное время года гало, образованные кристаллами льда и снега на поверхности земли, отражают солнечный свет и рассеивают его в разных направлениях, образуя эффект под названием "бриллиантовая пыль".

Наиболее известным примером большого гало является знаменитое, часто повторяющееся «Брокенское видение». Например, человек, стоящий на холме или горе, за спиной которого восходит или заходит солнце, обнаруживает, что его тень, упавшая на облака, становится неправдоподобно огромной. Это происходит из-за того, что мельчайшие капли тумана особым образом преломляют и отражают солнечный свет. Свое название явление получило по имени вершины Броккен в Германии, на которой, из-за частых туманов, можно регулярно наблюдать этот эффект.

Паргелии.

"Паргелий" в переводе с греческого – "ложное солнце". Это одна из форм гало (см. пункт 6): на небе наблюдается одно или несколько дополнительных изображений Солнца, расположенных на той же высоте над горизонтом, что и настоящее Солнце. Миллионы кристаллов льда с вертикальной поверхностью, отражающие Солнце, и образуют это красивейшее явление.

Паргелии можно наблюдать в тихую погоду при низком положении Солнца, когда значительное количество призм располагается в воздухе так, что их главные оси вертикальны, и призмы медленно опускаются как маленькие парашютики. В этом случае наиболее яркий преломленный свет поступает в глаз под углом 220 с граней, расположенных вертикально, и создает вертикальные столбы по обе стороны от Солнца по горизонту. Эти столбы могут быть в некоторых местах особо яркими, создавая впечатление ложного Солнца.

Полярные сияния.

Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние. Невозможно передать словами красоту полярных сияний, переливающихся, мерцающих, пламенеющих на фоне темного ночного неба в полярных широтах.

В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета.

Полярные сияния наблюдают в двух основных формах – в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Однако многие ленты исчезают, не успев разбиться на пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает несколько сотен метров, причем он так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно отчетливо и резко очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний – постепенно теряется в высоте и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства.

Различают четыре типа полярных сияний:

1. Однородная дуга – светящаяся полоса имеет наиболее простую, спокойную форму. Она более ярка снизу и постепенно исчезает кверху на фоне свечения неба;

2.Лучистая дуга – лента становится несколько более активной и подвижной, она образует мелкие складки и струйки;

3.Лучистая полоса – с ростом активности более крупные складки накладываются на мелкие;

4.При повышении активности складки или петли расширяются до огромных размеров (до сотни километров), нижний край ленты сияет розовым светом. Когда активность спадает, складки исчезают и лента возвращается к однородной форме. Это наводит на мысль, что однородная структура являе6тся основной формой полярного сияния, а складки связаны с возрастанием активности.

Часто возникают сияния иного вида. Они захватывают весь полярный район и оказываются очень интенсивными. Происходят они во время увеличения солнечной активности. Эти сияния представляются в виде беловато-зеленого свечения всей полярной шапки. Такие сияния называются шквалами.

Заключение

Когда-то миражи «Летучий голландец» и «Фата Моргана» наводили ужас на моряков. В ночь на 27 марта 1898 года, среди Тихого океана экипаж судна «Матадор» был напуган видением, когда в штиль в полночь увидел в 2милях (3,2 км) судно, которое боролось с сильным штормом. Все эти события на самом деле происходили на расстоянии 1700км.

Сегодня все, кто знает законы физики, а точнее ее раздела оптика, могут объяснить все эти загадочные явления.

В своей работе я не описала все оптические явления природы. Их очень много. Мы любуемся голубым цветом неба, румяной зарей, пылающим закатом - эти явления объясняются поглощением и рассеянием солнечного света. Работая с дополнительной литературой, я убедилась, что на вопросы, которые возникают при наблюдениях за окружающим нас миром, можно всегда найти ответы. Правда, надо знать, основы естественных наук.

ВЫВОД: Оптические явления в природе объясняются преломлением или отражением света, либо волновыми свойствами света- дисперсией, интерференцией, дифракцией, поляризацией, либо квантовыми свойствами света. Мир загадочен, но познаваем.