Раздел 4 Вода в атмосфере (стр. 5 )

Продолжительность солнечного сияния возрастает от полярных широт к тропикам. В Арктике относительная продолжительность составляет 25% и ниже, в Северной Европе — около 40%, в Италии — 50%. Максимум продолжительности солнечного сияния отмечают в субтропических пустынях (например, в Аризоне — 88%, а в летнее время до 97% от возможной). В дождливых областях близ экватора — 35%.

В годовом ходе максимум продолжительности солнечного сияния для умеренных широт приходится на июль-август, в пустынях субтропиков — на июнь и сентябрь. Внутри тропиков — максимум на сухой период, минимум — на влажный (особенно в муссонных районах).

Горы в среднем беднее солнечным сиянием, чем прилегающие равнины из-за сильного развития облаков конвекции летом. Но зимой в высокогорье больше солнечного сияния, чем на низменности. Это является важным преимуществом горных курортов.

Самые солнечные часы суток в Средней Европе летом от 10 до 11 часов, зимой от 13 до 14 часов. На горных вершинах максимум приходится на два часа раньше. В тропиках наиболее богаты солнечным сиянием утренние часы — 8-9 часов.

В больших городах загрязнение воздуха снижает продолжительность солнечного сияния до 20% и более по сравнению с сельской местностью.

Условия облачности можно характеризовать также и числом явных и пасмурных дней. Вот несколько экстремальных значений: Ифрена (Ливия) — 293 ясных дня в году, Термез (Узбекистан) — 260 дней, Имандра (Кольский п-ов) — 9 ясных дней в году, на горной станции Бен-Невис в Шотландии — 247 пасмурных дней в году, на восточном берегу острова Тайвань — 233 пасмурных дня.

4.8.Световые явления в облаках. Радуга.

С облаками в атмосфере связаны различные световые явления (гало, венцы, радуга), которые обусловлены отражением, преломлением и дифракцией света в каплях и кристаллах облаков. В ледяных облаках верхнего яруса возникают явления гало. К ним относятся световые круги радиусом 22 или 46 угловых градусов, центры которых совпадают с центром солнечного или лунного диска. Круги бывают слабо окрашены в радужные цвета (красный внутри). Окрашивание гало объясняется преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные) формы – отражением света от граней кристаллов.

Кристаллы, формирующие гало, располагаются на поверхности воображаемого конуса с осью, направленной от наблюдателя (из вершины конуса) к Солнцу. При некоторых условиях атмосфера бывает насыщена мелкими кристаллами, многие грани которых образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, наблюдателя и эти кристаллы. Такие грани отражают поступающие лучи света с отклонением на 22°, образуя красноватое с внутренней стороны гало, но оно может состоять и из всех цветов спектра. Реже встречается гало с угловым радиусом 46°, располагающееся концентрически вокруг 22-градусного гало. Его внутренняя сторона тоже имеет красноватый оттенок. Причиной этого также является преломление света, происходящее в этом случае на образующих прямые углы гранях кристаллов. Ширина кольца такого гало превышает 2,5°. Как 46-градусные, так и 22-градусные гало, как правило, имеют наибольшую яркость в верхней и нижней частях кольца. Изредка встречающееся 90-градусное гало представляет собой слабо светящееся, почти бесцветное кольцо, имеющее общий центр с двумя другими гало. Если оно окрашено, то имеет красный цвет на внешней стороне кольца. Механизм возникновения такого типа гало до конца не выяснен.

В тонких водяных облаках, состоящих из однородных капель (высококучевые облака) и закрывающих диск светила возникают явления венцов (короны). Венцы возникают также в тумане около искусственных источников света. Радиус венца меньше радиуса гало и составляет около 1–5°, ближайшим к Солнцу оказывается голубое или фиолетовое кольцо. Венцы возникают при рассеивании света мелкими водяными капельками воды, образующими облако. Иногда венец выглядит как светящееся пятно (или ореол), окружающее Солнце (или Луну), которое завершается красноватым кольцом. В других случаях за пределами ореола видно не менее двух концентрических колец большего диаметра, очень слабо окрашенных. Это явление сопровождается радужными облаками. Иногда края очень высоко расположенных облаков окрашены в яркие цвета.

Радуга наблюдается в том случае, если облака, из которых выпадает дождь, освещены солнцем и расположены против него. Радуга представляет собой дугу радиусом около 42°, окрашенную по внешнему краю в красный, по внутреннему - в фиолетовый, а между ними - в остальные цвета спектра. Дуга радуги является частью окружности, центр которой лежит на прямой, соединяющей центр солнечного диска с глазом наблюдателя. Если солнце стоит на высоте более 42° над горизонтом, то центр радуги лежит глубоко под горизонтом и радуги не видно совсем, если ниже - дуга радуги составляет почти полуокружность. Кроме основной радуги можно видеть более слабую дополнительную радугу радиусом около 500 с фиолетовым цветом по наружному краю, а в отдельных случаях возникают третья и четвертая радуги. Интенсивность света. Ширина и окраса радуги зависит от размеров капель. Радуга возникает при преломлении солнечных лучей при входе и выходе из капель, их отражением внутри капель и явлениями дифракции на каплях.

4.9.Туман, дымка, мгла.

Воздух часто бывает замутнён вследствие наличия в нём различных примесей и мельчайших зачаточных продуктов конденсации. Примеси рассеивают проходящий свет, что приводит к ухудшению дальности видимости. Если помутнение невелико, оно называется дымкой. Помутняющими частичками являются микроскопические капельки и пылинки. Дымка наблюдается обычно у поверхности, распространяясь от неё на более или менее значительную высоту. При этом дымка ослабляет краски ландшафта и уменьшает видимость (дальность видимости от 1 до 10 км). Если диаметр помутняющих частичек меньше, чем длины световых волн, то есть измеряются в десятых долях микрометра, то дымка окрашивает отдалённые предметы в синий цвет, белые или светящиеся предметы приобретают желтоватую окраску. Такое помутнение называют опалесцирующим. При более значительных размерах помутняющих частиц дымка принимает белесоватый или сероватый оттенок.

Более крупные продукты конденсации и их большая концентрация у поверхности вызывают более значительное ухудшение видимости (дальность видимости становится меньше километра). В таких случаях говорят о тумане. Само слово “туман” обозначает как само скопление помутняющих продуктов (капель, кристаллов) у земной поверхности, так и связанное с ним сильное помутнение воздуха. При низких температурах туман состоит не только из жидких капелек, но и из кристалликов.

Если сильное помутнение вызвано не продуктами конденсации, а содержанием в воздухе большого количества твёрдых коллоидных частиц, явление носит название мглы. Мгла особенно часто наблюдается при пыльных бурях, лесных пожарах и над промышленными городами. При мгле относительная влажность может быть очень невелика, что отличает мглу от тумана. Дальность видимости при сильной мгле может уменьшаться так же, как при тумане.

4.10.Смог

Очень неприятное и даже опасное явление представляет собой уменьшение прозрачности воздуха, связанное в антропогенными примесями и называемое смог. Он возникающий в больших городах или индустриальных центрах. Первоначально смогом называли сильный туман, смешанный с дымом. Сильные смоги могут приводить к серьёзным заболеваниям дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы, иногда даже к смертельным случаям.

Смог возникает в определенных метеорологических условиях: отсутствие осадков, безветренная погода, температурная инверсия, сохраняющиеся в течение нескольких дней. Эти условия препятствуют вертикальному и горизонтальному перемещению воздуха и его очищению от поступающих загрязнителей. В зависимости от географических условий выделяют 3 типа смога.

1. Ледяной смог. Он зафиксирован в полярном климате и возникает зимой, в условиях низких температур (t°>-35°), когда Солнце поднимается не более чем на 4-5 часов и практически отсутствует суточный ход температуры. Загрязнителем являются водяные пары искусственного происхождения, которые преобразуются в мельчайшие ледяные кристаллики (5-10 мкм в диаметре), которые уменьшают дальность видимости до 10 м. К водяным парам примешивается двуокись серы и происходит образование серной кислоты. Впервые такой вид смога был отмечен в США в поселке Фербенкс на Аляске.

2. Смог лондонского типа возникает в условиях умеренного влажного климата в переходные сезоны, при сильных туманах и температуре воздуха близкой к 0°С. Основные загрязнители — продукты сгорания нефти и угля. При образовании этого типа смога снижается видимость, быстро нарастает концентрация вредных веществ, воздух приобретает неприятный запах. В 1952 году в Лондоне при таком смоге погибло 4 тысячи жителей. Наиболее часто этот смог отмечают в Лондоне, Нью-Йорке, Брюсселе.

3. Фотохимический (Лос-Анджелеский) смог характерен для субтропиков с жарким летом и высокими значениями солнечной радиации (свыше 2.0 Кдж/см2мин). Основными загрязнителями являются выхлопные газы. Под воздействием солнечной радиации и, прежде всего ультрафиолетовой ее части, происходят фотохимические преобразования выхлопных газов. Катализатором этих реакций является озон. О3. Фотохимические преобразования угарного газа СО, соединений азота NOх, азотной кислоты НNО3 приводит к образованию органических перекисей (фотооксидантов), по своей токсичности превосходящих исходные загрязнители. Фотохимический смог имеет белый цвет. В стабильных синоптических условиях дымовая шапка такого смога может сохраняться над городом до 270 дней.

Смог уменьшает количество солнечной радиации в городах на 30-40%, почти полностью препятствует проникновению ультрафиолетовой радиации. Интенсивный смог вызывает удушье, приступы бронхиальной астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждения растений, зданий.

4.11.Осадки. Формы осадков.

При определённых условиях из облаков выпадают осадки, то есть капельки или кристаллы настолько крупных размеров, что они уже не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Наиболее известными и важными осадками являются дождь и снег.