- •1. Предмет и метод метеорологии
- •2. Связь метеорологии с другими науками. Деление на научные дисциплины
- •3. Значение метеорологии для народного хозяйства и обороны страны
- •4. Особенности
- •6. Краткие сведения о достижениях метеорологической науки
- •7. Международное сотрудничество в области метеорологии
- •Глава 1
- •1.1. Состав воздуха вблизи земной поверхности
- •1.2. Состав воздуха
- •1.3. Уравнение состояния сухого воздуха
- •1.4. Уравнение состояния влажного воздуха
- •1.5. Характеристики влажности воздуха и связь между ними
- •2 Строение атмосферы
- •2.1. Основные сведения о Земле как планете
- •2.2. Принципы деления атмосферы на слои. Краткие сведения о методах исследования атмосферы
- •2.3. Тропосфера, стратосфера и мезосфера
- •2.4. Понятие о воздушных массах и фронтах
- •3 Статика атмосферы
- •3.1. Силы, действующие в атмосфере в состоянии равновесия
- •3.2. Уравнение статики атмосферы
- •3.3. Барометрические формулы
- •3.4. Барическая ступень
- •3.5. Вертикальный масштаб атмосферы
- •3.6. Геопотенциал. Абсолютная и относительная высота изобарических поверхностей
- •3.7. Стандартная атмосфера
- •Глава 4 Термодинамика атмосферы
- •4.1. Первое начало термодинамики применительно к атмосфере
- •4.2. Адиабатический процесс
- •4.3. Сухоадиабатический градиент
- •4.4. Потенциальная температура
- •4.5. Критерии устойчивости атмосферы по методу частицы
- •4.6. Изменение потенциальной температуры с высотой при различных видах стратификации атмосферы
- •4.7. Адиабатические процессы во влажном ненасыщенном воздухе
- •4.8. Влажноадиабатические процессы
- •4.9. Анализ состояния атмосферы с помощью термодинамических графиков
- •4.10. Стратификация атмосферы по отношению к влажноадиабатическому и сухоадиабатическому движению частицы
- •4.11. Метод слоя
- •Глава 5
- •5.2. Солнце и солнечная постоянная
- •Глава 6
- •6.1. Поглощение солнечной радиации в атмосфере Земли
- •6.2. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере
- •6.3. Законы ослабления радиации в земной атмосфере
- •6.4. Прямая солнечная радиация
- •6.5. Рассеянная радиация
- •6.6. Суммарная радиация
- •6.7. Альбедо
- •Глава 7
- •7.1. Излучение земной поверхности
- •7.2. Излучение атмосферы
- •7.3. Полуэмпирические формулы для расчета излучения атмосферы и эффективного излучения земной поверхности
- •7.4. Влияние облачности на встречное и эффективное излучение
- •7.5. Суточный и годовой ход эффективного излучения
- •Глава 8
- •8.1. Радиационный баланс земной поверхности
- •Глава 9
- •9.1. Ламинарное и турбулентное состояние атмосферы
- •9.2. Простейшие характеристики турбулентности
- •9.3. Конвективный и турбулентный потоки тепла
- •Глава 11
- •11.1. Уравнение
- •Глава 12
- •12.1. Распределение температуры в тропосфере и нижней стратосфере
- •12.2. Инверсии температуры в атмосфере
- •Глава 14 Влажность воздуха
- •14.1. Уравнение переноса водяного пара в турбулентной атмосфере
- •14.2. Испарение
- •Глава 15
- •15.2. Зависимость теплоты фазового перехода и давления насыщенного водяного пара от температуры
- •Глава 16 Туманы
- •16.1. Физические условия образования и классификация туманов
- •Глава 17 Облака
- •Глава 18 Осадки
- •18.1. Классификация осадков
- •18.2. Процессы укрупнения облачных элементов и образования осадков
- •18.3. Наземная конденсация и осадки
- •Глава 19
- •19.1. Силы, действующие в атмосфере
- •19.2. Уравнения движения турбулентной атмосферы
- •Глава 21
- •21.1. Ветер в пограничном слое атмосферы
- •21.2. Местные ветры
- •Глава 22
- •22.1. Яркость небесного свода
- •22.3. Оптические явления в облаках, туманах и осадках
- •Глава 23
- •23.1. Ионизация атмосферы
- •23.3. Механизм образования электрических зарядов в грозовых облаках
- •23.4. Структура грозового облака. Рост града
- •23.5.. Полярные сияния
Глава 22
Оптика атмосферы*
Многообразные оптические явления, наблюдаемые в атмосфере, возникают в результате взаимодействия электромагнитных волн светового диапазона (0,39—0,76 мкм) с земной атмосферой. При этом во взаимодействии со световыми лучами участвует все вещество атмосферы. Это молекулы и атомы газов, составляющих воздух на разных высотах, и разнообразные по происхождению, составу, размерам, форме взвешенные в атмосфере жидкие или твердые частицы — аэрозоли. Несмотря на то что диапазон длин волн световых лучей чрезвычайно узок (длина волны изменяется всего в 2 раза), только световые лучи порождают то удивительное богатство форм предметов, их цветовых тонов, оттенков, уровней яркости, которые мы наблюдаем в окружающей нас природе, и разнообразие световых явлений, возникающих в атмосфере. И все это световое и цветовое богатство природы мы воспринимаем благодаря необычайной чувствительности нашего глаза к малейшим изменениям цвета (длины волны) или уровня яркости попадающих в глаз световых лучей.
На световоспринимающей оболочке глаза человека (сетчатке) имеются два типа мельчайших светочувствительных элементов: колбочки (их около 7 млн.) и палочки (их около 130 млн.). Колбочки расположены в центре сетчатки; они способны различать цвета, и работают при достаточном уровне освещения — днем. Поэтому дневное зрение называют центральным и хроматическим. Палочки располагаются в основном по периферии сетчатки и не позволяют различать цвета. Они способны реагировать на слабые световые потоки и работают в основном ночью. Ночное зрение называют, поэтому периферическим и ахроматическим. В сумерки происходит переключение с одного зрительного аппарата на другой.
Для количественной характеристики световых потоков применяются световые величины, по физическому смыслу близкие, но все же отличающиеся от введенных в главах 6—8 энергетических характеристик радиационных потоков. Так, световой поток по содержанию аналогичен радиационному потоку лучистой энергии. Однако если последний характеризует излучение и перенос радиации безотносительно к производимым ею действиям, то световой поток определяется только той частью потока радиации, которая вызывает световые ощущения, точнее сказать, оказывает на приемник света (в частности, на глаз человека) действие с известной относительной спектральной световой эффективностью излучения V(λ).
Световой поток Фс связан со спектральной плотностью потока Fλ следующим соотношением:
где Кт ≈ 683 лм/Вт — максимальное значение V(λ), называемое световым эквивалентом мощности и наблюдаемое при λ = 0,555 мкм. Единица светового потока — люмен (лм).
Под яркостью в данном направлении понимают световой поток, испускаемый единичной поверхностью, перпендикулярной этому направлению, в единичный телесный угол. Единица яркости — лм/(м2·ср).
Силой света J источника называется поток излучения, испускаемый источником в единицу времени в единичный телесный угол и оцениваемый по зрительному восприятию. Единицей силы света является кандела (кд).
Освещенностью Е поверхности называется полный световой поток, падающий на единицу площади поверхности. Единица освещенности — люкс (1 лк = 1 лм/м2).