Rainbow clouds: hvad, hvor, hvornår?

Rainbow clouds: hvad, hvor, hvornår?

Alexander Chernokulsky
"Trinity Option" № 3 (147), 11. februar 2014

Alexander Chernokulskycand. Sci. Sciences, N.S. Institut for Atmosfærisk Fysik A. M. Obukhova RAS, taler om skyerne, glædeligt vores øjne. Oleg Bartunov fra GAISH graciously forudsat for artiklen deres fotos. 6 februar 2014 Alexander, sammen med sine kolleger på instituttet Mireseidom Gabil oglu og Af Alexander Timozhayev blev tildelt Moskva regeringsprisen for unge forskere. Prisen i nomineringen "Jordvidenskab" blev præget af undersøgelsen af ​​cirkulations- og skyregimer i regionerne Rusland og Arktis og deres rolle i dannelsen af ​​ekstrem vejr og klimafænomener.

Perioden fra slutningen af ​​XIX – begyndelsen af ​​XX århundreder har givet menneskeheden en hel galakse af store videnskabsmænd inden for atomfysik, genetik, studier af polarområderne. For eksempel målet om Robert Scotts ekspedition til "Terra Nova" i Antarktis i 1910-1912 år var ikke blot en sport kast til Sydpolen, men også komplekse geofysiske undersøgelser af den sydlige kontinent af Jorden. Så, George Simpson, en stab meteorolog af ekspeditionen, resultaterne af observationer af de optiske effekter i skyerne udgav den første papir i 1912 [1], helliget fænomenet regnbuefarver i skyerne (fra det græske iris, Iρις – regnbue), også kaldet "regnbue skyer".

Irisisering på cirrocumulus skyer. Foto O. Bartunova. Himalaya, den 18. oktober 2009

Hvad?

Regnbueskyer er et ret sjældent optisk fænomen, hvor meget tynde skyer ligger nær Solen er farvede i spektrale farver. Normalt er disse farver pastel, bleg, men under visse forhold kan de være meget lyse. Simpson påpegede med rette, at irisering er den mest almindelige form for kroner – et optisk fænomen forbundet med diffraktion af lys på dråber af superkølet vand i skyerne og dannelsen af ​​farvede cirkler i en overskyet hylde omkring solen.

Regnbuens skyer er kernen i mislykkede kroner [2]. Og hvis fuldstrengede kroner i atmosfæren er yderst sjældne, så kan næsten alle se regnbuens skyer, det vigtigste er at være opmærksom! Det er bedst at se regnbuens skyer i mørke briller for ikke at gå blinde, fordi de kun vises tæt på solen i en afstand på ca. 3-15 °, i nogle tilfælde op til 30 °. Men hvis luminary er skjult bag noget (bag en anden sky, bag et bjerg osv.), Så kan iridescensen ses med det blotte øje.

Irisisering på cirrocumulus skyer. Foto O. Bartunova. Himalaya, 3. november 2011

Hvor?

Der er iridescens normalt ved kanterne af cirrus, pinto-cumulus og high-cumulus skyer. Lyskilden, forresten, kan ikke kun være solen, men også månen [3]. Irization kan ses på kontrailer af fly [4], og også på den øverste del af cumulonimbus-skyer (på det såkaldte slør eller ambolt). Det er sandt, at sådanne regnbue-skyer ikke forudsiger noget regnbue, tværtimod taler de om et snart forværrende vejr! Og oftest forekommer iridescens i højkumulus lentikulære (lentikulære) skyer, der er karakteristiske for bjergområder [5]. Luften i bjergene er renere, praktisk talt fri for urenheder, og som følge heraf er vanddråber meget sværere at passere ind i krystaller. Faktum er, at for udseende af iridescens er superkølet vand foretrukket for iskrystaller.

Sollys, der falder på en sky drop eller en iskrystal, afviger fra spredningen i en lige linje. Samtidig afhænger mængden af ​​lysafvigelse på bølgelængden, derfor diffraktion af sollys altid fører til dets nedbrydning i spektret. Omkring hvert dråbe dannes farvede cirkler på grund af en sådan enkelt spredning. Deres lysstyrke er meget lav og er kun synlig som følge af overlejring.Størrelsen af ​​farvecirklerne afhænger ikke kun af bølgelængden, men også af størrelsen af ​​forhindringen (forresten, fra vinkelafstanden af ​​cirklerne af samme farve i kronerne fra Solen kan du helt nøjagtigt beregne skydepartiklernes radius).

Irisisering på cirrus skyer. Foto O. Bartunova. Himalaya, 30. december 2012

I en sky med en stor spredning af partikler i størrelse vil farvecirklerne overlappe hinanden og iridercensen forsvinder. I optisk tætte skyer øges effekten forbundet med multipel spredning, hvilket også er "dødbringende" for virkningen af ​​iridescens. Således er optisk tynde skyer (eller dele af skyer) med en monodispersfordeling af skydepartikler i størrelse og form ideelle til irisdannelse. Jo højere ensartethed af skydepartikler, jo lysere regnbuenes farve er. Og det er højere i vanddråber. Ja, og størrelsen er de meget mere succesfulde end deres ismodeller.

For dannelsen af ​​regnbue-skyer skal størrelsen af ​​skypartikler være 5-50 gange større end længden af ​​lysbølgen [6, 7], dvs. fra 3,5 til 35 μm for rød og fra 2 til 20 μm for blå. Observationer viser, at de lyseste regnbue-skyde observeres i skyer med en partikelstørrelse på ca. 10 mikrometer og mindre.Og ifølge de seneste satellitobservationer [8] er den mest almindelige størrelse af iskrystaller i skyerne omkring 30-40 mikron, selvom iskrystaller findes både mindre og større (fra 2-3 til 60-65 mikron). Variationsgraden af ​​vanddråber i skyerne er allerede: fra tiendedele til 30-40 mikron, med de mest almindelige størrelser af dråber i intervallerne 2-3 mikron og 10-15 mikron. Sådanne superkølede dråber er ideelle til dannelsen af ​​regnbue-skyer! Forresten, en anden interessant kendsgerning: det var George Simpson, som i sin artikel 1912 på baggrund af observationer af regnbue-skyer først bekræftede (omend indirekte) at vandet i skyerne er i en superkølet tilstand. Moderne observationer viser at op til omkring -15 ° C er skyerne næsten udelukkende sammensat af vanddråber op til -40 ° C – både fra vanddråber og iskrystaller, og kun ved lavere temperaturer gør vand i flydende fase skyer finder næsten aldrig sted [9]. Værkerne fra første halvdel af det 20. århundrede viste, at regnbue-skyer kun kan dannes på dråber af superkølet vand, men i de seneste årtier har det vist sig, at iskrystaller også kan føre til dannelsen af ​​regnbue-skyer.

Irritation ved kanterne af lentikulære (lentikulære) høje cumulus skyer. Foto O. Bartunova. Himalaya, 4. januar 2013

Hvornår?

I dag studeres fænomenet irierscens af usædvanligt høje og kolde cirrusskyer bestående af iskrystaller, som har en næsten monodisperse størrelsesfordeling. Disse skyer ligger nær tropopausen (et smalt lag af atmosfæren, der adskiller troposfæren og stratosfæren), deres temperatur er ca. -70 … -75 ° C, og ispartiklernes størrelse er kun 2-5 mikron. I et af de seneste værker har amerikanske forskere antydet, at disse iskrystaller blev dannet som et resultat af nedstigningen af ​​svovlsyrepartikler fra stratosfæren, der tjener som en slags kondensationskerner til vanddamp.

Svovl kommer ind i stratosfæren under store vulkanudbrud; tropiske vulkaner er især "gode" til dette. De kan smide svovl ind i stratosfæren til en højde på 20-30 km. Her spredes svovl hurtigt i hele planeten (på grund af Brygger-Dobsons omsætning, der overfører luft i stratosfæren fra troperne til polar breddegrader) og begynder at sætte sig langsomt ned i den nedre atmosfære. Sedimenteringsprocessen kan vare op til 2-3 år.

Sulfat aerosoler i stratosfæren giver en række optiske effekter, lige fra farverige solnedgange og solopgange, der slutter med de såkaldte biskopringe – en slags halo med et blåt og hvidt lyscenter og en mørkerødbrun margin. Den sidste kraftige udbrud er en eksplosion af Pinatubo vulkanen i 1991, det følgende år var præget af en reel opstand af lysfænomener i atmosfæren.

Så i Holland blev biskops ringe optaget næsten hver dag [10], vejrudsigere så dem ikke kun på dage med kontinuerlige lave skyer. Det er muligt, at regnbue-skyer blev observeret oftere, men der er ingen direkte information om dette: I dag er der ingen systematisk vurdering af klimatologi (rumlig fordeling, årlig variation, mellemrumændringer osv.) Af dette fænomen. Så for at bekræfte vulkanernes virkning på dannelsen af ​​regnbue-skyer, ser det ud til, bliver nødt til at vente på den næste kraftige udbrud. I mellemtiden kan du bare nyde de billeder, som heldige forskere med usædvanlige naturfænomener deler med os.

1. Simpson G.C., Coronae og iriserende skyer, Kvartalsvis Journal of the Royal Meteorological Society, 38(164), 291-299, 1912.
2. Bohren C. Enkle eksperimenter i atmosfærisk fysik: En serendipitøs iriserende skyer, weatherwise, 38(5), 268-274, 1985.
3.Shaw J.A. og Pust N.J. Icy bølge-sky maun corona og cirrus iridescence, Anvendt Optik, 50 (28), F6-F11, 2011.
4. Sassen K. Iridescens i et luftfartøjskonstruktion, Journal of the Optical Society of America, 69(8), 1080-1083, 1979.
5. Shaw J.A. og Neiman P.J. Coronas og iridescence i bjergbølge skyer, Anvendt optik, 42(3), 476485, 2003.
6. Sassen K. Cirrus sky iridescence: en sjælden casestudie, Anvendt optik, 42(3), 486-491, 2003.
7. Lås J.A. og Yang L. Mie teori om corona, Anvendt optik, 30(24), 3408-3414, 1991.
8. Stubenrauch C.J. Globale Cloud Datasæt fra Satellitter: Projekt og Database Initieret af GEWEX Radiation Panel, Bulletin of the American Meteorological Society, 94(7), 1031-1049, 2013.
9. Mazin I.P. og Hrgian A.Kh. Skyer og overskyet atmosfære, Leningrad: Gidrometeoizdat, 648 s., 1989.
10. Hattinga Verschure P.-P. Sky beskidte fænomener, Anvendt optik, 37(9), 1585-1588, 1998.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: