§ 7. Оптические и электрические явления, связанные с облаками и осадками
Развитие облаков и выпадающие из них осадки в значительной мере изменяют характер погоды. Изменяются атмосферное давление, температура, ветровой режим, освещенность, электропроводность и другие характеристики.
Кроме того, при определенных условиях в атмосфере могут наблюдаться различные оптические, электрические, акустические и др. явления, так или иначе связанные с облаками и осадками. Наиболее распространенными из них являются:радуга — световая (радужная) дуга (дуги) радиусом 42°, 52°, окрашенная в спектральные цвета (по внешнему краю в красный, по внутреннему в фиолетовый), наблюдаемая на фоне неба и облаков в противоположной от Солнца или Луны стороне с центром в антисолярной точке (точке линии, соединяющей центр солнечного или лунного диска с глазом наблюдателя). Радуга объясняется преломлением солнечных лучей при входе и выходе из капель и полным внутренним их отражением внутри капель. Яркость и интенсивность радуги зависят от преобладающего диа- 27 метра дождевых капель. Крупнокапельный дождь образует четкую и яркую радугу с ясным разделением цветов. Радуга на фоне тумана или облаков с мелкими каплями широкая^ блеклая или вовсе белая, размытая. Лунная радуга всегда белая, что объясняется свойствами человеческого глаза. Нередко наблюдается более слабая дополнительная дуга (дуги) радуги с обратным расположением цветов. При высоте Солнца 42° и более радуга не наблюдается вовсе. Чем ниже высота Солнца, тем выше и длиннее дуга радуги. Наблюдать радугу можно и в брызгах морских волн;
гало — могут возникать, как многообразные оптические явления, в ледяных облаках верхнего яруса, особенно в перисто-слоистых. Наиболее повторяющиеся их формы можно разделить на две группы. Слегка окрашенные в различные цвета (красный цвет располагается со стороны Солнца или Луны) — круги радиусом 22° и 46°, касательные дуги к ним, ложные солнца и гало; не имеющие окраски — горизонтальный круг, вертикальные столбы, проходящие через солнечный диск, кресты и др.
Окрашенные гало объясняются преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, а неокрашенные (бесцветные) — отражением света от граней кристаллов. Разнообразие форм гало зависит главным образом от типов кристаллов, суммарного движения и пространственной ориентацией их осей (граней), а также от высоты Солнца;венцы. В тонких капельно-жидких облаках, сквозь которые просвечивают Солнце или Луна, могут возникать радужные кольца — венцы. Венцы могут наблюдаться также в тумане вокруг искусственных источников света. Первый световой круг венца (ореол) непосредственно примыкает к свету, далее он сменяется концентрическими менее яркими цветными кольцами — венцами второго, третьего порядков. Размеры венцов колеблются от 1 до 10 °. Венцы образуются за счет дифракции света при прохождении через мельчайшие капли и кристаллы облаков и туманов световых лучей;
глории — подобны венцам, но наблюдаются они в противоположной от Солнца или Луны стороне с центром в антисолярной точке. Это явление объясняется также дифракцией света, уже отраженного в капельках облаков так, что он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал.
Процессы испарения, конденсации и сублимации, коагуляции и дробления облачных элементов приводят к появлению в облаках и туманах огромного числа электрически заряженных частиц. Особенно сильные электрические заряды возникают в кучево-дождевых облаках, содержащих крупные капли и кристаллы. В силу преобладающих нисходящих и восходящих потоков в различных частях кучево-дождевых облаков происходит разделение зарядов, 2Н
т. е. скопление электричества одного знака в разных областях грозовых облаков. Основания кучево-дождевых облаков, содержащих преимущественно крупные капли, несут суммарный положительный заряд. Центральная часть грозовых облаков имеет общий отрицательный заряд, а вершины их, состоящие из мельчайших ледяных кристаллов, заряжены также положительно. Напряженность электрического поля атмосферы в облаках и между облаками и землей (суммарный заряд Земли отрицательный) достигает огромных значений (порядка сотен киловольт на 1 м).
Особо активные процессы разделения и концентрации противоположных зарядов приводят к возникновению между облаками, его отдельными частями или облаками и Землей искровых разрядов — молний, сопровождаемых звуковыми колебаниями — громом.По виду молнии делятся на линейные, неточные, плоские и шаровые. Наиболее известна линейная молния, представляющая собой сильно разветвленную искру длиной 2—3 км при разряде между облаком и Землей и 15—20 км при разряде между облаками.
Сливающийся воедино молниевый разряд на самом деле состоит из 1—5 (иногда — нескольких десятков) чередующихся импульсов общей длительностью около 0,2 с. Молниевый разряд начинается лидером, который создает канал молнии, средний диаметр которого составляет 15—20 см. Сила тока в канале достигает сотен килоампер, а мгновенная мощность — миллионов киловатт. Температура газовых стенок канала молнии достигает 20 000°К. Мгновенный нагрев газа в молниевом канале приводит к резкому расширению воздуха, в результате чего возникают звуковые колебания — гром. Звуковой эффект усиливается образованием гремучего газа в канале молнии, так как за счет высоких температур вода разлагается на кислород
и водород.
Молниевый разряд в судно может вызвать пожар, вывести из строя антенны или радиоприемные и передающие устройства, вызвать перемагничивание магнитных приборов и т. д. Для защиты от молний на судах применяют различной конструкции молниеотводы.