Введение 3
I. Физические характеристики оптических явлений в облаках и осадках... 4
1.1. Общие сведения 4
1.2. Радуга 4
1.3. Гало 17
1.4. Венцы 28
II. Расчет параметров оптических явлений на основании геометрической
оптики и дифракции света 33
2.1. Влияние размеров капель осадков на физические характеристики
радуги 33
2.2. Влияние расположения и формы кристаллов в облаке на образующиеся
формы гало 38
2.3. Влияние водяных капель и ледяных кристаллов на характеристики
венцов 40
III. Анализ зависимости оптических явлений от микрофизических
характеристик облаков 44
3.1. Определение микрофизических характеристик облака в зависимости от
формы и вида радуги 44
3.2. Определение микрофизических характеристик облака в зависимости от
видов гало 52
3.3. Определение микрофизических характеристик облака в зависимости от
формы, вида и способа образования венцов 53
Заключение 56
Список литературы
Оптические атмосферные явления вызваны преломлением, отражением, рассеянием и дифракцией света в облаках и осадках в атмосфере. При помощи оптических явлений можно сделать вывод не только о состоянии соответствующих слоев атмосферы, но и использовать для прогнозирования условий погоды. Этим определяется актуальность исследования оптических явлений в облаках и осадках.
Целью представленной работы является изучение оптических явлений в облаках и осадках для характеристики микрофизического строения облаков.
Для проведения работы были выполнены следующие задачи:
1. Изучение теоретического материала о возникновении оптических явлений;
2. Расчет параметров оптических явлений на основании использования теории геометрической оптики и дифракции света.
3. Анализ полученных результатов с целью определения микрофизических характеристик строения облаков.
В представленной работе были изучены условия возникновения радуг, гало и венцов.
Работа состоит из трех глав. В первой главе описаны физические характеристики оптических явлений и способы из образования. Во второй главе произведены расчеты параметров оптических явлений. В третьей главе приведен анализ зависимости оптических явлений от параметров облака.
В работе показано как микроструктура облаков и осадков определяет исследуемые оптические явления.
В ходе работы над дипломным проектом была выполнена поставленная задача.
Были рассмотрены теоретические основы оптических явлений в облаках и осадках на примере радуги.
Для приведения анализа были привлечены методы геометрической оптики и дифракции света. Проведенный анализ позволил получить следующие выводы:
1.Оптические явления могут быть индикатором микрофизической структуры облаков и осадков.
2. Были проведены расчеты для анализа особенностей характеристики радуги в зависимости от размеров капель, из которых состоит облако.
Анализ показал, что по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу.
Чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче, характерной особенностью для крупных капель является наличие насыщенного красного спектра в первичной радуге. Многочисленные дополнительные дуги тоже имеют яркие тона и без промежутков прилегают к основным радугам. Чем меньше радиус капель, тем радуга становится шире и бледнее с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят друг от друга и от основных радуг.
Появление гало говорит о приближении теплого фронта, поскольку оно всегда наблюдается в перисто- слоистых облаках, которые обычно входят в систему облаков теплого фронта. Ввиду того, что венцы образуются на более мелких элементах облака (каплях или кристаллах), чем гало, то можно сделать несколько заключений. Если сначала наблюдались венцы, затем они пропали и через некоторое время появились гало, то это говорит об укрупнении кристаллов облака и об увеличении вероятности выпадения осадков. И наоборот, если сначала наблюдалось гало, а затем появились венцы, то это означает, что элементы облака испаряются, уменьшаются в размерах, а значит, уменьшается вероятность выпадения осадков.
Размер венцов определяется средними значениями размеров капель или кристаллов, из которых состоит облако. Зная размер венца, можно определить средний размер капель или кристаллов. Наблюдая за изменениями размеров венцов (увеличиваются или уменьшаются их размеры) можно судить о том, что происходит с элементами облака: испаряются они или укрупняются.
