Moje meteo wkrętki

Dlaczego niebo jest niebieskie? Izaak Newton sądził, że kolor ten jest wynikiem odbicia światła słonecznego od wydrążonych kropelek wody. Teoria ta była błędna, gdyż takie kropelki nie występują w atmosferze.
W 1881 roku John Tyndall (1820-1893) przedstawił poprawne wyjaśnienie tego zjawiska. Opierając się na badaniach lorda Rayleigha (John William Strutt, 1842-1919), wywnioskował, że niebieska barwa nieba jest wynikiem rozproszenia światła (rozprowadzenia we wszystkich kierunkach) przez cząsteczki powietrza). Rozmiary cząsteczek, które biorą udział w rozpraszaniu Rayleigha, są mniejsze od długości fali światła widzialnego. Intensywność (na jednostkę objętości) rozpraszania Rayleigha jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi długości fali?
Największe rozproszenie występuje przy kolorach o najkrótszych falach, takich jak fioletowy i niebieski. Zielony jest mniej rozpraszany, a czerwony najmniej. W wyniku zmieszania się wszystkich kolorów w odpowiednich proporcjach - (mnóstwo fioletu, mniej niebieskiego i zielonego, a najmniej czerwonego i pomarańczowego) powstaje niebieski kolor nieba.  [Patrz  rysunek]
Kiedy patrzymy na oddalony przedmiot, widzimy światło odbite bezpośrednio od niego oraz rozproszone światło nadchodzące z tego samego kierunku. W rezultacie zmniejsza się ostrość widzenia odległego obiektu. Gdy ten sam przedmiot obserwujesz przez niewielką papierowa tubę, widzisz go wyraźniej, ponieważ mniej rozproszonego światła dochodzi do twojego oka.

Formuła Rayleigha nie odnosi się do większych cząstek (kropelek wody, kryształków lodu). W tym przypadku mamy do czynienia z rozpraszaniem Mie, nazwanym tak na cześć jego odkrywcy, niemieckiego fizyka Gustava Mie (1866-1957), który opisał je w 1908 roku. Rozpraszanie Mie jest niemal takie samo dla wszystkich długości fal i stąd w efekcie widzimy światło białe. Możemy teraz wyjaśnić, czemu cienkie chmury złożone z kryształków lodu (cirrus) są białe. Z powodu rozpraszania Mie, do którego dochodzi na kropelkach wody i na cząsteczkach pary wodnej silnie skoncentrowanych w chmurach, grube chmury również są białe. Wielokrotne rozpraszanie zwiększa ilość fal o różnych długościach dochodzących do naszych oczu. Podobnie dym papierosowy wydaje się niebieskawy, ale wypuszczony z ust jest białawy, gdyż miesza się z parą wodną. Z powodu wielokrotnego rozpraszania niebo w pobliżu horyzontu jest jaśniejsze (droga światła przez atmosferę jest znacznie dłuższa).

Nazwą tą obejmujemy całą grupę skomplikowanych zjawisk optycznych w atmosferze, uwarunkowanych załamaniem i odbiciem światła w kryształach lodu, z których zwykle składają się górne warstwy chmur. Rysunek:  Powstawanie halo.

Najczęściej widuje się małe halo, w postaci pierścieni wokół Słońca lub Księżyca o średnicy kątowej około 22°. Halo 22° jest generowane przez załamanie promieni w opadających kryształkach lodu losowo ułożonych w płaszczyźnie prostopadłej do padających promieni świetlnych. Halo 46° powodowane jest przez załamanie promieni w sześciokątnych kryształkach lodu o kształcie kolumn. Większe halo ma średnice kątową około 46°. Czasem poszczególne odcinki takiego halo świecą jaskrawiej tworząc tak zwane słońce pozorne - parhelium (para - bliski, Helios - Słońce). Halo, którego przyczyną jest załamanie promieni świetlnych w kryształach, jest zawsze z lekka zabarwione odcieniami tęczowymi, co tłumaczy się dyspersją światła.   Pierścienie tworzące halo mogą być zabarwione (wewnątrz na czerwono i na zewnątrz na niebiesko), gdyż kąt załamania zależny jest od długości fali świetlnej.
Najbardziej znanym przykładem dużego halo jest słynne, często powtarzające się widmo Brockenu. Halo tu przybiera postać kilku gigantycznych pierścieni utworzonych wokół Słońca z sylwetkami obserwatorów na tle zachmurzonego nieba, przy czym obrazy obserwatorów rozrastają się w ogromne cienie, powtarzające wiernie wszystkie ich ruchy.

Halo może być obserwowane o każdej porze roku. Zjawisko to jest generowane przez chmury wysokie, które zwykle poprzedzają front ciepły. Wskazuje to na możliwość wystąpienia opadów w ciągu najbliższych 24-48 godzin. Jak mówi stare przysłowie: “Halo wokół Słońca lub Księżyca, w lecie deszcz, w zimie śnieżyca”.

Razem z halo mogą wystąpić różne postacie zjawisk podobnych do halo, na przykład łuki, okręgi, słońca poboczne. Słońca poboczne to kolorowe, jasne plamy po obu stronach Słońca. Niektóre z takich łuków, okręgów i słońc pobocznych zamieszczono na rysunku i zdjęciach obok.  Rysunek:  Różnorodność zjawisk podobnych do halo.
Mały pierścień halo - jest to krąg świetlny, barwny, biały lub w przeważającej części biały, lub w przeważającej części biały, o promieniu 22° , w którego środku znajduje się tarcza Słońca lub Księżyca. Krąg ten ma zwykle słabo widoczne zabarwienie czerwone od wewnątrz i w rzadkich przypadkach fioletowe zabarwienie na zewnątrz. Część nieba wewnątrz kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz. Jest to najczęściej obserwowane zjawisko halo.
Duży pierścień halo - jest to krąg świetlny o promieniu 46° ; jest on zawsze mniej jasny i o wiele rzadziej obserwowany niż mały pierścień halo.
Słup świetlny - jest to ciągła lub przerywana biała, pionowa smuga światła, przechodząca przez Słońce lub Księżyc i obserwowane powyżej i poniżej tych ciał niebieskich.
Łuk styczny górny i łuk styczny dolny - są czasami widoczne na zewnątrz małego lub dużego pierścienia halo; łuki te są styczne do pierścieni halo odpowiednio w punktach najwyższym i najniższym. Często są one bardzo krótkie i mogą nawet redukować się do plam świetlnych.
Łuk okołozenitalny górny i dolny - łuk okołozenitalny górny jest łukiem małego koła poziomego (o dużej krzywiźnie) znajdującego się blisko zenitu; ma on żywe barwy z czerwoną na zewnątrz i fioletową od wewnątrz. Łuk okołozenitalny dolny jest łukiem koła poziomego, o dużym promieniu, znajdującego się w pobliżu horyzontu.
Poziomy krąg przysłoneczny - jest to biały, poziomy krąg znajdujący się na tej samej wysokości kątowej co Słońce. W pewnych punktach kręgu przysłonecznego mogą pojawić się plamy świetlne (słońce pozorne). Plamy te znajdują się najczęściej nieco na zewnątrz małego pierścienia halo (słońce poboczne, posiadające często lśniące barwy), niekiedy w odległości azymutalnej 120° od Słońca (przeciwsłońca poboczne) i bardzo rzadko naprzeciw Słońca (przeciwsłońce).
Słońce dolne (pozorne) - ukazuje się pionowo poniżej Słońca w postaci białej błyszczącej plamy, podobnej do obrazu Słońca, odbitego od spokojnej powierzchni wody

Stratus (St - chmura warstwowa) to chmura w postaci jednolitej szarej warstwy. Występowaniu tego rodzaju chmur często towarzyszy mżawka lub bardzo drobny deszcz, po którym chmury te często rozwiewają się. Czasem są one tak cienkie, że prześwieca przez nie słońce. Często towarzyszy im zjawisko halo. Wskutek dużego albedo zmniejszają dopływ promieniowania, przez co temperatura podczas ich występowania obniża się.

Najczęściej pojawiają się, gdy nad obszar, nad którym znajdują się niskie masy zimnego powietrza, zbliża się ciepłe powietrze, tworząc front ciepły, lub na skutek silnego ochłodzenia (wskutek wznoszenia ciepłego, wilgotnego powietrza, wypromieniowania ciepła z powierzchni gruntu).

Nimbostratus (Ns - chmura warstwowa deszczowa) to chmura w postaci ciemnoszarej jednolitej warstwy, zazwyczaj całkowicie zasłaniającej niebo. Złożona jest z kropel wody oraz kryształków lodu. Jej występowaniu towarzyszą ciągłe opady deszczu lub śniegu.

Jest to chmura dająca najdłużej trwające opady. Dolna podstawa chmury występuje na wysokości 200-500 m (często pod podstawą występują jeszcze postrzępione chmury Stratus fractus (St fra) na wysokości rzędu 100-200 m, a nawet niżej). Grubość chmury jest bardzo duża i dochodzi do 4-6 km. Często też łączy się z wyżej położoną chmurą Altostratus (As). Z tych powodów Ns zawsze całkowicie przesłania tarczę słoneczną. Obserwujemy wówczas pochmurną i deszczową pogodę, a zimą obfite opady śniegu. Czasem występuje też opad deszczu lodowego, podobnego do gradu, ale tylko w chłodnych porach roku.

Nimbostratus powstaje na froncie ciepłym wskutek unoszenia się ciepłego powietrza ponad chłodne pod stosunkowo niewielkim kątem i kondensacji zawartej w nim pary wodnej. Chmura też pojawia się na froncie chłodnym - razem z cumulonimbusami - oraz na froncie okluzji. Nimbostratus występuje zazwyczaj w chłodnych wycinkach niżu atmosferycznego. Jest to typowa chmura frontalna.

Chmura nimbostratus nie daje zjawiska burzy, aczkolwiek, jeśli wbudowane są w nią chmury cumulonimbus (Cb) mogą teoretycznie powstawać ładunki elektrostatyczne na zasadzie indukcji elektrostatycznej. Jeśli różnice pomiędzy nimi są duże, to mogą wystąpić wewnętrzchmurowe wyładowania atmosferyczne, jednakże jest to mało prawdopodobne. Mieszanka chmur Ns i Cb daje ulewne i długotrwałe opady deszczu lub śniegu.

W przypadku chmury warstwowo - deszczowej nie wyróżnia się gatunków i odmian.

Cumulonimbus (Cb - chmura kłębiasta deszczowa) to gęsta chmura w kształcie wieży Cumulonimbus calvus (Cb calv) (Calvus z łac. “Łysy”), a w postaci rozbudowanej przypominająca olbrzymie kowadło lub grzyb Cumulonimbus incus (Cb inc). Podstawa tych chmur znajduje się na wysokości 2÷3 km, natomiast górny ich pułap może przekraczać 20 km. Są to chmury najbardziej rozbudowane w kierunku pionowym, dlatego zjawiska fizyczne w nich występujące są bardzo gwałtowne, co owocuje równie gwałtownymi zjawiskami pogodowymi. Złożona z kropel wody oraz kryształków lodu, przy czym dolna część cumulonimbusa zbudowana jest z kropelek wody, górna zaś z kryształków lodu. Chmury tego rodzaju mogą być źródłem gwałtownych opadów deszczu, śniegu lub gradu, którym często towarzyszą wyładowania elektryczne (burze).

Cechą charakterystyczną tego rodzaju chmury jest występowanie silnego wiatru tuż przed rozpoczęciem opadu. Wiatr ten nosi nazwę “szkwał” i występuje w “przedniej części chmury”.

W chmurach tego typu występują bardzo silne prądy wznoszące (jak i zstępujące) - potrafią dochodzić nawet do kilkudziesięciu metrów na sekundę. Spotykane prędkości prądów wznoszących dochodzą do 10-15 m/s, a nawet do 25 m/s (w przypadku, gdy chmura jest dobrze rozwinięta). Z tego powodu, mogą się wydawać interesujące dla szybowników. Mimo to, ze względu jednak na swój często burzowy, turbulentny charakter, wykorzystanie ich w lotach szybowcowych jest bardzo niebezpieczne. Dzięki swoim niezwykłym właściwościom, w przeszłości, chmury te były wykorzystywane przez szybowników do zdobywania dużych wysokości, jednak w chwili obecnej loty szybowcowe w chmurach Cumulonimbus są w Polsce zakazane.