Awan pelangi: apa, di mana, bila?

Awan pelangi: apa, di mana, bila?

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

Alexander Chernokulsky, cand. Phys.-Mat. Sains, A.S. Institut Fizik Atmosfera A. M. Obukhova RAS, bercakap tentang awan, menyenangkan mata kita. Oleg Bartunov dari GAISH dengan anggun diberikan untuk artikel mereka gambar. 6 Februari 2014 Alexander bersama rakan-rakannya di Institut Mireseidom Gabil oglu dan Oleh Alexander Timozhayev telah dianugerahkan Hadiah Kerajaan Moscow untuk Para Ilmuwan Muda. Anugerah dalam pencalonan "Sains bumi" ditandai dengan kajian edaran dan rejim awan di wilayah Rusia dan Arktik dan peranan mereka dalam pembentukan cuaca dan fenomena iklim yang melampau.

Tempoh penghujung XIX – permulaan abad XX memberi manusia galaksi saintis saintis besar dalam bidang fizik nuklear, genetik, penyelidikan kawasan kutub. Sebagai contoh, tujuan ekspedisi Robert Scott pada "Terra Nova" ke Antartika pada tahun 1910-1912 bukan sahaja merupakan pelakon sukan ke Kutub Selatan, tetapi juga kajian geofizik yang komprehensif di benua paling selatan di dunia. Jadi, George Simpson, ahli meteorologi pakar ekspedisi, menurut hasil pengamatan kesan optik di awan, yang diterbitkan pada tahun 1912 artikel pertama [1] yang ditujukan kepada fenomena pengawalan di awan (dari Iris Yunani, Iρις – pelangi), juga dikenali sebagai "pelangi awan".

Kerengsaan pada awan cirrocumulus. Photo O. Bartunova. Himalaya, 18 Oktober 2009

Apa

Awan pelangi adalah fenomena optik yang agak jarang berlaku, di mana awan yang sangat nipis yang terletak berhampiran Matahari berwarna dalam warna spektrum. Biasanya warna ini pastel, pucat, tetapi dalam keadaan tertentu mereka boleh menjadi sangat terang. Simpson dengan jelas menunjukkan bahawa irisasi adalah jenis mahkota yang paling biasa – fenomena optik yang dikaitkan dengan pembelauan cahaya pada titisan air supercooled di awan dan pembentukan bulatan berwarna dalam kain kafan yang mendung di sekeliling matahari.

Di terasnya, awan pelangi adalah bahagian mahkota yang gagal [2]. Dan jika mahkota penuh di atmosfera sangat jarang berlaku, maka hampir semua orang dapat melihat awan pelangi, perkara utama adalah untuk menjadi perhatian! Adalah lebih baik untuk menonton awan pelangi dalam cermin gelap, agar tidak menjadi buta, kerana ia hanya kelihatan berhampiran Matahari, pada jarak kira-kira 3-15 °, dalam beberapa kes sehingga 30 °. Tetapi jika lumen tersembunyi di belakang sesuatu (di belakang awan yang lain, di belakang gunung, dan sebagainya), maka iridescence dapat dilihat dengan mata kasar.

Kerengsaan pada awan cirrocumulus. Photo O. Bartunova. Himalaya, 3 November 2011

Di mana

Terdapat irama-irama biasanya di pinggir cirrus, pintu pintar dan awan tinggi-cumulus. Sumber cahaya, dengan cara itu, boleh bukan hanya Matahari, tetapi juga Bulan [3]. Pengungkapan dapat dilihat pada kontra pesawat [4], dan juga di bahagian atas awan kumulonimbus (pada kerudung yang disebut atau anvil). Benar, awan pelangi itu tidak meramalkan apa-apa pelangi, sebaliknya, mereka bercakap tentang cuaca yang semakin buruk! Dan selalunya iridescence berlaku dalam awan tinggi lenticular (lenticular) ciri-ciri kawasan pergunungan [5]. Udara di pergunungan adalah bersih, hampir bebas daripada kekotoran, dan sebagai akibatnya tetesan air lebih sukar untuk masuk ke dalam kristal. Hakikatnya ialah untuk penampilan irama-irama, air supercooled lebih baik daripada kristal ais.

Cahaya matahari, jatuh pada drop awan atau kristal ais, menyimpang dari penyebaran dalam garis lurus. Pada masa yang sama, jumlah sisihan cahaya bergantung kepada panjang gelombang, oleh itu, pembelauan sinar matahari selalu membawa kepada penguraiannya ke dalam spektrum. Di sekeliling setiap titisan, bulatan berwarna terbentuk kerana penyebaran tunggal. Kecerahan mereka sangat rendah dan hanya dapat dilihat sebagai hasil tindihan.Saiz bulatan warna bergantung bukan sahaja pada panjang gelombang, tetapi juga pada saiz halangan (dengan cara itu, dari sudut sudut bulatan warna yang sama di mahkota dari Matahari, anda boleh mengira radius zarah awan dengan agak tepat).

Kerengsaan pada awan cirrus. Photo O. Bartunova. Himalaya, 30 Disember 2012

Dalam awan dengan serpihan besar zarah dalam saiz, bulatan warna akan bertindih antara satu sama lain dan iriscence akan hilang. Dalam awan optik padat, kesan yang berkaitan dengan kenaikan pukulan berbilang, yang juga "mematikan" untuk kesan iridescence. Oleh itu, awan optik nipis (atau bahagian awan) dengan pengedaran monodisperse zarah awan dalam saiz dan bentuk adalah sesuai untuk irisasi. Semakin tinggi keseragaman zarah-zarah awan, semakin terang warna awan pelangi. Dan ia lebih tinggi dalam titisan air. Ya, dan saiznya lebih berjaya daripada rakan es mereka.

Untuk pembentukan awan pelangi, saiz zarah awan mesti 5-50 kali lebih besar daripada panjang gelombang cahaya [6, 7], iaitu, dari 3.5 hingga 35 μm untuk merah dan dari 2 hingga 20 μm untuk biru. Pemerhatian menunjukkan bahawa awan pelangi paling terang diperhatikan di awan dengan saiz zarah sekitar 10 mikron dan kurang.Dan menurut pemerhatian satelit terkini [8], saiz kristal ais yang paling biasa di awan adalah kira-kira 30-40 mikron, walaupun kristal ais didapati lebih kecil dan lebih besar (2-3 hingga 60-65 mikron). Pelbagai variabiliti titisan air di awan sudah: dari kesepuluh hingga 30-40 mikron, dengan ukuran yang paling biasa titisan dalam julat 2-3 mikron dan 10-15 mikron. Titik supercooled sedemikian sesuai untuk pembentukan awan pelangi! Dengan cara lain, satu lagi fakta menarik: George Simpson yang, dalam artikelnya pada tahun 1912 berdasarkan pemerhatian awan pelangi, mula-mula mengesahkan (walaupun tidak secara langsung) bahawa air di awan berada dalam keadaan superkol. Pemerhatian moden menunjukkan bahawa kira-kira -15 ° C, awan hampir keseluruhannya terdiri daripada titisan air, sehingga -40 ° C – kedua-duanya dari titisan air dan kristal ais, dan hanya pada suhu yang lebih rendah air dalam fasa cecair awan hampir tidak pernah berlaku [9]. Karya-karyan semester pertama abad ke-20 menunjukkan bahawa awan pelangi hanya boleh terbentuk pada titisan air supercooled, tetapi dalam beberapa dekad baru-baru ini didapati bahawa kristal ais juga dapat menyebabkan pembentukan awan pelangi.

Penguraian di tepi awan kumulatif tinggi lenticular (lenticular). Photo O. Bartunova. Himalaya, 4 Januari 2013

Apabila?

Pada masa kini, fenomena penyiaran awan cirrus yang luar biasa dan sejuk yang terdiri daripada kristal ais, yang mempunyai taburan saiz yang hampir monodisperse, sedang dikaji secara aktif. Awan ini terletak berhampiran tropopause (lapisan sempit atmosfera memisahkan troposfera dan stratosfera), suhu mereka adalah kira-kira -70 … -75 ° C, dan saiz zarah ais hanya 2-5 mikron. Dalam salah satu karya terkini, para saintis Amerika telah mencadangkan bahawa kristal-kristal es ini terbentuk sebagai hasil daripada turunnya zarah-zarah asid sulfurik dari stratosfera, yang berfungsi sebagai sejenis nukleus pemeluwapan untuk wap air.

Sulfur memasuki stratosfera semasa letusan gunung berapi yang besar; gunung berapi tropika amat "baik" untuk ini. Mereka boleh membuang belerang ke stratosfera ke ketinggian 20-30 km, di sini sulfur cepat tersebar di seluruh planet (kerana peredaran Brewer-Dobson, yang memindahkan udara dalam stratosfera dari tropika ke latitud kutub) dan mula perlahan-lahan menetap ke atmosfera yang lebih rendah. Proses pemendapan boleh berlangsung sehingga 2-3 tahun.

Aerosol sulfat di stratosfera menyebabkan pelbagai kesan optik, dari matahari terbenam yang berwarna-warni dan matahari terbit, berakhir dengan cincin Bishop yang dipanggil – sejenis halo dengan pusat cerah biru putih dan margin merah gelap yang gelap. Letusan kuat terakhir adalah letupan gunung berapi Pinatubo pada tahun 1991, tahun berikutnya ditandai oleh rusuhan sebenar fenomena cahaya di atmosfera.

Oleh itu, di Belanda, cincin Bishop telah direkod hampir setiap hari [10], peramal cuaca tidak melihat mereka hanya pada hari-hari dengan awan rendah berterusan. Adalah mungkin bahawa awan pelangi diperhatikan lebih kerap, tetapi tidak ada maklumat langsung tentang ini: hari ini tidak ada penilaian yang sistematik terhadap klimatologi (pengagihan ruang, variasi tahunan, perubahan interannual, dan lain-lain) dari fenomena ini. Jadi untuk mengesahkan kesan gunung berapi pada pembentukan awan pelangi, nampaknya, perlu menunggu letusan kuat yang seterusnya. Sementara itu, anda hanya dapat menikmati gambar-gambar yang penyelidik bernasib baik berkongsi fenomena semulajadi yang luar biasa dengan kami.

1. Simpson G.C, Coronae dan awan berwarna terang, Jurnal Suku Tahunan Persatuan Meteorologi Diraja, 38(164), 291-299, 1912.
2. Bohren C. Percubaan Sederhana dalam Fizik Atmosfera: A Serendipitous Awan, Weatherwise, 38(5), 268-274, 1985.
3Shaw J.A. dan Pust N.J. Icy gelombang awan korona lunar dan iriscir cirrus, Optik Gunaan, 50 (28), F6-F11, 2011.
4. Sassen K. Iridescence dalam kontra pesawat pesawat, Jurnal Persatuan Optik Amerika, 69(8), 1080-1083, 1979.
5. Shaw J.A. dan Neiman P.J. Coronas dan iridescence di awan gelombang gunung, Optik Gunaan, 42(3), 476485, 2003.
6. Sassen K. Cirrus cloud iridescence: kajian kes jarang berlaku, Optik Gunaan, 42(3), 486-491, 2003.
7. Kunci J.A. dan teori Yang L. Mie daripada korona, Optik Gunaan, 30(24), 3408-3414, 1991.
8. Stubenrauch C.J. Dataset Awan Global dari Satelit: Projek dan Pangkalan Data Dimulakan oleh Panel Radiasi GEWEX, Buletin Persatuan Meteorologi Amerika, 94(7), 1031-1049, 2013.
9. Mazin I.P. dan Hrgian A.Kh. Awan dan suasana berawan, Leningrad: Gidrometeoizdat, 648 ms., 1989.
10. Hattinga Verschure P.-P. Fenomena kotor langit, Optik Gunaan, 37(9), 1585-1588, 1998.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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