Видимость и помутнение атмосферы

Видимость в атмосфере определяется расстоянием, на котором человеческий глаз способен различить предмет на фоне неба или земной поверхности. Этот параметр зависит не только от яркости и контраста объекта, но и от прозрачности воздушной среды, которая в значительной степени изменяется под действием физических процессов рассеяния и поглощения света.

Прозрачность атмосферы регулируется наличием аэрозолей, водяных капель, кристаллов льда, а также концентрацией газов, обладающих селективным поглощением. Наиболее важным фактором является рассеяние света на частицах воздуха и аэрозолях, что приводит к уменьшению контраста удалённых объектов и, следовательно, снижению видимости.

Механизмы снижения видимости

  1. Молекулярное (релеевское) рассеяние

    • Характерно для коротковолнового излучения.
    • Определяет голубой цвет неба и влияет на видимость при малом загрязнении.
    • Уменьшает контраст в синей части спектра, особенно при наблюдениях вдаль.

  2. Рассеяние на аэрозолях (ми-рассеяние)

    • Возникает на частицах пыли, дыма, солей, каплях воды.
    • Частицы сопоставимы по размеру с длиной волны света, поэтому рассеяние охватывает широкий спектр.
    • Именно аэрозоли играют ключевую роль в помутнении атмосферы и резком снижении видимости.

  3. Поглощение газами и аэрозолями

    • Водяной пар, озон, диоксид азота и другие газы ослабляют световые потоки.
    • Прямое поглощение снижает общую яркость наблюдаемых объектов.

Естественные причины ухудшения видимости

  • Туманы – образуются при конденсации водяного пара в приземном слое атмосферы. Капли имеют размер от 1 до 20 мкм, эффективно рассеивают свет, приводя к почти полной утрате видимости на расстоянии более нескольких десятков метров.

  • Дымка – связана с присутствием аэрозолей антропогенного и природного происхождения. Видимость в дымке снижается менее резко, чем в тумане, но достигает десятков километров.

  • Пыльные бури и песчаные вихри – характерны для засушливых регионов. Концентрация минеральных частиц приводит к сильному поглощению и рассеянию света, часто ограничивая видимость до сотен метров.

  • Ледяные кристаллы и снежная метель – приводят к многократному отражению и переотражению света, создавая ослепляющий эффект и значительное снижение видимости.

Антропогенные факторы

  • Промышленные выбросы: сажа, сульфаты, оксиды азота образуют аэрозольные взвеси.
  • Автомобильные выхлопы: особенно значимы в городах, формируют устойчивую дымку.
  • Фотохимический смог: результат реакции газов и аэрозолей под действием солнечного излучения, существенно снижающий видимость в мегаполисах.

Количественные характеристики видимости

Для описания видимости применяют несколько физических величин:

  • Коэффициент ослабления света σ — сумма коэффициентов рассеяния и поглощения. Чем выше значение σ, тем ниже прозрачность атмосферы.

  • Метеорологическая дальность видимости (МDV) — расстояние, на котором контраст объекта падает до порога различимости (обычно около 2%). Определяется законом Бугера–Ламберта:

I = I0 e−σR,

где I — интенсивность света после прохождения пути R, I0 — начальная интенсивность, σ — коэффициент ослабления.

  • Пороговая контрастность: если разность яркости объекта и фона становится меньше способности глаза различать контрасты (около 0,02–0,05), объект исчезает из поля видимости.

Влияние влажности

Важным фактором является гигроскопичность аэрозолей. При высокой влажности частицы поглощают воду, увеличиваются в размере и становятся более эффективными рассеивателями света. Это объясняет резкое падение видимости перед туманами и в условиях высокой влажности воздуха.

Временные и пространственные изменения видимости

  • Суточные колебания: ночью при охлаждении воздуха и конденсации пара чаще образуются туманы. Днём солнечный прогрев способствует рассеиванию тумана, улучшая видимость.
  • Сезонные изменения: в холодное время года чаще наблюдаются радиационные туманы, в тёплое — дымка и смог.
  • Географические различия: в горах и над морем воздух чище, что обеспечивает большую видимость; в городах и промышленных зонах — значительно меньше.

Практическое значение

  • Авиация: ограниченная видимость напрямую связана с безопасностью полётов.
  • Мореплавание: туманы и дымка представляют серьёзную угрозу навигации.
  • Экология: по степени помутнения атмосферы можно судить о загрязнении воздуха.
  • Климатология: многолетние изменения прозрачности атмосферы связаны с глобальными процессами — вулканической активностью, массовыми пожарами, выбросами аэрозолей.
Оглавление