Задачник по общей метеорологии БРОЙДО, ЗВЕРЕВА

ная освещенность. Суммы освещенности прямым и рассеянным солнечным светом, а также суммарной освещенности, составленные за час, день, месяц, сезон, вегетационный период, год, называются количеством освещения. Они характеризуют световой. климат (режим) каждого района.

Задачи

15.1. Вычислить освещенность Солнцем горизонтальной поверхности на о. Диксон в день летнего солнцестояния в полдень и в полночь, если широта острова 73,5°, а среднее месячное значение коэффициента прозрачности атмосферы 0,79. Использовать, приложения 5 и 6.

15.2. Какая поверхность — горизонтальная или вертикальная — в полдень в день осеннего равноденствия будет больше освещена

Во сколько раз освещенность на экваторе больше, чем в Ленинграде и на ст. Восток? Ослабление света в атмосфере не учитывать. Использовать приложение 5.

15.4. Вычислить освещенность горизонтальных площадок в районах, перечисленных в предыдущей задаче, с учетом ослабления света в атмосфере, если средние месячные коэффициенты прозрачности атмосферы соответственно равны 0,70; 0,79; 0,80;. 0,84. Использовать приложения 5 и 6. Во сколько раз освещенность на экваторе больше, чем в Ленинграде и на ст. Восток? Почему изменилось соотношение освещенностей по сравнению с ответами к предыдущей задаче, хотя в Антарктиде и Ленинграде прозрачность воздуха больше, чем на экваторе.

15.5. Доказать, что освещенность горизонтальной площадки на земной поверхности Ею, освещенной всем небосводом, яркость,

его Вн равномерна во всех направлениях. Доказать, что освещенность горизонтальной площадки на земной поверхности Ев, созда-

ным по яркости слоем облаков Ns, равна 1000 кд/м2. Вычислить яркость луга с выгоревшей травой и озимого поля с зеленой травой, считая, что они отражают по закону Ламберта, если их альбедо соответственно равны 0,19 и 0,26.

Т5;8. Вычислить среднюю яркость небосвода, покрытого сплошным слоем слоистых непросвечивающих облаков, днем, если

183.

освещенность земной поверхности при наличии снежного покрова

Вычислить процент увеличения освещенности рассеянным све-

15.13.Вычислить освещенность горизонтальной поверхности Земли лунным светом в момент полнолуния, если высота Луны 60°,

акоэффициент прозрачности атмосферы 0,77. Использовать данные задачи 15.12.

15.14.Средняя яркость ночного безлунного неба в 1 ч равнялась Ю- 4 кд/м2. Определить освещенность земной поверхности,

создаваемую за счет свечения, возникающего в земной атмосфере, если вклады источников освещения в это время при отсут-

15.16. В каких пределах меняется освещенность, создаваемая полярными сияниями различной интенсивности, на площадке, перпендикулярной световому потоку, испускаемому полярным сиянием, если яркость полярных сияний меняется от 10~7 до Ю- 1 кд/м2. Максимальная площадь, охваченная полярным сиянием, достигает

184.

XU небосвода. Что больше, максимальная (минимальная) освещенность, создаваемая полярным сиянием, или освещенность от Луны? Звезд? Ночного свечения неба?

15.17. Прямая и рассеянная солнечная радиация на о. Врангеля 4 июля 1964 г. составила соответственно 0,91 и 0,22 кВт/м2. Высота Солнца во время измерений 37,3°, облачность Q2 , 6/0 Ac, Ci. Вычислить суммарную освещенность в момент измерения радиации. Использовать приложение 31.

0,85 и 0,21 кВт/м2. Высота Солнца в момент измерения 43° облач-

просы: 1) В каких пределах меняется роль рассеянной освещенности на обеих станциях? 2) Чем объяснить столь большие различия в сезонных количествах освещения на этих станциях? 3) Как объяснить, что количество рассеянного освещения в Каргополе летом больше, чем в Ташкенте, а в другие сезоны наоборот?'

15.2. Сумерки. Явления, наблюдаемые во время сумерек

Высота нижней границы слоя атмосферы, еще освещенногопрямыми солнечными лучами во время сумерек (т. е. еще участвующего в рассеянии света) вычисляется по формулам:

185.

где R — радиус Земли; ф — центральный угол, равный углу погружения Солнца.

о

Рис. 15.1. Схема сумерек. Положение сумеречного луча.

Высота эффективного рассеивающего слоя в направлении на

(5.4) как разность часовых углов Солнца, соответствующих началу и концу каждого вида сумерек. Гражданские сумерки начинаются с момента исчезновения верхнего края диска Солнца под

186.

Задачи

15.20. В. И. Черняев и М. В. Вукс во время экспедиции на Эльбрус в 1936 г. впервые наблюдали в спектре сумеречного неба яркую «вспышку» линии натрия. На каких высотах в атмосфере в направлении на зенит располагается максимум слоя, содержа-

15.21. При измерении степени поляризации света от неба в сумерки во время экспедиции на Эльбрус в 1936 г. И. А. Хвостиковым и сотрудниками были обнаружены два глубоких минимума степени поляризации рассеянного света, которые наблюдались при зенитных расстояниях Солнца 100° и 106°30'. Определить высоты эффективных рассеивающих слоев (в направлении на зенит), ответственных за это явление, на которые падает сумеречный луч при таких углах погружения Солнца. Как называются эти слои атмосферы и почему в них заметно уменьшается степень поляризации?

15.22. Вычислить высоты слоев в атмосфере, которые исключаются из участия в рассеянии света в направлении на горизонт и на зенит в конце гражданских, навигационных и астрономических сумерек. На каких высотах лежат в эти моменты сумерек центры эффективных рассеивающих слоев?

15.23. Серебристые облака становятся видимыми на фоне быстро темнеющего неба в сумерки, когда сами облака еще освещены солнечными лучами. Время появления облаков соответствует глубине погружения Солнца -под горизонт около 5°. При какой максимальной глубине погружения Солнца серебристые облака еще будут видны, если они располагаются в околозенитной части неба? Высота облаков над земной поверхностью изменяется от 75 до 90 км.

15.24. В ночь с 30 июня на 1 июля 1908 г., когда в атмосферу Земли проник так называемый Тунгусский метеорит, серебристые облака наблюдались на огромной территории от Атлантического океана до Средней Азии и Байкала. Таким образом, южная граница района, в котором наблюдались серебристые облака, простиралась примерно до 40° с. ш. В течение какого времени их можно было наблюдать на широте 40°, если серебристые облака видны при глубинах погружения Солнца от 5 до 18°. Использовать приложения 5 и 35.

15.25. Используя условия предыдущей задачи, вычислить максимальную широту, до которой можно было в эту ночь наблюдать серебристые облака. Почему они не были видны в более высоких широтах?

погружения Солнца под горизонт от 5 до 18°. Использовать приложения 5 и 35.

187.

15.27. Полярное сияние, освещенное Солнцем во время суме- ?рек, наблюдалось 18 марта 1974 г. на 70° С. ш. Сияние имело вид ^пульсирующих полос, простирающихся от северной части гори-

.зонта до околозенитной области неба. Наблюдатель отметил, что •сияние стало бледнеть и пропадать в околозенитной области в 20 ч 25 мин, а по мере погружения Солнца — и в других частях /небосвода. Вычислить максимальную высоту светящегося слоя

внаправлении на зенит. Использовать приложения 5. и 35.

15.28.Ночное свечение атмосферы представляет собой непрерывное свечение атомов и молекул атмосферных газов на высотах

ультрафиолетового излучения Солнца, вызывающего ночное свечение атмосферы?

15.29. На основе фотографий края Земли и ее сумеречного •ореола, полученных В. В. Николаевой-Терешковой с космического корабля «Восток-6» 17 июня 1963 г., определены следующие значения объемного коэффициента рассеяния атмосферной дымки

•-CT'.(Z) на различных высотах:

жат максимумы концентрации аэрозольных слоев? Какова их ^вертикальная протяженность? Оценить вертикальную оптическую толщину каждого из этих слоев и общую их толщину. Установлено,

центрацией примерно 1 см- 3 . Для каких облаков эти аэрозольные

15.30. На основании результатов предыдущей задачи вычислить: а) энергетические потери лучей, проходящих сквозь-этот -аэрозольный слой, например сумеречных лучей, наблюдаемых на Земле; б) энергетические потери лазерного или прожекторного лучей, пересекающих этот слой дважды, при зондировании более высоких слоев атмосферы. Виден ли этот аэрозольный слой •с Земли? Почему он становится видимым во время сумерек? Оценить приближенно, во сколько раз увеличивается-оптическая толщина этого слоя во время сумерек, когда свет ореола пронизывает аэрозольный слой в косом направлении (близком к горизонтальному) и оптическая толщина слоя возрастает примерно

в 2 2 5 Ы Az раз, где Аг — геометрическая толщина слоя (км).

3 8 8 .

Глава 15

ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ ДАЛЕКИХ ПРЕДМЕТОВ

МОГНЕЙ

16.1.Пороги световой чувствительности глаза, влияющие на видимость предметов

Порогом контрастной чувствительности глаза е называется минимальный яркостный контраст, при котором еще можно уви-

при которой он еще видит этот источник. В лабораторных усло-

вого излучения, которое производит световое раздражение сет-

Задачи

16.1. Вычислить, какое минимальное число квантов в секунду зеленого света (0,507 мкм) должен испускать источник, чтобы этот свет увидел человек, находящийся в условиях полной темновой адаптации?

16.2. С какого самого большого расстояния можно увидеть темной ночью горящий фонарь «летучая мышь» силой света в 1 кд, если наблюдение выполняется в полевых условиях; если бы можно было осуществить этот опыт в лабораторных условиях

189

(ослабление света в атмосфере не учитывать)? Во сколько раз изменяется дальность видимости огня только за счет изменения порога световой чувствительности глаза при переходе от лабораторных условий к полевым?

16.3. Вычислить абсолютный порог световосприятия, выраженный в единицах светового потока, падающего на зрачки глаза человека, находящегося в лаборатории, в условиях полной тем-

на Луне, на которых их можно видеть раздельно. Принять, что освещенность предметов и их контраст с фоном достаточны и не влияют на разрешающую способность глаза. Расстояние до Луны 384 000 км.

16.5. Какова должна быть минимальная ширина объектов на Марсе, называемых иногда «каналами», чтобы их можно было увидеть в телескоп с разрешающей способностью 0,12" в моменты противостояния Земли и Марса, когда расстояние между ними составляет 78-Ю6 км. Являются ли эти объекты «каналами» в нашем земном понятии?

190 •

В формулах 16.1—16.5, а также и во всех следующих формулах данной главы все характеристики ослабления радиации в атмосфере: a, ct, Р, 5м, Pi, Ом — относятся к интегральным потокам.

Метеорологическая дальность видимости в облаках и туманах

оценивается по следующим эмпирическим формулам: Г. М. Забродского для Sc и St соответственно

1 м, и потери световой энергии при прохождении светом слоя длиной 100 м. При какой длине пути потери световой энергии в дан-

191.

лении в идеальной атмосфере, в которой все ослабление лучистого потока обусловливается только молекулярным рассеянием. Коэффициент прозрачности всей толщи атмосферы (при т = 1) 0,907, температура воздуха у поверхности Земли 0°С, давление воздуха нормальное. Атмосферу считать однородной. Почему нельзя увидеть достаточно высокий предмет любой яркости и цвета с расстояния, большего, чем полученное значение SMmax-

16.10.Решить задачу 16.9 при температуре воздуха у поверх-

гетические потери в видимом диапазоне в облаке St с водностью

Водность тумана 0,025 г/м3, распределение капель по размерам —

в км и баллах во время дождя, если его минимальная интенсивность 0,3. мм/ч.

16.18. Решить задачу 16.17 при максимальной интенсивности дождя 57 мм/ч. Каков диапазон изменения метеорологической дальности видимости при выпадении дождей разной интенсивности?

и16.18).

16.20.Вычислить объемный коэффициент аэрозольного ослабления и метеорологическую дальность видимости в км и баллах при слабом снегопаде интенсивностью 0,1 мм/ч.

16.21.Решить задачу 16.20 для сильного снегопада интенсив-

192.