Atmosfer optiği

Atmosfer optiği Dünya atmosferinin kendine özgü optik özelliklerinin nasıl geniş ölçüde optik olgulara yol açtığını inceler. Gökyüzünün mavi rengi, yüksek frekanstaki mavi güneş ışığını gözlemcinin görüş alanına yönlendiren Rayleigh dağılımının direkt bir sonucudur. Mavi ışık kırmızıdan daha kolay dağılıma uğradığı için güneş kalın bir atmosferden gözlendiğinde kırmızı bir ton alır, bu da gündoğumu veya günbatımında olur. Ek olarak gökyüzündeki parçacıklar farklı renkleri farklı açılarda kırarak akşam veya şafak vaktinde rengarenk parlayan bir gökyüzü meydana getirebilir. Haleler, günbatımı parlaklığı, koronalar, güneş ışınları ve yalancı güneşlerin oluşmasında buz kristallerinden ve diğer parçacıklardan saçılım sorumludur. Bu olgulardaki çeşitlilik parçacık boyut ve geometrilerine bağlıdır.
Seraplar, ışık ışınlarının havanın kırıcılık endeksindeki termal çeşitlilik sonucu eğilmesiyle gözlenen bir olgu olup, uzak cisimlerin görüntülerinde yerdeğiştirme ya da bozulma gözlenmesine yol açar. Bununla ilgili diğer optik olguların arasında, güneşin bozulmuş bir şekille beklenenden daha erken doğması veya daha geç batması olan Novaya Zemlya efekti vardır. Sıcaklık değişimi ile Fata Morgana adında, ufuktaki veya daha uzaktaki cisimlerin -ada, kayalık, gemi veya buzdağı gibi- uzamış veya yükselmiş olarak algılanmasıyla görülmeye değer bir kırılma formu oluşur.
Gökkuşağı ışığın yağmur damlacıklarındaki iç yansıması ve kırınımının bir birleşimidir. Gökkuşağı gökyüzünde güneşin zıt tarafında görüldüğü için, güneş ufka yakınken aralarındaki mesafe arttığından daha belirgin olur.

Bulut renkliliği

Dünya’dan göründüğü haliyle bir bulutun rengi, bulutun içinde neler olup bittiğiyle ilgili bilgi verir. Yoğun troposferik bulutlar görülebilir tayfta yüksek bir yansıtma gösterirler (%70 ila %95). Çok küçük su parçacıkları yoğun bir şekilde paketlenmiştir ve güneş ışığı yansıtılmadan önce buluttan içeri çok fazla giremez, bu da özellikle yukardan bakıldığında buluta karakteristik beyaz rengini verir. Bulut damlacıkları ışığı verimli bir şekilde saçmaya meyillidir, bu yüzden solar rasyasyon yoğunluğu gazlarda derine inildikçe azalır. Sonuç olarak, bulutun tabanı bulutun kalınlığına ve gözlemciye ne kadar ışığın geri yansıdığına bağlı olarak açık griden çok koyu griye kadar değişebilir. İnce bulutlar beyaz olarak veya çevrelerinin ya da arkaplanlarının rengini kazanmış gibi görünebilirler. Eğer tamamen buz kristallerinden veya süper soğutulmuş su damlacıklarından oluşuyorsa yüksek troposferik ve troposferik olmayan bulutlar genellikle beyaz görünür.
Bir troposferik bulut büyürken, yoğun su damlacıkları birleşerek daha büyük damlacıklar meydana getirebilir, daha sonra yağmur olarak düşen daha büyük damlacıklar oluşturabilirler. Bu birikme işlemi, damlacıklar arası boşluğun gittikçe artmasına ve ışığın bulut içine daha çok girmesine izin verir. Bulut yeterince geniş ise ve damlacıklar yeterince uzak konumlanmışsa, içeri giren belli bir ışık yüzdesi soğurulmadan önce yansıyamaz. Bunun basit bir örneği yoğun siste değil de yoğun yağmurda daha uzak mesafeleri görebilmemizdir. Bu yansıma/soğrulma işlemi bulutun tonunun beyazdan siyaha kadar değişebilmesinin sebebidir.
Diğer renkler bulutlarda doğal olarak meydana gelir. Mavimsi-gri bulutun içinde ışığın saçılmasının sonucudur. Görünür tayfta, mavi ve yeşil kısa dalgaboyu ucunda, kırmızı ve sarı ise uzun dalgaboyu ucundadır. Kısa dalgaboyundakiler su damlacıkları tarafından daha kolay dağılıma uğratılır, ve uzun olanlar daha ziyade soğurulur. Mavimsi renk buluttaki yağmur damlacıklarının bu saçılımdan sorumlu olduğunun kanıtıdır. Güneş ışığı buz tarafından saçılıyorsa bulut yeşilimsi bir renk alır. Yeşil görünen bir kümülüs bulutu ağır yağmur, dolu, sert rüzgar ve muhtemel bir kasırgaya dönüşebilen şiddetli bir sağanak işaretidir.
Sarımsı bulutlar baharın sonlarında, sonbahar başlangıcında orman yangınları mevsiminde görülür. Sarı renk dumandaki kirletici maddelerin varlığından kaynaklanır. Nitrojen dioksit varlığından kaynaklanan sarımsı bulutlar bazen yüksek hava kirliliği olan kent bölgelerinde görülür.
Kırmızı, turuncu ve pembe bulutlar neredeyse tamamen gündoğumu ve günbatımında görülür ve atmosferin güneş ışınlarını saçmasıyla meydana gelir. Güneş ile ufuk arasındaki açı yüzde 10’dan küçükse - gündoğumundan hemen sonra veya günbatımından hemen önce olduğu gibi- güneş ışığı diğer tonların kırılması yüzünden fazla kırmızı görünür. Bulutlar uzun ve saçılıma uğramamış güneş ışınlarını yansıtırlar ve o rengi alırlar. Bu etki birinin kırmızı bir spotu beyaz bir kağıda tutmasına benzer. Geniş, gelişmiş fırtına bulutları ile bu kan-kırmızısı bulutlar oluşturabilir. Kızılötesi civarında bulutlar daha koyu görünür çünkü su bu dalgaboyunda solar radyasyonu emer.