Warunki atmosferyczne

Warunki atmosferyczne mają decydujący wpływ na możliwość wykonania dalekich obserwacji, w dużej mierze są jednak trudne do przewidzenia.

Zjawiska występujące w powietrzu wpływają na:

  1. przejrzystość powietrza, od której zależy to, czy i jak wyraźnie widać oddalone obiekty (kontrast obrazu),
  2. ostrość widzianego obrazu, a co za tym idzie – możliwość dostrzeżenia małych obiektów,
  3. refrakcję atmosferyczną, czyli ugięcie światła w atmosferze, mogące zwiększyć zasięg widoczności. Więcej na ten temat na stronie Refrakcja atmosferyczna.

 
Spis treści

 

Przejrzystość powietrza

Z przejrzystością powietrza związana jest widzialność, definiowana jako zależny od warunków atmosferycznych zasięg dostrzegania obiektów. Zależy ona od wielu czynników decydujących o rozpraszaniu i pochłanianiu światła, takich jak aerozole (głównie pyły) obecne w atmosferze, wilgotność powietrza, a także zachmurzenie czy kierunek obserwacji względem słońca. Nie należy jej mylić z widocznością, czyli możliwością widzenia w danej przestrzeni i w danych warunkach. Na widoczność wpływają również czynniki inne niż warunki atmosferyczne, np. ukształtowanie terenu czy obecność innych obiektów zasłaniających widok, np. lasów czy budynków – nawet przy doskonałej widzialności nie zobaczymy czegoś, co nie jest widoczne, gdyż np. jest schowane za lasem.

Pyły widoczne jako szary pas nad horyzontem

Stężenie pyłów ma bardzo duży wpływ na widzialność – im wyższe, tym powietrze jest mniej przejrzyste. W Polsce największa ilość pyłu występuje zimą, podczas mroźnej, bezwietrznej, wyżowej pogody, gdy gromadzą się zanieczyszczenia pochodzące ze spalania paliw stałych. Mogą się też pojawiać pyły pochodzące z gruntu (np. z terenów pustynnych), napływające z masami powietrza z południa i wschodu. Przy dużej ilości pyłów niebo przybiera blady lub żółtawy kolor nad horyzontem. Z kolei w czystym, przejrzystym powietrzu niebo jest błękitne po horyzont, a jeśli występują chmury, to są wyraźnie widoczne również w oddali nisko nad horyzontem. Istnieją prognozy frakcji pyłów PM10 i PM2,5, choć z ich sprawdzalnością bywa różnie.

Wysoka wilgotność powietrza również ogranicza widzialność, zwłaszcza jeśli dodatkowo występują aerozole, na cząstkach których skrapla się para wodna. Zawartość pary wodnej w powietrzu można wyrazić na kilka sposobów, jednak ze względu na zależność maksymalnej wilgotności od temperatury (im cieplej, tym powietrze może pomieścić więcej pary), najbardziej przydatna jest wilgotność względna. Ten parametr jest powszechnie podawany w prognozach pogody i pomiarach meteorologicznych, jednak alternatywnie wilgotność można określić na podstawie temperatury punktu rosy. Jest to temperatura powietrza, przy której para wodna ulega nasyceniu. Trzeba ją jednak odnieść do aktualnej temperatury powietrza – dopiero zestawienie tych dwóch wartości pozwala określić wilgotność względną. Przy wilgotności względnej powyżej 50% można posłużyć się uproszczoną zależnością – wzrost temperatury powietrza o 1 °C względem punktu rosy odpowiada spadkowi wilgotności względnej o 5%.

Zdarza się jednak, że widzialność jest słaba bez uchwytnej przyczyny – gdy pomiary wskazują na stosunkowo niski poziom zapylenia powietrza, a wilgotność względna również jest niska.

Jeśli chodzi o kierunek obserwacji – w słoneczną pogodę gorsza widzialność jest pod słońce ze względu na charakterystykę rozpraszania się światła. W czystym, suchym powietrzu różnica nie jest jednak duża i możliwe są obserwacje pod słońce na odległość znacznie przekraczającą 100 km. Obiekty dobrze odbijające światło, np. ośnieżone góry czy jasne budynki, są lepiej widoczne, jeśli słońce mamy za plecami.

W niektórych prognozach pogody można znaleźć prognozy widzialności, jednak przeważnie nie są one zbyt wiarygodne przy dużych wartościach. Można z nich odczytać pewne trendy i tendencje, które czasem się sprawdzają – np. wzrost widzialności przy zmianie masy powietrza, mimo że jej rzeczywista wartość może znacznie różnić się od prognozowanej.

Oprócz czynników ściśle związanych ze stanem atmosfery, na widzialność wpływa kontrast pomiędzy obiektem a tłem, zależny od układu oświetlenia. Wyraźny wzrost kontrastu występuje po zachodzie lub przed wschodem słońca, gdy słońce oświetla niebo, na tle którego wyraźnie zarysowuje się linia horyzontu. Zjawisko jest ograniczone do kierunków w pobliżu azymutu słońca – najbliżej niego jest najsilniejsze, ale w dobrych warunkach występuje w zakresie kilkudziesięciu stopni od tego azymutu. To właśnie wtedy możemy liczyć na rekordowo dalekie widoki.

Dokładne analizy zjawisk w atmosferze wpływających na widzialność opracował Mariusz Krukar na stronie https://www.mkrgeo-blog.com/category/optics/ oraz https://www.mkrgeo-blog.com/category/weather/.

 

Warunki atmosferyczne a ostrość obrazu

Powietrze nie jest jednorodne pod względem temperatury i gęstości, a co za tym idzie – współczynnika załamania światła. Powoduje to zniekształcenia obrazu (charakterystyczne „falowanie”) i spadek ostrości, widoczne zwłaszcza w dużym powiększeniu. Zjawisko to występuje praktycznie zawsze, jednak różna może być jego intensywność. Duże jego nasilenie występuje przy dużej lokalnej zmienności temperatury powietrza z obecnością turbulencji – np. w słoneczny dzień nad silnie nagrzanym gruntem, od którego nagrzewa się przygruntowa warstwa atmosfery. Efekt ten może się też nasilić nad wodą czy przy silnym wietrze, duże znaczenie mają uwarunkowania lokalne. Wiatr może również zmniejszać jego natężenie, ograniczając nagrzewanie się powietrza od gruntu, szczególnie na płaskim terenie. Często trudno przewidzieć intensywność tego zjawiska i nie pomagają tu kamery internetowe, ponieważ ich rozdzielczość jest zbyt mała, by można było to zobaczyć.

Przy dużym natężeniu tych zjawisk małe obiekty, takie jak maszty i budynki, mogą być całkiem rozmyte i przez to niewidoczne, nawet mimo dobrej przejrzystości powietrza. Większe obiekty, czyli wzgórza i góry mają wtedy nieostre lub zniekształcone zarysy.

Przykład nieostrości spowodowanej warunkami atmosferycznymi. Widoczne są też niewielkie zniekształcenia obrazu – pofalowanie zarysów widocznych obiektów.

Nawet w dobrych warunkach możemy zauważyć delikatne ruchy obrazu w powiększeniu, spowodowane zmiennym załamaniem światła. Utrudnia to, a czasem nawet uniemożliwia wykonanie zdjęć zrobionych teleobiektywem w technice HDR – na kolejnych zdjęciach w serii obraz wygląda nieco inaczej, co skutkuje trudnościami w nałożeniu zdjęć.

Warto tu wspomnieć o innych czynnikach mogących pogorszyć ostrość. W przypadku fotografii mogą to być:

  • nieprawidłowe ustawienie ostrości w obiektywie
  • słabej jakości obiektyw (wady optyczne, konstrukcyjne i uszkodzenia)
  • dyfrakcja światła przy mocno domkniętej przysłonie
  • duży szum matrycy (i skutki uboczne jego usuwania)
  • ruchy aparatu, np. drgania pod wpływem wiatru, przejeżdżających w pobliżu pojazdów, pochodzące z migawki przy zdjęciach seryjnych, drgania rąk w przypadku fotografowania bez statywu
  • włączona optyczna stabilizacja obrazu na statywie (może jednak pomóc, gdy mimo użycia statywu występują drgania)
  • długi czas naświetlania zdjęć, który zwiększa wpływ drgań i czynników atmosferycznych na ostrość

Pierwsze dwa punkty mogą dotyczyć też innych instrumentów optycznych, np. lornetek czy teleskopów, również silny wiatr znacznie utrudnia obserwację przez takie przyrządy.

 

Kiedy najlepiej obserwować?

 

Pora dnia

Obserwacje o świcie/zmierzchu i w nocy

Przejrzystość powietrza w ciągu dnia bywa niewystarczająca na bardzo dalekie widoki. Istnieją jednak trzy metody obserwacji wykorzystujących podświetlenie tła, dzięki któremu zwiększa się kontrast między obiektem a tłem.

  1. Obserwacja na tle nieba podświetlonego przez słońce znajdujące się poniżej horyzontu o świcie lub zmierzchu. Kontrast jest tym lepszy, im kierunek obserwacji jest bliżej azymutu słońca. Wschodnia część nieba jest oświetlona o świcie, zachodnia o zmierzchu.
  2. Obserwacja bezpośrednio na tle wschodzącego lub zachodzącego słońca. Nawet przy słabszej przejrzystości powietrza światło słoneczne penetruje przez zamglenie i na jego tle można zobaczyć obiekty położone w odległości wielokrotnie większej niż wynosi widzialność. Jedynie chmury zasłaniające słońce, bardzo duża ilość pyłów lub mgła mogą uniemożliwić tego typu widok. Taka obserwacja wymaga dokładnego zaplanowania – z reguły możliwa jest w danym miejscu 2 razy w roku (szczególny przypadek to azymuty w okolicy kierunku północno-wschodniego, pn.-zach., pd.-wsch. i pd.-zach. – słońce jest tam widoczne na horyzoncie raz w roku, w kilka kolejnych dni). Oczywiście ta metoda jest ograniczona do obiektów widocznych w kierunkach, w których występuje wschód lub zachód Słońca, czyli z wyłączeniem kierunku północnego i południowego.
  3. Analogiczne obserwacje na tle księżyca – są jednak trudniejsze i wymagają nieco lepszej widzialności ze względu na znacznie mniejsze natężenie światła.

Obiekty industrialne wyposażone w źródła światła można obserwować w nocy. Ich światła widoczne są często znacznie lepiej i z większej odległości niż same obiekty w dzień. Podstawowy problem polega jednak na tym, że w nocy zazwyczaj nie zobaczymy samego obiektu – widać tylko świecące punkty. Wyjątkiem są budynki oświetlone w taki sposób, że odbijają światło pochodzące od skierowanych na nie lamp oraz obiekty widoczne na tle chmur oświetlonych przez miasto lub inne obiekty przemysłowe.

Powyższe zdjęcia przedstawiają Święty Krzyż widziany z Łysej Góry Podleskiej k. Kraśnika przy dużym zapyleniu powietrza. Na tle zachodzącego słońca zarysy Łysej Góry, klasztoru i wieży widać bardzo dobrze – światło słoneczne bez problemu przechodzi przez warstwę aerozoli. Po zachodzie słońca widoczne są już tylko światła na wieży RTCN – ze względu na rozpraszanie i pochłanianie światła przez pyły nie widać zarysów góry.

Tatry widziane z Potoka Wielkiego, z odległości do 232,8 km
Tatry z Potoka Wielkiego (max. 232,8 km)

Tatry z Potoka Wielkiego to przykład obserwacji o zmierzchu, gdy zarys horyzontu jest lepiej widoczny dzięki podświetleniu nieba.

Obserwacje w dzień

W dzień światło słoneczne rozprasza się w atmosferze, zmniejszając widzialność. Efekt ten zależy od obecności aerozoli – w czystym i suchym powietrzu jest zminimalizowany i możliwe są obserwacje nawet powyżej 200 km.

Pora dnia ma znaczenie w obserwacjach dziennych w zależności od kierunku obserwacji, zachmurzenia i rodzaju obserwowanego obiektu. Przy małym zachmurzeniu widzialność pod słońce może być gorsza z uwagi na większy wpływ rozproszonego światła w tym kierunku, ponadto słabo widać szczegóły powierzchni obiektu, ponieważ jest wtedy widoczny od strony zacienionej. Przy dużym zachmurzeniu, ale z bezchmurnym fragmentem nieba tuż nad horyzontem lepiej wychodzą obserwacje pod słońce – samo słońce jest zasłonięte chmurami, jednak część nieba przy obserwowanym obiekcie jest podświetlona przez słońce, co zwiększa kontrast. Jeśli całe niebo jest zachmurzone – światło jest równomiernie rozproszone i pora dnia nie ma większego znaczenia, trzeba jednak pamiętać, że rano i wieczorem wilgotność powietrza może być wyższa, wtedy jest też ciemniej, co utrudnia fotografowanie.

 

Pora roku

Optymalna pora roku zależy od tego, co i skąd chcemy zobaczyć.

Na terenach nizinnych i wyżynnych w Polsce dobra widzialność zdarza się najczęściej wiosną i jesienią, ale nie jest to regułą. Latem problem stanowi falowanie i znaczne rozmycie obrazu w gorącym powietrzu. Zima jest dobrą porą do obserwacji z gór dzięki częściej występującym wtedy niskim inwersjom osiadania – na niżej położonych terenach powietrze jest wtedy jednak zanieczyszczone i mało przejrzyste. Pogoda jest zmienna i dobre warunki mogą zdarzyć się o każdej porze roku, w zależności od właściwości napływającej masy powietrza.

Pora roku ma decydujący wpływ na możliwość obserwacji z podświetleniem nieba – w kierunku północnym najlepiej wyjdą na przełomie wiosny i lata, w kierunku południowym na przełomie jesieni i zimy, natomiast na wschód i zachód – odpowiednio o świcie i zmierzchu, wiosną lub jesienią, choć mogą być wykonywane przez cały rok. Właśnie w ten sposób obserwujemy Tatry z Wyżyny Lubelskiej – sezon w tym przypadku trwa jesienią i zimą, do początku wiosny.

Warto tu także wspomnieć o wyżej opisanych obserwacjach na tle słońca i księżyca – występujących w konkretne dni, które można wyznaczyć za pomocą specjalnych stron internetowych i programów.

 

Ocena aktualnych warunków

Teorię należy połączyć z praktyką – skoro nie wszystko da się przewidzieć, to warto po prostu śledzić aktualne warunki i w razie ich poprawy wybrać się w teren. Pomocne są kamery internetowe umieszczone w miejscach z daleką panoramą – najwięcej znajduje się w górach i na pogórzach, ale jest też kilka kamer przydatnych do oceny warunków na niżej położonych terenach.

Lista przydatnych kamer w południowo-wschodniej Polsce: