Elektronický meteorologický slovník

rychlost šíření elmag. vlnění v atmosféře c je dána vzorcem:
$c=c_0/n,$
kde c₀ značí rychlost elmag. vlnění ve vakuu a n index lomu, který lze spočítat ze vztahu:
$n\cong \sqrt{{\epsilon }_r{\mu }_r},$
v němž ε_r je rel. permitivita a μ_r rel. magnetická permeabilita vzduchu. Protože ve vzduchu μ_r≈1 lze s dostatečnou přesností položit
$n=\sqrt{{\epsilon }_r}.$
Pro šíření světla v atmosféře má značný význam závislost n na vert. souřadnici z, což můžeme pro danou vlnovou délku vyjádřit ve tvaru:
$\frac{\partial n}{\partial z}=-\left(n_0-1\right)\frac{T_{0}p}{p_0{T}^2}\left(\frac{\partial T}{\partial z}+\frac{g}{R}\right),$
kde p značí tlak vzduchu, T teplotu vzduchu v K, g velikost tíhového zrychlení, R měrnou plynovou konstantu vzduchu, T₀ teplotu 273 K, p₀ tlak 1 000 hPa a n₀ index lomu ve vzduchu při teplotě T₀ a tlaku p₀. Podíl g/R = 3,42 K / 100 m je vert. gradient teploty v případě homogenní atmosféry. Je zřejmé, že n se zmenšuje s výškou$\left(\partial n/\partial z<0\right)$ tehdy, jestliže teplota s výškou klesá pomaleji než o 3,42 K na 100 m nebo existuje izotermie či inverze teploty. V těchto případech má trajektorie světelného paprsku tvar vypuklý směrem vzhůru. Při šíření paprsku do vyšších vrstev ovzduší potom může dojít k tomu, že úhel sevřený paprskem a vertikálou dosáhne příslušné kritické hodnoty potřebné k totálnímu odrazu paprsku směrem dolů. V tomto případě jsou splněny podmínky pro vznik opt. jevů označovaných jako svrchní zrcadlení. Totálnímu odrazu napomáhá existence výškových inverzí teploty vzduchu. V důsledku zmíněného zakřivení paprsků se zdánlivá poloha Slunce, popř. Měsíce a hvězd na obloze jeví pozemskému pozorovateli o něco výše než poloha skutečná (tzv. astronomická refrakce). Zakřivení opt. paprsků též umožňuje dohlednost poněkud za geometrický obzor. Opačný případ $\left(\partial n/\partial z>0\right)$ , kdy teplota klesá s výškou rychleji než o 3,42 K na 100 m, se běžně vyskytuje pouze v silně přehřáté vrstvě vzduchu bezprostředně přiléhající k zemskému povrchu a trajektorie světelného paprsku má pak tvar vypuklý směrem dolů. Známým opt. úkazem, vyskytujícím se za těchto podmínek, je spodní zrcadlení ve vrstvě přehřátého vzduchu při zemském povrchu. V meteorologii má značný význam i šíření rádiových vln, využívaných např. v meteorologických radarech. Tyto vlny se šíří podle stejných zákonitostí jako světlo, avšak index lomu je v tomto případě ovlivňován i vlhkostí vzduchu. Viz též refrakce atmosférická, útlum elektromagnetických vln.