8. Istota zjawiska refrakcji refrakcji pionowej i jej wpływ na wyniki pomiarów niwelacji trygonometrycznej.
Refrakcja jest zjawiskiem fizycznym, polegającym na załamywaniu się fal świetlnych na granicach ośrodków stanowiących warstwy powietrza o różnych współczynnikach załamania (gęstościach). W rezultacie przejścia światła przez atmosferę ziemską, którą można podzielić na pewną ilość hipotetycznych warstw o gęstości wzrastającej ku dołowi, następuje załamanie promieni świetlnych w kolejnych warstwach i zmiana kierunku ich biegu z prostoliniowego na krzywoliniowy. Bieg prostoliniowy występuje jedynie w ośrodku jednorodnym lub w próżni. W rzeczywistości gęstość atmosfery nie zmienia się warstwowo, z wyraźnym ograniczeniem poszczególnych warstw, lecz w sposób ciągły, w wyniku czego przebiegający przez nią promień świetlny nie tworzy linii łamanej, lecz krzywą zwaną krzywą refrakcyjną, zbliżoną kształtem do łuku kołowego o promieniu R', skierowanego wypukłością ku górze. Stosunek R:R', czyli promienia Ziemi do promienia łuku krzywej refrakcyjnej określany jest mianem współczynnika refrakcji - k:
k= R/R'
Na podstawie licznych badań stwierdzono, że średnia wartość współczynnika k wynosi 0,13×(1±0,25).w efekcie zjawiska refrakcji podczas pomiaru kąta pionowego zamiast poprawionego kąta ß utworzonego przez linię prostą łączącą punkty A B zaobserwujemy większy kąt ß'(podnoszenie celowej), utworzony przez celową styczną do krzywej refrakcyjnej. Różnica pomiędzy pomierzonym i powiększonym przez refrakcję kątem ß' i właściwym kątem ß stanowi tzw. kąt refrakcji ð, czyli ð = ß `-ß.
Jednoznaczne obliczenie współczynnika k jest trudne i pracochłonne, ponieważ jego wartość jest wyjątkowo niestabilna i zmienia się pod wpływem wielu czynników, wykazując duże zróżnicowanie w zakresie 0-0.3, nawet w tym samym miejscu obserwacji w zależności od pory dnia i roku, zanieczyszczenia atmosfery, parametrów meteorologicznych ( temp., ciś., wilg.pow.) oraz pokrycie terenu. Największą wartość współczynnik refrakcji osiąga rano i wieczorem, najmniejszą w południe.