A troposzféra a légkör legmozgalmasabb rétege. Itt zajlanak az időjárási folyamatok és – néhány kivételével – itt jelennek a légköroptikai jelenségek is. Ahogy a bevezetőben már szóltunk róla a jelenségek kialakulásához egy olyan közeg szükséges, amely valamilyen módon befolyásolja a fény haladását. Ez a közeg leggyakrabban a víz folyékony, vagy szilárd halmazállapotú formája. Most sorra vesszük az időjárás azon elemeit, amelyek felelősek lehetnek a légköroptikai jelenségek kialakulásáért.
A levegő összetétele
A klasszikus értelemben vett levegő a földfelszínhez közeli, troposzférikus gázok elegye. Összetétele: 78.08 % nitrogén, 20.95% oxigén, 0.93% argon, 0,037% szén-dioxid, 0,003% egyéb gázok. Ezen összetevőkön túl a levegőben víz, valamint folyékony és szilárd halmazállapotú anyagok fordulnak elő. A légköri gázok és a szilárd halmazállapotú anyagok a szórási jelenségek kialakulásáért felelősek.
Felhők
A víz a levegőbe gáz halmazállapotban kerül. A levegő a hőmérsékletétől függően különböző mennyiségű vízpárát képes felvenni. Ha a hőmérséklet csökken, vagy a páratartalom növekszik, akkor a levegő állapota eléri a harmatpontot. Ekkor a víz a levegőből kicsapódik, folyadék halmazállapotú lesz. A földfelszín közelében ilyenkor csapadék keletkezik (harmat, dér), a magasban pedig felhők alakulnak ki. Felhők esetében a víz kicsapódása leggyakrabban egy emelkedő légtestben történik, ahol a magasabb páratartalmú légtest egy hidegebb közegbe kerül. A felhőkben a víz folyadék, vagy szilárd állapotban egyaránt előfordulhat, azonban ott a víz ritkán fagy meg 0°C hőmérsékleten. Ennek oka, hogy a víz fagyásához kondenzációs magok (apró porszemek, szennyezőanyagok) szükségesek. A folyadék-szilárd halmazállapot arány a felhőkben következőképpen alakul: 0°C és -7°C között a felhőket túlhűlt vízcseppek alkotják. -7°C és -20°C között már megjelenik a jég, de a vízcseppek még mindig túlsúlyban vannak. -20°C és -40°C között már a szilárd halmazállapot a jellemző -40°C alatt pedig csak jég alkotja a felhőt. Fontos a jégkristályok formája is. -5°C és -10°C között hatszög alapú lemezek és hasábok alakulnak ki. -10°C és -20°C között hatágú csillagok, az ismert hópelyhek keletkeznek. Az igazán érdekes fénytöréseket előidéző prizma alakú jégkristályok kialakulása pedig -30°C alatt várható.
A fény viselkedését az egyes fizikai események kapcsán a Fény és optika fejezetben részletezzük. Olvasd el, hasznos!
A felhők csoportosításánál a magasságuk szerinti elkülönülésüket és a formájukat egyaránt figyelembe kell venni.
Az egyes fajokon belül még több típus is létezeik, ezek felsorolásától most eltekintünk. A légköroptikai jelenségek kialakulása szempontjából fontos felhőkről az egyes jelenségeket tárgyaló fejezetekben többet lehet megtudni.