Впервые это явление было описано В. Варенцом. Экспедиция Баренца, искавшая северо-восточный проход вокруг Европы, вынуждена была зазимовать на Новой Земле. Это была зима 1596-97 г. После полярной ночи Солнце впервые появилось над горизонтом, когда по астрономическим расчетам его глубина под горизонтом была 4,9°. Полярная ночь кончилась на несколько дней раньше. За этим явлением с „легкой руки" Баренца и закрепилось название „эффект Новой Земли". Во всяком случае в иностранной метеорологической литературе до сих пор явление описывается под таким названием.

Следует сказать, что сообщения самого Баренца об этом эффекте и попытка Кеплера объяснить его в 1604 г. были встречены тогда с известным недоверием.

Аналогичные явления позднее многократно наблюдались и в других местах Арктики и Антарктики. Э. Шеклтон во время антарктической экспедиции 1914—1917 гг. наблюдал эффект Новой Земли 8 мая и 26 июля 1915 г. при глубинах погружения Солнца 2°37' и 2° соответственно.

Такая прибавка светлого времени за счет рефракции и в сутках и за весь год весьма ощутима как для человека, так и для животного и растительного мира этих районов.

Интересные исследования эффекта Новой Земли были выполнены недавно В. Леном (1979 г.). Анализируя метеорологические условия, он показал, что это явление возникает при наличии сильной температурной инверсии (т. е. повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы) у поверхности Земли с перепадом температур до 25° С, когда инверсия простирается до высоты порядка 1000 м. Автор провел расчеты траекторий световых лучей при различных вертикальных градиентах температуры в приземном слое. Оказалось, что возможны два варианта траекторий солнечных лучей.

Первый. Рефракция лучей очень сильная, но неравномерная. На некоторой высоте лежит слой с очень сильной рефракцией (холодный слой), а выше и ниже его слои со слабой рефракцией (более теплые). У самой поверхности Земли лежит снова холодный слой. Холодный слой на высоте, зажатый между теплыми слоями, называется термоклином. Он должен иметь большую горизонтальную протяженность. Солнечные лучи, попав в термоклин и многократно отражаясь от выше- и нижележащих теплых слоев, могут распространяться вдоль термоклина на очень большие расстояния, до 400 км и более.

Этот вариант можно назвать случаем с термоклином на высоте.

Второй. Очень холодный приземный слой воздуха, а выше резкая температурная инверсия. Роль термоклина играет холодный приземный слой. Попавшие в термоклин солнечные лучи будут многократно отражаться от слоя инверсии выше термоклина и от земной поверхности и также уходить по термоклину на большие расстояния. Покидая этот слой, лучи будут создавать искаженные и сложные изображения Солнца. Это случай термоклина у поверхности Земли.

Необычайно сильной рефракцией, но при неустойчивом состоянии атмосферы, можно объяснить явление, которое наблюдалось 20 января 1974 г. в поселке Черский в Якутии: во время полярной ночи Солнце неожиданно показалось над горизонтом на несколько минут. Настоящий восход Солнца (т. е. конец полярной ночи) произошел только через несколько дней.