ЛЕКЦИЯ 4 Структура атмосферы

 

Атмосфера состоит из нескольких концентрических слоев, отличающихся по температурным и другим условиям.

Тропосфера – это нижняя до 10-15 км часть атмосферы. Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли меняется изо дня в день. Даже в среднем она различна над каждыми широтами в разные сезоны года. В среднем за год тропосфера простирается над полюсами до 9 км, над умеренными широтами – до 10-12 км, над экватором – до 15-17 км.

В тропосфере сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, почти весь водяной пар атмосферы, в ней возникают почти все облака, сильно развита турбулентность, особенно вблизи земной поверхности.

В тропосфере температура воздуха с увеличением высоты падает в среднем по 0, 6 ° на каждые 100 м.

Среднегодовая температура воздуха у земной поверхности следующая: на экваторе + 26 ° по С, на Северном полюсе - -23 °, на верхней границе тропосферы над экватором - -70 °, то же над Северным полюсом - -65 ° .

Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 5 ^-8 степени раз меньше, чем над земной поверхностью.

Процессы, происходящие в тропосфере, имеют решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

Слой атмосферы от земной поверхности до 1 км называется слоем трения. В этом слое скорость ветра ослаблена по сравнению с верхними слоями атмосферы.

Слой атмосферы от земной поверхности до нескольких метров называется приземным. Он отличается своеобразием всех физических процессов, особенно колебаниями температуры в течение суток.

 

Стратосфера и мезосфера

Над тропосферой до высоты 50-55 км простирается стратосфера, характеризующаяся тем, что температура воздуха в ней растет с увеличением высоты. Переходный слой между тропосферой и стратосферой (1-2 км) называется тропопаузой.

Нижняя стратосфера изотермична. Начиная с высоты 25 км, быстро растет температура воздуха, которая на высоте 50 км достигает максимальное значение + 10°-30 ° С. Из-за возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала, содержание водяного пара ничтожно.

На высоте 20-25 км наблюдаются так называемые перламутровые облака (очень тонкие). Здесь в стратосфере содержится атмосферный озон, который поглощает солнечную радиацию и обеспечивает рост температуры воздуха с увеличением высоты..

Над стратосферой лежит слой мезосферы – до 80 км,, в котором температура воздуха падает с высотой до нескольких десятков градусов минуса. Из-за сильного падения температуры в мезосфере сильно развита турбулентность. На высоте 75-90 км наблюдаются особые серебристые облака. На верхней границе мезосферы давление воздуха в 200 раз меньше, чем у поверхности земли. Граница между стратосферой и мезосферой называется стратопаузой.

 

Ионосфера

Над мезосферой находится слой атмосферы, называемый термосферой, характеризующийся очень высокими температурами воздуха. В термосфере различают ионосферу (от мезосферы до 1000 км) и экзосферу (от ионосферы до нескольких тысяч км). Экзосфера переходит в земную корону.

В ионосфере воздух чрезвычайно разрежен. Характеризуется он сильной ионизацией: в основном здесь находятся ионы заряженных атомов кислорода. Есть также заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны.

От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. В ионосфере электропроводность воздуха из-за большого количества ионов в 10¹² степени раз больше, чем у поверхности земли.

В ионосфере наблюдаются полярные сияния и свечения ночного неба (постоянная илюминисценция атмосферы). Характерны также резкие колебания магнитного поля – так называемые, ионосферные, ионные бури.

Ионизация в ионосфере связна с ультрафиолетовой радиацией. Температура воздуха в ионосфере растет и на высоте 800 км достигает 1000 ° С.

 

Экзосфера – это атмосферные слои выше 800-1000 км. Скорость движения газовых частиц здесь необычайно велика. Разреженность воздуха здесь также чрезвычайно большая. Поэтому на этих высотах частицы воздуха могут облетать Землю по эллиптическим орбитам, не сталкиваясь между собой. Отдельные частицы, особенно быстрые, могут вылетать из атмосферы в мировое пространство, поэтому экзосферу называют еще и сферой рассеивания. Рассеиваются в основном атомы водорода, который является господствующим газом в экзосфере. Водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли земную корону, которая простирается более чем на 20 000 км. Плотность газа в земной короне ничтожно мала, но все же в 10 раз больше, чем в межпланетном пространстве.

По составу атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу. Гомосфера простирается от поверхности земли до высоты 100 км. В этом слое процентное содержание газов не изменяется с высотой. Гетеросфера находится на высоте свыше 100 км. Здесь кислород и азот находятся в атомарном состоянии. Молекулярный вес воздуха в этом пространтве уменьшается с высотой.

Слой атмосферы, находящийся на высоте от 20 до 55 км и содержащий основную массу озона, называется озоносферой или озоновым слоем атмосферы.

По характеру взаимодействия с земной поверхностью атмосферу разделяют на нижний, пограничный слой высотой до 1, 5 км, и свободную атмосферу, расположенную выше этого уровня. Самую нижнюю часть пограничного слоя (50-100 м), примыкающую к земной поверхности, называют приземным слоем.

 

Вопросы к разделу о строении атмосферы:

1.Какова высота атмосферы?

2.Что такое инверсия температуры?

3.Озоновый слой и его роль.

4.В каком слое наиболее высокая температура?

5.Наиболее электропроводный слой атмосферы?.

6.В каком слое сосредоточена основная масса атмосферы?

7.Как называются пограничные слои?

8.Что такое гетеросфера?

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 5. Объект, предмет и основные понятия метеорологии.