2. Пространственные и временные масштабы изменчивости малых газов атмосферы; Особенности переноса малых газов в тропосфере и стратосфере

Горизонтальный Масштаб

• Глобальный масштаб относится к изменениям планетарных размеров;

• Синоптический масштаб включает процессы, относящиеся к дневным изменениям погоды, и имеющие размеры порядка 1000 км;

• Мезомасштаб относится к процессам, имеющим размеры порядка десятков и сотен километров;

• Малый масштаб связан с изменениями в пределах метров и километров

Вертикальный Масштаб

• Вертикальная структура атмосферы базируется на вертикальном распределении температуры

• Одновременно это распределение характеризует различные условия устойчивости вертикального переноса массы в атмосфере

• Наиболее важным является разделение между тропосферой и стратосферой (Тропопауза)

• Тропопауза одновременно разделяет нижнюю и среднюю атмосферы

• Пограничный слой и свободная тропосфера определяют условия обмена газами между земной поверхностью и атмосферой

Статическая Устойчивость Атмосферы

• Характеризует тенденцию объема воздуха с определенной температурой при перемещении на другую высоту продолжать перемещение, или возвращаться назад

• Фактически это мера соотношения температуры объема воздуха с температурой окружающей среды

• Если эта температура выше температуры среды, то объем воздуха будет подниматься

• Если температура ниже - опускаться

Нижняя Атмосфера (Тропосфера)

• Температура уменьшается с высотой

• Неустойчивость

• Конвективные процессы

• Перенос газов от земной поверхности в стратосферу

• Озон –токсичный газ

• Водяной пар присутствует в больших количествах и подвержен фазовым переходам

Стратосфера (Нижняя Часть Средней Атмосферы )

• Температура растет с высотой

• Статически устойчива, вертикально стратифицирована

• Вертикальные движения малы, а горизонтальные велики

• Особая роль озона, нагревающего стратосферу

• И защищающего биосферу от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца

3. Методы изучения газового состава атмосферы

• Экспериментальные (натурные и лабораторные измерения). Предполагают создание приборов, разработка методик измерений, обработку и интерпретацию наблюдений;

Натурные измерения ориентированы на измерение свойств атмосферы непосредственно. Бывают контактные и дистанционные методы измерения содержания атмосферных газов. В контактных методах измерения содержания газов происходят непосредственно в месте нахождения прибора или датчика. При этом используются физические и химические свойства газов излучать энергию или выделять вещества при химических реакциях. Результат измерения может фиксироваться сразу, или определяться в лабораторных условиях после отбора проб в натурных условиях. Контактные методы реализуются в стационарных и мобильных условиях. В стационарных условиях приборы ставятся на постоянной основе на измерительной станции и работают в непрерывном или дискретном режимах. Мобильные контактные методы реализуются для перемещения в полевых условиях, а приборы устанавливаются или на полевых штативах, в автомобилях, поездах, самолетах, радиозондах, морских и речных судах и ракетах.

Дистанционные методы основываются на способности газов поглощать и излучать энергию в определенных спектральных диапазонах. Бывают наземные и спутниковые. В наземных методах измеряется солнечное излучение в полосах и вне полос поглощения атмосферных газов. По разнице в полосах и вне полос можно определить содержание поглощающего газа в столбе атмосферы. При измерениях при разных углах солнца можно определить характеристики вертикального распределения газов. Наземные методы могут быть двухлучевые и многоволновые.

Спутниковые методы основываются чаще всего на измерениях рассеянного назад солнечного ультрафиолетового излучения. Для получения информации о содержании атмосферных газов при этом надо решать обратную задачу. Кроме того, содержание газов можно измерять по собственному их излучению в микроволновой области спектра.

По результатам измерений проводится статистических анализ и строятся эмпирические модели распределения атмосферных газов.

• Теоретические методы (моделирование). Предполагают определение физических и химических процессов, влияющих на распределение и изменчивость атмосферных газов, выделение фундаментальных законов физики и химии, управляющих этими процессами, математическое описание этих законов, методы решения математических уравнений, описывающих фундаментальные законы физики и химии, определяющих распределение и эволюцию атмосферных газов.