5. Устойчивость атмосферы. Атмосферные инверсии.

Устойчивость атмосферы характеризует её способность препятствовать вертикальным движениям воздуха и сдерживать турбулентность. Количественная устойчивость атмосферы характеризуется градиентом температуры Г=-(dT/dH).

Для сравнительных целей используется стандартная температура для которой градиент составляет: Г=6,45*10^-3 K/м.

Если градиент ОС > Гстанд. – атмосфера неустойчивая.

Если Г ОС меньше, чем стандартный – атмосфера называется устойчивой и такая атмосфера называется инверсией.

Если температура увеличивается с высотой, атмосфера устойчива, атмосферные условия определяется как инверсия.

Виды инверсий: 1) инверсия оседания; 2) инверсии наползания.

В атмосфере имеются помимо локальных также 2 зоны глобальной инверсии: в стратосфере и термосфере.

6. Солнечное излучение. Ионосфера Земли. Состав ионосферы. Фотохимические реакции в ионосфере.

Существует источник энергии, играющий очень важную роль в природе — солнечное излучение. Солнце — основа жизни на Земле; оно поддерживает на Земле теплый климат. За счет энергии солнечного излучения в зеленых листьях растений происходит синтез углеводов (крахмала) из неорганических веществ — оксида углерода (IV) и воды. За счет этой же энергии далее идет синтез белков и жиров. Растения служат пищей для животных, которые фактически используют при этом энергию солнечного излучения.

Ионосфера земли создается солнечной радиацией, которая производит ионизацию Земной атмосферы на высотах от 50-1000 км. Состав ионосферы средних и низших широтах обусловлена волновой солнечной радиацией, высокий корпускулянт.

Ионосфера состоит из отдельных слоев: А и В – не сущ-ет, С – нижняя часть слоя Д, Д – ниже 100 км, Е – 100-300 км, F – выше 300 км.

В результате ионизации образуется первичные ионы:

О2 + hv  О2 + е

N2 + hv  N2 + е

О + hv  О + е

Образовавшиеся свободные е участвуют в реакциях:

О + е  О

NO + е  NO

Первичные ионы могут участвовать в следующих процессах:

О2 + О = О2 +О

О2 + N2 = NO + NO

O2 +N2 = O2 + N2

N2 +O = NO + N

О + N2 = N2O

О + N2 = N2 + О

Протекают также реакции перехода возбужденных атомов и ионов в основное состояние:

О*  О + hv

N+*2  N2 + hv

Протекают также реакции диссоциативная рекомбинация: NO + е  N + О.

Таким образом, формируется ионосфера Земли состоящая из положительных ионов и электронов.

Концентрация заряженных частиц в ионосфере определяется следующими факторами:

1. скорость ионизации.

2. скорость рекомбинации.

3. дивергенция потока заряженных частиц – определяется количеством носителей заряда поступающих в единичной объем атмосферы и покидающих его в единицу времени.

4. амбиполярная диффузия – совластная диффузия противоположно заряженных частиц в направлении уменьшения их концентрации.

В ионосфере текут интенсивные электрические токи, которые регистрируются как изменение магнитного поля Земли.

7. Озон в атмосфере Земли. Единицы выражения концентрации озона. Зависимость величины концентрации озона от расстояния до поверхности Земли, географической широты и времени года.

О3 – озон – аллотропная модификация кислорода, сильнейший окислитель. Содержание азота в атмосфере 3,3 млн т. Важная особенность озона, его способность поглощать излучения: < 320 нм – max поглощения. Озон поглощая УФ излучения, выполняет защитную функцию.

Рис.

Способы выражения концентрации озона: 1) традиционные единицы (см^-3, м^-3, ppm); 2) единицы Добсона (е. Д, Д.Е.)

В начальный период изучения озонового слоя основным прибором для измерения содержания в атмосфере был спектрометр Добсона. Он определял общее количество озона в столбе воздуха над наблюдателем. Полученные значения суммарного объема озона в столбе атмосферы единичной площади сечения приводили к нормальным условиям. После этого определяли высоту, которая приходится в этом столбе атмосферы на весь озон. Слой озона высотой 10^-5 м = 1 е. Д.

12*760е.Д. – 290е.Д. – среднее значение.

Содержание озона на территории изменяется в зависимости географической широты и времени года. В атмосфере выделяют 3 зоны: 1) полярная зона – хар-ся наиб. значениями среднегодового общего содержания озона ~ 400 е.Д; (~50% - сезонные колебания). 2)тропическая зона – хар-ся минимальными значениями среднегодового содержания озона ~265 е.Д. (10-15% - сезонные колебания). 3)умеренные широты – среднегодовое содержание ~290- 300е.Д. (~30-40% - сезонные колебания).