Состав верхних слоев атмосферы

Исследование спектров сияний и свечения ночного неба, исследование с помощью ракет помогли установить, что к высоте 100 км процентное содержимое основных газов атмосферного воздуха не изменяется. На высотах более 100 км происходит значительное изменение состава воздух. Кислород и азот частично находятся в атомарном состоянии (при чем кислород - в большей степени). В атмосфере присутствуют ионы натрия, кальция, магния, гелия.

Выше 1000 км атмосфера складывается в основном из гелия и водорода, при чем преобладает атомарный водород. В атмосферу постоянно вторгаются разные атомы из космоса. В свою очередь из атмосферы в мировое пространство выскальзывают легкие газы (процесс диссипации).

Результаты наблюдений с помощью ракет и спутников показали, что водород, который выскальзывает в космос через внешнюю границу атмосферы, образует вокруг Земли так называемую геокорону. По мере удаления от Земли плотность геокороны уменьшается и на расстоянии 3000 км целиком переходит в межпланетное пространство.

Верхние слои атмосферы, которые отдалены от земной поверхности на сотни и тысячи километров, в последнее время изучаются все более интенсивно и успешно, в особенности с помощью геофизических ракет и спутников.

В этих слоях при поглощении ультрафиолетового и корпускулярного солнечного излучения происходят фотохимические реакции разложения газовых молекул на электрически заряженные атомы. Поэтому указанные слои сильно ионизированы и имеют очень большую электропроводность. В них наблюдаются такие явления, как полярные сияния и постоянное свечение воздуха, который создает так называемый ночной свет неба; в них происходят также сложные микрофизические процессы, связанные с космическим излучением. Методы изучения всех этих процессов своеобразные; сами их исследования мало связаны с изучением атмосферы возле земной поверхности и в нижних слоях, но тесно связаны с изучением земного магнетизма. Поэтому с недавних пор принято выделять учение о физических (и химических) процессах в высших слоях атмосферы в особую научную дисциплину, которая получила название аэрономии.

Основные метеорологические элементы

Рассмотрим основные метеорологические элементы:

• температура воздуха;

• атмосферное давление;

• влажность воздуха;

• скорость и направление ветра;

• облачность;

• атмосферные осадки;

• метеорологическая дальность видимости (прозрачность атмосферы);

• солнечная радиация и тепловое излучение Земли.

Температура воздуха– важнейшая характеристика теплового состояния воздуха. В метеорологии температуру воздуха принято выражать:

а) в Международной практической температурной шкале (МПТШ), то есть в градусах Цельсия;

б) в градусах Фаренгейта °F.

в) в градусах Кельвина.

T (К) = 273,15 + t °C (2.1)

Атмосферное давление(Р) – это сила, которая действует на единицу поверхности. На практике давление измеряется высотой ртутного столба в мм, вес которой уравновешивает давление атмосферы.

Атмосферное давление впервые измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1644 году.

Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принятое значение 760 мм ртутного столба ( мм рт. ст.) при температуре 0 градусов Цельсия. Если давление атмосферы, например, 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух имеет такое же давление, которое создает вертикальный столб ртути высотой 780 мм. Таким образом, за нормальное атмосферное давление принимают давление столбика ртути высотой 760 мм при 0 °С. Такое давление на практике принят за единицу давления и названо физической атмосферой (атм).

P = ρ · g · h , (2.2)

где ρ – плотность ртути, г/см³; ρ_ртути= 13,596 г/см³;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

h = 0,76 м.

1 атм = 13,6 · 10³кг/м³· 9,8 м/с²· 0,76 г = 1,013 ·10⁵н/м².

В метеорологии давление измеряют в миллибарах (мб) ли гектопаскалях (гПа).

1 мб = 10² н/м² = 10⁷Дин/см²

1 гг рт.ст. = 1333,3 Дин/см²= 1,33 мб = 1,33 гПа

1 мб = 0,75 мм рт.ст.

Влажность воздуха – это содержание в воздухе водного пара. Характеризуется рядом показателей, которые рассмотрены в лекции № 5.

Скорость и направление ветра.Ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности. Направление ветра определяется той точкой горизонта, откуда он дует. Для обозначения направления ветра в метеорологической практике используют 16 румбов. Отсчет ведется от севера через восток. В таблице 2.1 приведен названия и обозначения румбов.

Таблица 2.1 – Названия и обозначение румбов

Название	Сокращенное международное	Сокращенное украинское	Азимут, °	Румб
1	2	3	4	5
Северный	N (норд)	П	0 (360)	1
Северо-северо-восточный	NNE (норд-норд-ост)	ППС	22,5	2
Северо-восточный	NE (норд-ост)	ПС	45	3
Восточно-северо-восточный	ENE (ост-норд-ост)	СПС	67,5	4
Восточный	E (ост)	С	90	5
Восточно-южно-восточный	ESE (ост-зюйд-ост)	СПдС	112,5	6
Юго-восточный	SE (зюйд-вест)	ПдС	135	7
Южно-южно-восточный	SSE (зюйд-зюйд-вест)	ПдПдС	157,5	8
Южный	S (зюйд)	Пд	180	9
Южно-южно-западный	SSW (зюйд-зюйд-вест)	ПдПдЗ	202,5	10
Юго-западный	SW (Зюйд-вест)	ПЗ	225	11
Западно-южно-западный	WSW (вест-зюйд-вест)	ЗПдЗ	247,5	12
Западный	W (вест)	С	270	13
Западно-южно-западный	WNW (вест-норд-вест)	ЗПдЗ	292,5	14
Северо-западный	NN (северо-западный)	ПЗ	315	15
Северо-северо-западный	NNW (норд-норд-вест)	ППЗ	337,5	16

Скорость ветра принятая выражать в м/с, в некоторых случаях – в км/ч.

Облачность.Облака представляют собой систему капель воды или ледяных кристалликов, тех ли и других вместе, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте над земной поверхностью. Совокупность облаков на небесном своде называют облачностью. При наблюдениях за облачностью на метеостанциях определяют количество, форму и вид облаков. Количеством облаков называют степень покрытия небесного свода облаками. Оно определяется визуально по десятибалльной шкале (от 0 до 10 баллов). Один балл означает, что облаками покрытая одна десятая часть небесного свода. Безоблачному небу отвечает 0 баллов, а полному покрытию неба облаками – 10 баллов.

Атмосферные осадки.Атмосферными осадкаминазывают все виды воды в жидком или твердом состоянии, которые выпадает из облаков.

Количество осадковвыражается высотой слоя воды в мм, что образовался бы в результате выпадения осадков на горизонтальной поверхности при отсутствии испарения, просачивание и стока, а также при условии, что осадки, выпавшие в твердом виде, полностью растаяли.Интенсивностью осадков называют их количество в мм, которое выпадает за одну минуту.

Метеорологическая дальность видимости– это наименьшее расстояние, на котором наблюдаемый объект под влиянием атмосферной дымки не отличается от окружающего его фона, то есть становится невидимым.