Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
• ни метеорологией, аэрологией и др. Авиацион- "|<>1 мск-орология использует достижения указанных отрасти мекорологии для решения авиационно-прикладных во- нрш он До появления реактивных самолетов сведения о фишке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по- ||еюн в верхней атмосфере были весьма ограничены. С началом жсплуатации реактивных самолетов возникла необходимое и. метеорологического обеспечения этих полетов. Многочисленные исследования позволили получить информацию об облачности, осадках, турбулентное™ и других ат- мо< ф( рных явлениях, а также об их влиянии на полеты. А с момента начала освоения космоса в качестве мощного ин- грумента получения информации в интересах метеорологи- ч< < кого обеспечения и не только деятельности авиации вы- тупила технология дистанционного зондирования Земли. В< < >го способствует дальнейшему развитию авиационной метеорологии. Методы исследования атмосферы Атмосфера воздушная оболочка Земли, удерживаемая силой притяжения и участвующая во вращении планеты. 11аиболынее давление и плотность атмосферы наблю- /ино1ся у земной поверхности, по мере поднятия вверх давление и плотнос ть уменьшаются: на IX км в 10 раз, на ХО км в 75000 раз. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли. В слое до 10-15 км (тропосфера) происходит «погодо- обра зованис». 11а высоте 22-25 км наблюдаются перламутровые облака. 11а высоте ХО км наблюдаются серебристые облака. На высоте около 100-120 км наблюдается сгорание метеоритов. На высоте около 220 км начинается рассеивание света газами атмосферы (явление сумерек). На высоте 1000-1200 км отмечается полярное сияние (ионизация воздуха корпускулярными потоками от Солнца) - верхняя граница атмосферы. Сильно разреженная атмосфера простирается до высоты 20 000 км -- земная кора, незаметно переходящая в межпланетный газ. Газовый хвост планеты простирается на 100 000 км. Атмосфера связана с другими геосферами тепловла- гообменом. Энергией атмосферных процессов служит электромагнитное излучение Солнца. Атмосфера - защитный экран, не пропускающий к Земле метеоры и жесткое солнечное излучение. Благодаря атмосфере амплитуда температур на планете невелика, ночная сторона сильно не остывает, а дневная -- не нагревается. Без атмосферы не было бы звука, облаков и осадков. Для получения сведений о физических характеристиках, составе и строении атмосферы используются различные методы исследования, как прямые (таблица 1.1), так и косвенные (таблица 1.2). Прямые методы позволяют при помощи соответствующих чувствительных элементов (датчиков) регистрировать непосредственно физические характеристики атмосферы у поверхности Земли и на различных высотах. Эти методы являются основными и наиболее надежными. К данным методам относятся контактные наземные наблюдения на метеорологических станциях, на аэродромах, на высотных мачтах, зондирование атмосферы с помощью шаров-пилотов, радиозондов, аэростатов, самолетов, ракет, искусственных спутников Земли и космических аппаратов.
Таблица 1.2 - Косвенные методы исследования атмосферы
Косвенные методы позволяют делать оценочные суждения об исследуемой метеорологической величине по измерениям других метеорологических величин или явлений. В качестве примера можно привести способ определения направления и скорости ветра на высоте по результатам наблюдений за движением облаков. Также к косвенным относятся методы, основанные на наблюдениях за прожекторным лучом, аномальным распространением звука, движением следов космических тел, перламутровыми и серебристыми облаками, а также методы, базирующиеся на спектральных исследованиях ультрафиолетовой радиации, излучения ночного неба, полярных сияний и др. Широкое распространение косвенные методы получили по мере развития космической метеорологии. Состав и строение атмосферы. Стандартная атмосфера Многочисленные исследования атмосферы позволили достаточно полно установить ее физические характеристики. Атмосфера Земли состоит из механической смеси различных газов. Химический состав сухого и чистого воздуха (без влаги и пыли) у поверхности Земли показан в таблице 1.3. Таблица 1.3 Состав атмосферы
Как видно из таблицы, в составе атмосферного воздуха преобладают азот и кислород, составляющие 99 % всей смеси (по объему), на долю остальных газов приходится лишь I %. В реальных атмосферных условиях в воздухе всегда содержится водяной пар, количество которого крайне изменчиво. Кроме газов в нижних слоях атмосферы имеются продукты конденсации (кристаллизации) водяного пара, а также мельчайшие твердые частицы пыли, дыма, различные частицы солей и т.д. Из газов, входящих в состав атмосферного воздуха в переменных количествах, особую роль играют водяной пар, углекислый газ и озон. Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения с поверхности водных бассейнов, растительного покрова и влажной почвы. По мере удаления от источников испарения его количество уменьшается. Следовательно, количество водяного пара уменьшается с высотой. Водяной пар играет важнейшую роль в атмосферных процессах. С наличием водяного пара и фазовыми превращениями воды (конденсация, сублимация, испарение) связано образование облачности, осадков, гуманов, а также таких опасных для авиации явлений, как грозы и обледенение. Водяной пар, поглощая тепловую инфракрасную радиацию, излучаемую земной поверхностью и атмосферой, оказывает значительное влияние на тепловой режим атмосферы. Углекислый газ является одним из отеплителей атмосферы. Он также поглощает тепловую инфракрасную радиацию, излучаемую Землей. Его количество в атмосфере над различными районами неодинаково. Так, например, надо льдами Арктики и Антарктики содержится в два раза меньше углекислого газа, чем в промышленных районах (0,02 % и 0,04 % соответственно). С высотой содержание углекислого газа в воздухе медленно убывает. Озон - бесцветный газ с характерным запахом. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы кислорода расщепляются на составляющие их атомы. Последние, соединяясь с сохранившимися двухатомными молекулами кислорода, образуют трехатомный кислород, который и называется озоном. Несмозря на его ничтожное количество в составе атмосферы, он играез очень большую роль в жизни на Земле. Озон обладает исключительно важным свойством - поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца. Озон прослеживается до высот 50-60 км с максимальной концентрацией его в слое 20-25 км. Здесь он служит своего рода экраном, благодаря которому губительные для жизни организмов (в том числе и растений) ультрафиолетовые лучи Солнца попадают на земную поверхность в ничтожном количестве. Слой озона, сильно поглощая ультрафиолетовую радиацию Солнца, а также тепловое излучение, идущее от Земли, приводит к нагреванию атмосферы на высотах 30-35 км. В связи с тем, что коэффициент поглощения озоном ультра фиолетовых лучей очень велик., их энергия поглощается почти целиком в самой верхней части слоя озона (40-55 км). Здесь, вследствие этого, температура с высотой резко возрастает. Данные прямых и косвенных наблюдений показывают, что атмосфера имеет слоистое строение. Слои отличаются друг со друга своими характеристиками: составом воздуха, изменением температуры с высотой, электрическими свойгншми, характером взаимодействия с земной поверхно- (11.10 И III. 11о составу атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу. До высот 90-100 км все газы находятся в молекулярном состоянии и их относительный процентный состав (кро- м< 1ЯЖСЛЫХ газов аргона и углекислого) практически оста- (301 постоянным. Объясняется это перемешиванием воздуха но вертикали. Таким образом, средний молекулярный вес воздуха в этом слое не изменяется. По данному признаку эта час I ь атмосферы называется |