Температура тропосферы: Тропосфера — состав, высота, температура

Тропосфера — состав, высота, температура

Самой нижней частью атмосферы Земли является тропосфера, которая составляет около 75 % массы атмосферы и 99 % ее водного пара и аэрозолей. В этом слое атмосферы температура понижается с высотой. Название «тропосфера» происходит от греческого «trоpos», что означает поворот, изменение, сфера. Большинство явлений, происходящих в тропосфере, оказывают огромное влияние на ежедневную погоду на Земле.

В умеренных широтах средняя глубина тропосферы составляет 17 км, в тропических районах — до 20 км, а около полюсов — 7-10 км. Нижняя часть тропосферы является планетарным пограничным слоем глубиной от нескольких сот метров до 2 км, на который очень влияют воздушные потоки Земли, а также очертания ее суши и время суток. В тропосфере при подъёме через каждые 100 м температура уменьшается, в среднем, на 0,65 градуса.Над тропосферой расположена стратосфера, и отделяются они друг от друга тропопаузой — тонким переходным слоем, в котором с увеличением высоты прекращается снижение температуры.

Большая часть атмосферного воздуха и значительная часть биосферы находится в тропосфере, в этой зоне образуются все типы облаков, образуются воздушные массы и фронты, формируются циклоны и антициклоны. Именно в тропосфере существует система воздушных течений, или так называемая общая циркуляция атмосферы.

Тропосфера характеризуется постоянно меняющимся горизонтальным разделением на воздушные массы, которые зависят от широты и той поверхности, над которой они образуются. На границах воздушных масс — атмосферных фронтах — формируются циклоны и антициклоны, способствующие перемещению воздушных масс и фронтов, которые вызывают периодические изменения погоды у земной поверхности и в слоях, расположенных выше.

Основная часть водяного пара атмосферы содержится в тропосфере, где сильно развита турбулентность, особенно над земной поверхностью. Содержание водяного пара в тропосфере изменяется при взаимодействии процессов конденсации, испарения и горизонтального переноса. Результатами конденсации водяного пара является образование облаков и выпадение атмосферных осадков в виде дождя, снега и града, следовательно, процессы фазовых переходов воды осуществляются в тропосфере. Давление воздуха у поверхности земли выше, чем на верхней границе тропосферы. Процессы, которые происходят в тропосфере, влияют на погоду и климат у поверхности Земли. Нижний слой тропосферы называется приземным, он содержит много пыли и летучих микроорганизмов. В этом слое суточная температура и влажность воздуха хорошо выражены, скорость ветра возрастает с поднятием на высоту. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра увеличивается примерно в 3 раза. В приземном слое атмосферы наблюдается слабый ветер, повышенная влажность, вертикальное распределение температуры. Эта зона является средой обитания человека, животных и растений.

Вертикальное распределение температуры наблюдается, благодаря особенностям поглощения земного и солнечного излучений в тропосфере и конвективной передачи тепла.

Водяной пар является основным поглотителем излучения в атмосфере, содержание его с высотой уменьшается, температура воздуха также уменьшается. Нагретый воздух от земли перемещается в атмосферу, возникает конвекция, которая и меняет вертикальное распределение температуры. Солнечные лучи, проходя через тропосферу, нагревают землю, которая отдает тепло назад в атмосферу, где оно накапливается. Этот процесс называется парниковый эффект. Следовательно, Земля является источником тепла для атмосферы.

Состав и строение

На состав и строение тропосферы влияет выход газов из разломов земной коры и существование жизни на Земле. Приземный слой, слой обитания живых организмов, состоит из двух важных газообразных компонента: азота (N2) и кислород (О2) — соответственно 78 и 21% объема воздушной оболочки Земли. Первостепенную роль для живых организмов играют вода, кислород и углекислый газ. Круговорот азота в природе играет значимую роль в питании растений. В процессе фотосинтеза растения образуется кислород, который используется при дыхании микро- и макроорганизмов, и выделяется углекислый газ. Водяной пар является необходимым компонентом жизни на Земле и способствует поддержанию температуры на ее поверхности. Он, в основном, поступает в атмосферу при испарении воды с океанической поверхности.

Похожие материалы:

Температура в тропосфере — Энциклопедия по машиностроению XXL

Давление и плотность с высотой убывают, температура в тропосфере (тзт 7 км на полюсе до 17 км на экваторе) убывает до 200 К, в стратосфере (до 50 км) возрастает до 280 К и далее в мезосфере (до 85 Км) вновь убывает до 170—180 К.  [c.207]

Температуры в тропосфере. Для тропосферы изменение температуры с подъемом на высоту определяется по формуле  [c.13]

Что касается удельного расхода Ср, то его величина с подъемом на высоту уменьшается во-первых, вследствие падения температуры (в тропосфере) и, во-вторых, вследствие повышения числа оборотов для создания необходимой тяги двигателя.

[c.232]


При этом в адиабатической теории принимается, что теплообмен в стратосфере осуществляется радиацией, а в наиболее плотном слое земной атмосферы (тропосфере) — в основном конвекцией. В этом случае распределение температур в тропосфере определяется адиабатическим законом [24]  
[c.30]

Проверка корректности адиабатической теории парникового эффекта выполнена ее авторами путем сравнения расчетного распределения температуры в тропосфере Земли (уравнения 2.4 и 2.5) с моделью ее стандартной (фактически замеренной) атмосферы. Результаты такой проверки приведены в табл. 2.1.  [c.32]

Так, например, зимой температура воздуха на уровне 300 гПа на западе Тихого океана (квадрат 10—15° с. ш., 160—165° в. д.) на 4°С выше, чем в его восточной части на тех же широтах (квадрат 10—15° с. ш., 95—100° з.д.) Указанное нарушение зонального распределения температуры в тропосфере субтропической и тропической зон Атлантического и Тихого океанов обусловлено двумя основными факторами  

[c. 96]

Кроме того, нами установлено, что отрицательные коэффициенты корреляции Га рь р ) между вариациями температуры в тропосфере и вариациями ее в нижней стратосфере могут быть существенно больше, чем было получено ранее при оценке их  [c.107]

Действительно, как было показано выше (см. раздел 3.3), в тропосфере связи температуры V рн) для каждой пары уровней являются положительными. В то же время корреляция между вариациями температуры в тропосфере и стратосфере отрицательна. Поэтому ковариационные матрицы, использованные нами для получения естественных ортогональных функций, состоят как из положительных, так и отрицательных элементов. А в таких матрицах, согласно [8], для первого собственного вектора.  

[c.125]

Анализ табл. 5.1 и табл. 1—3 приложения показывает, что характерной особенностью высотного изменения средней температуры в тропосфере является ее убывание. Это определяется тем,  [c.172]

Зондирование температуры в тропосфере с использованием колебательно-вращательного СКР  [c. 118]

Более многочисленные измерения флуктуаций температуры в тропосфере после пересчета на значения С приводят к значениям 0,001 -г- 0,020 Л -ед/сж / . Сопоставление приведенных значений Сп с экспериментами по дальнему тропосферному распространению УКВ приводит к выводу, что эффект рассеяния радиоволн турбулентными неоднородностями способен объяснить слабую компоненту принимаемого сигнала, наблюдающуюся большую часть времени. По-видимому, более редкие и интенсивные поля при дальнем распространении УКВ могут быть обусловлены и другими механизмами распространения (атмосферные волноводы, отражение от слоев атмосферы с сильными градиентами показателя преломления и т. д.).  

[c.196]


Колебания температуры у поверхности Земли оказывают влияние на распределение температуры в тропосфере это, в свою очередь, обусловливает распределение плотности воздуха по высоте.  
[c.35]

Объяснить причину понижения температуры тропосферы с высотой и, считая воздух идеальным газом, вычислить высотный градиент температуры в атмосфере.[c.47]

Значение коэффициента а на разных участках по высоте в атмосфере или по глубине в шахтах разное, кроме того, оно колеблется также в зависимости от метеорологических условий, времени года и других факторов. При определении температуры в пределах тропосферы (т. е. до 11 000 м) а принимается равным 0,0065 К м для глубоких шахт среднее значение может приниматься для мокрых стволов 0,004-гО,006 К м для сухих стволов 0,01 Км  

[c.24]

Этому обмену препятствует ледяная ловушка в тропопаузе. Из рис. 12.19 видно, что температура воздуха в тропосфере непрерывно уменьшается с высотой вплоть до самой границы тропопаузы. Эффект улавливания вызван тем, что температура воздуха зависит от парциального давления водяного пара. По закону Дальтона давление смеси газов, химически не взаимодействующих между собой, равно сумме парциальных давлений, причем поведение каждого газа не зависит от присутствия других газов. Парциальное давление водяного пара как функцию температуры можно приближенно рассчитать, воспользовавшись зависимостью, полученной для идеальных газов (см. гл. 3)  [c.302]

При технических расчетах пользуются обычно так называемой стандартной атмосферой, согласно которой в нижних слоях атмосферы — в тропосфере (О 11 км) температура считается одинаковой и равной—56,5° С.  [c.111]

Над тропосферой находится вторая часть атмосферы — стратосфера. Стратосфера представляет собою слоистую (состоящую из параллельных слоев) массу воздуха, в которой —в противоположность тропосфере —не происходит перемещений и которая находится в состоянии теплового Гв отношении лучеиспускания) равновесия. Температура в стратосфере почти постоянная и равна примерно — 50″ С. Постоянству температуры соответствует равенство л=1. Заметим еще, что между тропосферой и стратосферой нет резкой границы, напротив—между ними наблюдается постепенный переход.  [c.37]

На рис. 2.1 схематично представлено распределение температуры в прилегающей к Земле тропосфере. Температура входного воздействия на тропосферу (температура солнечного излучения)  [c. 29]

Распределение температуры в земной тропосфере по модели стандартной атмосферы и по теоретическим расчетам  [c.32]

В тропосфере и стратосфере температурное поле распределяется следующим образом. Скорость понижения температуры до высоты 11 км равна 6,5° С/км, с высоты И км до 25 км температура остается неизменной, а затем до высоты 47 км повышается ка 3,5°С/км. Однако это условные границы атмосферных слоев и условные температуры. На самом деле нижняя граница стратосферы в полярных областях лежит на высоте 8— 9 км, а в тропиках—на высоте 17—18 км. Верхняя граница стратосферы доходит до высоты примерно 50 км в зависимости от географической широты. В табл. 1 представлены фактические данные по высоте и температуре тропопаузы в зависимости от географической широты [5].  [c.6]

Излагаются результаты комплексного физико-статистического анализа высотного распределения температуры и малых газовых составляющих в тропосфере и стратосфере северного полушария.[c.4]

Тропосфера — нижняя область земной атмосферы между деятельной поверхностью и тропопаузой, характеризующаяся понижением температуры воздуха с высотой в среднем на 6,5°С/км. В полярных и умеренных широтах высота тропосферы достигает 8—12 км, в тропиках—16—18 км. В тропосфере сосредоточена основная масса атмосферного воздуха — от 75% в умеренных и полярных широтах до 90 % в тропической зоне.  [c.14]


Так, в [14] на примере расчета временной корреляционной функции приземной температуры для ст. Сургут установлено, что наблюдения за температурой уже через трое суток становятся практически независимыми друг от друга. Аналогичные выводы получены и для свободной атмосферы умеренных широт в работе 37] (см. табл. 2.1), согласно которой радиозондовые наблюдения за температурой в тропосфере и нижней стратосфере являются независимыми друг от друга уже через 2—3 дня. Несколько иные результаты приводятся в [17] для тропической зоны Атлантического океана, где радиозондовые наблюдения во всем рассматриваемом слое атмосферы от 1000 до 15 гПа становятся независимыми друг от друга через 1 —1,5 дня.  [c.54]

Следует отметить, что корреляционная связь температуры на изобарической поверхности 500 гПа с температурой вышерасположенных уровней очень быстро затухает, причем нулевая изокоррелята находится везде на той же высоте 9—10 км, что и для коэффициента корреляции rtt ро, Pj)- Однако в отличие от приземной температуры, температура в тропосфере полярных и умеренных широт довольно тесно коррелирует (правда, с обратным знаком) с температурой нижней стратосферы. Коэффициенты корреляции rtt (500, pj) могут достигать при этом значений —0,70…. .. —0,75.  [c.113]

На состояние стратосферы Земли оказало существенное влияние извержение вулкана Агунг (о. Бали, Индонезия) в марте 1963 г. С тех пор этот эффект называют эффектом Агунга. Ученые, работавшие в Антарктиде, зарегистрировали постепенное уменьшение падающего по нормали солнечного излучения в декабре 1963 г., а к середине февраля 1964 г. оно составило всего лишь 15 % среднего значения, наблюдавшегося за предыдущие 10 лет. Это было отнесено на счет накопления вулканических частиц в стратосфере после извержения Агунга. Ослабление падающего по нормали солнечного излучения наблюдалось в течение нескольких лет в 1968 г. интенсивность его составляла 98% обычной. Между тем было установлено, что непосредственно после извержения вулкана температура воздуха в атмосфере поднялась на 6—7°С и в последующие несколько лет превышала норму на 2— 3°С. В то же время не было отмечено никаких изменений температуры воздуха в тропосфере.  [c.289]

Основным явлением, характерным для тропопаузы, нужно считать более или менее резкий переход от приблизительно линейного убывания температуры с высотой в тропосфере к изотермии (также приблизительной) в стратосфере.[c.212]

В глобальной модели также был получен механизм колебаний темнерату-эы в системе атмосфера-подстилаюгций слой океана с облачностью в качестве эегулятора обратной связи, причем весьма сугцественным оказался учет изменения облаков не только по количеству, но и по толгцине и водности. Исследование колебательных режимов в более полной зональной модели привело к получению одного механизма собственных колебаний температуры в системе тропическая тропосфера-стратосфера, а также к выявлению в этой области атмосферы двухлетнего цикла колебаний, объясняемого явлением параметрического резонанса в системе [86.  [c.780]

Интересным и простым приложением теории адиабатического расширения газов является вычисление изменения температуры атмосферы высоко над уровнем моря. Основной причиной изменения температуры являются конвехщионные токи в тропосфере, которые непрерывно перемещают воздух из низших слоев в высшие и из высших в низшие. Когда воздух с уровня моря поднимается в верхние слои с низким давлением, он расширяется. Так как воздух — плохой проводник тепла, то тепло от окружающего воздуха очень плохо передается поднявшемуся воздуху, поэтому можно считать, что происходит адиабатическое расширение. Соответственно понижается температура поднявшегося воздуха. С другой стороны, во.здух верхних слоев атмосферы, погруя аясь в нижние слои, испытывает адиабатическое сжатие, вследствие чего повышается температура.  [c.29]

В нижней части мезосферы имеется слой температурной инверсии (повышение температуры воздуха с высотой в определенном слое атмосферы называется инверсией), обусловленной наличием озона. В верхней части мезосферы вследствие почти полного отсутствия озона температура воздуха резко понижается. Поэтому там возникают достаточно мощные вертикальные токи, т. е. происходит перемешивание воздуха, аналогичное трубулентному движению воздушных масс в тропосфере. На высотах около 60 км скорость воздушных течений достигает 140 м/с, а на высотах около 80 км — 160 м/с.  [c. 6]

Динамика атмосферы Марса. Динамика разреженной атмосферы Марса, обладающей малой тепловой инерцией, во многом отличается от земной и венерианской. Модель глобальной циркуляции, в основе которой лежит условие геострофического баланса (Ко 1), предсказывает аналогичную топологию движений в тропосфере и стратосфере, с преобладанием ветров, дующих в восточном направлении на высоких широтах зимой и в субтропиках летом, и в западном направлении на остальных широтах. В то же время, основным движущим механизмом переноса в меридиональном направлении служит сезонный обмен углекислым газом между атмосферой и полярными шапками, в результате чего возникают конфигурации типа ячейки Хэдли, с восходящими и нисходящими потоками и перестраивающейся системой ветров у поверхности и на больших высотах в летней и зимней полусферах (Зурек и др., 1992 Маров, 1992 1994). На характер циркуляции сильное влияние оказывает рельеф поверхности (ареография), от которой зависят как наблюдаемая картина ветров, так и генерация горизонтальных волн различного пространственного масштаба. В свою очередь, планетарные волны, обусловленные бароклинной нестабильностью атмосферы, и внутренние гравитационные волны проявляются в виде нерегулярностей в профилях температуры и вертикальных движений в стратосфере. С ними связаны также наблюдаемые волновые движения в структуре облаков с подветренной стороны при обтекании препятствий, свидетельствующие о существовании в  [c.28]

Структурная функция показателя преломления. Мелкомасштабные неоднородности показателя преломления воздуха п г) в оптическом диапазоне длин волн определяются, главным образом, хаотическими пространственно-временными вариациями температуры. Микропульсации поля температуры, в свою очередь, появляются в результате турбулентного перемешивания в термически стратифицированной атмосфере. Многочисленные наблюдения рефракции света из космоса Гречко и др., 1981), показали, что в верхней тропосфере и стратосфере постоянно присутствуют мелкомасштабные температурные неоднородности, представляющие собой сильно анизотропные слоистые образования. На существование анизотропных неоднородностей показателя преломления в стратосфере определенно указывают также исследования по радиолокационному зондированию стратосферы, в которых зафиксировано значительное превышение эхо-сигналов при вертикальном зондировании над сигналами при наклонном зондировании (Роттжер и др., 1981).  [c.288]


По данным современных метеорологических наблюдений, можно считать в диапазоне высот от 11 до 25 км температуру воздуха постоянной, равной —56,5° С. В тропосфере и на высо тах, больших 25 км, температура воздуха существенно меняется с высотой. Поэтому вычисления, проводимые ниже, имеют приближенный характер, так как формула (82) может интерполировать реальные значения плотности с хорошей точностью только в ограниченном интервале изменений высоты полета.  [c.170]

Состав атмосферы изменяется с высотой однако до высоты 100 км состав можно считать постоянным. Как мы уже указывали, вследствие низкой температуры в низких слоях стратосферы (И—25 км) почти весь водяной пар заключен в слоях тропосферы. Весьма малые количества водяных паров, соответствующие упругости насыщающего пара при 200° К (—173° С), будут проникать и в более высокие слои атмосферы и там диссоциировать. По данным 1963 г., совпадающим сданными американского справочника — Handbook of Astronauti al Engineering, 1961 г., наблюдаемый состав земной атмосферы на уровне моря дается таблицей 2.  [c.379]

Прерывньш скачок температуры наблюдается далеко не всегда даже для инверсии в тропосфере. Что же касается верхней инверсии, то, поскольку можно основываться на имеющемся наблюдательном материале, там имеет место в среднем даже медленное цовыщение температуры с высотой.  [c.129]

В реальных условиях необходимо учитывать разогрев газовой смеси тропосферы за счет конденсации в ней влаги и поглощения инфракрасной радиации. Авторы рассматриваемой теории определили, что при конденсации влаги в тропосфере выделяется тепло ц=595,8 кал/г. При этом, соответственно, повышается температура воздуха и снижается вертикальный температурный градиент. В сухой воздушной тропосфере градиент температуры равен 9,8 град/км, а во влажной тропосфере — 6,5 град/км, т.е. выделяющаяся в тропосфере теплота конденсации влаги повышает ее температуру на 3,3 град/км (9,8-6,5 град/км), а дополнительная теплоемкость в тропосфере при этом повышается на 0,09 кал/гтрад. Повышение теплоемкости за счет поглощения средой инфракрасного излучения по оценке авторов составляет 0,045 кал/г-град.  [c.32]

Попытки исследовать состав и структуру земной атмосферы до больших высот имеют длительную историю. Однако лишь с момента появления регулярных радиозондовых (1930—1940 гг.) и озонометрических (1950—1960 гг.) наблюдений возникла реальная возможность получения достаточно надежных сведений об особенностях высотного распределения метеорологических величин (в частности, давления, температуры, влажности воздуха и озона) в тропосфере и стратосфере над обширными территориями. Сейчас благодаря значительному расширению мировой аэрологической сети (в настоящее время зондирование атмосферы осуществляется более чем на 1000 станциях) и заметному повышению потолка радиозондирования (особенно с начала 60-х годов), созданию озонометрической сети станций, появлению метеорологических спутников Земли, разработке методов и средств измерения концентраций малых газовых примесей, накоплен обширный материал стандартных и специальных высотных наблюдений, который позволяет провести комплексное аэроклиматическое исследование состава и структуры земной атмосферы в глобальном масштабе и до максимально возможных высот, зависящих от существующих методов измерения.  [c.9]

В отличие от температуры, влажности воздуха и озона физикостатистический анализ особенностей вертикального распределения содержания углекислого газа и других малых газовых примесей (СО, СН4, N20, N0 и N02) проведен лишь на основе опубликованных в метеорологической литературе данных о фоновых характеристиках и возможных вариациях концентрации этих газов на различных высотах. Это связано с тем, что существующий материал высотных наблюдений за содержанием СО2 и малых газовых составляющих (МГС) еще слишком мал по своему объему, и, следовательно, не может быть использован для подробного описания распределения указанных МГС в тропосфере и стратосфере над различными районами земного шара.  [c.13]


Строение атмосферы

Строение атмосферы

по С.П. Хромову


Тропосфера

Атмосфера состоит из нескольких концентрических слоев, отличающихся один от другого по температурным и иным условиям. Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0,6°/100 м (в отдельных случаях распределение температуры по вертикали варьирует в широких пределах). В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Сильно развита здесь и турбулентность, особенно вблизи земной поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы.

Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли меняется изо дня в день. Кроме того, даже в среднем она различна под разными широтами и в разные сезоны года. В среднем годовом тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10-12 км и над экватором до 15-17 км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около -23° на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -70°, над северным полюсом зимой около -65°, а летом около -45°.

Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

Самый нижний, тонкий слой тропосферы, в несколько метров (или десятков метров) высотой, непосредственно примыкающий к земной поверхности, носит название приземного слоя. Вследствие близости к земной поверхности физические процессы в этом слое отличаются известным своеобразием. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в течение суток.

Стратосфера и мезосфера

Над тропосферой до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой (толщиной 1-2 км) носит название тропопаузы.

Выше были приведены данные о температуре на верхней границе тропосферы. Эти температуры характерны и для нижней стратосферы. Таким образом, температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом много ниже, чем над полюсом.

Нижняя стратосфера более или менее изотермична. Но, начиная с высоты около 25 км, температура в стратосфере быстро растет с высотой, достигая на высоте около 50 км максимальных, притом положительных значений (от +10 до +30°). Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала.

Водяного пара в стратосфере ничтожно мало. Однако на высотах 20-25 км наблюдаются иногда в высоких широтах очень тонкие, так называемые перламутровые облака. Днем они не видны, а ночью кажутся светящимися, так как освещаются солнцем, находящимся под горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек. Стратосфера характеризуется еще тем, что преимущественно в ней содержится атмосферный озон, о чем было сказано выше. С этой точки зрения она может быть названа озоносферой. Рост температуры с высотой в стратосфере объясняется именно поглощением солнечной радиации озоном. Над стратосферой лежит слой мезосферы, примерно до 80 км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. На высотах, близких к верхней границе мезосферы (75-90 км), наблюдаются еще особого рода облака, также освещаемые солнцем в ночные часы, так называемые серебристые. Наиболее вероятно, что они состоят из ледяных кристаллов.

Ионосфера

Верхняя часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высокими температурами и потому носит название термосферы. В ней различаются, однако, две части: ионосфера, простирающаяся от мезосферы до высот порядка тысячи километров, и лежащая над нею внешняя часть — экзосфера, переходящая в земную корону.

Воздух в ионосфере чрезвычайно разрежен. На высотах 300-750 км его средняя плотность порядка 10-8-10-10 г/м3. Но и при такой малой плотности каждый кубический сантиметр воздуха на высоте 300 км еще содержит около одного миллиарда молекул или атомов, а на высоте 600 км — свыше 10 миллионов.

Ионосфера, как говорит само название, характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха. Как уже говорилось, содержание ионов здесь во много раз больше, чем в нижележащих слоях, несмотря на сильную общую разреженность воздуха. Эти ионы представляют собой в основном заряженные атомы кислорода, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны. Их содержание на высотах 100-400 км — порядка 1015-106 на кубический сантиметр.

В ионосфере выделяется несколько слоев, или областей, с максимальной ионизацией, в особенности на высотах 100-120 км и 200-400 км. Но и в промежутках между этими слоями степень ионизации атмосферы остается очень высокой. Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняются. Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков. От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Поэтому в ионосфере электропроводность воздуха в общем в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20 м вообще не могут пройти сквозь ионосферу: они отражаются уже электронными слоями небольшой концентрации в нижней части ионосферы. Средние и короткие волны отражаются вышележащими ионосферными слоями.

Именно вследствие отражения от ионосферы возможна дальняя связь на коротких волнах. Многократное отражение от ионосферы и земной по-верхности позволяет коротким волнам зигзагообразно распространяться на большие расстояния, огибая поверхность Земного шара. Так как положение и концентрация ионосферных слоев непрерывно меняются, меняются и условия поглощения, отражения и распространения радиоволн. Поэтому для надежной радиосвязи необходимо непрерывное изучение состояния ионосферы.

В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по природе свечение ночного неба — постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля — ионосферные магнитные бури.

Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к возникновению заряженных атомов и свободных электронов, о чем говорилось выше. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности. С изменениями солнечной активности связаны изменения в потоке корпускулярной радиации, идущей от Солнца в земную атмосферу. А именно корпускулярная радиация имеет основное значение для указанных ионосферных явлений.

Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°.

Говоря о высоких температурах ионосферы, имеют в виду то, что частицы атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Однако плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, например летящий спутник, не будет нагреваться путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее пространство.

Экзосфера

Атмосферные слои выше 800-1000 км выделяются под названием экзосферы (внешней атмосферы). Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики, а вследствие чрезвычайной разреженности воздуха на этих высотах частицы могут облетать Землю по эллиптическим орбитам, не сталкиваясь между собою. Отдельные частицы могут при этом иметь скорости, достаточные для того, чтобы преодолеть силу тяжести. Для незаряженных частиц критической скоростью будет 11,2 км/сек. Такие особенно быстрые частицы могут, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое пространство, «ускользать», рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.

Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.

Тропосфера

Тропосфера — это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено более 80% массы всей атмосферы. Ее высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Поэтому она на экваторе простирается до высоты 16-18 км, в умеренных широтах — до 10-11 км, а на полюсах — до 8 км. Отмечено закономерное понижение температуры воздуха с высотой — в среднем на 0,6°С на каждые 100 м.[ …]

В тропосфере с высотой, как это видно из рис. 4.4, содержание аэрозолей уменьшается. Вертикальный профиль концентрации частиц в различного рода моделях обычно задается в виде экспоненциальной зависимости = А 0 ехр( г/Н0). Здесь — концентрация частиц на высоте 2, — их приземная концентрация, а Н0 — экспериментально определяемый параметр, зависящий как от природы частиц, так и от условий их существования (главным образом — от турбулентности атмосферы). [ …]

Выше тропосферы расположен слой толщиной около 40 км, который называется стратосферой. В стратосфере воздух более разрежен и влажность его невысока. Температура в стратосфере до высоты 30 км остается постоянной (около -50°С), затем повышается до +10°С (на отметке 50 км). В стратосфере сконцентрирована основная часть атмосферного озона, который поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что и вызывает разогрев атмосферы.[ …]

Ниже тропосферы ярко проявляется диссимметрия: с одной стороны, имеем Всемирный Океан — гидросферу, покрывающий 70,8% поверхности планеты, с другой, на одном с ним уровне эллипсоида имеем третью геосферу биосферы — сушу, область геохор с наземной жизнью. Обе непосредственно соприкасаются с тропосферой, отделяя ее от более глубоких частей планеты и изменяя ее указанным выше образом. Ниже них идет так называемая литосфера, мозаично захватывающая три оболочки: стратисферу, метаморфическую и гранитную (§60) под всей областью и под значительной частью гидросферы за исключением Тихого океана (§ 62—64) . [ …]

Подземная тропосфера идет на глубину многих километров, много глубже границ биосферы. Эта подземная тропосфера по форме чрезвычайно сложная, но сплошная, иногда сходя почти на нет в капиллярных пространствах, а местами занимая с человеческой точки зрения огромные объемы, по-видимому, представляет сложную форму, причем в составе ее в глубинных частях, где температура приближается к 100° С, благодаря радиоактивной теплоте, водяной пар под давлением начинает играть важную роль. Этот водяной пар, как мы видим, может находить себе выход на земную поверхность, иногда под большим давлением, как мы это видим в гейзерах и софиони в перегретом состоянии и, с другой стороны, содержа летучие борные и аммиачные части, занимая огромные полости, являться нам в виде софиони. В областях, связанных с вулканическими очагами, мы видим те же скопления такого перегретого водя ного пара, который играет огромную роль в вулканических извержениях. Это области подземной тропосферы, по-видимому, капиллярными пространствами ограниченные от основной ее массы, в биосфере они являются исключением, но когда температура под влиянием радиоактивного распада достигает сотен и больше градусов в гранитной оболочке и особенно своего максимума в под-гранитной — состав подземной тропосферы должен резко меняться, пока может существовать газовое состояние материи. К сожалению, мы не можем при настоящем состоянии опытного знания определить даже с приближенной точностью, до какой глубины может проявляться газовое состояние материи. Глубокие батисейсмы заставляют думать, что они могут существовать на глубине сотен километров от уровня геоида, но не переходят за пределы подгранит-ной силикатовой тяжелой оболочки (§ 102—103).[ …]

В аэрозольной модели тропосферы принят следующий средний состав частиц: до высоты 3 км 50 % приходится на долю сульфатов (в основном, в форме среднего сульфата аммония), 35 % — частиц почвенного происхождения, состоящих (в %) из вЮ2 (53), А1203 (17), Ре203 (7) и прочих компонентов (23), и 15 % морской соли (главный компонент — КаС1). Выше 3 км 60 % частиц составляют сульфаты, а 40 % имеют почвенное происхождение. В реальной атмосфере химический состав и распределение частиц по высоте часто значительно отличаются от приведенных и зависят как от деятельности местных источников атмосферного аэрозоля, так и от особенностей атмосферного переноса в тех или иных регионах земного шара. [ …]

Нижний слой называют тропосферой. Ее верхняя граница проходит на высоте 8—10 км на полюсах и 16—18 км — на экваторе. В тропосфере содержится до 80 % всей массы атмосферы и почти весь водяной пар.[ …]

Атмосферой Земли или тропосферой называют нижнюю часть атмосферы, то есть воздушную среду вокруг Земли, которая состоит в основном из смеси азота и кислорода. Примерный состав ее у поверхности Земли (об.%): 78,1 азота, 21 кислорода, 0,9 аргона и в незначительных долях процента водяной пар, углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы (табл. 1.1).[ …]

В водоемах состав газов тропосферы меняется, она переходит в водную тропосферу. При соприкосновеннии с водой газы ее, как говорят, растворяются, причем кислород растворяется больше азота. В действительности это — проникновение газов1 (§ 150). Последствия этого для жизни огромны. Образуется водная тропосфера — область количественно максимального развития живого вещества (§ 148). На этом термодинамическом фоне идет непрерывное движение воздушных масс, которое приводит в общем к тому, что химический состав ее для химических основных частей постоянен. [ …]

Главная масса свободного азота тропосферы получается из подземной тропосферы в виде азотных струй, минеральных источников. Он создается подземной жизнью. Но, может быть, не меньшее значение имеет (количественного учета у нас пока нет) биогенная реакция того же характера — бактериальная, идущая на всей поверхности океана, главным образом в планктоне и в еаргае-совых областях: выделение свободного азота азотвыделяющими бактериями при разложении живого вещества, особенно в арктических и антарктических водах.[ …]

Метан присутствует во всей толще тропосферы и стратосферы, хотя распределение его в этих слоях неодинаково и непостоянно во времени. В нижних слоях атмосферы наибольшие вариации концентраций отмечены над континентами. Объемная доля СН4 в пограничном слое воздуха над континентальными районами Северного полушария может изменяться от 1,7 до 5 млн 1, причем наивысшие концентрации наблюдаются над территориями, в недрах которых имеются крупные залежи ископаемого топлива — каменного угля, нефти и природного газа. [ …]

Стратосфера — располагается выше тропосферы до высоты 50-55 км. Температура у ее верхней границы повышается, что связано с наличием здесь пояса озона.[ …]

Разделение биосферы на геосферы. Строение биосферы и проявление в ней диссимметрия (§ 145). Тропосфера, деление ее на геосферы, постоянство ее химического состава (§ 146). Электрическое поле Земли и ионизация тропосферы (§ 147). Кислородная поверхность. Подземная и подводная тропосферы (§ 148—152), Химический состав тропосферы (§ 153). Таблица 19 химического состава тропосферы (§ 154). Биогенное происхождение тропосферы (§ 155—157).[ …]

Озон в стратосфере необходим, но в тропосфере он вреден для растений, животных, людей, материалов.[ …]

Это наземная, подземная и подводная тропосферы. Наземная и подземная тропосферы являются газовыми оболочками. Подземная резко отличается от наземной основной тропосферы, нам всем известного воздуха, своим химическим составом и тем, что в ней больше механически захваченных взвешенных посторонних частиц (аэрозолей) (§ 51), Так как кислород на нашей поверхности образуется в подавляющей своей части хлорофильным процессом только на свету, в определенных пределах лучистой энергии, в определенной части видимого спектра, то количество его в подземной тропосфере должно быстро уменьшаться благодаря тому, что световые лучи все меньше проникают в глубину и через сумерки мы переходим в темноту. В конце концов кислород должен был бы совершенно исчезать.[ …]

Основным источником водяного пара в тропосфере является испарение влаги с поверхности суши п океана, тогда как основным стоком являются осадки, образующиеся в результате фазовых переходов. Водяной пар является одним из наиболее изменчивых компонентов атмосферы и его содержание испытывает очень сильные флуктуации в пространстве п времени. Удельная влажность самым существенным образом зависит от времени суток, сезона, синоптических процессов и положения интересующей нас области на поверхности земного шара и изменяется от 15000 млн-1 около поверхности в тропиках до 3 млн-1 в нижней стратосфере. Это означает, что удельная влажность в земной атмосфере изменяется более чем на 3 порядка.[ …]

Для океана — гидросферы — ее подводная тропосфера резко отлична по химико-физической структуре от подводных тропосфер рек и озер суши: пресных, соленых и рассольных водоемов. Эти естественные — планетные — тела не обращали до сих пор на себя внимания вследствие того, что неясно нами понимается то обыденное явление, которое называется газовым раствором — стихийное проникновение в природные водные растворы газов земных атмосфер. Это яркое физико-химическое явление, зависящее от химического состава газа, но ничего общего не имеющее с растворением, разрушающим твердые химические соединения, соприкасающиеся с водными растворами и с теми «смешениями», которые наблюдаются в водных растворах жидкостей, связанных, однако, как известно, с резким изменением температуры и удельного объема, что указывает на глубокий физико-химический процесс, здесь имеющий место.[ …]

При соприкосновении различных воздушных масс в тропосфере возникают переходные области — атмосферные фронты, длина их достигает 1000 км, а высота — несколько сот метров.[ …]

Самый близкий к поверхности Земли слой называется тропосферой. Его высота в средних широтах составляет 10… 12 км над уровнем моря, над экватором — 16…18-км и на полюсах 7…10 км. В тропосфере температура воздуха изменяется с +40°С до -50°С, снижаясь на 0,6°С при подъеме на каждые 100 м.[ …]

Планетная астрономия и живое вещество (§ 167). Создание тропосферы как функция дисперсного живого вещества в геохорах и в гидросфере (§ 168). Разнородный с точки зрения энергетического эффекта химический элементарный состав вещества биосферы: живое, косное и биокосное вещество. Различия внутри живого вещества. Химический элементарный состав живого вещества (§ 171). Различное понимание химического состава живого вещества в физиологии растений и биогеохимии (§ 172).[ …]

Ближайший к поверхности Земли слой атмосферы называют тропосферой; она простирается в умеренных широтах на высоту 10—12 км, достигая у экватора высоты 16—18 км, а в полярных областях только 8—9 км. Атмосферное давление в слое тропосферы снижается при подъеме к ее верхней расплывчатой границе с 760 мм примерно до 150 мм ртутного столба. Этот слой составляет почти четыре пятых всего атмосферного воздуха. Температура в тропосфере снижается с вьь сотой примерно на 5—6°С на каждый километр.[ …]

Основную роль в формировании температурного профиля в тропосфере играет не радиационное равновесие, а перераспределение энергии по вертикали за счет влажной конвекции. Поэтому одним из главных элементов радиационно-конвективных моделей является представление эффектов конвекции в тропосфере. В классической работе Манабе и Везеролда [32] предполагается, что конвекция происходит только тогда, когда радиационные потоки стремятся увеличить вертикальный градиент температуры выше определенного критического значения. Затем вводится встречный конвективный поток, который перераспределяет тепло таким образом, чтобы сохранить вертикальный градиент температуры на критическом уровне. Основная трудность состоит в выборе критического значения, которое обычно полагается равным наблюдаемому среднему вертикальному градиенту в нижней атмосфере 6,5 К/км.[ …]

Мы уже видели значение паров воды в электрической структуре тропосферы (§ 147), Можно сказать, что весь растительный покров геохор закономерно связан прежде всего с влажностью воздуха, с газообразным и жидким состоянием молекул воды, с парами и каплями. Растительность своими корнями высасывает воду из подземных частей почвы и подпочвы, понижает уровень грунтовых вод и играет основную роль в круговороте воды в нашей планете. Трудно исчислить следствия из этого явления первостепенного значения в истории планеты.[ …]

Следует отметить, что время пребывания мелких частиц в нижнем слое тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхнем — 20…40 суток. Что касается частиц, попавших в стратосферу, то они могут находиться в ней до года, а иногда и больше.[ …]

Переносу Б02 на дальние расстояния и его рассеиванию в верхних слоях тропосферы способствует строительство высоких дымовых труб, это снижает локальное загрязнение атмосферы. В результате такого приема, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха за счет рассеивания, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде, и, следовательно, увеличивается дальность переноса предшественников серной кислоты и сульфатов. Диоксид серы (в сочетании с водяным туманом) является главным компонентом сернистого смога, который иногда называют смогом лондонского типа, поскольку впервые от него сильно пострадали в 1952 г. жители этого города.[ …]

Бактерии наблюдаются как в воздушной, так и в подводной и в подземной тропосферах нашей планеты и ее живого вещества. По-видимому, для них необходимы не только жидкость, но и газовая среда, ее проникающая.[ …]

Средняя температура воздуха у поверхности Земли 14,2°С. Как отмечено выше, в тропосфере температура воздуха с увеличением высоты уменьшается. Однако в некоторых случаях наблюдаются процессы, при которых внизу расположен более холодный воздух, а вверху — более теплый. Такое явление называется тепловой инверсией. Его можно наблюдать безоблачной ночью, когда Земля излучает тепло, нагревая прилегающий к ней воздух, который, как более легкий, поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.[ …]

Если не принять мер, то накопление С02, приведет к аккумуляции тепла в нижних слоях тропосферы (поскольку, С02 не пропускает тепловые лучи, излучаемые Землей). Наряду с колоссальными (до ЗхЮ14 МДж в год) выделениями энергии от теплоисточников это может привести к нагреву атмосферы, таянию льдов, повышению влажности, изоляции от Солнца, похолоданию и т. д. В конце этой цепочки не исключен потоп с последующим ледниковым периодом. Этот механизм, часто называемый гипотезой «парникового эффекта», подтверждается многопараметрическими расчетами на ЭВМ. Ученые считают, что процесс уже начался: 1987 г. — самый теплый по средней мировой температуре, зима 1989 — самая жаркая, 80-е гг. — самое теплое десятилетие. Драматические последствия может принести мировое потепление всего на 2—3 градуса.[ …]

Оно сосредоточено в тонкой, более или менее сплошной пленке на поверхности суши в тропосфере — в лесах и в полях — и проникает весь океан. Количество его исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента биосферы по весу, порядка, близкого к 0,25%. На суше оно идет не в сплошных скоплениях на глубину в среднем, вероятно, меньше 3 км. Вне биосферы его нет.[ …]

Обязательными условиями образования ледников являются вода и отрицательная температура воздуха. В тропосфере Земли есть слой с положительным балансом твердых осадков — хионосфера. При соприкосновении поверхности Земли с хионосферой на ней происходит накопление снега и образование в дальнейшем ледников. Высота хионосферы над поверхностью Земли определяет высоту снеговой линии гор. Открытие гляциологами хионосферы по-новому объясняет многие процессы, связанные с образованием ледников и ледовых покровов Земли. Понятным становится взаимосвязь ледниковых эпох с эпохами горообразования. Тектонические поднятия земной коры, соприкосновение её поверхности с хионосферой вызывают аккумуляцию твёрдых осадков и образование ледников.[ …]

Наиболее важная переменная составная часть атмосферы — водяной пар. Основная его масса сосредоточена в тропосфере. Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется процессами испарения, конденсации и горизонтального переноса. Заметное влияние на радиационные процессы в атмосфере оказывает аэрозоль — взвешенные в воздухе частицы размером от десятков нанометров до нескольких десятков микрометров. Аэрозоль наблюдается как в тропосфере, так и в верхних слоях атмосферы. Концентрация его убывает с высотой. Возникает он под влиянием «засорения» от земной поверхности, индустриальных загрязнений, вулканических извержений и космических факторов. Каждый кубический сантиметр воздуха, которым мы дышим в городе, содержит от 10 до 100 тыс. мельчайших частиц, в горах и сельской местности— около 5 тыс., над океаном — еще меньше. Так как аэрозольные частицы малы, каждую из них в отдельности мы не видим, но при большой концентрации они наблюдаются хорошо.[ …]

Но астрономические данные определяют только самые общие черты климата. Распределение океана и суши, морские течения, воздушная циркуляция в тропосфере и колебания ее химического состава вносят большие изменения в тепловой и световой астрономический климат. Это выявляется не только в живом веществе и в его эволюции, но и в зональности всех геологических явлений нашей планеты (см. гл. Это понятие зональности, такое простое, введено в научную мысль впервые в почвоведении В. В. Докучаевым , но для явлений жизни идет в конец XVIII в. , к работам И. Канта (1724—1804) и А. Гумбольдта (1769—1859). Явления зональности характерны для поверхности биосферы, для твердой ее части.[ …]

Данные наблюдений сезонных вариаций [29] и численного моделирования [33] показывают, что в первом приближении относительная влажность воздуха в тропосфере является постоянной. Из этого предположения и уравнения Клайперона-Клаузнуса следует, что 6%-е увеличение водяного пара приводит к возрастанию температуры на 1 К. Увеличение содержания водяного пара усиливает суммарное длинноволновое нагревание тропосферы и подстилающей поверхности и приводит к дальнейшему потеплению, что является положительной обратной связью между водяным паром и температурой атмосферы.[ …]

Атмосфера имеет довольно четко выраженное слоистое строение. Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Мощность тропосферы в средних широтах 10—12 км над уровнем моря, на полюсах 7—10 и над экватором 16—18 км. В тропосфере содержится до 80% всей влаги. В ней наблюдаются мощные вертикальные токи воздуха, она характеризуется неустойчивостью температуры, которая убывает с высотой, относительной влажности и давления. В тропосфере развиваются физические процессы, определяющие изменение погоды и оказывающие глубокое влияние на климатические условия различных районов нашей планеты. Выше тропосферы находится стратосфера, протяженность которой составляет около 40 км. Этот слой атмосферы значительно разрежен, содержание влаги ничтожно. Температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км характеризуется постоянством (около —50°С). Выше 20—30 км молекулы атмосферы в результате диссоциации в той или иной степени распадаются на атомы, и в атмосфере появляются свободные атомы и новые более сложные молекулы.[ …]

Методология моделирования углеродного цикла базируется на естественном делении внешних геосфер на составляющие с более или менее четкими границами между ними: стратосфера -тропосфера, тропосфера — океаносфера, верхний перемешиваемый слой океана — его глубоководная часть и т. п. В природе связь между этими составляющими-резервуарами осуществляется посредством глобального гидрологического цикла, газового обмена, прямых и скрытых потоков тепловой энергии.[ …]

Химический состав атмосферы многообразен, но в основном в ней присутствуют азот и кислород. В меньших концентрациях в ней присутствуют углекислый газ и аргон. Сухой воздух приземного слоя атмосферы — тропосферы — состоит из азота (78,084%), кислорода (20,946%), аргона (0,934%) и углекислого газа (0,033%). Из этих четырех газов, составляющих тропосферу, только аргон не связан с жизнедеятельностью организмов, а поступление и расход кислорода, азота, углекислого газа регулируются живыми организмами. За тропосферой до высоты примерно 100 км следует стратосфера. В верхних слоях тропосферы и в стратосфере под влиянием излучения молекулы кислорода распадаются на свободные атомы и, присоединяясь к молекуле кислорода, образуют озон. В то же время озон поглощает энергию ультрафиолетового излучения, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Озоновый слой или «экран» составляет верхнюю часть атмосферы — ионосферу.[ …]

Основная часть воздуха содержится в нижних слоях атмосферы, имеющей сложный характер по высоте. Нижний слой наиболее плотный. Он определяет погоду и содержит около 80% воздуха, простирается до 12—15 км (рис. 5.1) и называется тропосферой (давление на высоте 3 км составляет почти 0,7 от земного, а на высоте 9 км — 0,3). Над тропосферой до высоты 40 км находятся стратосфера и озоновый слой, поглощающий ультрафиолет (озоновые «дыры» образуются именно здесь).[ …]

Если сравнивать по массе людей и насекомых, последние, по-видимому, преобладают в значительной мере в форме подземной жизни. Можно думать, что насекомые являются исконными обитателями суши и их эволюционный путь совершался в тропосфере и в геохорах.[ …]

Минералогия земных газов чрезвычайно мало разработана. Является ясным и несомненным, что количество разнообразных газов биогенного происхождения на нашей планете исчисляется тысячами видов. Одних терпенов должно быть около тысячи. Запахи в тропосфере и в подземной тропосфере (например, в почвах; см. § 184) играют огромную роль как для живого вещества, так и для защиты организмов от потери теплоты (§ 183,184).[ …]

В других модельных исследованиях учитывались газовые продукты массовых пожаров, которые могут внести значительные изменения в содержание малых газов в нижней атмосфере. В табл. 7.3 приведены оценки роста средних в зоне 30—70° с. ш. концентраций некоторых газов тропосферы в слое 0—6 км в результате пожаров средней интенсивности, в основном лесных, происходящих на большой площади после ядерного удара [55]. Эти оценки основаны на приведенных в табл. 7.4 данных натурных измерений относительно С02 выбросов в атмосферу ряда газов в результате сгорания биомассы.[ …]

В этих явлениях мы имеем скорость движения, превышающую скорость звука, и мы увидим, что такие явления не могут существовать для нормальных, миллионы лет длящихся, природных процессов. Только скоро преходящие, мгновенно существующие разрушительные природные процессы могут достигать в тропосфере такой мощности. Таковы некоторые грозы, смерчи, бури.[ …]

Я уже касался газового раствора в природных водах. Этот «раствор» не аналогичен раствору жидкостей и твердых тел в природных водах. Это ярко сказывается в том основном явлении, недостаточно учитываемом в своем значении геохимиками и геофизиками, что газы, растворенные в природных водах, находятся в теснейшей связи с надземной тропосферой как одно непрерывное тело. Давление растворенных кислорода или азота на дне океана равно нескольким атмосферам, в то самое время, как давление воды океана достигает тысяч атмосфер. Газы надземной тропосферы проникают воду океана до дна как одно неразрывное целое. Понятие газового раствора, ныне господствующее, не отвечает действительности.[ …]

Минимальная концентрация водяного пара (около 3 млн”1) в нижней стратосфере обусловлена, по-впднмому, низкой температурой тропопаузы в тропиках, ограничивающей концентрацию водяного пара в тропосферном воздухе, перемешиваемом со стратосферным. В этом случае концентрация стратосферного водяного пара могла бы увеличиться с возрастанием температуры тропосферы [34]. Метан, содержащийся в тропосфере, является одним из источников водяного пара в стратосфере, поскольку при окислении каждой молекулы метана образуется две молекулы водяного пара. В настоящее время концентрация метана (около 1,7 млн”1) может быть достаточной для того, чтобы, увеличить содержание водяного пара в стратосфере до -6 млн-1 [23]. Если это так, то увеличение концентрации метана может привести к увеличению стратосферного водяного пара, что может существенно изменить радиационный и динамический режим атмосферы.[ …]

Нередко верхнюю покрышку суши, в которую входят почвы, подпочвы, живое вещество и верхние части подстилающих пород, называют корой выветривания. Это понятие удобно сохранить, так как эта область явлений механически и физически резко ограничивается от лежащих ниже ее «свежих» , нетронутых горных пород и обладает рыхлой или легко проницаемой для воды и газов структурой. Она проникнута газами — почвенной и подземной тропосферами, — резко отличными по химическому составу от наземной тропосферы (§ 148, ч. II). В ней азот, угольная кислота и вода играют основную роль, кислород отходит на второй план. Эта подземная газовая атмосфера, часто богатая газами органического происхождения и нередко радиоактивными, создает газовую среду, совершенно отличную от обычной тропосферы — обычного воздуха — и различную в разных геохорах.[ …]

В большинстве одномерных фотохимических моделей вводится глобальное горизонтальное осреднение, непозволяющее учитывать сезонное изменение в атмосфере и на подстилающей поверхности. В одномерной модели вводятся среднегодовые, постоянные по времени параметры, в частности вертикальный перенос параметризуется вертикальной макротурбулентной диффузией с полуэмпи-рическим коэффициентом Кг, изменяющимся только с высотой. Основываясь на известном факте более быстрого горизонтального перемешивания в тропосфере и стратосфере одного полушария по сравнению со скоростью обмена через экватор, в некоторых одномерных моделях горизонтальное осреднение ограничивается вне-тропическими широтами северного полушария и вводится сезонное изменение Кг и других параметров атмосферы и подстилающей поверхности [26, 62, 76]. [ …]

В настоящее время глобальные биогеохимические циклы тяжелых металлов в сильной степени искажены человеческой деятельностью. Наиболее ярким является пример цикла ртути. При ежегодном поступлении этого металла в атмосферу из всевозможных природных источников в количестве около 3000 т антропогенная эмиссия с начала 1990-х годов составила 4500 т/год (Ягольницер и соавт., 1995). С территории Канады она превышала природную эмиссию в 1,5 раза, с территории США — в 3,2, а в Европе — в 110 раз. Высокая летучесть ртути и большая продолжительность жизни ее паров в тропосфере (по разным оценкам от 0,5 до 2 лет) обеспечивают возможность переноса на большие расстояния. Поэтому ртуть с полным основанием причисляется к глобальным экотоксикантам.[ …]

Большие атмосферные вихри с низким давлением в центре — циклоны — охвачены вращением воздуха против часовой стрелки (в южном полушарии — по часовой стрелке). В них существуют, как сказано выше, фронты—линии сходимости более холодных и более теплых (например, арктических и умеренных) воздушных масс. Наоборот, расходимость течений, равно как и местный приток теплого воздуха в высокие широты, создает антициклоны — вихри с повышенным давлением в центре, вращающиеся по часовой стрелке (в южном полушарии — против нее). В них, в особенности в нижней тропосфере, господствуют нисходящие движения. Циклонические и антициклонические вихри рождаются, движутся и угасают главным образом в тропосфере, хотя часто они продолжаются в верхней тропосфере и в нижней стратосфере со сменой знака (над циклоном — высотный антициклон и т. д.).[ …]

Для достаточно строгого описания излучения и поглощения атмосферными газами развит ряд сложных методов и моделей (см., например, [7] и имеющуюся там библиографию). Поглощение наблюдается в многочисленных колебательно-вращательных полосах Н2О, СО2, СО, 03, 02, СН4, Ы02, N20, N0, БОг и других газов [5]. Для длин волн больше примерно 4 мкм эти газы, исключая 02, излучают большое количество тепловой (длинноволновой) радиации Кроме селективного излучения и поглощения линиями в окнах прозрачности атмосферы имеет место континуальное излучение и поглощение, обусловленное далекими крыльями линий. Воздействие газов на солнечную (коротковолновую) и тепловую радиацию зависит от целого ряда факторов и может сильно измениться с ростом высоты. Для средних безоблачных атмосферных условий оценки нагревания и выхолаживания атмосферы, обусловленные только поглощением и излучением парниковыми газами, представлены на рис. 3.5 [12, 22]. Видно, что-доминирующим парниковым газом в тропосфере является водяной пар, тогда как озон и углекислый газ являются ответственными за тепловой баланс в более высоких слоях атмосферы.[ …]

Галогенсодержащие органические соединения, многие-из которых являются канцерогенными веществами [311], относятся к наиболее распространенным загрязнителям атмосферного воздуха. При этом в последние годы опасность загрязнения окружающей среды этими веществами постоянно увеличивается в связи со все возрастающими масштабами развития производства этих соединений в виде пестицидов, винилхлорида, поливинилхлорида, фтор-углеродсодержащих хладагентов (фреонов), ракетного топлива и хлорсодержащих растворителей (трихлорэтилен, дихлорэтан, хлороформ и др. ). Мировое производство хлорфторуглеводородов (в основном это хлорфторметаны, ССЬР и СС12Рг, на долю которых приходится около 90% всех фреонов) составляет несколько миллионов тонн в-год, причем две трети этого количества применяют в качестве носителей в различных бытовых аэрозолях [312], Основным источником поступления этих соединений в атмосферу являются рефрижераторные установки и всевозможные бытовые аэрозоли. В 1975 г. 85% хлорфторметанов было выброшено в атмосферу и лишь остальные 15% использовали в холодильных установках и кондиционерах [312]. Вследствие высокой химической инертности и малой растворимости в воде СР2С1г и СРС1з способны долгое время находиться в атмосфере без изменений. Наиболее важным химическим превращением этих веществ является их фотодиссоциация под действием УФ-радиации солнца (длина волны 200 нм), сопровождающаяся образованием атомов хлора и потреблением атмосферного озона [313]. Поскольку содержание хлорфторметанов в тропосфере и стратосфере постоянно возрастает, эти фотохимические реакции могут привести к нарушению равновесного содержания озона и к уменьшению его количества в стратосфере, что приведет к существенному изменению климата нашей планеты [314]. [ …]

ЧЗВ 3.1 — ДО4 WGI Часто задаваемые вопросы

Часто задаваемый вопрос 3.1

Как изменяется температура на Земле?

Инструментальные наблюдения за последние 157 лет показывают, что температура земной поверхности повысилась на всей планете, причем имеют место значительные региональные вариации. В среднем за последнее столетие потепление происходило в два этапа, с 1910-х по 1940-е годы (на 0,35°C) и, более существенно, с 1970-х годов до нынешнего времени (на 0,55°C). Скорость потепления за последние 25 лет также выросла; в частности, 11 из зарегистрированных самых теплых 12 лет приходятся на последние 12 лет. Что касается воздуха, то глобальные наблюдения с 1950-х годов показывают, что тропосфера (приблизительно до 10 км) нагревается с несколько более высокой скоростью, чем земная поверхность, тогда как стратосфера (около 10-30 км) с 1979 года существенно остыла. Это совпадает с прогнозами физиков и результатами большинства моделей. Подтверждением глобального потепления служит потепление океанов, повышение уровня моря, таяние ледников, отступление морских льдов в Арктике, уменьшение снежного покрова в северном полушарии.

Единого термометра для измерения глобальной температуры нет. Результаты отдельных измерений, которые ежедневно проводятся на нескольких тысячах станций, расположенных на суше по всему миру, объединяются с результатами тысяч других измерений температуры поверхности моря, которые проводятся с кораблей, плавающих по океанам, в результате чего ежемесячно выводится оценка глобальной средней температуры. Чтобы получить согласованные данные об изменениях во времени, главное – провести анализ аномалий (отклонений от климатологического среднего в каждом пункте), так как они более устойчивы к изменениям в доступности данных. Сейчас можно использовать такие измерения с 1850 года до нынешнего времени, хотя во второй половине XIX века охват был гораздо меньше глобального; после 1957 года, когда начались измерения в Антарктиде, он улучшился, а самым полным стал где-то после 1980 года, когда начались спутниковые измерения.

Если говорить о глобальном среднем, то приземная температура за последние сто лет (с 1906 по 2005 год; см. рис. 1) выросла приблизительно на 0,74°C. При этом, однако, потепление не было ни стабильным, ни одинаковым в разные времена года и в разных точках. Значительного изменения с 1850 года приблизительно до 1915 года не наблюдалось, не считая повышений и понижений, которые были связаны с естественной изменчивостью, но которые, возможно, были частично вызваны и плохим выборочным контролем. Повышение (0,35°C) было отмечено в глобальной средней температуре за период с 1910 по 1940 год, после чего последовало незначительное охлаждение (0,1°C), а потом быстрое потепление (0,55°C) вплоть до конца 2006 года (рис. 1). Самыми теплыми годами из этого ряда были 1998 и 2005 годы (которые статистически неотличимы), а 11 из 12 самых теплых лет пришлись на последние 12 лет (1995-2006 годы).

Потепление, особенно с 1970-х годов, как правило, было более значительным на суше, нежели над океанами. В сезонном разрезе потепление слегка интенсивнее в зимнем полушарии. Дополнительное потепление имеет место в городах и городских районах (что часто называют эффектом городского острова тепла), однако оно ограничено в пространственном измерении, и его эффекты учитываются путем исключения максимально возможного количества таких пунктов из данных о глобальной температуре, а также путем увеличения интервала погрешности (на рисунке – светло-серая полоса).

Несколько областей с 1901 года охладились; заметнее всего – северная часть Северной Атлантики вблизи южной Гренландии. Наиболее сильным потепление в этот период было над континентальными внутренними районами Азии и северной частью Северной Америки. Однако, поскольку это области со значительной годовой изменчивостью, наиболее очевидный сигнал о потеплении наблюдался в районах средних и низких широт, особенно над тропическими океанами. В нижней левой части рис. 1, где показана динамика температуры с 1979 года, в температурном профиле Тихого океана заметны регионы потепления и охлаждения, связанные с Эль-Ниньо.

Недавно стал возможным анализ долговременных изменений дневных экстремальных температур во многих регионах мира (в ряде частей Северной Америки, на юге Южной Америки, в Европе, северной и восточной Азии, южной Африке и Австралазии). Особенно с 1950 годов эти данные показывают уменьшение числа очень холодных дней и ночей и увеличение количества крайне жарких дней и теплых ночей (см. ЧЗВ 3.3). Продолжительность периода без морозов увеличилась в большинстве средне- и высокоширотных регионов обоих полушарий. В северном полушарии это проявляется очевиднее всего в более раннем приходе весны.

Помимо описанных выше данных о приземной температуре, проводились – с помощью метеозондов – измерения над поверхностью, причем с 1958 года был обеспечен достаточный охват над сушей, а с 1979 года используются спутниковые данные. Все данные скорректированы на изменения в контрольно-измерительных приборах и методиках наблюдения, где это необходимо. Данные микроволновых спутниковых приборов использовались для создания «спутниковых температурных протоколов» для толстых слоев атмосферы, включая тропосферу (от поверхности Земли приблизительно до 10 км) и нижнюю стратосферу (10-30 км). Несмотря на ряд новых аналитических исследований с улучшенной с перекрестной калибровкой13 приборов на разных спутниках, проведенных с 1979 года, и компенсацию изменений во времени наблюдения и высоте спутников, некоторые неопределенности в трендах остаются.

Что касается глобальных наблюдений с конца 1950-х годов, то самые последние версии всех доступных комплектов данных показывают, что тропосфера теплела с несколько большей скоростью, чем поверхность, тогда как стратосфера с 1979 года заметно остыла. Это совпадает с прогнозами физиков и результатами большинства моделей, что демонстрирует роль повышения содержания парниковых газов в потеплении тропосферы и охлаждении стратосферы, причем истощение озонового слоя значительно способствует охлаждению стратосферы.

Наблюдалось уменьшение длительности периода ледостава на реках и озерах. Кроме того, в ХХ веке имеет место практически всемирное сокращение ледовой массы и протяженности ледников; недавно стало очевидным таяние Гренландского ледового щита; во многих регионах северного полушария уменьшился снежный покров; толщина и площадь морского льда в Арктике во все времена года уменьшается, причем наиболее значительно весной и летом; теплеют океаны; из-за теплового расширения океанов и таяния материкового льда повышается уровень моря.

ЧЗВ 3.1, рис. 1. (Вверху) Годовая глобальная средняя наблюдаемая температура1 (черные точки) с простой подгонкой к данным. На левой оси показаны аномалии относительно среднего за 1961-1990 гг., а на правой – расчетная фактическая температура (оС). Показаны линейные тренды за последние 25 (желтый), 50 (оранжевый), 100 (лиловый) и 150 (красный) лет, которые соответствуют периодам 1981-2005 гг., 1956-2005 гг., 1906-2005 гг., 1856-2005 гг. Отметим, что для более коротких последних периодов крутизна выше, что означает ускоренное потепление. Синяя кривая – сглаженное изображение для демонстрации десятилетних изменений. Чтобы дать представление о том, имеют ли значение эти колебания, над этой линией даны десятилетние диапазоны погрешности 5-95% (светло-серый) (соответственно, годовые значения превышают эти пределы). Результаты моделей климата, на которые влияют расчетные радиационные воздействия в 20 веке (глава 9), показывают, что до 1915 года были незначительные изменения и что значительная доля изменения в начале 20 века была обусловлена естественными явлениями, в том числе изменениями солнечного излучения, вулканической деятельностью и естественной изменчивостью. Где-то с 1940 до 1970 года растущая индустриализация после Второй Мировой войны привела к увеличению загрязнения в северном полушарии, что способствовало охлаждению, а с середины 1970-х годов в наблюдаемом потеплении доминирует увеличение выбросов углекислого газа и других парниковых газов. (Внизу) Профили линейных трендов глобальной температуры за период 1979-2005 гг., полученные для земной поверхности (слева) и тропосферы (справа) в отрезке от поверхности до высоты около 10 км; данные взяты из спутниковых измерений. Серые области означают неполные данные. Отметьте более пространственно однородное потепление в спутниковых данных для тропосферы, тогда как изменения температуры на поверхности более явно связаны с сушей и океаном.

Тропосфера

Тропосфера является первым и самым нижним слоем атмосферы Земли и содержит 75 % общей массы атмосферы планеты , 99 % общей массы водяного пара и аэрозолей , и именно здесь происходит большинство погодных явлений. [1] С планетарной поверхности Земли средняя высота тропосферы составляет 18 км (11 миль; 59 000 футов) в тропиках ; 17 км (11 миль; 56 000 футов) в средних широтах ; и 6 км (3,7 миль; 20 000 футов) в высоких широтах полярных регионов зимой; таким образом, средняя высота тропосферы составляет 13 км (8,1 мили; 43 000 футов).

Термин тропосфера происходит от греческих слов tropos (вращающийся) и sphaira (сфера), указывающих на то, что вращательная турбулентность смешивает слои воздуха и таким образом определяет структуру и явления тропосферы. [2] Вращательное трение тропосферы о поверхность планеты влияет на поток воздуха и, таким образом, формирует планетарный пограничный слой (PBL), высота которого варьируется от сотен метров до 2 км (1,2 мили; 6600 футов). Показатели PBL варьируются в зависимости от широты, формы рельефа и времени суток, когда выполняются метеорологические измерения. Над тропосферой находитсятропопауза — функциональная атмосферная граница, отделяющая тропосферу от стратосферы . Таким образом, поскольку тропопауза представляет собой инверсионный слой, в котором температура воздуха увеличивается с высотой, температура тропосферы остается постоянной. [2] Слой имеет наибольшую концентрацию азота.

В планетарной атмосфере Земли объем сухого воздуха состоит из 78,08% азота , 20,95% кислорода , 0,93% аргона , 0,04% углекислого газа , газовых примесей и переменного количества водяного пара . Источниками атмосферного водяного пара являются водоемы (океаны, моря, озера, реки) на поверхности планеты , которые в процессе испарения увлажняют тропосферу , что влияет на возникновение погодных явлений; наибольшая доля водяного пара находится в атмосфере, ближайшей к поверхности Земли. Температура тропосферы понижается на большой высоте за счет инверсионных слоев .которые происходят в тропопаузе , которая является атмосферной границей, которая отделяет тропосферу от стратосферы . На больших высотах низкая температура воздуха, следовательно, снижает давление насыщенного пара , количество атмосферного водяного пара в верхней тропосфере.

Максимальное давление воздуха (вес атмосферы) находится на уровне моря и уменьшается на большой высоте, потому что атмосфера находится в гидростатическом равновесии , при котором давление воздуха равно весу воздуха над данной точкой на поверхности планеты. Связь между пониженным давлением воздуха и большой высотой можно приравнять к плотности жидкости с помощью следующего гидростатического уравнения:

Планетарная поверхность Земли нагревает тропосферу скрытым теплом , тепловым излучением и явным теплом . Газовые слои тропосферы менее плотны на географических полюсах и более плотны на экваторе, где средняя высота тропической тропосферы составляет 13 км, что примерно на 7,0 км превышает среднюю высоту полярной тропосферы на географических полюсах в 6,0 км; поэтому в тропических широтах происходят избыточный нагрев и вертикальное расширение тропосферы. В средних широтах температура тропосферы снижается со средней температуры 15 ° C (59 ° F) на уровне моря до примерно -55 ° C (-67 ° F) в тропопаузе . На экваторе, температура тропосферы снижается со средней температуры 20 ° C (68 ° F) на уровне моря примерно до -70 ° C до -75 ° C (от -94 до -103 ° F) в тропопаузе. На географических полюсах , в Арктике и Антарктике температура тропосферы снижается от средней температуры 0°C (32°F) на уровне моря до примерно -45°C (-49°F) в тропопаузе. [4]


Атмосферная циркуляция: трехклеточная модель циркуляции планетарной атмосферы Земли, самым нижним слоем которой является тропосфера. Атмосфера Земли состоит из пяти слоев:
(i) экзосфера на высоте 600+ км;
(ii) термосфера на высоте 600 км;
(iii) мезосфера на высоте 95–120 км;
(iv) стратосфера на высоте 50–60 км; и
(v) тропосфера на высоте 8–15 км.
Масштаб показывает, что расстояния слоев от поверхности планеты до края стратосферы составляют ± 50 км, что составляет менее 1,0% радиуса Земли. Зональный поток: режим зонального потока указывает на преобладающий поток атмосферы с запада на восток на высоте 500 гПа. Меридиональный поток: Меридиональный поток от 23 октября 2003 г. показывает усиленные впадины и гребни на высоте 500 гПа.

Тропосфера — Справочник химика 21


    Нахождение в природе. Содержание кислорода в атмосфере, гидросфере и литосфере различно. В тропосфере, являющейся нижним слоем атмосферы, содержится 23,01 вес. % в воде океанов, по данным Вернадского и Гольдшмидта, — 85,89 вес. % (в чистой воде, не содержащей растворенных примесей, содержание кислорода повышается до 88,89 вес. % ) в литосфере — твердой оболочке земной коры — содержание кислорода достигает 52,8 вес. %. [c.556]

    В тропосфере гидроксильный радикал образуется также в реакциях разложения [c.30]

    Этот цикл образования оксидов азота в тропосфере дополняется образованием азотистой и азотной кислот, а также три-оксида диазота [c.31]

    Написать химические формулы важнейших загрязнителей тропосферы вообще и атмосферы больших городов в частности. Указать причину появления загрязнителей. [c.37]

    Объяснить, почему концентрация оксида углерода (IV) в тропосфере влияет на среднюю температуру земной поверхности. [c.37]

    Его концентрации в тропосфере находятся на уровне (0,5—5)  [c.30]

    Большая часть атмосферных масс, в том числе и участвующих в формировании погоды, находится в 10 — 12-км слое непосредственно над поверхностью Земли. Мы живем как раз в этом слое, называемом тропосферой. Его мы исследуем в первую очередь. [c.377]

    В тропосфере происходит непрерывное перемешивание газов, что делает состав ее приблизительно однородным (табл. У1.1). Анализ образцов льда из ледниковой толщи позволяет предположить, что состав тропосферы оставался примерно постоянным на протяжении всей истории человечества. [c.378]

    Атмосфера условно подразделяется на слои тропосферу (ближайший к земле слой), стратосферу, мезосферу и термосферу (наружный слой). Какие данные полета дают основания для такого деления Проведите на графике горизонтальные линии, показывающие, где, по вашему мнению, проходят границы между слоями. [c.383]

    Объясните, почему над тропосферой нет жизни, [c.395]

    Конвекция — процесс, в котором теплый воздух поднимается, а холодный опускается, — играет важную роль в естественной циркуляции и самоочистке в тропосфере. Объясните явление конвекции с точки зрения молекулярной теории.[c.396]

    В прилегающем к поверхности Земли слое, называемом тропосферой и простирающемся на высоту примерно 18 км у экватора и 6 км у полюсов, температура понижается на 6 С с каждым километром высоты. В более высоких слоях воздуха — в стратосфере — имеются отдельные зоны с разными температурами, а в межзвездном пространстве термометр зарегистрировал бы температуру, близкую к —270°. С другой стороны, учитывая, что каждый кубический сантиметр воздуха у поверхности Земли содержит 27-10 молекул, а один кубический сантиметр межзвездного пространства содержит всего лишь несколько частиц, и принимая во внимание, что температура газа теоретически определяется средней энергией движения ее частиц  [c.606]


    Стратосфера Слой атмосферы, находящийся над тропосферой [c.547]

    ТРОПОСФЕРА — нижний слой атмосферы (до 10—18 км), содержащий 4/5 всей ее массы. [c.404]

    Биосфера — это геологическая оболочка Земли, населенная живыми организмами. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Границы биосферы определяются интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, с одной стороны, и высокими температурами земных недр — с другой крайних пределов биосферы достигают лишь низшие организмы — бактерии. [c.600]

    Из простых термодинамических соображений следует, что температура атмосферы уменьшается с увеличением высоты. В атмосфере Земли температура падает примерно на 6,5 К на каждый километр подъема вверх в течение первых 15—20 км от поверхности. Выше температура начинает возрастать. Это изменение тенденции называется температурной инверсией и в основном обусловлено фотодиссоциацией озона под действием Солнца и последующими экзотермическими фотохимическими реакциями, которые мы кратко обсудим. В нижней области атмосферы более холодный воздух располагается над более теплым, что приводит к быстрому перемешиванию слоев по вертикали. Эта область называется тропосферой (от греческого слова, обозначающего вращение ). Во второй области более теплый воздух лежит поверх более холодного, что влечет большую стабильность их распределения по вертикали. Эта область носит название стратосфера (от латинского слова слоистый ). Тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой. Следующей темой нашего обзора будет озон в современной стратосфере. [c.216]

    С подъемом на высоту атмосферное давление, плотность и температура воздуха понижаются. В пределах тропосферы (до высоты 11 км) законы уменьщения этих величин могут быть описаны следующими формулами  [c.13]

    Гидропероксидный радикал НО2 образуется при взаимо-дснетвии атомарного волторода с кислородом. Он образуется также в тропосфере при разложении озона и пероксида водорода гидроксильным радикалом [c.30]

    БИОСФЕРА — экосистема высшего порядка на Земле, тонкая пленка жизни на пла)1сте, включающая в себя тропосферу (см.), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (на глубину до 5 км). [c. 398]

    Радионуклиды поступают в атмосферу из четьфех источников естественные радиоактивные элементы земной коры и продукты их распада ( Кп, °РЬ, °Ро), космогенные изотопы ( На, Ве, Р, С, Н), продукты адерных взрывов ( 8г, » Се, и др.), отходы атомной промьппленности ( 1, Хе, и др.). Большая часть радионуклидов в атмосфере соединяется с аэрозольными частицами Наиболее крупные частицы, диаметром более 40 мкм, достаточно быстро выпад 1ют из атмосферы и оседают на земной поверхности. Мелкие же, диамелфом от 1 до 20 мкм, попадают не только в верхние слои тропосферы, но и в стратосферу, обусловливая выпадение радиоактивных осадков на всем земном шаре 24,25] Время пребьшания искусственных радионуклидов в нижней части тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхней -20-40 сут Что касается частиц в нижней части стратосферы, го они могуг находиться там до года и больше. [c.123]

    Поступающие из различных источников загрязняющие вещества переносятся воздушными и водными потоками и распространяются под влиянием турбулентного перемешивания. В случае атмосферах переносов они перемещаются не только по горизонтали, но и по вертикали вследствие сухих вьшадений (осаждения), интенсивность которых во многом определяется турбулентностью, рельефом и характером подстилающей поверхности, а также вымывания с атмосферными осадюши. При средней скорости западных воздуишых потоков в верхней тропосфере 30-35 м/с, наблюдаемых в умеренных широтах, аэрозольные выбросы успевают обогнуть земной шар за 10-12 сут. Заметим, что трансграничные переносы в меридиональном направлении осуществляются более медленно, чем в широтном. Вследствие этого для северного и южного полушарий характерны свои фоновые уровни загрязнений 24 . [c.143]

    Непосредственно примыкающий к поверхности Земли слой атмосферы характеризуется довольно закономерным изменением температуры — последняя понижается примерно на 6 град с каждым километром высоты. Слой этот — т р о п о с ф е р а— простирается на высоту около 18 км у экватора и 7 кл у полюсов. Между йим и Землей существует известная разность потенциалов (с напряженностью поля у земной поверхности порядка в/слг), причем тропосфера заряжена положительно, а земная по-верх. чость отрицательно. Основное значение для поддержания такой разности потенциалов имеет, по-видимому, постоянное поступление в атмосферу множества мельчайших кчпелек морской воды, срываемых ветром с гребней океанских волн и приобретающих при этом значительный положительный заряд. [c.37]

    Все три каталитических семейства, НО, N0 и С , по-ви-димому, представлены в природной атмосфере, не загрязненной вследствие человеческой деятельности. Предшественники катализаторов возникают на поверхности Земли (дополняемые в случае N0 прямым преобразованием N2 и Ог в атмосфере на больших высотах). Эти предшественники должны переноситься через тропосферу в стратосферу. Среди наиболее важных предшественников находятся Н2О, СН4, МгО и СНзС1, которые в стратосфере превращаются в каталитические радикалы. Фотолиз озона ультрафиолетовым излучением приводит к образованию электронно-возбужденных фрагментов  [c.219]

    Стратосфера отличается высокой сухостью, вероятно, потому, что вода из тропосферы должна пройти через холодную ловушку в тропопаузе. Поэтому СН4 составляет более одной трети общей концентрации [НгО] + [СН4] в нижней стратосфере. В силу этого реакция (8.19) является важным источником ОН, особенно потому, что окисление радикала СНз (до СО) также дает еще два или три непарных кислорода. И N20, и СН4 — результат биологической активности (преимущественно микробиологической) на поверхности Земли. Основной вклад в СН3С1 также дает биологический источник, на этот раз локализованный в океане, хотя дополнительными источниками являются сгорание растительности и некоторые вулканические извержения. [c.219]


    Земли, например возрастанием опасности рака кожи. Первое беспокойство в начале 70-х годов было связано со сверхзвуковым стратосферным пассажирским самолетом типа Конкорд . Такой самолет способен выбрасывать N0, образующийся и N2 и О2 при высоких температурах в реактивных двигателях, прямо в атмосферу. Современные количественные модели показывают, что уменьшение озона из-за полетов сверхзвуковых стратосферных самолетов пренебрежимо мало, это частично обусловлено малочисленностью флота таких самолетов, а частично тем, что они летают низко в атмосфере, где ЫО -цикл относительно слабо влияет на концентрацию озона. Другой причиной увеличения стратосферного ЫОх может быть увеличение количества ЫгО в биосфере вследствие интенсивного применения удобрений. Если возмущения за счет сверхзвуковых стратосферных самолетов могут рассматриваться как дискретные, то использование удобрений в сельском хозяйстве с ростом населения может оказаться существенным фактором. Согласно оценкам, удвоение концентрации N20 должно привести к глобальному уменьшению количества озона на 9—16%, хотя столь большое увеличение концентрации N20 маловероятно в ближайшем будущем. Более насущной проблемой, по-видимому, является выброс фторхлоруглеводородов типа дихлордифторметана Ср2СЬ(СРС-12) и трихлорфторметана СРС1з(СРС-11). Фтор-хлоруглеводороды химически исключительно инертны. Они имеют важное значение как аэрозольное ракетное топливо, хладагенты, наполнители в производстве пенопластиков и растворители. Все применения фторхлоруглеводородов в конце концов приводят к их выделению в атмосферу. Представляется, что содержание фторхлоруглеводородов в тропосфере равно, в пределах экспериментальной ошибки, их общему промышленно произведенному количеству. Это подтверждает их тропосферную инертность и указывает на характерные времена существования вплоть до сотен лет. Существует лишь один способ снижения содержания фторхлоруглеводородов — их перенос вверх в стратосф у. В стратосферу проникает достаточно коротковолновое УФ-излучение, которое способно вызвать фотолиз фторхлоруглеводородов. Этот процесс сопровождается выделением атомарного хлора  [c.221]

    Около 90% общей массы атмосферы содержится в тропосфере. Большая часть следовых газов также находится здесь. Поверхность Земли является основным источником следовых газов, хотя часть N0 и СО может возникать в результате гроз. Гидроксильные радикалы преобладают в химии тропосферы так же, как атомы кислорода и озона — в химии стратосферы. Сво- боднорадикальные цепные реакции, инициированные ОН, окисляют Н2, СН4, другие углеводороды, а также СО и Н2О. Таким образом, реакции представляют низкотемпературную систему сгорания. Свободнорадикальные цепные процессы запускаются фотохимически, хотя стратосферный озон ограничивает солнечное излучение на поверхности Земли областью длин волн более 280 нм. На этих длинах волн наиболее важными фотохимически активными соединениями являются Оз, NO2 и НСНО. Все три соединения могут в конце концов давать ОН (или НО2) и тем самым инициировать окислительные цепи. Однако критической стадией служит фотолиз озона, поскольку другие фотолитические процессы обязаны ему либо происхождением, либо тем, что в его присутствии они протекают более эффективно. Хотя только 10% атмосферного озона находится в тропосфере, все случаи первичного инициирования окислительных цепей в естественной атмосфере зависят от этого озона. Часть озона переносится в тропосферу из стратосферного озонового слоя, но в самой тропосфере также существует механизм генерации зона. Если присутствует NO2, то фотолиз NO2 (при [c.222]

    Альдегидный продукт реакции (8.27) может сам подвергаться фотолизу в тропосфере. Основной путь фотолиза под действием света с длиной волны Ж338 нм приводит к образованию двух радикальных фрагментов, которые включаются в последующие реакции  [c. 223]

    Окисление как N0, так и углеводородов представляет собой фактически усложненную форму химических реакций, уже описанных для естественной тропосферы. Поэтому для алкана НСНз последовательность реакций может быть записана в виде [c.226]

    Поскольку реакция образования пероксинитратов обратима, то они выступают в тропосфере в качестве важного резервуара NOj и нефотохи-мического источника свободных радикалов. Препаративно пероксинит-раты получают в смоговых камерах, имитирующих фотохимические процессы загрязненной атмосферы, а также по реакциям [c.29]

    Пероксинитраты играют важную роль в химии атмосферы f47]. В результате окислительной деградации органических соединений в тропосфере образуются алкил- и ацилпероксирадикалы R00 и R (0)00 ]. Присутствие в воздухе значительных количеств NOj приводит к их рекомбинации с образованием пероксинитратов — основных компонентов фотохимического окислительного смога  [c.103]

    Сложившийся в результате длительной эволюцик-Земли средний состав атмосферы по основным природным компонентам заметно изменяется только в течение отдельных геологических периодов. Химический состав атмосферного воздуха в нижней тропосфере приведе в табл. 1. [c.7]

    Не менее реакционноспособной составляющей атмосферы является водяной пар, концентрация которого быстро уменьшается с высотой вплоть до тропопаузы (граничного слоя между тропосферой и стратосферой), у поверхности земли (от 3% во влажных тропически.х районах до 2. 10- % в Антарктиде). [c.8]

    Соединения азота. Известны следующие стабильные оксиды азота N20, N0, N02, N204, ЫгОз, N205. Оксид азота (I), являющийся продуктом жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, устойчив в тропосфере. Выше тропопаузы под действием солнечной радиации он подвергается фотолизу с образованием молекулярного азота и атомарного кислорода. Оксиды азота (II) и (IV)—N0 и НОг образуются в процессе горения. Остальные кислородные соединения азота выделяются в некоторых промышленных процессах. [c.14]


Основы и применения фотохимии (1991) — [ c. 216 , c.222 ]

Введение в химию окружающей среды (1999) — [ c.26 , c.28 , c.30 ]

Возможности химии сегодня и завтра (1992) — [ c.18 , c.19 ]

Основы общей химии Т 1 (1965) — [ c.36 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.37 ]

Биология Том3 Изд3 (2004) — [ c.420 ]

Химическое строение биосферы земли и ее окружения (1987) — [ c.63 , c.98 , c.103 , c.114 , c. 118 , c.142 , c.190 , c.192 , c.195 , c.196 , c.199 , c.201 , c.202 , c.206 , c.222 , c.226 , c.246 , c.247 , c.293 ]

Происхождение жизни Естественным путем (1973) — [ c.321 , c.330 , c.333 ]

Основы общей химии том №1 (1965) — [ c.3 ]

Неорганическая геохимия (1985) — [ c. 82 ]

Химическое строение биосферы Земли и ее окружения Издание 2 (1987) — [ c.63 , c.98 , c.103 , c.114 , c.118 , c.142 , c.190 , c.192 , c.195 , c.196 , c.199 , c.201 , c.202 , c.206 , c.222 , c.226 , c.246 , c.247 , c.293 ]


атмосфер | Определение, слои и факты

атмосфера , газовая и аэрозольная оболочка, простирающаяся от океана, суши и покрытой льдом поверхности планеты в космос. Плотность атмосферы уменьшается наружу, потому что гравитационное притяжение планеты, которое притягивает газы и аэрозоли (микроскопические взвешенные частицы пыли, сажи, дыма или химических веществ) внутрь, наиболее близко к поверхности. Атмосферы некоторых планетарных тел, таких как Меркурий, практически отсутствуют, так как первичная атмосфера избежала относительно низкого гравитационного притяжения планеты и была выпущена в космос.Другие планеты, такие как Венера, Земля, Марс и гигантские внешние планеты Солнечной системы, сохранили атмосферу. Кроме того, атмосфера Земли смогла содержать воду в каждой из трех фаз (твердая, жидкая и газообразная), что было необходимо для развития жизни на планете.

Эволюция нынешней атмосферы Земли до конца не изучена. Считается, что нынешняя атмосфера образовалась в результате постепенного выделения газов как из недр планеты, так и в результате метаболической деятельности форм жизни, в отличие от первичной атмосферы, которая образовалась путем дегазации (вентиляции) во время первоначального формирования планеты. .Текущие вулканические газообразные выбросы включают водяной пар (H 2 O), двуокись углерода (CO 2 ), двуокись серы (SO 2 ), сероводород (H 2 S), окись углерода (CO), хлор. (Cl), фтор (F) и двухатомный азот (N 2 ; состоящий из двух атомов в одной молекуле), а также следы других веществ. Приблизительно 85 процентов вулканических выбросов находятся в форме водяного пара. Напротив, углекислый газ составляет около 10 процентов сточных вод.

Британская викторина

Как устроена Земля: викторина

Науки о Земле рассказывают нам, как устроена Земля. Узнайте, насколько вы ученый-землянин, пройдя этот тест.

Во время ранней эволюции атмосферы на Земле вода должна была существовать в виде жидкости, поскольку океаны существовали по крайней мере три миллиарда лет. Учитывая, что мощность солнечной энергии четыре миллиарда лет назад составляла лишь около 60 процентов от сегодняшней, повышенные уровни углекислого газа и, возможно, аммиака (NH 3 ) должны были присутствовать, чтобы замедлить потерю инфракрасного излучения в космос. Первоначальные формы жизни, развившиеся в этой среде, должны были быть анаэробными (т. е. выживать в отсутствие кислорода). Кроме того, они должны были быть в состоянии противостоять биологически губительному ультрафиолетовому излучению солнечного света, которое не поглощалось слоем озона, как сейчас.

Когда организмы развили способность к фотосинтезу, кислород стал производиться в больших количествах. Накопление кислорода в атмосфере также способствовало развитию озонового слоя, поскольку молекулы O 2 диссоциировали на одноатомный кислород (O; состоящий из отдельных атомов кислорода) и рекомбинировались с другими молекулами O 2 с образованием трехатомных молекул озона ( О 3 ). Способность к фотосинтезу возникла у примитивных форм растений между двумя и тремя миллиардами лет назад.До появления фотосинтезирующих организмов кислород производился в ограниченных количествах как побочный продукт разложения водяного пара под действием ультрафиолетового излучения.

Узнайте, сколько азота, кислорода, водяного пара, углекислого газа и других элементов составляют воздух Земли.

Земная атмосфера представляет собой смесь азота, кислорода, водяного пара, углекислого газа и нескольких других второстепенных компонентов.

Британская энциклопедия, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

Текущий молекулярный состав атмосферы Земли — двухатомный азот (N 2 ), 78.08 процентов; двухатомный кислород (O 2 ), 20,95%; аргон (А) 0,93%; вода (H 2 0), приблизительно от 0 до 4%; и диоксид углерода (CO 2 ), 0,04%. Инертные газы, такие как неон (Ne), гелий (He) и криптон (Kr), а также другие компоненты, такие как оксиды азота, соединения серы и соединения озона, встречаются в меньших количествах.

В этой статье представлен обзор физических сил, управляющих атмосферными процессами Земли, структуры атмосферы Земли и приборов, используемых для измерения атмосферы Земли.Для полного описания процессов, создавших текущую атмосферу на Земле, см. эволюция атмосферы. Для получения информации о долгосрочных условиях атмосферы, которые наблюдаются на поверхности Земли, см. климат. Для описания самых высоких областей атмосферы, где условия в значительной степени определяются наличием заряженных частиц, см. ионосфера и магнитосфера.

Тропосфера, почему это важный слой атмосферы?

Тропосфера – это область атмосферы между поверхностью земли и тропопаузой, центр которой находится на высоте около 8–15 километров.Этот регион характеризуется понижением температуры с увеличением высоты .

Значение тропосферы для жизни на Земле

  • Изучение тропосферы очень важно, потому что в этом слое воздуха мы дышим воздухом.
    Тропосфера содержит около 85% всей массы атмосферы. Тропосферные процессы, такие как водный или гидрологический цикл (образование облаков и дождей) и парниковый эффект, оказывают большое влияние на метеорологию и климат.
  • Химический состав определяет качество воздуха. Некоторые компоненты, даже если они присутствуют в небольшом количестве, могут нанести вред здоровью и растительности.

Поэтому крайне важно понять, как деятельность человека влияет на тропосферу.

Тропосфера имеет прямой контакт с поверхностью Земли

Тропосфера имеет непосредственный контакт с поверхностью Земли. Поэтому он очень чувствителен к процессам, происходящим на этом уровне, например:

  • испарение океанов
  • фотосинтез в растениях
  • дыхание живых существ
  • деятельность человека

Снижение температуры с высотой в тропосфере

Тропосфера отличается от стратосферы обычно более быстрым перемешиванием тропосферного воздуха. Говорят, что тропосфера «турбулентна». Эта турбулентность частично связана с «тепловым профилем» тропосферы: температура снижается с высотой в среднем на 6°C на километр.

Это явление способствует быстрой конвекции воздуха из самых нижних слоев в более высокие высоты в тропосфере. Эта конвекция идет рука об руку с образованием облаков, так называемых конвективных облаков.

Тропосфера защищена от жесткого УФ-излучения

Кроме того, тропосфера защищена от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца более высокими слоями атмосферы, а именно стратосферным озоновым слоем.Благодаря этой защите многие молекулы более стабильны в тропосфере, чем где-либо еще в атмосфере. Эта защита делает возможной жизнь на Земле.

Тропосфера: определение, факты, температура и характеристики — видео и стенограмма урока

Слои атмосферы

Газы в тропосфере

Земная атмосфера состоит из молекул газа, которые плотно упакованы у поверхности и все больше и больше утончаются до высоты около 300 миль над поверхностью Земли. Это происходит из-за гравитации. Есть четыре различных слоя атмосферы, и каждый из них имеет разные характеристики. Каждый слой имеет разную плотность и температуру. Изменения температуры зависят от того, сколько солнечной энергии поглощается. Ближайший к поверхности Земли слой является наиболее важным для жизни на планете и называется тропосферой.

Тропосфера состоит из нескольких различных газов. И есть пара интересных вещей о газах. Во-первых, воздух в тропосфере, когда он сухой, состоит на 78% из азота, который, безусловно, является самым распространенным газом в нашем воздухе.Кроме того, кислород, газ, который так важен для жизни на планете, составляет всего 21% воздуха. Все остальные газы вместе взятые составляют оставшийся 1%, включая углекислый газ.

Газы тропосферы

Температура в тропосфере

Примечательно, что количество углекислого газа в тропосфере существенно влияет на температуру Земли. Если их меньше, Земля переживает ледниковые периоды, а если больше, то на планете бывают очень теплые периоды.Теплая или холодная погода, углекислый газ — это газ, который важен для поддержания на Земле температуры, при которой мы можем жить. Удивительно, что газ, оказывающий такое огромное влияние, составляет всего лишь часть 1% воздуха. Другой газ в атмосфере — водяной пар, который составляет от 0 до 4% тропосферы. Процент варьируется от места к месту, в зависимости от температуры и доступной влажности.

Тропосфера также различается по глубине в зависимости от температуры. Его глубина над теплым экватором составляет около 11 миль, а над холодным полюсом — около 5 миль.Температура воздуха в тропосфере быстро падает с высотой, и чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится, пока не будет достигнута точка, в которой это останавливается.

Эта точка является началом стратосферы, которая находится над тропосферой. Там молекулы озона улавливают солнечный свет и согревают воздух. Это изменение температуры от падения температуры в тропосфере до повышения температуры в стратосфере создает резкую тепловую границу в верхней части тропосферы. Эта граница называется тропопаузой.

От тропопаузы до самой поверхности Земли тропосфера важна, потому что именно здесь возникает погода. Воздух в тропосфере циркулирует горизонтально и вертикально. Эта циркуляция перераспределяет тепло и влагу, создавая штормовые системы и погодные фронты, которые отвечают за наши дневные температуры, осадки и ветер. Он также отвечает за климат Земли или долгосрочные погодные тенденции. Тропосфера обеспечивает кислород, которым мы можем дышать, поддерживает температуру Земли при приемлемой для жизни температуре и позволяет создавать погоду, что делает ее очень важной частью атмосферы.

Движение воздуха в тропосфере

Краткий обзор урока

Атмосферу Земли можно разделить на четыре отдельных слоя. Ближайший к поверхности слой атмосферы очень важен для жизни на планете и называется тропосферой . Он состоит из множества газов, из которых больше всего азота (78%). Кислород, который имеет решающее значение для жизни на Земле, составляет только 21% тропосферы.Все остальные газы вместе взятые составляют 1%, включая углекислый газ. Несмотря на то, что в воздухе содержится лишь небольшое количество, он имеет решающее значение для поддержания приемлемой для жизни температуры на Земле. Эти проценты относятся к воздуху без водяного пара.

Тропосфера также различается по глубине. На холодных полюсах она тоньше, чем на теплом экваторе. Температура в тропосфере быстро снижается с высотой до тех пор, пока не будет достигнута вершина тропосферы, или тропопауза . Тропопауза знаменует собой смену тропосферы на стратосферу.В отличие от падающих температур тропосферы, стратосфера нагревается, и это создает тепловую границу, которая называется тропопаузой. Тропосфера также важна, потому что воздух движется горизонтально и вертикально, создавая погоду и климат на планете.

Предел неба

Глядя в небо, кажется, что Земля открыта Вселенной. Это, конечно, неверно, так как мы знаем, что Земля окружена атмосферой, которая не только защищает нас от многих опасностей во Вселенной, но и обеспечивает необходимыми компонентами саму жизнь.Атмосфера обширна и состоит из четырех отдельных слоев, но самый близкий к Земле слой, тропосфера, играет одну из самых важных ролей в нашей повседневной жизни.

Результат обучения

После изучения этого урока вы должны уметь:

  • Давать определение тропосфере и другой связанной терминологии
  • Определите различные газы, содержащиеся в тропосфере
  • Опишите, как температура и движение воздуха создают погоду и климат на планете

слоев атмосферы

слой атмосферы Слои атмосферы

Уникальная атмосфера нашей планеты состоит из четырех различных слои. Эти слои разделены по вертикали в зависимости от температуры. Различные слои чередуются между областями повышения температуры. и понижение температуры с высотой. (Если вы не знакомы с тем, как ведет себя давление в атмосфере нажмите здесь для быстрого урока.)

На рисунке ниже показано, как температура изменяется в зависимости от высота в атмосфере. Ось x представляет температуру в градусов Цельсия, а ось Y представляет высоту. Обратите внимание на чередование области понижения и повышения температуры с высотой.Ан инверсия существует, когда температура увеличивается с высотой. Рисунок ниже показывает четыре слоя: тропосферу, стратосферу, Мезосфера и Термосфера. Между каждым слоем существует «пауза», в которой температура остается постоянной. с высотой.


ТЕПЛОВАЯ СТРУКТУРА АТМОСФЕРЫ

 

Тропосфера
Метеорологи тратят большую часть своего времени на изучение процессы в тропосфере.Его часто рассматривают как «зона погоды». Все осадки, ветры, бури и облака (за исключением нескольких наблюдаемых в стратосфере и мезосфере) мы наблюдаем происходят в этом самом нижнем слое.

Тропосфера характеризуется турбулентным перемешиванием и опрокидывание. Эта турбулентность возникает из-за неравномерного нагрева поверхности и атмосферы. Температура снижается с высотой в этот слой. Это понижение температуры известно как экологическое скорость падения и в среднем 6.5 ºC/км. Этот слой простирается от поверхности до средней высоты 11 км (Аренс 10). Эта высота может варьироваться от 16 км в тропиках до менее 9 км. км над полюсами (Лютгенс 19). Этот диапазон обусловлен температурой различия между тропиками и полюсами. Теплая температура поверхности и турбулентное перемешивание над тропиками помогает раздвинуть границу тропосферы вверх (Лютгенс 19).

Тропопауза простирается над тропосферой. В этом слое температура остается постоянной с высотой.Струйные потоки течет через тропопаузу, где широтные колебания температуры отлично.

Стратосфера
Стратосфера лежит над тропопаузой, простираясь до высоты около 50 км (Лютгенс 20). Стратосфера характеризуется сильной температурной инверсией, как показано на рисунке выше. Это стабильный слой с небольшим перемешиванием. В результате загрязнители а другие частицы могут находиться в стратосфере в течение многих лет.

Обнаружена большая концентрация озона (O 3 ) в стратосфере с максимальной концентрацией около 25 км. Этот «озоновый слой» поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, испускаемого солнце. При поглощении УФ-излучения выделяется тепло, которое затем нагревает атмосфера. Это объясняет, почему температура увеличивается с высотой. в этом слое. (Аренс 15)

Интересно отметить, что инверсия продолжается выше максимальной плотности озона.Причина этого в том, что большая часть имеющегося УФ-излучения уже поглощается озоном выше уровень максимальной плотности. Следовательно, потенциальное УФ-излучение меньше, чем может поглощаться, что приводит к более низким температурам в нижней части стратосфера.

Стратопауза лежит выше стратосферы и, как тропопауза, температура остается постоянной с высотой. В стратопауза, напор всего 1 мб! Это означает, что 99,9% атмосферы содержится в стратосфере и тропосфере.И все же атмосфера продолжается вверх: 99% оставшейся массы находится в мезосфере и 1% в термосфере (Уоллес и Хоббс 24).

Мезосфера
Мезосфера лежит над стратосферой и простирается до высоты около 85 км (Аренс 13). Этот слой часто называется холодным слоем, как самые низкие показатели в атмосфере находятся здесь. Температура снижается с высотой, достигая минимума среднее значение -90 ºC в верхней части слоя.Верхняя часть мезосферы содержит часть ионосферы, наэлектризованной области. Изредка в полярных регионах серебристые облака в мезосфере можно увидеть. Их можно увидеть летом, когда достаточно подъем (Уоллес и Хоббс 24). Существование этих облаков доказывает что даже на такой высоте все еще есть следы влаги!

Мезопауза лежит над мезосферой, разделяя это из термосферы.

Термосфера
Термосферу часто считают «горячим слоем». потому что он содержит самые высокие температуры в атмосфере.Температура увеличивается с высотой до расчетной вершины термосферы на высоте 500 км. Температура может достигать 2000 К или 1727 ºC в этом слой (Уоллес и Хоббс 24). Однако из-за того, что воздух такой разреженный, наши тела не смогли бы обнаружить это тепло. Наши тела полагаются на постоянную бомбардировку молекулами воздуха для определения температуры. Воздух настолько разрежен, что молекула пролетит 1 км, прежде чем ударится о другая молекула (сравните это с менее чем миллионной долей сантиметра на поверхности земли).(Аренс 14). На вершине термосферы, молекулы пройдут 10 км, прежде чем столкнутся с другой молекулой! (Аренс 14) На этой высоте многие более легкие молекулы достигли достаточной скорости, чтобы выйти из-под земного притяжения в космическое пространство. Область, где молекулы воздуха побег известен как экзосфера.


А что насчет этой штуки под названием ионосфера ? Нажмите на эту ссылку, чтобы узнать! =>

<= Перейти домой

Исследование

: Почему потепление тропосферы различается между моделями и спутниковыми данными

Наиболее часто измеряется глобальное повышение температуры здесь, на поверхности Земли, но ученые также собирают данные о том, как меняется температура в атмосфере высоко над нами.

Особый интерес представляет тропосфера — самый нижний слой атмосферы, где происходит почти вся наша погода. Для отслеживания температуры ученые используют спутники, которые предоставляют данные с момента их первого запуска в конце 1970-х годов.

Примерно с начала 21-го века тропосферное потепление, регистрируемое спутниками, было медленнее, чем скорость, прогнозируемая климатическими моделями. В новом исследовании, опубликованном в Nature Geoscience, исследователи обнаружили, что эти различия выходят за рамки того, что мы ожидаем от естественной изменчивости.

Вместо этого они говорят, что различия могут быть связаны с недавними изменениями в выбросах парниковых газов, солнечной энергии, извержениях вулканов и загрязнении воздуха, которые не были предусмотрены в предположениях, сделанных разработчиками моделей климата.

В целом исследование показывает, что, хотя потепление тропосферы не ускорилось до такой степени, как предсказывали модели в последние годы, мало доказательств того, что оно замедлилось.

Температура со спутников

Большая часть наших исторических данных о температуре поступает от метеостанций, кораблей и буев на поверхности Земли.С 1979 года записи температуры атмосферы также доступны со спутниковых установок микроволнового зондирования (МСУ). Они измеряют «яркость» полос микроволнового излучения в атмосфере, по которым ученые могут оценить температуру воздуха.

Однако диапазоны, измеряемые с помощью спутниковых приборов, не могут легко дать информацию о температуре конкретного слоя атмосферы. Исследователи определили определенные наборы диапазонов, которые соответствуют температуре нижней тропосферы (TLT), охватывающей примерно от 0 до 10 км, средней тропосферы (TMT), охватывающей от 0 до 20 км, и нижней стратосферы (TLS), охватывающей от 10 до 30 км. .

К сожалению, эти полосы немного перекрываются. Например, оценки TMT будут включать часть нижней стратосферы, а оценки TLT будут включать некоторую температуру поверхности. Эти совпадения имеют значение, поскольку ожидается, что разные части атмосферы будут по-разному реагировать на изменение климата.

Когда парниковые газы улавливают поступающее солнечное излучение, они имеют тенденцию повышать температуру поверхности и нижних слоев атмосферы и снижать температуру верхних слоев атмосферы по мере того, как уходит меньше солнечного излучения.Мы видим это по спутниковым наблюдениям и данным с метеозондов, где нижняя стратосфера охлаждается, а нижележащая тропосфера и поверхность нагреваются.

Поскольку оценки тропосферной температуры со спутников перекрываются с частью стратосферы, они в конечном итоге объединяют небольшое стратосферное похолодание с тропосферным потеплением и могут недооценивать истинную скорость потепления. Чтобы избежать этой проблемы, новое исследование применяет поправку, чтобы удалить часть стратосферного охлаждения из серии TMT.Подход, который они используют для этого, описан в предыдущей статье, опубликованной в Journal of Climate.

Исправление ошибок в данных

Борьба с загрязнением стратосферы — не единственная проблема при работе со спутниковыми данными. В отличие от поверхности, где есть десятки тысяч отдельных станций наблюдения, в любой момент времени измерения проводят всего два-три спутника MSU, и срок службы спутников составляет от пяти до десяти лет, прежде чем их нужно будет заменить.

Хотя спутники предназначены для прохождения над одной и той же частью земли в одно и то же время каждый день, это меняется по мере того, как их орбиты затухают. Например, спутник, который когда-то измерял температуру над Лондоном в 14:00 десять лет назад, теперь может измерять ее в 8:00. Изменение времени наблюдения оказывает большое влияние на измеряемые температуры, и исследователям необходимо скорректировать свои измерения для этого.

Точно так же новый спутник может измерять температуру несколько иначе, чем его предшественник.Примерно в 2000 году, например, инструмент на спутниках был заменен на модернизированную версию датчика. Все это потенциально может внести погрешность в измерения, которые необходимо устранить.

Существуют две основные группы, которые обрабатывают одни и те же базовые данные МГУ для оценки температуры атмосферы: Университет Алабамы, Хантсвилл (UAH) и Системы дистанционного зондирования (RSS). У каждой группы есть свой набор предположений для исправления различных ошибок в данных, и в итоге они получают довольно разные результаты.Вы можете увидеть, как значения UAH (желтая линия) и RSS (синяя) отличаются на графике ниже, особенно после 2000 года.

Среднегодовые глобальные средние тропосферные температуры по RSS и UAH с 1979 по 2016 год, охватывающие диапазон от 82,5 до 82,5 южной широты. Поправки на стратосферу не включены, поскольку скорректированный набор данных в гривнах недоступен. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

В то время как RSS в целом согласуется с темпами потепления, наблюдаемыми в глобальном масштабе в записях о приземной температуре, UAH демонстрирует гораздо меньшее потепление, включая более выраженное замедление роста температуры после 1998 года.Различия между спутниковыми записями намного больше, чем между различными оценками приземной температуры. Соавтор доктор Карл Мирс, соучредитель RSS, предполагает, что:

«В целом, я думаю, что наборы наземных данных, вероятно, будут более точными, чем наборы спутниковых данных. Разброс между исследованиями намного больше, чем для наземных данных, что предполагает большую структурную неопределенность».

Эти большие погрешности между наборами спутниковых данных несколько усложняют любое сравнение тропосферных температур с климатическими моделями, поскольку неясно, связано ли расхождение с проблемами в моделях или в наблюдениях, и оставляет открытой возможность того, что дополнительные поправки к данным могут быть произойти в будущем.

Сравнение с климатическими моделями

В своей статье исследователи использовали ряд различных статистических тестов для сравнения климатических моделей и наблюдений ТМТ. Они скорректировали как модели, так и наблюдения за влиянием стратосферного охлаждения и сравнили их за период с 1979 по 2016 год, как показано на рисунке ниже. На верхней диаграмме показаны выходные данные модели, а на нижней диаграмме — наблюдения из RSS.

Верхняя панель показывает TMT RSS с поправкой на стратосферу в сравнении со средним мультимодельным TMT CMIP5. Нижняя панель показывает разницу между ними во времени. Источник: Сантер и др. (2017)

В то время как темпы потепления в моделях и наблюдениях до 2000 года были довольно близкими, различия после 2000 года намного больше. Некоторые из этих различий объясняются кратковременной естественной изменчивостью, такой как явления Эль-Ниньо, которые не обязательно происходят в моделях одновременно с наблюдениями и имеют тенденцию к усреднению. Однако даже после исключения этого из наблюдений исследователи обнаруживают, что заметные различия остаются.

Чтобы объяснить эти различия, исследователи проверили ряд различных возможных факторов. Во-первых, они попытались выяснить, можно ли объяснить разницу более долгосрочной многолетней естественной изменчивостью из-за Эль-Ниньо и колебаниями температуры океана, которые не были учтены в среднем по модели.

Они обнаружили, что, хотя естественная внутренняя изменчивость может объяснить большую часть относительно небольших различий между смоделированным и наблюдаемым тропосферным потеплением в последние два десятилетия 20-го века, они не могут полностью объяснить, почему модельное тропосферное потепление больше, чем по спутниковым данным в течение большую часть начала 21 века.

Во-вторых, они пытались выяснить, не вызвана ли разница слишком высокой чувствительностью моделей к CO2. Они не обнаружили заметной связи между чувствительностью модели и ее способностью точно предсказывать температуру тропосферы за этот период.

Вывод, к которому пришли исследователи, заключался в том, что несоответствие между моделью и наблюдениями связано не с одним фактором, а с их комбинацией. В частности, они утверждают, что это связано с комбинацией внутренней изменчивости и с тем, что в последние годы модели неверно интерпретировали некоторые климатические воздействия.

Климатические модели использовали исторические данные для таких факторов, как концентрация парниковых газов, солнечная энергия, извержения вулканов, загрязнение воздуха и другие факторы, которые могут повлиять на климат до 2005 года или около того, но после этого делались предположения о том, как они изменятся в будущем. Недавние исследования показали, что серия умеренных извержений вулканов, продолжительный и необычно низкий минимум солнечной энергии в течение последнего солнечного цикла и всплеск загрязнения твердыми частицами от китайских угольных электростанций изменили эти воздействия непредвиденным образом. от моделистов.

Эти воздействия будут обновлены в рамках текущей работы по моделированию, называемой CMIP6, которая проводится в рамках подготовки к следующему отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Это новое поколение моделей, в которых воздействия ближе к наблюдениям последних лет, вероятно, продемонстрирует лучшее соответствие наблюдениям за тропосферной температурой, но может быть не более или менее чувствительным к CO2, чем модели предыдущего поколения (CMIP5).

По словам доктора Гэвина Шмидта, директора Института космических исследований имени Годдарда НАСА, который не принимал участия в написании этого документа, существуют даже планы повторного запуска более старого поколения климатических моделей CMIP5 с обновленными воздействиями, чтобы увидеть, что произойдет, если они будут обновлены изолированно. без изменения других факторов.

В конечном счете, в документе делается вывод о том, что, несмотря на несоответствие между климатическими моделями и наблюдениями в тропосфере с 2000 года, на сегодняшний день имеется мало доказательств того, что различия между моделями и наблюдениями подразумевают, что климат менее чувствителен к парниковым газам. Результаты показывают, что, хотя эти краткосрочные различия между моделями и наблюдениями представляют большой научный интерес, они не умаляют реальности долгосрочного потепления, вызванного деятельностью человека.

Сантер, Б.Д. и др. (2017) Причины различий в скорости потепления тропосферы с помощью модели и спутника, Nature Geoscience, doi: 10.1038/ngeo2973

Sharelines из этой истории

Изменение климата поднимает верхнюю часть тропосферы

Верхняя часть тропосферы, самого нижнего слоя атмосферы Земли, за последние 20 лет поднималась примерно на 50–60 метров за десятилетие.

(Inside Science) — Тропосфера, нижний слой атмосферы Земли, содержит большую часть атмосферной массы и облаков и является местом, где происходит большая часть погоды.Он простирается между поверхностью Земли и примерно от 4 до 12 миль над уровнем моря, в зависимости от местоположения.

Но новая статья показывает, что верхняя часть тропосферы, называемая тропопаузой, за последние 20 лет поднималась примерно на 50–60 метров за десятилетие, в основном из-за антропогенных выбросов парниковых газов и озоноразрушающих веществ.

Самая теплая тропосфера у поверхности Земли, и температура снижается с высотой вплоть до стратосферы. Стратосфера содержит слой озона, газа, который поглощает тепло, поэтому температура воздуха снова начинает повышаться.Этот поворотный момент от снижения к повышению температуры является одним из показателей высоты тропопаузы, сказал Пу Линь, ученый-атмосферник из Принстонского университета в Нью-Джерси, который не участвовал в новой статье.

На высоту тропопаузы могут влиять такие вещи, как извержения вулканов и тайфуны, говорит Джейн Лю, один из авторов новой статьи и атмосферный ученый из Университета Торонто. «Но в долгосрочной перспективе два наиболее важных фактора — это температура тропосферы и температура стратосферы», — сказала она.

Человеческая деятельность может повлиять на эти две температуры. Добывая и сжигая ископаемое топливо, мы выбрасываем парниковые газы, такие как углекислый газ и метан, в тропосферу, где они удерживают тепло и нагревают воздух. До конца 1980-х годов люди также выпускали все больше и больше озоноразрушающих химических веществ, которые обычно использовались в холодильниках и кондиционерах. Эти химические вещества охлаждают стратосферу, разрушая стратосферный озоновый слой.

Более теплая верхняя тропосфера и более холодная нижняя стратосфера вызывают подъем их границы, тропопаузы.Новая статья, опубликованная 5 ноября в журнале Science Advances , показала, что тропопауза поднималась примерно на 50 метров за десятилетие из-за деятельности человека в период с 1980 по 2000 год и с такой же скоростью в период с 2000 по 2020 год. приходилось примерно 80% общего увеличения высоты тропопаузы за это время.

Бен Сантер, специалист по атмосферным явлениям из Объединенного института исследований и инженерии региональных систем Земли при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, сказал, что статья является «еще одним кусочком головоломки, если хотите, указывающим на реальность антропогенных потепление тропосферы и охлаждение стратосферы. » Сантер не участвовал в исследовании. 

Лю и ее коллеги измерили высоту тропопаузы между 20 и 80 градусами северной широты, полосы, простирающейся от Кубы до Гренландии, используя данные о температуре с метеорологических зондов. Ученые выпускают эти воздушные шары два раза в день из сотен мест по всему миру. Воздушные шары несут небольшие ящики, которые измеряют температуру, давление, влажность и ветер, и передают эти данные обратно на Землю с помощью радиосигналов.

В документе также использовался набор спутниковых данных GPS и других наборов данных метеозондов для измерения увеличения высоты тропопаузы.Эти измерения варьировались от 40 до 80 метров роста за десятилетие. Хотя измерения различаются по общему увеличению высоты тропопаузы, все они показывают значительное увеличение, аналогичное увеличение с 2000 по 2020 год по сравнению с 1980 по 2000 год, и что на деятельность человека приходится большая часть общего увеличения высоты.

«Все данные наблюдений за этот четырехдесятилетний период времени говорят нам об одном и том же», — сказал Лю. «Это четкий, надежный и убедительный признак увеличения высоты тропопаузы.» 

Исследователи также показали, что потепление тропосферы стало более важным для увеличения высоты тропопаузы с течением времени. Выбросы парниковых газов росли в период с 1980 по 2020 год, и из-за этих дополнительных выбросов тропосфера нагревалась быстрее с 2000 по 2020 год, чем с 1980 по 2000 год. В то же время выбросы озоноразрушающих веществ резко сократились, а стратосфера средняя скорость охлаждения была значительно ниже в период с 2000 по 2020 год по сравнению с периодом с 1980 по 2000 год.

В результате исследователи обнаружили, что большую часть увеличения высоты тропопаузы (около 70%) за последние 20 лет можно отнести к потеплению тропосферы. Это было значительным изменением по сравнению с периодом между 1980 и 2000 годами, когда тропосферное потепление и стратосферное охлаждение примерно в равной степени способствовали увеличению высоты тропопаузы. «Лично я считаю, что это самая интересная часть [документа]», — сказал Лин.

Воздействие человечества на тропопаузу может иметь последствия для всей климатической системы.Например, сказал Лин, температура тропопаузы влияет на количество водяного пара в стратосфере, что, в свою очередь, влияет на температуру поверхности Земли.

Лю сказал, что учебники по изменению климата обычно включают изменения, происходящие на поверхности Земли, такие как повышение уровня моря и отступление ледников, как индикаторы воздействия глобального потепления, вызванного деятельностью человека. «Изменение высоты тропопаузы вдали, примерно на 10-километровом расстоянии, тоже можно включить в эти учебники», — сказала она.
 

Тропопауза и нижняя стратосфера

Когда мы поднимаемся с уровня земли, наши уши поп и становится холоднее.Атмосферное давление, плотность и температура падать. Температура атмосферы – важнейшее свойство контролировать его структуру.

Воздух в первых милях атмосферы, тропосфера, не сильно поглощает солнечный свет излучение, вместо этого он нагревается при контакте с землей. Поверхностный нагретый воздух при нагревании расширяется, становится менее плотным чем окружающий более холодный воздух, и поднимается как плавучий и турбулентный пузыри.Это конвекция и основной процесс, посредством которого тропосфера перемешивается и нагревается.

Хотя конвекция перемешивает и перемешивает тропосферу, чем выше тем холоднее становится. Почему?

 

Представьте изолированный пузырь воздуха, нагретого землей и устремленного вверх. По мере подъема давление падает, и пузырь расширяется до уравнять его давление с окружающим воздухом. Расширять, в пузырек должен воздействовать на окружающий воздух силой и перемещать его прочь. Выполненная работа требует энергии и единственной источником является внутренняя молекулярная энергия или тепло содержание воздуха в пузыре. Внутренняя энергия уменьшается и температура, которая является его чистой мерой, падает*.

Пузырь будет подниматься до тех пор, пока его температура не станет такой же, как окружающий воздух. Если мы визуализируем атмосферу как созданную целиком из таких пузырей мы видим, что они будут подниматься и опускаться пока не будет достигнуто состояние естественного равновесия, при котором температура плавно падает с увеличением высоты**.

Если бы воздух никогда не нагревался солнечным излучением, его температура будет продолжать падать, пока мы поднимаемся. Однако на высоте ~12 км достигается минимум ~-55°С, тропопауза***..

В высоких широтах тропопауза и нижняя температура стратосферы может погружаться до ~ -85°C, чтобы обеспечить условия для PSC, полярных стратосферных облаков, из которых невероятно яркие и красочные перламутровые облака подмножество.

* Температура является мерой молекулярной внутренней энергии, которая получается от кинетического, вращательного и колебательного движения.в тем энергичнее движение, чем выше температура.
  ** Ставка падения известен как «скорость падения». Это означает значение составляет 6,5°C/км. Фактические показатели зависят от температуры и влажность. Высокотемпературный влажный воздух может иметь скорость всего 4°C/км.
  *** профиль температуры атмосферы — это широта зависимый. Смешивание выше тропопаузе помогает гравитация волны. Намного выше тем не менее, молекулярная диффузия становится важной.
   
   Вид через тропопауза с высоколетящего исследовательского самолета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.