Термическое строение атмосферы представлено на рис. 1.1. Как видно, отдельные слои выделяют на основании хода температуры, неоднократно изменяющего свой знак с высотой во всей толще атмосферы. Некоторые характеристики этих зон приведены в табл. 1.2. Следует отметить, что границы отдельных слоев, разделяемых узкими переходными зонами, называемыми паузами, строго не фиксируются. Их положение зависит главным образом от экзогенного (внешнего) фактора - активности Солнца и уровня поступающей от него радиации. Высота тропопаузы меняется примерно от 8 км над полюсами до 16-18 км над экватором. Изменение этой границы происходит не монотонно: тропопауза имеет разрывы около 60° и 30° широты в каждом из полушарий. Кроме того, как это выяснилось в последние годы, тропопауза образует складки.[ ...]
Уменьшение атмосферного давления с высотой было открыто Б. Паскалем (1648) вскоре после изобретения барометра (Э. Торричелли, 1643) и экспериментально подтверждено Перрье. Установление вертикального градиента температуры тропосферы и определение его величины принадлежит Дж. Дальтону. В развитие идей о химических и фотохимических процессах в стратосфере с участием озона внесли свой вклад Рэлей и Хартли (1880).[ ...]
Атмосферное давление. Из рис. 1.1 видно, что давление монотонно и равномерно уменьшается с высотой. Для описания поведения атмосферных газов в первом приближении может быть использовано уравнение состояния идеального газа, согласно которому давление Р есть однозначная функция концентрации частиц п и температуры Т. Давление (в Н/м2) связано с плотностью соотношением Р = рRT/M, где Т - температура, К; р - плотность газа, кг/м3; М - средняя молекулярная масса газа, кг/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(К • моль).[ ...]
Источником почти всей энергии на Земле служит Солнце. Солнечная постоянная - полный поток радиации, поступающий за 1 мин на 1 см2 площади, перпендикулярной к направлению солнечных лучей, за пределами атмосферы, — равна 8,2 Дж/(см2- мин). Основное количество энергии Солнца поступает в виде коротковолновой радиации.[ ...]
Максимальная интенсивность приходится на длину волны 470 нм, т. е. на видимую часть спектра (рис. 1.2).[ ...]
Земная атмосфера прозрачна для УФ-радиации в диапазоне 320-400 нм. При поглощении радиации в этом спектральном диапазоне подстилающая поверхность (суша, поверхность океанов) нагревается и, как всякое нагретое тело, в свою очередь излучает в инфракрасном диапазоне. Интенсивность уходящего излучения определяется законом Стефана - Больцмана для абсолютно черного тела: I = аТ4[а = 5,67- 10 8 Вт/(м2 К4)]. Часть этого излучения поглощается воздухом, в результате чего возникает конвекция - подъем нагретого воздуха. По мере подъема происходит его выхолаживание, и, следовательно, должен наблюдаться отрицательный высотной градиент температуры. Действительно, как видно из рис. 1.1, в тропосфере с высотой температура уменьшается.[ ...]
Подстановка численных значений М, g и ср дает значение градиента АТ/АН = -9,8 К/км, значительно отличающееся от измеренного (-6,45 К/км) и называемое сухоадиабатическим градиентом (Г). Причина расхождения заключается в том, что атмосферный воздух содержит пары воды, которые при охлаждении конденсируются с выделением тепловой энергии, эквивалентной затраченной на испарение. Кроме того, водяные пары, как это было установлено Тиндаллом (1863), являются одним из основных поглотителей теплового излучения как Солнца, так и земной поверхности. В силу изложенных причин эта малая и переменная по количеству (от 3 до 2 • 10 3 %) составляющая оказывает решающее влияние на термический режим тропосферы.[ ...]
Как видно из этих уравнений, коротковолновое УФ-излуче-ние Солнца, поглощаемое в процессах (1.9) и (1.11), трансформируется в тепловую энергию, выделяющуюся в реакции (1.12). Озон присутствует во всей толще стратосферы, однако наибольшие его концентрации, в зависимости от сезона и географической широты, приходятся на высоты 20-40 км. Выделение тепловой энергии при разрушении озона приводит к изменению знака высотного градиента, называемому температурной инверсией.[ ...]
В мезосфере концентрации озона и паров воды ничтожны, поэтому температура в ней ниже, чем в тропосфере и стратосфере. Рост температуры в термосфере связан с поглощением жесткой составляющей (длина волны менее 120 нм) солнечной радиации молекулами 02 и N3. Инверсия хода температуры в термосфере, так же как и в стратосфере, препятствует развитию конвективных потоков и, следовательно, выхолаживанию этих слоев атмосферы.[ ...]
Земли. Между тем из рис. 1.3 видно, что излучаемая Землей радиация, рассчитанная в приближении абсолютно черного тела, имеет намного меньшую интенсивность, чем приходящая от Солнца.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Вертикальное распределение температуры и давления в атмосфере |
 |
| Интенсивность солнечного излучения за пределами атмосферы (1) и на уровне моря (2) в зависимости от длины волны радиации. Заштрихованы участки, соответствующие линиям поглощения указанных компонентов |
 |
| Приходящая солнечная радиация (/) и излучение абсолютно черного тела при 288 К (средняя температура Земли) (2) |
 |
| Термический баланс атмосферы и земной поверхности. Потоки радиации приведены в ккал/(см2 ■ год) |
 |