В этой главе мы рассмотрим в самом кратком виде общие свойства атмосферы, важные для понимания строения и судьбы озонного щита Земли. Описывая здесь физические свойства и химический состав атмосферы, динамические процессы, протекающие в ней, в первую очередь будем иметь в виду те их характеристики, которые так или иначе связаны с изменением содержания озона.[ ...]
Общая масса атмосферы — воздушной оболочки Земли — 5,157 • 1015 т. Атмосфера простирается от поверхности Земли до высоты около 400 км. Однако наибольшее значение для существования озона имеет ее нижняя часть, до высоты примерно 80 км.[ ...]
Физические свойства атмосферы (температура, давление и плотность воздуха) изменяются с широтой и высотой и, кроме того, имеют хорошо выраженный сезонный ход.[ ...]
Для описания пространственно-временных изменений физических свойств атмосферы широко используются «стандартные» и «справочные» атмосферы. На рис. 1.1 приведено среднезональное широтно-высотное распределение температуры воздуха в январе и июле в соответствии со справочной моделью средней атмосферы [81], составленной по данным многолетних спутниковых измерений.[ ...]
В нижней части атмосферы, называемой тропосферой, температура воздуха с высотой понижается в среднем на 6,36 К/км у экватора и на 4,86 К/км на 75° с. ш. Зимой этот вертикальный градиент несколько уменьшается, а летом возрастает. Такое понижение температуры с высотой продолжается до уровня, называемого тропопаузой и расположенного между 30° ю. ш. и 30° с. ш. на высоте в серднем 16,3 км, а вне этого теплового пояса Земли — на высоте 8,5—10 км.[ ...]
Над тропопаузой находится стратосфера, где температура почти постоянна или медленно растет с высотой до уровня 34— 36 км. Затем температура быстро возрастает до стратопаузы на высоте около 50 км, где она достигает 270 К, а иногда и выше в основном благодаря поглощению излучения Солнца озоном. Над стратопаузой находится очень холодный — в особенности летом — слой мезосферы.[ ...]
В результате взаимодействия меридиональной циркуляции и силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли, в атмосфере возникают ветры, имеющие преимущественно широтное направление. У полюсов Земли формируются вихри, называемые циркумполярными. У зимнего полюса формируется циклонический вихрь со скоростью ветра в северном полушарии до 25 м/с на высоте 10 км и 10 м/с на высоте 16 км. Летом, когда при долгом полярном дне стратосфера сильно нагревается и давление растет, циклонический вихрь сменяется на антициклонический с восточными ветрами в стратосфере. В северном полушарии зимний циркумполярный вихрь бывает, однако, нарушен возникновением в стратосфере местного теплого антициклона над районом Алеутских островов.[ ...]
Для тропической стратосферы характерна смена направления ветров тропической стратосферы с периодом около двух-трех лет, обычно называемая «квазидвухлетними колебаниями». Явление это выглядит таким образом (рис. 1.3): струя западного ветра возникает в стратосфере на высоте около 35 км и в течение нескольких месяцев распространяется оттуда вниз, постепенно усиливаясь до 20 м/с на уровне в среднем 28 км. Далее, ослабевая, она достигает тропопаузы, которая в тропиках находится на высоте около 16 км. На смену ей вверху возникает струя восточного ветра, несколько более сильная (до 30 м/с), также постепенно распространяющаяся вниз и вытесняющая западный поток. Как показал статистический анализ [169] материалов наблюдений с января 1953 г. по апрель 1985 г., средняя продолжительность такого цикла составляет 27,7 мес. Однако продолжительность цикла может изменяться в достаточно широких пределах. С высотой увеличивается длительность фазы с восточным ветром, однако вблизи тропопаузы длительность фазы с западным ветром в среднем вдвое больше фазы с восточным ветром.[ ...]
Упомянутый выше меридиональный градиент давления в атмосфере умеренных и высоких широт создает доминирующий западный поток — «западный перенос». При этом зональная составляющая скорости ветра на 1—2 порядка величины больше меридиональной. Лишь в высоких широтах меридиональная составляющая, направленная к северу, возрастает, что является следствием общего нисходящего движения воздуха в полярных областях. Это приводит, в частности, к накоплению озона в арктических массах воздуха.[ ...]
В атмосфере, в упомянутом уже ее общем течении с запада на восток в умеренных и высоких широтах, часто возникают возмущения планетарного масштаба, называемые планетарными или длинными волнами. Главной их причиной являются изменения параметра Кориолиса с широтой. Они развиваются более всего в свободной атмосфере, выше пограничного слоя, на уровне 500 гПа и выше. По окружности земного шара обычно укладываются 3—6 длинных волн. В высоких широтах планетарные волны могут играть заметную роль в фотохимии стратосферы, быстро перенося в меридиональном направлении примеси со средним фотохимическим временем жизни. Подробно этот эффект рассматривается в п. 4.3.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Широтно-высотное распределение среднезональной температуры воздуха (К) в январе (а) |
 |
| Схема меридиональной циркуляции |
 |
| Изменения вертикального распределения среднемесячной скорости зонального ветра (м/с) в экваториальной области за 1953—1983 гг. |
 |
| Распределение воздушных масс 17 марта 1986 г. |
 |