Вертикальная и горизонтальная неоднородности.

Атмосфера Земли по своим физическим свойствам чрезвычайно неоднородна по вертикали и по горизонтали. Вертикальная неоднородность ее наиболее отчетливо проявляется в характере изменения температу­ры воздуха с высотой.

Наиболее характерной особенностью тропосферы является в целом падение температуры воздуха с высотой (на верхней грани­це тропосферы температура падает до —75, —85 °С), хотя здесь могут встречаться небольшие по вертикальной протяженности слои, где температура не меняется (это слои изотермии) или даже растет с высотой (слои инверсии),

Тропосферный воздух нагревается и охлаждается преимущест­венно от поверхности Земли. В этом слое содержится почти весь водяной пар, происходит образование туманов и облаков, атмо­сферных осадков и т. д., т. е. протекают основные процессы погоды.

Тропосфера от стратосферы отделена довольно четко выражен­ным переходным слоем толщиной 1—2 км — тропопаузой. Высота ее меняется от экватора (до 18 км) к полюсам (до 5—6 км) и от лета (располагается выше) к зиме (высота ее уменьшается). Кро­ме того, высота тропопаузы испытывает как периодические (сезон­ные и суточные), так и непериодические колебания, обусловливае­мые синоптическими процессами в атмосфере.

Выше тропопаузы располагается стратосфера —50 км слой атмосферы, наиболее характерными свойствами которого являют­ся возрастание общей и относительной концентрации озона (О₃), образующегося из молекулярного кислорода под влиянием уль­трафиолетовой радиации, и рост температуры воздуха с высотой (до 0 °С). Роль озона в земной атмосфере исключительно велика, хотя его общее количество ничтожно мало (IX 10 ⁶ %).

Выше 55 км располагается мезосфера, которая характери­зуется понижением температуры с высотой. К мезопаузе (80— 85 км) температура понижается до —80 °С.

Над мезопаузой располагается наиболее мощный слой атмос­феры — термосфера, характеризующаяся непрерывным ростом температуры с высотой. Термосфера простирается до высот 800— 1000 км, где переходит в экзосферу, также характеризующуюся ростом температуры до значений 1000—3000 °К. Столь высокие значения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы явля­ются лишь мерой кинетической энергии молекул и атомов газов. В плане взаимодействия атмосферы и земной поверхности атмо­сферу делят на планетарный пограничный слой (слой трения) толщиной 1 —1,5 км и свободную атмосферу. Нижняя 30—50- метровая часть планетарного пограничного слоя носит название приводного (приземного) слоя атмосферы. Этот слой характери­зуется наибольшими вертикальными градиентами метеорологичес­ких полей. Именно в этом слое происходит в основном вся хозяйственная деятельность человека.

()

По электрическому состоянию атмосферу делят на нейтросфе- ру (до высот 40 км), переходный слой и ионосферу (более 80 км).

На высотах 80—100 км все газы почти полностью ионизиро­ваны, а концентрация электронов достигает 10^е в 1 см³. За счет вы­сокой подвижности электронов проводимость ионосферы в 10¹²— 10¹⁴ раз выше проводимости нейтросферы. В ионосфере выделяют слои D, Е, F| и F2, где наблюдаются относительные максимумы концентрации электронов. При распространении радиоволн в ат­мосфере все эти слои играют определенную роль.

Еще более неоднородна атмосфера (особенно ее нижняя часть — тропосфера) в горизонтальном направлении. Неоднород­ность обусловливается главным образом неравномерным нагревом атмосферного воздуха, вызывающим неравномерное распределе­ние атмосферного давления.

Существуют три основные причины («тепловые машины») рас­членения тропосферного воздуха на воздушные массы: неравно­мерное распределение лучистой энергии Солнца по подстилающей поверхности (ПП) Земли, обусловливаемое астрономическими причинами (элементами движения планеты); неравномерное рас­пределение материков и океанов на Земле и их термические отли­чия; возникающие крупномасштабные воздушные и океанские течения, перемещающие огромные количества тепла и влаги на большие расстояния во всех направлениях.

В результате воздействия указанных сил атмосфера находит­ся в постоянном и непрерывном движении. Совокупность результи­рующих горизонтальных и вертикальных движений носит название общей циркуляции атмосферы.

Хотя общая циркуляция атмосферы имеет сложный и постоян­но меняющийся характер, основные ее закономерности сохраняют­ся длительное время и служат наряду с другими факторами важ­ными элементами климата обширных районов Земли.

Свойства атмосферного воздуха постоянно меняются, что создает трудности в оценке воздействия воздушной сферы на раз­личные приборы, распространение радиоволн и т. д.

В целях сопоставимости этих воздействий введено понятие стандартной атмосферы. В настоящее время утверждена (ГОСТ 4401—64) стандартная атмосфера до высоты 200 км, в которой со­держатся значения основных параметров атмосферного воздуха для интервалов высот от 20 м до 5 км.

За нулевую поверхность принят уровень океана и основные параметры для сухого воздуха здесь таковы: давление воздуха Ро= 1013,25 гПа (760 мм рт. ст.); температура воздуха /о= = + 15°С (70=288,15 К); плотность (массовая) ро=1,226 кг/м³; ускорение свободного падения go=9,80665 м/с². Эти значения наиболее близки многолетним средним значениям этих элементов на территории нашей страны летом по результатам непосредст­венных измерений.