Атмосфера земли

1. Атмосфера

2.

3.

• Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος — «поворот», «изменение» и
σφαῖρα — «шар») — нижний, наиболее изученный слой
атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных
широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. Тропосфера
содержит 4/5 кислорода всей атмосферы Земли.
• При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем
на 0,65 градуса через каждые 100 м. Верхний слой тропосферы, в
котором снижение температуры с высотой прекращается,
называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше
тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

4.

5.

• Стратосфе́ра (от лат. stratum — настил, слой) — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50
км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и
повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии).
Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до
высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей
между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше, чем
на уровне моря.
• Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—
60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате
фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при
нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм.
• В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения
(180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей
изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и
других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и
других свечений.
• В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов
диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км —
N2[1]). На высоте 200—500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км
концентрация заряжённых частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных
частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.

6. Единица Добсона -- единица измерения содержания озона в атмосфере Земли.

7.

8. Зарница

9.

• Стратопа́уза — слой атмосферы, являющийся пограничным
между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере
температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза
является слоем, где температура достигает максимума.
Температура стратопаузы — около 0 °C.
• Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других
планетах, имеющих атмосферу.
• На Земле стратопауза находится на высоте 50 — 55 км над
уровнем моря. Атмосферное давление составляет около 1/1000
от давления на уровне моря.

10.

• Мезосфе́ра (от греч. μεσο- — «средний» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой
атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется понижением
температуры с высотой; максимум (0°C) температуры расположен на нижней
границе, после чего температура начинает убывать до −70° или −80°C вблизи
мезопаузы - переходного слоя к термосфере. Термин принят Географическим и
геофизическим союзом в 1951 году.
• Газовый состав мезосферы, как и расположенных ниже атмосферных слоев,
постоянен и содержит около 80 % азота и 20 % кислорода.
• Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от
вышележащей термосферы — мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с
турбопаузой.
• Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере.
• Летом в средних и высоких широтах на высотах 78-94 км из-за чрезвычайно
низкой температуры воздуха иногда возникают серебристые облака. Форма этих
облаков свидетельствует о наличии на этих высотах волн с длиной до нескольких
десятков км, а также крупных квазистандартных вихревых образований.

11.

• Мезопа́уза — слой атмосферы, разделяющий
мезосферу и термосферу. На Земле располагается
на высоте 80—90 км над уровнем моря. В мезопаузе
находится температурный минимум, который
составляет около −100 °C. Ниже (начиная от высоты
около 50 км) температура падает с высотой, выше
(до высоты около 400 км) — снова растёт.
• Мезопауза совпадает с нижней границей области
активного поглощения рентгеновского и наиболее
коротковолнового ультрафиолетового излучения
Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые
облака.

12. Серебристые облака

Серебри́ стые облака́ (также
известны
как
мезосферные
облака или ночные светящиеся
облака) — сравнительно редкое
атмосферное явление, крайне
разреженные
облака,
возникающие в мезосфере под
мезопаузой (на высоте 76—85
км над поверхностью Земли) и
видимые в глубоких сумерках.
Наблюдаются в летние месяцы в
широтах между 43° и 65°
(северной и южной широты).

13.

14.

• Линия Ка́рмана — высота над уровнем моря, которая условно принимается в
качестве границы между атмосферой Земли и космосом.
• В соответствии с определением Международной авиационной федерации
(ФАИ), линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.
• Название высота получила по имени Теодора фон Кармана, американского
учёного еврейско-венгерского происхождения. Он первый определил, что
примерно на этой высоте атмосфера становится настолько разрежённой, что
аэродинамическая авиация становится невозможной, так как скорость
летательного аппарата, необходимая для создания достаточной подъёмной
силы, становится больше первой космической скорости, и поэтому для
достижения бо́ льших высот необходимо пользоваться средствами
космонавтики.
• Атмосфера Земли продолжается и за линией Кармана. Внешняя часть земной
атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 10 тыс. км и более, на такой
высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных
покидать атмосферу.

15.

• Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») —
слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80—90
км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере
колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может
варьировать от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной
активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения
Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного
кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере
обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации)
атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения
частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая
ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный
источник теплоты в термосфере — джоулево тепло, выделяемое
электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник
вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы
в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.

16. Полярное сияние

17.

18.

19.

20.

21.

22.

• Ячейка Хэдли, или ячейка Гадлея — это
элемент циркуляции земной атмосферы,
наблюдаемый в тропических широтах. Он
характеризуется восходящим движением у
экватора, направленным к полюсу потоком на
высоте 10-15 км, нисходящим движением в
субтропиках и потоком по направлению к
экватору у поверхности. Эта циркуляция
непосредственно связана с такими явлениями
как пассаты, субтропические пустыни и
высотные струйные течения.

23.

• Основная движущая сила атмосферной циркуляции – это энергия солнца, которая в среднем
нагревает атмосферу больше у экватора и меньше у полюсов. Атмосферная циркуляция
переносит энергию по направлению к полюсам, таким образом уменьшая градиент
температур между экватором и полюсами. Механизм, при помощи которого это реализуется,
различается в тропических и внетропических широтах.
• Между 30° с.ш. и 30° ю.ш. этот транспорт энергии реализуется за счёт относительно простой
циклической циркуляции. Воздух поднимается у экватора, переносится по направлению к
полюсам у тропопаузы, опускается в субтропиках и возвращается к экватору у поверхности. В
высоких широтах транспорт энергии осуществляется циклонами и антициклонами, которые
перемещают относительно тёплый воздух по направлению к полюсам, а холодный по
направлению к экватору в одной и той же горизонтальной плоскости. Тропическая
циркуляционная ячейка называется ячейкой Хэдли.
• В районе тропопаузы, когда воздух перемещается по направлению к полюсам, он испытывает
действие силы Кориолиса, которая поворачивает ветер направо в Северном полушарии и
налево в Южном полушарии, создавая тропическое высотное струйное течение, которое
направлено с запада на восток. Можно представить это себе как кольцо воздуха, старающееся
сохранить свой угловой момент в абсолютной системе координат (не вращающейся с Землёй).
Когда кольцо воздуха перемещается по направлению к полюсу, то оказывается ближе к оси
вращения и должно вращаться быстрее, что создаёт струйные течения, вращающиеся быстрее
чем сама Земля, которые называются струйными течениями и направлены с запада на восток
по отношению к поверхности. Аналогично у поверхности воздух, возвращающийся к экватору,
вращается на запад, или замедляется с точки зрения невращающегося наблюдателя, поскольку
отдаляется от оси вращения. Эти приповерхностные ветра называются пассаты.

24.

25.

• Ячейка Феррела (Ферреля) — элемент циркуляции земной атмосферы в умеренном поясе, находится
примерно между 30 и 65 градусами северной широты и 30 и 65 градусами южной широты и ограничена
субтропическим хребтом с экваториальной стороны и полярным фронтом с полярной. Ячейка Феррела
считается второстепенным циркуляционным элементом и полностью зависит от ячейки Хадли и
полярной ячейки. Теория существования этой ячейки была разработана американским метеорологом
Уильямом Феррелом в 1856 году.
• Фактически, ячейка Феррела действует как подшипник качения между ячейкой Хадли и полярной
ячейкой, поэтому её иногда называют зоной перемешивания. На приполярной границе, ячейка Феррела
может перекрываться с полярной ячейкой, а на экваториальной — с ячейкой Хадли. Преобладающие
приповерхностные ветры, что соответствуют этой ячейке, называются западными ветрами умеренного
пояса. Однако локальные эффекты легко изменяют ячейку: так, Азиатский антициклон значительно
сдвигает ее на юг, фактически делая разрывной.
• Тогда как ячейка Хадли и полярная ячейка замкнутые, ячейка Феррела не обязательно является таковой,
в результате чего западные ветры умеренных широт не так регулярны, как пассаты или восточные ветры
полярных районов, и зависят от местных условий. Хотя высотные ветры действительно западные,
приповерхностные ветры часто и резко меняют свое направление. Отсутствие быстрого движения к
полюсам или к экватору не позволяет этим ветрам ускоряться, в результате при прохождении циклона
или антициклона ветер может быстро изменить направление, и в течение дней дуть в восточном или
ином направлении.
• Расположение ячейки сильно зависит от расположения соответствующего ей высотного струйного
потока, определяющего расположение полосы приповерхностных циклонов. Хотя общее движение
воздуха у поверхности ограничено примерно 30 и 65 градусами северной и южной широт, высотное
обратное движение воздуха выражено значительно менее чётко.

26.

• Полярная ячейка, или полярный вихрь — элемент циркуляции
земной атмосферы в приполярных районах Земли, имеет вид
приповерхностного вихря, который закручивается на запад,
выходя из полюсов; и высотного вихря, закручивающегося к
востоку.

27. Цикло́н (от др.-греч. κυκλῶν — «вращающийся») — воздушная масса в виде атмосферного вихря огромного (от сотен до нескольких тысяч километр

Цикло́н (от др.-греч. κυκλῶν — «вращающийся») — воздушная масса в виде
атмосферного вихря огромного (от сотен до нескольких тысяч километров)
диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.

28. Циклон Катарина в Южной Атлантике. 26 марта 2004 года.

29.

30.

31.

32.

33. Распространение внетропического циклона

34. Антицикло́н — область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим расп

Антицикло́н — область повышенного атмосферного давления с
замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с
соответствующим распределением ветра.

35.

36.

• Азорский антициклон
• Антарктический антициклон
• Бермудский антициклон
• Гавайский антициклон
• Гренландский антициклон
• Канадский антициклон
• Северотихоокеанский антициклон
• Сибирский антициклон
• Южно-Атлантический антициклон
• Южно-Индийский антициклон
• Южно-Тихоокеанский антициклон